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Gas phase studies of organometallic systems have provided deep insight into reaction mechanisms and reaction intermediates. In this thesis, several metal/ligand systems were examined in an effort to form metal carbenes in the gas phase. With cobalt and iron porphyrins, the carbene undergoes metal-ligand insertion. With copper bis-oxazolines, metal carbenes tend to undergo metal-ligand insertion and a Wolff rearrangement. To avoid insertions, we turned to a rigid ligand, 1, 10-phenanthroline. Under ESI conditions, a copper (I) complex with phenanthroline can be formed. When treated with diazoacetate esters, the dominant product results from addition with loss of nitrogen followed by loss of CO. This appears to be the result of a Wolff rearrangement of the metal carbene to give a metal ketene complex that spontaneously loses CO. There is no evidence of any stable metal carbenes in this reaction system. Trimethylsilyldiazomethane was also used as a carbene precursor, and its reaction with the copper phenanthroline complex gives addition with loss of nitrogen; but the product exhibits no carbene reactivity with alkenes. Here computational modeling suggests that the metal carbene undergoes a 1, 2 methyl migration, giving an exceptionally stable sila-alkene complex with the copper. As an alternative path to a metal carbene, we have used ESI to form a complex between the copper (I) phenanthroline and betaine (N, N, N-trimethylglycine). Under CID, this complex wills decarboxylates to give a copper ylide complex. Further CID leads to loss of trimethylamine and the formation of a complex between methylene and the copper phenanthroline. Depending on the CID conditions, two isobaric products are formed. One exhibits no carbene reactivity and the other readily gives carbene behavior with alkenes. The former is likely a metal-ligand insertion product, and the latter is the true metal carbene species. We explored the reactions of the carbene with electron-rich alkenes, such as ethyl vinyl ether and 3, 4-dihydro-2H-pyran, and electron-deficient alkenes, such as trichloroethylene.

SYNTHESIS OF FERROCENYL CYCLOHEPTADIENONES A&ccedil / ikg&ouml / z, Canet M.S., Department of Chemistry Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Metin Zora August 2005, 85 pages Synthesis of seven-membered ring systems such as cycloheptadienones has attracted a great deal of attention in organic chemistry since they are present in a variety of biologically important molecules. Incorporation of the essential structures of such compounds with a ferrocene moiety instead of an aryl group could provide subtances with enhanced antitumor activities since some ferrocene derivatives have already proved to be active against a number of tumors. To develop a ferrocenyl-substituted seven-membered ring forming reaction, we have investigated the reaction of cyclopropylcarbene-molybdenum complex with ferrocenyl-substituted alkynes. As ferrocenyl-substituted alkyne, ferrocenyl&not / propyne (25B), (2-ferrocenylethynyl)trimethylsilane (25C), 1-ferrocenyl-3-phenylprop-1-yne (25D), 1-ferrocenyl-2-phenylethyne (25E), diferrocenylethyne (25F), ferrocenyl(formyl)acetylene (25G) were synthesized starting from ethynylferrocene (25A). The reaction between cyclopropylcarbene-molybdenum complex and ferrocenyl alkynes produced ferrocenyl-substituted cycloheptadienones 26, hydrolysis product of cycloheptadienones, 27, &amp / #61537 / -hydroxycycloheptadienones 28 and cyclobutenones 29, depending on the substitution pattern of the alkyne moiety. Interestingly, &amp / #61537 / -hydroxycycloheptadienone product 28B was isolated from these types of reactions for the first time. Terminal alkynes, trimethyl- and formyl-substituted alkynes did not produce any expected product, possibly depending on the steric and electronic effects, and/or the polymerization of the alkyne. Proposed mechanism for the formation of cycloheptadienones involves metallacyclobutene formation, electrocyclic ring opening, electrocyclic ring closure, CO insertion, reductive elimination.

ABSTRACT SYNTHESIS OF FERROCENYL CYCLOPENTENONES TUMAY, T&uuml / lay Asli M.S., Department of Chemistry Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Metin Zora August 2005, 80 pages Construction of highly functionalized five-membered rings via cycloaddition reaction of cyclopropylcarbene-chromium complex with alkynes has become a very active area of research in recent years by virtue of their presence in antitumour natural products. Also with the finding that ferrocene derivatives are active against various tumours, considerable interest has been devoted to the synthesis of new ferrocene derivatives since properly functionalized ferrocene derivatives could be potential antitumour substances. So, the incorporation of the essential structural features of cyclopentenones with a ferrocene moiety could provide compounds with enhanced antitumour activities. For this purpose, we have investigated the reaction between cyclopropylcarbene-chromium complex and ferrocenyl alkynes. The reaction of cyclopropylcarbene-chromium complex with ferrocenyl alkynes afforded &amp / #945 / -hydroxycyclopentenones in a one-pot process, whereas the same reaction with alkynes gave cyclopentenones as major products. Interestingly, water addition was observed instead of reduction according to the previously proposed mechanism. This is a different result than those in literature. The reaction was regioselective both with terminal ferrocenyl alkynes and internal unsymmetrical ferrocenyl alkynes. The products obtained were those where the sterically larger alkyne substituent, ferrocene, was &amp / #945 / to the carbonyl group.

Les dérivés cyclopropaniques di-accepteurs représentent des intermédiaires synthétiques précieux dans l’élaboration de structures moléculaires complexes, ayant des applications dans plusieurs domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse de ces unités sous forme énantioenrichie en utilisant la cyclopropanation d’alcènes par catalyse avec des complexes de Rh(II) utilisant des composés diazoïques di-accepteurs comme substrats. Suite au développement initial d’une méthode de cyclopropanation d’alcènes catalytique asymétrique utilisant des nitro diazocétones, de multiples études expérimentales quant au mécanisme de stéréoinduction dans ce type de réaction ont été effectuées. Nous avons alors pu identifier le groupement p-méthoxyphénylcétone du substrat et le catalyseur Rh2(S-TCPTTL)4 comme étant une combinaison clé pour l’atteinte de diastéréosélectivités et d’excès énantiomères élevés. Ceci a mené au développement de deux autres méthodes de cyclopropanation stéréosélectives distinctes, utilisant soit une cyano diazocétone ou un céto diazoester. Nous avons démontré l’utilité des dérivés cyclopropaniques énantioenrichis obtenus par ces trois méthodes dans une panoplie de manipulations synthétiques, dont l’addition nucléophile d’amines et de cuprates, la cycloaddition formelle avec un aldéhyde, et la synthèse de dérivés cyclopropaniques importants en chimie médicinale. Une étude structurelle approfondie des complexes de Rh(II) chiraux nous a permis de déterminer les facteurs responsables de leur pouvoir d’énantioinduction dans notre système réactionnel, ce qui a d’énormes implications dans d’autres méthodologies utilisant ces mêmes catalyseurs. Le dévoilement d’une conformation inattendue dite ‘All-up’, ainsi que de la présence d’interactions stabilisantes régissant la rigidité de cet arrangement se sont avérés cruciaux dans notre compréhension du mécanisme. Dans le cadre de cette investigation, nous avons développé une méthode générale pour la synthèse de complexes de Rh(II) hétéroleptiques, multipliant ainsi le nombre de catalyseurs accessibles dans l’élaboration éventuelle de nouvelles réactions stéréosélectives, et nous permettant d’effectuer une étude structurelle plus détaillée. De plus, nous avons développé une méthode particulièrement efficace pour la synthèse d’un autre type de dérivé cyclopropanique di-accepteur par catalyse avec des complexes de Rh(II), les cyano-cyclopropylphosphonates. Les produits de cette transformation sont obtenus avec des énantiosélectivités élevées, et sont des substrats intéressants pour des réactions tandem d’ouverture de cycle par addition nucléophile / oléfination de composés carbonylés. De plus, ces composés sont des précurseurs de molécules utiles en chimie médicinale tels que les acides aminocyclopropylphosphoniques. / Di-acceptor cyclopropane derivatives are valuable synthetic intermediates in the preparation of complex molecular structures, with applications in several fields of chemistry. During this work, we investigated the synthesis of these units in enantioenriched form via the Rh(II)-catalyzed cyclopropanation of alkenes using di-acceptor diazo compounds as substrates. Following the initial development of a method for the catalytic asymmetric cyclopropanation of alkenes using nitro diazoketones, many experimental studies on the mechanism of stereoinduction in this reaction were performed. We were able to identify the p-methoxyphenylketone group of the substrate and catalyst Rh2(S-TCPTTL)4 as a key combination for the obtention of high diastereoselectivities and enantiomeric excesses. This led to the development of two distinct stereoselective cyclopropanation methods, using either an cyano diazoketone or a keto diazoester. We demonstrated the utility of the enantioenriched cyclopropane derivatives obtained by these three methods in a variety of synthetic manipulations, including the nucleophilic addition of amines and cuprates, the formal cycloaddition with an aldehyde, and the synthesis of biologically relevant cyclopropane derivatives. A thorough structural study of chiral Rh(II) complexes allowed us to determine the factors responsible for their enantioinduction ability in our reaction system, which has enormous implications in other metal-carbene reactions using these catalysts. The unveiling of an unexpected conformation called 'All-up', and the presence of stabilizing interactions controlling the rigidity of this arrangement have been crucial in our understanding of the mechanism. As part of this investigation, we developed a general method for the synthesis of heteroleptic Rh(II) complexes, thus multiplying the number of catalysts available in the development of new stereoselective reactions, and allowing us to conduct a more detailed structural study. Moreover, we have developed a particularly efficient method for the synthesis of another type of di-acceptor cyclopropane derivative via Rh(II) catalysis, cyanocyclopropylphosphonates. The highly enantioenriched products obtained in this transformation are interesting substrates for tandem reactions of nucleophilic addition / olefination of carbonyl compounds, and are precursors of useful molecules in medicinal chemistry, such as aminocyclopropylphosphonic acids.

Les dérivés cyclopropaniques di-accepteurs représentent des intermédiaires synthétiques précieux dans l’élaboration de structures moléculaires complexes, ayant des applications dans plusieurs domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse de ces unités sous forme énantioenrichie en utilisant la cyclopropanation d’alcènes par catalyse avec des complexes de Rh(II) utilisant des composés diazoïques di-accepteurs comme substrats. Suite au développement initial d’une méthode de cyclopropanation d’alcènes catalytique asymétrique utilisant des nitro diazocétones, de multiples études expérimentales quant au mécanisme de stéréoinduction dans ce type de réaction ont été effectuées. Nous avons alors pu identifier le groupement p-méthoxyphénylcétone du substrat et le catalyseur Rh2(S-TCPTTL)4 comme étant une combinaison clé pour l’atteinte de diastéréosélectivités et d’excès énantiomères élevés. Ceci a mené au développement de deux autres méthodes de cyclopropanation stéréosélectives distinctes, utilisant soit une cyano diazocétone ou un céto diazoester. Nous avons démontré l’utilité des dérivés cyclopropaniques énantioenrichis obtenus par ces trois méthodes dans une panoplie de manipulations synthétiques, dont l’addition nucléophile d’amines et de cuprates, la cycloaddition formelle avec un aldéhyde, et la synthèse de dérivés cyclopropaniques importants en chimie médicinale. Une étude structurelle approfondie des complexes de Rh(II) chiraux nous a permis de déterminer les facteurs responsables de leur pouvoir d’énantioinduction dans notre système réactionnel, ce qui a d’énormes implications dans d’autres méthodologies utilisant ces mêmes catalyseurs. Le dévoilement d’une conformation inattendue dite ‘All-up’, ainsi que de la présence d’interactions stabilisantes régissant la rigidité de cet arrangement se sont avérés cruciaux dans notre compréhension du mécanisme. Dans le cadre de cette investigation, nous avons développé une méthode générale pour la synthèse de complexes de Rh(II) hétéroleptiques, multipliant ainsi le nombre de catalyseurs accessibles dans l’élaboration éventuelle de nouvelles réactions stéréosélectives, et nous permettant d’effectuer une étude structurelle plus détaillée. De plus, nous avons développé une méthode particulièrement efficace pour la synthèse d’un autre type de dérivé cyclopropanique di-accepteur par catalyse avec des complexes de Rh(II), les cyano-cyclopropylphosphonates. Les produits de cette transformation sont obtenus avec des énantiosélectivités élevées, et sont des substrats intéressants pour des réactions tandem d’ouverture de cycle par addition nucléophile / oléfination de composés carbonylés. De plus, ces composés sont des précurseurs de molécules utiles en chimie médicinale tels que les acides aminocyclopropylphosphoniques. / Di-acceptor cyclopropane derivatives are valuable synthetic intermediates in the preparation of complex molecular structures, with applications in several fields of chemistry. During this work, we investigated the synthesis of these units in enantioenriched form via the Rh(II)-catalyzed cyclopropanation of alkenes using di-acceptor diazo compounds as substrates. Following the initial development of a method for the catalytic asymmetric cyclopropanation of alkenes using nitro diazoketones, many experimental studies on the mechanism of stereoinduction in this reaction were performed. We were able to identify the p-methoxyphenylketone group of the substrate and catalyst Rh2(S-TCPTTL)4 as a key combination for the obtention of high diastereoselectivities and enantiomeric excesses. This led to the development of two distinct stereoselective cyclopropanation methods, using either an cyano diazoketone or a keto diazoester. We demonstrated the utility of the enantioenriched cyclopropane derivatives obtained by these three methods in a variety of synthetic manipulations, including the nucleophilic addition of amines and cuprates, the formal cycloaddition with an aldehyde, and the synthesis of biologically relevant cyclopropane derivatives. A thorough structural study of chiral Rh(II) complexes allowed us to determine the factors responsible for their enantioinduction ability in our reaction system, which has enormous implications in other metal-carbene reactions using these catalysts. The unveiling of an unexpected conformation called 'All-up', and the presence of stabilizing interactions controlling the rigidity of this arrangement have been crucial in our understanding of the mechanism. As part of this investigation, we developed a general method for the synthesis of heteroleptic Rh(II) complexes, thus multiplying the number of catalysts available in the development of new stereoselective reactions, and allowing us to conduct a more detailed structural study. Moreover, we have developed a particularly efficient method for the synthesis of another type of di-acceptor cyclopropane derivative via Rh(II) catalysis, cyanocyclopropylphosphonates. The highly enantioenriched products obtained in this transformation are interesting substrates for tandem reactions of nucleophilic addition / olefination of carbonyl compounds, and are precursors of useful molecules in medicinal chemistry, such as aminocyclopropylphosphonic acids.