Synthesis of cyclobutylsilanes and -boronates by copper-catalyzed conjugate addition of silicon and boron nucleophiles to cyclobutenones
Creators: name: Cui, Ming
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2023
Subjects: subject: 547 Organische Chemie
subject: cyclobutane
subject: cyclobutenone
subject: conjugate silylation
subject: conjugate borylation
subject: copper-catalysis

description: This dissertation mainly focuses on the synthesis of cyclobutylsilanes and -boronates enabled by copper-catalyzed conjugate addition of silicon and boron nucleophiles to cyclobutenones. The first part is devoted to copper-catalyzed silyl addition to cyclobutenones. Cyclobutenones effectively reacted with Me2PhSiZnCl·2LiCl or (Me2PhSi)2Zn·xLiCl (x ≤ 4) in the pre¬sence of a copper catalyst, affording β-silylated cyclobutanones in good to excellent yields. Trapping the enolate intermediates formed in the conjugate silylation of cyclobutenones with diphenyl chlo-rophosphate generated silylated enol phosphates in moderate to good yields. This tandem process proceeded in the presence of Cu(CH3CN)4PF6 and a phosphoramidite ligand. These enol phosphates were employed as good electrophiles in nickel-catalyzed KUMADA cross-coupling reactions to yield β-silylated cyclobutenes. We also tried to achieve an enantioselec-tive silylation of cyclobutenones with either zinc-based silicon nucleophiles or Si–B reagents as silicon sources, respectively. Any attempts to render these reactions highly enantioselec-tive were unsuccessful. Further design and synthesis of chiral NHC ligands may help to achieve conjugate silylation of cyclobutenones with good enantioselection. The second part describes a copper-catalyzed enantioselective conjugate borylation of α,β-disubstituted cyclobutenones with chiral bis(phosphine) monooxides (BPMOs). Chiral bis-phosphine monooxides derived from C2-symmetric bis(phosphines) were found to be superior chiral ligands in this transformation, affording a broad range of cyclobutylboronates in moder-ate to excellent yields with high enantiomeric excesses of up to &gt;99%. Specifically, enantio-meric excesses as well as yields are exceptionally high with (R,R)-BozPhos as a chiral ligand, while these values are low with the parent bisphosphine (R,R)-Me-DuPhos. A similar result, yet with a less substantial effect was observed in the corresponding 1,6-borylation of para-quinone methides. In addition, a copper-catalyzed enantioselective addition of Si–B reagents to 7-oxa- and 7-azabenzonorbornadiene derivatives is described. The enantio¬- and exo-selective addition of the silicon moiety to heterobicyclic alkenes was achieved in presence of Cu¬(CH3CN)4PF6 and (R,R)-QuinoxP*. No ring-opening products were observed. 7-Oxabenzonorbornadienes showed good reactivity, giving the silylated products in moderate to excellent yields with enan-tiomeric excesses of up to 97%. In contrast, inferior functional group tolerance was observed for 7-azabenzonorbornadiene derivatives, but the enantioselectivity remained high. Other bi-cyclic alkenes such as benzonorbornadiene, norbornadiene and norbornene were not suitable substrates.
description: Die vorliegende Dissertation konzentriert sich vorwiegend auf die Synthese von Cyclobutylsilanen und -boronaten durch kupferkatalysierte, konjugierte Silylierung und Borylierung von Cyclobutenonen. Der erste Teil ist der Addition von Silylgruppen an Cyclobutenone gewidmet. Die Cyclobutenone wurden mit Me2PhSiZnCl·2LiCl oder (Me2PhSi)2Zn·xLiCl (x ≤4) in Anwesenheit eines Kupferkatalysators umgesetzt, was die β-silylierten Cyclobutanone in guten bis exzellenten Ausbeuten lieferte. Das Abfangen der intermediär während der konjugierten Silylierung auftretenden Enolatspezies mit Diphenylchlorphosphat erzeugte die entsprechenden silylierten Enolphosphate in moderaten bis guten Ausbeuten. Der Tandemprozess wurde in Anwesenheit von Cu(CH3CN)4PF6 und einem Phosphoramiditliganden durchgeführt. Die erhaltenen Enolphosphate wurden schließlich als gute Elektrophile in nickelkatalysierten KUMADA-Kreuzkupplungen eingesetzt, um β-silylierte Cyclobutene zu erhalten. Zusätzlich versuchten wir die Silylierung der Cyclobutenone enantioselektiv zu gestalten, wobei zinkbasierte Siliciumnukleophile oder Si–B-Reagenzien verwendet wurden. Alle Versuche, eine synthetisch wertvolle Enantioselektivität herbeizuführen, scheiterten jedoch. Weitere strukturelle Anpassungen chiraler NHC-Liganden könnten möglicherweise dazu beitragen, eine konjugierte Silylierung von Cyclobutenonen mit guter Enantiodifferenzierung zu ermöglichen. Der zweite Teil beschreibt die kupferkatalysierte, enantioselektive konjugierte Borylierung von α,β-disubstituierten Cyclobutenonen unter Verwendung von chiralen Bisphosphinmonooxiden (BPMOs). Die verwendeten BPMOs leiten sich von C2-symmetrischen Bisphosphinliganden ab und zeigten sich als überlegene chirale Liganden in dieser Umwandlung, was eine große Bandbreite von Cyclobutylboronaten in moderaten bis exzellenten Ausbeuten sowie mit hohen Enantiomerenüberschüssen von bis zu &gt;99% lieferte. Besonders hohe Ausbeuten und Enantiomerenüberschüsse wurden unter Verwendung von (R,R)-BozPhos als chiralem Liganden erhalten, wohingegen sich beides unter Verwendung des Stammbisphosphins (R,R)-Me-DuPhos als gering zeigte. Ein ähnlicher, wenn auch weniger ausgeprägter Effekt wurde in der entsprechenden 1,6-Borylierung von para-Chinonmethiden beobachtet. Zusätzlich wurde die kupferkatalysierte, enantioselektive Addition von Si–B-Reagenzien an 7-Oxa- und 7-Azabenzonorbornadienderivate beschrieben. Die enantio- und exo-selektive Addition der Silyleinheit an heterobicyclische Alkene erfolgte in Anwesenheit von Cu(CH3CN)4PF6 und (R,R)-QuinoxP*, wobei keine Ringöffnungsprodukte beobachtet wurden. Die verwendeten 7-Oxabenzonorbornadiene zeigten eine hohe Reaktivität und lieferten die silylierten Produkte in moderaten bis exzellenten Ausbeuten und mit Enantiomerenüberschüssen von bis zu 97%. Im Gegensatz dazu wurde für die 7-Azabenzonorbornadienderivate eine unterlegene Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen beobachtet, jedoch mit weiterhin hoher Enantioselektivität. Andere bicyclische Alkene wie Benzonorbornadien, Norbornadien und Norbornen zeigten sich als ungeeignete Substrate.