Exploring the transfer hydrofunctionalization of alkenes with cyclohexa-2,5-dien-1-ylcarbonyl reagents
Creators: name: Xie, Kaixue
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: 500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::547 Organische Chemie
subject: Boron Lewis acid catalysis
subject: alkene hydrofunctionalization
subject: cyclohexa-1,4-diene-based surrogates
subject: transfer hydrohalogenation
subject: dehydrative coupling

description: This dissertation is dedicated to the design and development of cyclohexa-2,5-diene-1-carbonyl-based surrogates for difficult-to-handle hydrogen halides and syngas, as well as exploring their application in the transfer hydrofunctionalization of alkenes. The first part of this dissertation focuses on the exploration of transfer hydrohalogenation by exploiting cyclohexa-2,5-dien-1-ylcarbonyl halides as surrogates for hydrogen halides. We rationalized that these acid halides could liberate hydrogen halides and carbon monoxide for aromatization via a Grob fragmentation promoted by boron Lewis acids. Building upon this hypothesis, we firstly introduced cyclohexa-2,5-dien-1-ylcarbonyl chlorides as easy-to-handle HCl surrogates and successfully developed a B(C6F5)3-catalyzed decarbonylative transfer hydrochlorination process. With this method, various disubstituted, trisubstituted, and challenging monosubstituted alkenes underwent Markovnikov hydrochlorination in excellent yields. The analogous transfer hydrobromination and transfer hydrofluorination were also investigated. However, the corresponding acyl bromides were found to be unavailable due to their chemical instability. Although a similar acyl fluoride could be accessible, it failed to engage in the desired transfer hydrofluorination process under either Brønsted acid or Lewis acid catalysis. In the second part, we proposed that B(C6F5)3 could abstract the formyl anion from cyclohexa-2,5-diene-1-carbaldehydes to form the corresponding formylborate and Wehland complex. This indicates their potential as syngas surrogates, and we envisioned a transfer hydroformylation process by employing them. In our pursuit of developing such a reaction, we discovered that cyclohexa-2,5-diene-1-carbaldehyde derivatives underwent a B(C6F5)3-initiated [1,2]-alkyl migration, followed by condensation with 1,1-diarylalkenes to afford allyl arenes. Interestingly, the four-step sequence involving Birch alkylation, reduction-oxidation, and this newly developed dehydrative coupling constitutes a formal ipso allylation of benzoic acids. Utilizing readily available benzoic acids as starting materials, this strategy enables the regioselective synthesis of a variety of allyl arenes in high yields.
description: Diese Dissertation widmet sich der Gestaltung und der Entwicklung von cyclohexa-2,5-dien-1-carbonylbasierten Surrogaten für den Ersatz von schwer handhabbaren Halogenwasserstoffverbindungen und Synthesegas sowie der Untersuchung ihrer Anwendung in der Transferhydrofunktionalisierung von Alkenen. Der erste Teil dieser Dissertation konzentriert sich auf die Untersuchung von Transferhydrohalogenierungsreaktionen, in welchen Cyclohexa-2,5-dien-1-carbonsäurehalogenide als Surrogate für Halogenwasserstoffe verwendet wurden. Wir vermuteten, dass diese Säurehalogenide nach Aromatisierung Halogenwasserstoffverbindungen und Kohlenstoffmonoxid freisetzen könnten. Dies geschieht durch eine Grob-Fragmentierung, die durch eine Bor- Lewis-Säure ausgelöst wird. Auf dieser Hypothese aufbauend, führten wir zunächst Cyclohexa-2,5-dien-1-carbonsäurechloride als einfach handhabbare HCl-Surrogate ein und entwickelten erfolgreich einen B(C6F5)3-katalysierten decarbonylierenden Transferhydrochlorierungsprozess. Mithilfe dieser Methode gingen verschiedene disubstituierte, trisubstituierte, und anspruchsvolle monosubstituierte Alkene eine Markovnikov-Hydrochlorierung in ausgezeichneten Ausbeuten ein. Analoge Transferhydrobromierungs- und Transferhydrofluorierungsreaktionen wurden auch untersucht. Die entsprechenden Acylbromide waren aufgrund ihrer geringen chemischen Stabilität nicht verfügbar, und obwohl vergleichbare Acylfluoride zugänglich waren, gingen diese Verbindungen die gewünschte Transferhydrofluorierung weder unter Brønsted- noch unter Lewis-Säure-Katalyse ein. Im zweiten Teil schlugen wir vor, dass B(C6F5)3 ein Formylanion von Cyclohexa-2,5-dien-1-carbaldehyden abstrahieren könnte, um das korrespondierende Formylborat und den entsprechenden Wheland-Komplex zu bilden. Dies weist auf eine potenzielle Verwendung dieser Verbindungen als Synthesegassurrogate hin, und wir entwarfen einen Transferhydroformylierungsprozess in welchem diese Verbindungen Anwendung fanden. Während der Entwicklung einer solchen Reaktion entdeckten wir, dass Cyclohexa-2,5-dien-1-carbaldehydderivate eine B(C6F5)3-initiierte [1,2] Verschiebung eines Alkylrestes und eine nachfolgende Kondensation mit 1,1 Diarylalkenen eingingen, um Allylarene zu bilden. Interessanterweise entspricht diese aus vier Schritten bestehende Sequenz aus Birch-Alkylierung, Reduktion, Oxidation, und der neu entwickelten dehy-dratisierenden Kupplung einer formalen ipso-Allylierung von Benzoesäuren. Unter Nutzung gut verfügbarer Benzoesäuren als Ausgangsstoffe, ermöglicht diese Methode die regio-selektive Synthese einer Vielzahl von Allylarenen in hohen Ausbeuten.