[en] Gold catalysis is a powerful tool to build C–C bonds and create molecular complexity via selective activation of alkynes. Despite the advances in intramolecular reactions of alkynes with alkenes, the intermolecular version remains challenging and sparse, since the final products are also alkenes which compete with the initial substrates leading to oligomerizations. In this Doctoral Thesis, we explored intermolecular reactions of a wide range of alkynes with alkenes and investigated the mechanisms by experiments and DFT calculations. Our group developed the gold(I)-catalyzed [2+2] cycloaddition of arylalkynes with alkenes to furnish regioselectively cyclobutenes. Now we found that ortho-substituted arylalkynes react with alkenes to give 1,3-dienes by a metathesis-type process, whereas less sterically demanding 1,3-butadiynes react with alkenes leading to 1-alkynylcyclobutenes. A comprehensive theoretical study showed that key intermediates in these transformations are cyclopropyl gold(I) carbenes, whose electronic and steric effects determine their evolution through divergent pathways close in energy. Thus, they undergo a stepwise rearrangement to form butadienes or a ring expansion to forge cyclobutenes. To support the involvement of these intermediates, they were independently generated and their reactivity was examined. As cyclobutenes are important features in natural and pharmaceutical products, we focused on expanding the scope of the gold-catalyzed [2+2] cycloaddition to synthesize more functionalized cyclobutenes. 1,3-Enynes and polyenes were found to be suitable substrates to construct 1-vinyl-, 3-vinyl- or 3-alkynylcyclobutenes. This methodology is complementary to the previously reported metal-catalyzed [2+2] cycloadditions. Furthermore, we developed one-pot transformations of the versatile cyclobutenes into diverse architectures via cycloaddition, ring opening, expansion or contraction. Finally, we discovered novel intermolecular reactions of bromoalkynes with allylsilanes catalyzed by gold which render a totally different outcome: skipped enynes via a cross-coupling type process or skipped dienes via allylation/cyclization cascade. Based on experiments and computations, the reaction mechanism was proposed to proceed via an unprecedented rearrangement.

[es] La catálisis de oro es una poderosa herramienta para construir enlaces C–C y crear complejidad molecular mediante la activación selectiva de alquinos. Pese a los avances en reacciones intramoleculares de alquinos con alquenos, la versión intermolecular supone aún un reto, ya que los productos finales son también alquenos que compiten con los sustratos dando oligomerizaciones. En esta Tesis Doctoral, exploramos reacciones intermoleculares de un amplio rango de alquinos con alquenos e investigamos los mecanismos por experimentos y cálculos DFT. Nuestro grupo desarrolló la cicloadición [2+2] de arilalquinos con alquenos catalizada por oro para construir regioselectivamente ciclobutenos. Ahora hemos encontrado que los arilalquinos orto-sustituidos reaccionan con alquenos para formar también 1,3-dienos en un proceso tipo metátesis, pero los 1,3-butadiinos menos estéricamente impedidos generan 1-alquinilciclobutenos. Un estudio mecanístico detallado mostró que los intermedios clave en estas transformaciones son ciclopropil carbenos de oro, cuyos efectos estéricos y electrónicos determinan su evolución por caminos divergentes próximos en energía. Así, sufren una transposición por pasos dando butadienos o expansión de anillo forjando ciclobutenos. La participación de estos intermedios se demostró generándolos independientemente y examinando su reactividad. Como los ciclobutenos son importantes esqueletos en productos naturales y farmacéuticos, decidimos expandir la cicloadición [2+2] catalizada por oro para sintetizar ciclobutenos más funcionalizados. Encontramos que 1,3-eninos y polienos son sustratos apropiados para lograr 1-vinil-, 3-vinil, o 3-alquinilciclobutenos. Esta metodología resulta complementaria a cicloadiciones [2+2] catalizadas por otros metales. Además, desarrollamos transformaciones directas de los versátiles ciclobutenos en diversas arquitecturas mediante cicloadiciones, aperturas, expansiones y contracciones de anillo. Finalmente, descubrimos reacciones intermoleculares de bromoalquinos con alilsilanos catalizadas por oro que proporcionan un resultado completamente distinto: 1,4-eninos mediante un proceso de tipo acoplamiento cruzado o 1,4-dienos mediante alilación/ciclación. Basado en experimentos y computaciones, el mecanismo parece ocurrir mediante una transposición sin precedentes.