Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Resorcinarenes are tetramers, belonging to a class of [1]4metacyclophanes, easily formed by the acid- or base-catalysed condensation of resorcinol and aldehydes. Properties include, amongst others; bowl-like shape, adhesion to hydrophilic surfaces and formation of hexameric capsules. Their uses are, to mention some: components in liquid crystals, photoresistors, selective membranes, surface reforming agents, HPLC stationary phases, ion-channel mimics, metal-ion extraction, molecular switches and ligands for metal catalysts. Selective functionalization of resorcinarenes has been explored and achieved via relatively inefficient methodologies which limit studies, structural architecture and new applications. In this work, synthesis of C4v symmetric resorcinarene ethers was performed which were used as templates in undertaking studies towards selective derivatisation of resorcinarenes via an ortholithiation approach. Conditions for the efficient synthesis of distally substituted resorcinarenes using ortholithiation were optimized and tested with a range of electrophiles, lower rim lengths, scale, base equivalents, reaction times and solvent effects. Ortholithiation gave distally substituted resorcinarenes in reasonable yields (>80%). Ortholithiation and its ability to form distal-resorcinarene esters could possibly be used as a way to synthesize distal-chloromethyl resorcinarene precursors whose further functionalization would furnish a range of distal-resorcinarene imidazolium salts, a class of distal bidentate carbene ligand staring materials for transition metal coordination. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Resorsinarene is sikliese tetramere, wat deel uitmaak van 'n klas van [1]4metasiklofane, en kan maklik gevorm word deur die suur- of basis-gekataliseerde kondensasie van resorsinol en aldehiede. Eienskappe sluit onder andere in: bak-vormig, adhesie aan hidrofiliese oppervlakke en die vormasie van heksameriese kapsules. Tipiese voorbeelde van gebruike sluit die volgende in: komponente van vloeistof kristalle, fotoresistors, selektiewe membrane, oppervlak hervormings agente, HDVC stationêre fases, ioon-kanaal nabootsers, metaal-ioon ekstraksie, molekulêre skakelaars en ligande vir metaalkatalise. Selektiewe funksionalisering van resorsinarene was al voorheen bestudeer, maar die metodologieë was beperkend ten opsigte van die struktuele argitektuur en nuwe toepassings wat daaruit gekom het. In hierdie werk was C4v simmetriese resorsinareen eters gesintetiseer wat gebruik was as uitgangstowwe om selektiewe funksionalisering deur orto-litiëring te bewerkstellig. Kondisies vir die effektiewe sintese van distaal gesubstitueerde resorsinarene, deur gebruik te maak van orto-litiëring, was bepaal en ge-optimaliseer deur gebruik te maak van 'n wye reeks elektrofiele, laer rand lengtes, reaksieskale, basis ekwivalente en reaksie tye. Deur dié proses was dit moontlik om distaal gesubstitueerde resorsinareen produkte te bekom in redelike opbrengste (>80%) met meeste funksionele goepe. Daar word voorsien om orto-litiëring, en sy vermoë om distale-resorsinareen esters te vorm,van gebruik te maak as 'n beginpunt in die sintese van distale-chlorometiel resorsinarene, wat op hulle beurt weer sal dien as uitgangstowwe vir die sintese van distale-resorsinareen imidasolium soute. Hierdie distale, bidentale soute kan gebruik word as karbeen ligande in oorgangsmetaal koordinasie.

Les sulfoximines sont une famille de composés dont les domaines d’applications sont très variés. Elles sont utilisées comme auxiliaires, ou ligands pour la synthèse asymétrique et répertoriées comme groupements à forts potentiels dans des composés biologiquement actifs. Les sulfoximines fluorées sont bien plus rares et difficiles d’accès, mais de par les propriétés spéciales induites par le fluor, ont récemment attirées l’attention. Elles ont notamment été utilisées avec succès en tant que réactifs de (per)-fluoroalkylation ou comme groupements super-électroattracteurs. Cependant, il n’y a que de rares exemples de sulfoximines fluorées dans des composés bioactifs. De plus, à notre connaissance, les S-perfluoroalkyl sulfoximines n’ont encore jamais été utilisées comme ligands de métaux ou organocatalyseurs.La thèse porte sur le développement de la synthèse et la fonctionnalisation des sulfoximines fluorées pour la préparation de ligands et d’organocatalyseurs, notamment en version énantiopures. Elle est divisée en 3 chapitres.Le premier chapitre porte sur la synthèse des sulfoximines et des sulfilimines fluorées énantiopures. Sur différentes étapes de la synthèse de ces composés, plusieurs méthodes ont été utilisées, par exemple, la séparation de diastéréoisomères par l’acide de camphorsulphonique, l’oxydation asymétrique de Kagan, Modena, Uemura et aussi l’imination oxydante asymétrique. La CFS (Chromatographie par Fluide Supercritique) semi-préparative a permis de séparer les différents énantiomères des sulfilimines fluorées. L’oxydation des sulfilimines a permis d’obtenir les sulfoximines énantiopures avec de bons rendements. Ces sulfilimines et sulfoximines ont des configurations absolues stables, leurs caractéristiques optiques ont été mesurées ainsi que leurs structures ont été déterminées par diffraction des rayons-X. Le deuxième chapitre est principalement axé sur la N-fonctionnalisation des sulfoximines et leurs développements comme ligands et organocatalyseurs pour la catalyse. Nous avons pu montrer que l’utilisation des micro-ondes pour activer le couplage entre les sulfoximines libres et les aromatiques halogénés permettait d’obtenir de bons résultats et même de diminuer le temps de réaction par rapport à la méthode de chauffage conventionnel. Ce développement a également été utilisé pour préparer des ligands/organocatalyseurs chiraux. Ces nouveaux ligands, sulfoximines fluorées chirales, ont été appliqués dans des procédés de catalyse pour la réaction de Friedel-Crafts, de Biginelli et même comme réactif de Shibata asymétrique pour la trifluoromethylation. Nous avons montré également que ces composés peuvent être utilisés comme ligands ou organocatalyseurs chiraux dans la réaction de Mukaiyama ou de cycloaddition de Diels-Alder conduisant aux produits avec de bons rendements.Le dernier chapitre est basé sur la fonctionnalisation des sulfoximines fluorées par une réaction inédite d’ortholithiation. Dans cette partie, nous démontrons que la fonction sulfoximine fluorée joue le rôle de groupe ortho-directeur. Cela nous a permis d’accéder à une grande variété de sulfoximines orthosubstituées aux structures totalement nouvelles. Les produits dérivés ortho ont été utilisés comme réactifs dans de nombreuses réactions: dans la réaction de Sonogashira, dans la préparation de nouveaux réactif de trifluorométhylation et dans la synthèse d’analogues de composés biologiquement actifs. / Sulfoximines belong to a family of compounds with various application areas. They are used as auxiliaries or ligands for asymmetric synthesis and classified as high potential groups in biologically active compounds. Fluorinated sulfoximines are even more scarce and difficult to access, but special properties induced by fluorine, have attracted particular attention. They have been successfully used as (per)-fluoroalkylating reagent or as super-electron-withdrawing groups. However, there are only a few examples of fluorinated sulfoximines in bioactive compounds. To our knowledge, S-perfluoroalkylated sulfoximines have never been used as ligands of metals or organocatalysts so far.The Thesis focuses on the synthesis and functionalization of fluorinated sulfoximines for the preparation of chiral ligands and/or organocatalysts. It is divided into three chapters.The first chapter deals with the synthesis of enantiopure fluorinated sulfoximines and sulfilimines. During our synthesis, several methods were used, for example, separation of diastereoisomers by using camphorsulphonic acid, and the asymmetric oxidation of Kagan, Modena, Uemura as well as the asymmetric oxidizing imination. The SFC (Supercritical Fluid Chromatography) semi-preparative permits to separate the different enantiomers of fluorinated sulfilimines. Oxidation of sulfilimines led to the formation of enantiopure sulfoximines in good yields. These sulfilimines and sulfoximines are stable retaining their absolute configuration. Optical characteristics were measured and their structures were determined by X-ray diffractions. The second chapter focuses mainly on the N-functionalization of sulfoximines and their developments as organocatalysts and/or ligands for catalysis. Coupling reaction of free sulfoximines with halogenated aromatic under microwave activation led to the formation of products in good yields within short reaction time. This development has also been used to prepare chiral ligands/ organocatalysts. These new chiral fluorinated sulfoximines have been applied in catalytic processes for Friedel-Crafts reaction, Biginelli transformation and as Shibata’s asymmetric trifluoromethylation reagent. We also showed that these compounds may be used as chiral ligands or organocatalysts in Mukaiyama reaction or in Diels-Alder cycloaddition affording products in good yields.The last chapter is based on the functionalization of fluorinated sulfoximines by an ortholithiation reaction. In this part, we have demonstrated that the fluorinated sulfoximine function acts as ortho-directing group. This allowed us to access a wide variety of new ortho-substituted sulfoximine structures. Ortho-derivatives were used as reagents in Sonogashira reaction, in the preparation of novel trifluoromethylation reagents and in the synthesis of some biologically active compound analogues.

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: The use of chiral oxazoline directed lithiation provides a highly diastereoselective (up to >99% de) route to meta functionalised inherently chiral calixarenes. This methodology can be used on both the butylated and debutylated calixarene systems and is tolerant of a wide range of different electrophillic quenches allowing access to a structurally diverse range of inherently chiral metafunctionalised calixarenes. The oxazoline directing group can be removed via hydrolysis, generating a range of functionalised calixarene carboxylic acids in high ee. We also demonstrate that the use of derivative alkyllithiums such as cyclopentyl lithium can provide significantly enhanced diastereoselectivity over the conventional organolithiums such as sec-butyl lithium, when employed in ortholithiation reactions of this nature. The differences in diastereoselectivity associated with the different alkyllithiums can be tied, in certain cases, to the steric bulkiness associated with the individual reagents. In this regard we have found that the use of the so called Tolman angle or cone angle approach allows quantification of the relative steric bulk of the alkyllithium. We also detail that the oxazoline directing group provides a hitherto unknown ability to be diastereoselectively tuned through the choice of the ligand system in the ortholithiation reaction. In this regard the development of a series of diglyme based ligands have proved to provide a highly diastereoselective means of inverting the chirality from that which the use of the conventional TMEDA ligand is able to generate (up to –92% de). The use of diglyme ligands to invert the sense of chirality is also shown to occur on the ferrocenyloxazoline system and presents an apparently general and hitherto unknown facet of asymmetric oxazoline directed ortholithiation. This diglyme induced inversion has been shown to be controlled through a secondary nitrogen coordinated mechanism that is able to operate with chiral oxazolines. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die gebruik van chirale oksasoliengerigte litiëring verskaf ’n hoogs diastereoselektiewe (tot en met >99% do) roete om metagefunksionaliseerde, inherente chirale calixareen produkte te sintetiseer. Deur gebruik te maak van verskillende elektrofiele kan die metodologie toegepas word op beide gebutileerde en de-gebutileerde calixareen sisteme om ’n reeks uiteenlopende inherente chirale, meta-gefunksionaliseerde calixareen produkte te vorm. Die oksasolien groep kan daarna verwyder word deur hidroliese om ’n reeks gefunksionaliseerde calixareenkarboksielsure te vorm in baie hoë eo. Ons het ook gedemonstreer dat die gebruik van afgeleide alkiel-litiums, soos siklopentiel-litium, kan bydrae tot aansienlik verhoogde diastereoselektiwiteit as dit vergelyk word met meer algemene organolitiums soos sekbutiellitium, tydens ortolitiëring reaksies van hierdie natuur. Die verskille in diastereoselektiwiteit kan verbind word, in sekere gevalle, tot die steriese bonkigheid van die individuele reagense. Deur gebruik te maak van die sogenaamde Tolmanhoeke of die koniesehoek benadering is dit moontlik om die relatiewe steriese bonkighied van alkiellitiums te kwantifiseer. Daar was ook bepaal dat die oksasoliengroep die ongekende vermoë besit om die diastereoselektiwiteit van die produk te stem deur die keuse van verskillende ligand sisteme tydens die ortolitiëring reaksie. Daar was bepaal dat die chiralitiet van die produkte omgekeer kan word op ’n hoogs diastereoselektiewe manier, deur gebruik te maak van ’n reeks ontwikkelde diglymegebaseerde ligande, indien dit vergelyk word met die produkte wat deur die konvensionele TMEDA gegenereer was (tot en met –92% do). Die gebruik van diglyme ligande was ook getoets op ferroseenoksasolien sisteme en dit was bevind dat dieselfde omkering in chiraliteit ook plaasvind wat aanleiding kan gee tot 'n oënskynlik algemene en tot nou toe onbekende faset van asimmetriese oksasoliengerigte orto-litiëring. Dit is bepaal dat hierdie diglyme geïnduseerde omkering in chiraliteit beheer word deur middel van 'n sekondêre stikstofgekoördineerde meganisme, wat in staat is om saam te werk met chirale oksasoliene.

Les réactions de métallation des acides benzoïques mono-méthoxylés dans les positions 2-, 3- et 4- par les bases fortes alkyllithiées, les amidures de lithium encombrés et n-BuLi/t-BuOK (superbase) ont été étudiées. Relativement aux groupes ortho-directeurs connus, la fonction CO2H présente un pouvoir ortho-directeur moyen. Cette caractéristique constitue un avantage. En effet, il est possible de modifier la position de métallation en changeant la base et/ou en modulant les conditions expérimentales. De plus, les étapes de protection et de déprotection (souvent difficiles) de la fonction carboxylique, habituellement requises sont évitées.<br />Avec les bases alkyllithiées, il y a formation intermédiaire d'un complexe de prélithiation (effet CIPE). Le complexe le plus stable est généralement celui formé entre le carboxylate et la base lithiée. Les bases amidures métallent la position la plus acide thermodynamiquement (les effets inductifs et mésomères prédominent) et la régiosélectivité est généralement différente. La superbase de Lochmann-Schlosser plus "vorace" et moins sélective est davantage sensible à l'encombrement stérique et réagit préférentiellement en ortho de la fonction alkoxy. Les différentes techniques chimiques mises au point nous ont permis de proposer une synthèse éclair de l'acide lunularique.<br />Un mécanisme pour les réactions de lithiation dirigée est proposé.<br />Les acides 2-fluoro- et 2-méthoxybenzoïques donnent des réactions de substitution nucléophile aromatique (ipso-substitution) avec les organolithiens. L'introduction d'un atome de silicium en position 6 du cycle permet de diminuer la réactivité du carboxylate vis-à-vis de la base nucléophile. Le premier exemple de réaction d'échange brome-lithium en présence d'eau lourde est présenté. Une interprétation à ce phénomène est donnée.<br />Enfin, les réactions de métallation de la phénothiazine sont réanalysées sur le plan mécanistique. Contrairement à ce qui est indiqué dans la littérature, il est vraisemblable que ces transformations ne font pas intervenir un dianion. Le mécanisme suivi dépend de l'électrophile et ce dernier est susceptible d'intervenir dans le processus de métallation.