Synthesis of organosilanes by nickel-catalyzed radical C–C cross-coupling reactions starting from silylated electrophiles
Creators: name: Xu, Yan
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2023
Subjects: subject: 500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::547 Organische Chemie
subject: organosilanes
subject: nickel-catalyzed
subject: cross-coupling
subject: radical
subject: photochemical

description: The present dissertation is dedicated to the development of nickel-catalyzed radical C–C cross-coupling via radical reaction pathways starting from silylated electrophiles, introducing general and efficient protocols for the preparation of various organosilanes. The first part describes three nickel-catalyzed strategies for the synthesis of allenylsilanes using α-silylated propargylic bromides as electrophiles. Initially, we investigated an enantioconvergent and regioselective nickel-catalyzed NEGISHI alkylation of racemic α-silylated propargylic bromides with alkylzinc bromides, obtaining allenylsilanes regioselectively in good yields with moderate enantioselectivities under optimal conditions. Control experiments demonstrated that the high regioselectivity is attributed to the steric hindrance of the silyl group in the α-silylated propargylic bromide. In the further course of this work, this method was expanded to the challenging asymmetric nickel-catalyzed NEGISHI arylation of racemic α-silylated propargylic bromides with arylzinc nucleophiles. After systematic screening of different phenyl nucleophiles, phenylethylzinc furnished the best result in this reaction, however, providing the chiral allenylsilane in low yield and enantioselectivity. In the ensuing project, a dual photo- and nickel-catalyzed reductive allylation of α-silylated propargylic bromides with allylic sulfones is discussed. In this dual manifold, a readily available Hantzsch ester served as a potent organic photoreductant, which helped to avoid the utilization of a photocatalysts or stoichiometric amounts of metal reductants, delivering the catalytically active nickel(0) species through single-electron transfer under light irradiation. The final project is devoted to the reductive allylation of α-silylated alkyl electrophiles with allylic sulfone electrophiles for the synthesis of alkylsilanes enabled by dual photo/ nickel catalysis. Fluorescence titration experiments demonstrated that the Hantzsch ester possesses a strong photoreduction capability. In addition, the reaction proved to undergo a radical reaction pathway by preliminary mechanistic study. And based on the stabilizing α-silicon effect on the alkyl radicals, alkyl group isomerization was completely inhibited, thereby allowing the efficient synthesis of homoallylic silanes modifying by various functional groups in good yields.
description: Die vorliegende Dissertation ist der Entwicklung von nickelkatalysierten C–C-Kreuzkupplungen über radikalische Reaktionswege ausgehend von silylierten Elektrophilen gewidmet und stellt allgemeine und effiziente Protokolle für die Herstellung verschiedener Organosilane vor. Der erste Teil beschreibt drei nickelkatalysierte Strategien für die Synthese von Allenylsilanen unter Verwendung von α-silylierten Propargylbromiden als Elektrophile. Zunächst untersuchten wir eine enantiokonvergente und regioselektive nickelkatalysierte NEGISHI-Alkylierung von racemischen α-silylierten Propargylbromiden mit Alkylzinkbromiden, wobei unter optimalen Bedingungen Allenylsilane regioselektiv in guten Ausbeuten mit moderaten Enantioselektivitäten erhalten wurden. Kontrollexperimente zeigten, dass die hohe Regioselektivität auf die sterische Hinderung durch die Silylgruppe im α-silylierten Propargylbromid zurückzuführen ist. Die vorliegende Dissertation ist der Entwicklung von nickelkatalysierten C–C-Kreuzkupplungen über radikalische Reaktionswege ausgehend von silylierten Elektrophilen gewidmet und stellt allgemeine und effiziente Protokolle für die Herstellung verschiedener Organosilane vor. Der erste Teil beschreibt drei nickelkatalysierte Strategien für die Synthese von Allenylsilanen unter Verwendung von α-silylierten Propargylbromiden als Elektrophile. Zunächst untersuchten wir eine enantiokonvergente und regioselektive nickelkatalysierte NEGISHI-Alkylierung von racemischen α-silylierten Propargylbromiden mit Alkylzinkbromiden, wobei unter optimalen Bedingungen Allenylsilane regioselektiv in guten Ausbeuten mit moderaten Enantioselektivitäten erhalten wurden. Kontrollexperimente zeigten, dass die hohe Regioselektivität auf die sterische Hinderung durch die Silylgruppe im α-silylierten Propargylbromid zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wurde diese Methode auf die anspruchsvolle asymmetrische nickelkatalysierte NEGISHI-Arylierung von racemischen α-silylierten Propargylbromiden mit Arylzinknukleophilen erweitert. Nach systematischem Überprüfen verschiedener Phenylnukleophile lieferte Phenylethylzink das beste Ergebnis in dieser Reaktion, lieferte jedoch das chirale Allenylsilan in geringer Ausbeute und Enantioselektivität. In dem darauffolgenden Projekt wurde eine duale photo- und nickelkatalysierte reduktive Allylierung von α-silylierten Propargylbromiden mit Allylsulfonen diskutiert. In diesem dualen Ansatz diente ein leicht verfügbarer Hantzsch-Ester als starkes organisches Photoreduktionsmittel, das dazu beitrug, die Verwendung eines Photokatalysators oder stöchiometrischer Mengen an Metallreduktionsmitteln zu vermeiden, indem die katalytisch aktive nickel(0)-Spezies durch Einelektronentransfer unter Lichteinstrahlung generiert wurde. Das letzte Projekt ist der reduktiven Allylierung von α-silylierten Alkylelektrophilen mit allylischen Sulfonelektrophilen zur Synthese von Alkylsilanen durch duale Photo-/Nickelkatalyse gewidmet. Fluoreszenztitrationsexperimente zeigten, dass Hantzsch-Ester eine starke Photoreduktionsfähigkeit besitzen. Darüber hinaus wurde in einer vorläufigen mechanistischen Studie nachgewiesen, dass die Reaktion über einen radikalischen Reaktionsweg verläuft. Aufgrund der stabilisierenden Wirkung des α-Siliciumatoms auf die Alkylradikale wurde die Isomerisierung der Alkylgruppen vollständig verhindert und die effiziente Synthese von homoallylischen Silanen, die durch verschiedene funktionelle Gruppen modifiziert sind, wurde in guten Ausbeuten ermöglicht. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wurde diese Methode auf die anspruchsvolle asymmetrische nickelkatalysierte NEGISHI-Arylierung von racemischen α-silylierten Propargylbromiden mit Arylzinknukleophilen erweitert. Nach systematischem Überprüfen verschiedener Phenylnukleophile lieferte Phenylethylzink das beste Ergebnis in dieser Reaktion, lieferte jedoch das chirale Allenylsilan in geringer Ausbeute und Enantioselektivität. In dem darauffolgenden Projekt wurde eine duale photo- und nickelkatalysierte reduktive Allylierung von α-silylierten Propargylbromiden mit Allylsulfonen diskutiert. In diesem dualen Ansatz diente ein leicht verfügbarer Hantzsch-Ester als starkes organisches Photoreduktionsmittel, das dazu beitrug, die Verwendung eines Photokatalysators oder stöchiometrischer Mengen an Metallreduktionsmitteln zu vermeiden, indem die katalytisch aktive nickel(0)-Spezies durch Einelektronentransfer unter Lichteinstrahlung generiert wurde. Das letzte Projekt ist der reduktiven Allylierung von α-silylierten Alkylelektrophilen mit allylischen Sulfonelektrophilen zur Synthese von Alkylsilanen durch duale Photo-/Nickelkatalyse gewidmet. Fluoreszenztitrationsexperimente zeigten, dass Hantzsch-Ester eine starke Photoreduktionsfähigkeit besitzen. Darüber hinaus wurde in einer vorläufigen mechanistischen Studie nachgewiesen, dass die Reaktion über einen radikalischen Reaktionsweg verläuft. Aufgrund der stabilisierenden Wirkung des α-Siliciumatoms auf die Alkylradikale wurde die Isomerisierung der Alkylgruppen vollständig verhindert und die effiziente Synthese von homoallylischen Silanen, die durch verschiedene funktionelle Gruppen modifiziert sind, wurde in guten Ausbeuten ermöglicht.