Transition metal-catalyzed C-H bond functionalization of sp3-carbon centers

Abstract

The task of the presented PhD thesis was the development of new transition-metal catalyzed arylation methods for sp3 C-H bonds of cyclic and acyclic amines. The regioselective C-H activation of the unactivated bond can be achieved by cyclometalation. One of the key steps for this transformation was the introduction of a suitable directing group which can be cleaved after the transformation. Different directing groups as well as different catalytic methods for the direct arylation of benzylic amines were investigated. After intensive screenings, 3-substituted pyridines were found to be the best directing groups. Three different protocols could be established for the direct transformation of benzylic amines. The C-H bond functionalization could be performed with arylboronic acid esters, aryl bromides, and aryl chlorides. Furthermore, mechanistic studies were conducted to obtain a better understanding of the transformation. Finally, the general applicability of this directing group was also demonstrated for the selective mono arylation of piperidines.

Hauptaufgabe der hier vorgelegten Arbeit war die Entwicklung neuer Übergangsmetall katalysierten Arylierungen an sp3 C-H Bindungen cyclischer und acyclischer Verbindungen. Die regioselective Funktionalisierung nicht aktivierter C-H Bindungen kann durch Cyclometallierung erreicht werden. Eine entscheidende Herausforderung ist die Einführung einer geeigneten dirigierenden Gruppe, die anschließend spaltbar ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene dirigierende Gruppen sowie unterschiedliche katalytische Methoden für die direkte Arylierung benzylischer Verbindungen untersucht. Pyridin, welches in Position 3 substituiert ist, stellte sich dabei als beste DG heraus. Es wurden drei unterschiedliche Methoden für die direkte Funktionalisierung entdeckt. Die C-H Aktivierung konnte sowohl mit Arylboronsäureestern als auch mit Arylbromiden und Arylchloriden erfolgreich durchgeführt werden. Zum besseren Verständnis wurde eine Reihe an mechanistischen Experimenten durchgeführt. Die generelle Anwendbarkeit dieser DG konnte außerdem anhand der spezifisch einseitigen Arylierung von Piperidinen dargelegt werden.<br />