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Mechanistic Investigation of the Diastereodivergent Asymmetric Allylic Alkylation of Cyclobutenes

Primozic, Johann Julius (2024)
Mechanistic Investigation of the Diastereodivergent Asymmetric Allylic Alkylation of Cyclobutenes.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026531
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Mechanistic Investigation of the Diastereodivergent Asymmetric Allylic Alkylation of Cyclobutenes
Language: English
Referees: Thiele, Prof. Dr. Christina Marie ; Didier, Prof. Dr. Dorian ; Maulide, Prof. Dr. Nuno
Date: 7 March 2024
Place of Publication: Darmstadt
Collation: VIII, 301 Seiten
Date of oral examination: 18 December 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00026531
Abstract:

The Pd-catalyzed asymmetric allylic alkylation of cyclobutenes with stabilized nucleophiles represents a unique example of a diastereodivergent deracemization and de-epimerization. In the present work, a comprehensive mechanistic analysis is reported, encompassing the preparation of putative Pd–allyl intermediates, ¹H/³¹P-NMR reaction monitoring, ²H-labeling studies, ESI-HRMS analysis of reaction mixtures, kinetic rate order determination, and ²H/¹³C-KIE studies. As a result, an unprecedented mechanistic scenario with a stereochemical dichotomy for both oxidative addition and nucleophilic attack is proposed. Oxidative addition exhibits a convergent course, allowing for de-epimerization to a rapidly interconverting mixture of η¹- and η³-coordinated Pd–allyl intermediates with the η1-species as resting states of the reaction. This suprafacial η¹–η³–η¹ equilibrium enables deracemization via a dynamic kinetic asymmetric transformation type I. Nucleophilic attack of displays a ligand-controlled divergent behavior, establishing a diastereodivergent access to enantioenriched products.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Die Pd-katalysierte asymmetrische allylische Alkylierung von Cyclobutensubstraten mit stabilisierten Nukleophilen stellt ein einzigartiges Beispiel für eine diastereodivergente Deracemisierung und Deepimerisierung dar. In der vorliegenden Arbeit wird eine umfangreiche mechanistische Studie vorgestellt. Diese beinhaltet die Synthese mutmaßlicher Pd-Allylintermediate, Reaktionsverfolgung mittels ¹H- und ³¹P-NMR, Experimente mit ²H-markierten Edukten, ESI-HRMS-Untersuchungen der Reaktionsmischungen, die Bestimmung kinetischer Reaktionsordnungen sowie die Ermittlung von ²H- und ¹³C-KIEs. Basierend auf den Ergebnissen dieser Experimente wird ein beispielloses mechanistisches Szenario mit einer stereochemischen Dichotomie sowohl für die oxidative Addition als auch für den Angriff des Nukleophils vorgeschlagen. Die oxidative Addition weist dabei ein konvergentes Verhalten auf, wodurch die Deepimerisierung von zu einer im schnellen Gleichgewicht stehenden Mischung aus η¹- und η³-koordinierten Pd-Allylintermediaten mit den η¹-Spezies als Ruhezustand ermöglicht wird. Basierend auf diesem suprafacialen η¹–η³–η¹ Gleichgewicht wird die Deracemisierung von über eine dynamischkinetische asymmetrische Umwandlung Typ I erreicht. Der nukleophile Angriff zeigt ein divergentes Verhalten, welches durch den Liganden kontrolliert wird und dadurch den Zugang zu enantiomerenangereicherten Produkten eröffnet.

German
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-265315
Classification DDC: 500 Science and mathematics > 540 Chemistry
Divisions: 07 Department of Chemistry > Clemens-Schöpf-Institut > Organ Chemistry
Date Deposited: 07 Mar 2024 12:36
Last Modified: 08 Mar 2024 07:28
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/26531
PPN: 516073192
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