Thesis (Ph. D.)--University of Michigan, 1929.

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In this thesis, I was paid to the preparation of enantiomerically and diastereomerically pure spiro compounds using asymmetric organocatalysis.

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work describes firstly an efficient and regioselective method for the synthesis of a new series of 2,2,2-trifluoro-1-[4-methoxy-spiro(2H-chromen-2,1 -cycloalkan)-3-yl]ethanones from the Kabbe adducts (spiro[chroman-2,1 -cycloalkan]-4-ones). Yields of 38 % to 61 % were obtained when trifluoroacetylation reactions of mixtures of enolethers and/or acetals derived from four spiro ketones (Kabbe adducts) were performed at a temperature of 45 oC and employing anhydrous chloroform as the solvent. Subsequently, when the respective trifluoroacetylated Kabbe adducts reacted with phenylhydrazine and methylhydrazine at a 1:1 molar ratio in refluxing ethanol for 24 hours, a new series of seven examples of a novel spiro-condensed heterocyclic system, namely 1(2)-methyl(phenyl)-3-(trifluoromethyl)-1,4(2,4)-dihydro-spiro(chromen[4,3-c]pyrazole-4,n -cycloalkanes) where cycloalkanes are cyclopentane, cyclohexane and cycloheptane (n = 1) and tetrahydro-2H-pyran (n = 2) were isolated at yields of between 35 % and 51 %. NMR and X-ray diffraction techniques demonstrated clearly that reactions from methylhydrazine and phenylhydrazine were regioselective and allowed to isolate separately the 1,3- and 2,3-trifluoromethylated isomers, respectively. Subsequently, two examples of new 3-hydroxy-3-(trifluoromethyl)-3,3a-dihydro-4H-spiro(chromen[4,3-c]isoxazole-4,1 -cycloalkanes), derivated from cyclopentanone and cyclopentanone, were obtained from the reaction of 2,2,2-trifluoro-1-[4-methoxy-spiro(2H-chromen-2,1 -cycloalkan)-3-yl]ethanones with hydroxylamine hydrochloride in yields of 42% and 58%, respectively. Finally, the structures of new spiro heterocycles were determined with the aid and simultaneous application of 1H-, 13C{1H}- and 19F-NMR, X-ray monocrystal diffraction, Mass Spectrometry and DFT calculation techniques and their purity were proved by elemental analysis or High Resolution Mass Spectrometry (HRMS). / O presente trabalho descreve inicialmente um método eficiente e regiosseletivo para a síntese de uma nova série de 2,2,2-triflúor-1-[4-metóxi-espiro(2H-cromen-2,1 -cicloalcan)-3-il]etanonas a partir de adutos de Kabbe (espiro[croman-2,1 -cicloalcan]-4-onas). Rendimentos de 38% a 61% foram obtidos quando reações de trifluoracetilação de misturas de enoléteres e/ou acetais derivados de quatro espiro cetonas (adutos de Kabbe) foram realizadas a 45 ºC usando clorofórmio anidro como solvente. Subsequentemente, quando os respectivos adutos de Kabbe trifluoracetilados foram reagidos com fenilhidrazina ou metilhidrazina, em relação molar de 1:1, sob refluxo de etanol por 24 horas, uma série de sete exemplares de um novo sistema heterocíclico espiro-condensado, denominado 1(2)-metil(fenil)-3-(trifluormetil)-1,4(2,4)-diidro-espiro(chromen[4,3-c]pirazol-4,n -cicloalcanos) onde os cicloalcanos são ciclopentano, ciclohexano e cicloheptano (n = 1) e tetraidro-2H-pirano (n = 2), foi isolada em rendimentos entre 35 % e 51 %. Técnicas de RMN e de difração de raios-X demonstraram claramente que as reações a partir da metilhidrazina e da fenilhidrazina foram regiosseletivas e permitiram isolar separadamente os isômeros trifluormetilados 1,3 e 2,3, respectivamente. Em sequência, dois exemplares de novas 3-hidróxi-3-(trifluormetil)-3,3a-diidro-4H-espiro(cromen[4,3-c]isoxazol-4,1 -cicloalcanos), derivados da ciclopentanona e ciclohexanona, foram obtidos a partir da reação de 2,2,2-triflúor-1-[4-metóxi-espiro(2H-cromen-2,1 -cicloalcan)-3-il]etanonas com cloridrato de hidroxilamina em rendimentos de 42% e 58%, respectivamente. Finalmente, as estruturas dos novos espiro heterociclos foram determinadas com o auxílio e aplicação simultânea de experimentos de RMN de 1H, 13C{1H}, 19F, difração de raios-X em monocristais, Espectrometria de Massas e cálculos DFT e, a sua pureza comprovada por Análise Elementar ou por Espectrometria de Massas de Alta Resolução (HRMS).

Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objet l’étude de la réactivité des ω-céto-esters acétyléniques vis-à-vis des métaux de transition. Lorsque ces composés sont traités avec une mélange Ti(OiPr)4/iPrMgBr, la formation d’alcools allyliques bicycliques est observée avec une totale diastéréosélectivité par rapport à la jonction de cycle (cis) et une configuration (E) pour la double liaison. Il a été montré que ces produits peuvent être transformés en lactone α,β-insaturé, sous-structures de produits naturels. La cycloisomérisation d’alcynyl cétones catalysées par des sels d’Ag(I) conduit à la formation de composés spiraniques. En piégeant l’intermédiaire réactionnel, la synthèse des composés vinyl-iodés correspondants a été réalisée. Si la réaction de cycloisomérisation est effectuée avec des ω-céto-esters acétyléniques, des ester α,β-insaturés sont isolés. Les produits obtenus ont ensuite été utilisés comme substrats pour la formation de systèmes tricycliques 6-5-5 et 6-6-5. Ces enchaînements de cycles sont présents dans le squelette carboné d’une grande variété de produits naturels. Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objet l’étude de la réactivité des ω-céto-esters acétyléniques vis-à-vis des métaux de transition. Lorsque ces composés sont traités avec une mélange Ti(OiPr)4/iPrMgBr, la formation d’alcools allyliques bicycliques est observée avec une totale diastéréosélectivité par rapport à la jonction de cycle (cis) et une configuration (E) pour la double liaison. Il a été montré que ces produits peuvent être transformés en lactone α,β-insaturé, sous-structures de produits naturels. La cycloisomérisation d’alcynyl cétones catalysées par des sels d’Ag(I) conduit à la formation de composés spiraniques. En piégeant l’intermédiaire réactionnel, la synthèse des composés vinyl-iodés correspondants a été réalisée. Si la réaction de cycloisomérisation est effectuée avec des ω-céto-esters acétyléniques, des ester α,β-insaturés sont isolés. Les produits obtenus ont ensuite été utilisés comme substrats pour la formation de systèmes tricycliques 6-5-5 et 6-6-5. Ces enchaînements de cycles sont présents dans le squelette carboné d’une grande variété de produits naturels. / In this work, the reactivity of acetylenic ω-ketoesters towards different metal complexes was investigated.
 When acetylenic ω-ketoesters are submitted to Ti(OiPr)4/iPrMgBr, the formation of fused bicyclic γ-hydroxy-α,β-unsaturated esters was observed. The products were obtained with absolute selectivity in regard to the ring junction formed (cis) and the configuration of the double bond (E) and could be transformed into the corresponding α,β-unsaturated lactones, substructures of various natural products. When ω-ketoalkynes are used in Ag(I)-catalyzed cycloisomerization reactions, the formation of spirocyclic compounds was observed. By taking advantage of the reaction intermediates of this reaction, it was possible to isolate the corresponding spirocyclic alkenyl iodides. Performing cycloisomerization reactions with acetylenic ω-ketoesters, spirocyclic α,β-unsaturated esters are formed. We could show that these products are valuable substrates for the formation of 6-5-5- and 6-6-5-fused tricyclic systems which represent the skeleton of a large group of natural products.

La catalyse organométallique est l'un des piliers de la synthèse chimique moderne. Elle permet notamment la formation rapide de liaisons carbone-carbone et carbone-hétéroatome, processus les plus importants pour la fabrication des milliers de composés nécessaires à la vie contemporaine. Elle répond également aux critères d'économie d'atomes et d'énergie, et de réduction des déchets, des risques et des coûts de mise en oeuvre d'une réaction chimique.Parmi les thématiques les plus récentes de la synthèse organique, la catalyse homogène à l'or s'est imposée en seulement quelques années comme un outil synthétique très puissant. Elle autorise la génération rapide de complexité moléculaire à partir de substrats simples par l'activation d'insaturations carbonées. Durant ces études, nous avons tenté de tirer profit du caractère carbophile des complexes d'or (1) et (Ill) mais aussi de leur affinité pour certaines fonctions polaires pour transformer des hétérocycles acétyléniques en composés hétéropolycycliques dans des réactions en cascade. La réactivité complémentaire des complexes d'argent (1) a également été exploitée, ces derniers présentant de surcroît une sélectivité remarquable pour la déprotection d'éthers de méthoxybenzyle. / Organometallic catalysis is a key tool of modern chemical synthesis. lts use is ubiquitous in the preparation of bulk or fine chemicals, in particular for the assembly of carbon-carbon and carbon-heteroatom bonds. Besides its overall efficiency, it responds to the responsible criteria of energy and atom economy, the reduction of waste, risk, and financial costs needed to perform a chemical reaction.ln just a few years, homogenous gold catalysis has emerged as an invaluable tool for the fast generation of molecular complexity. lndeed, it allows the strong electrophilic activation of unsaturated hydrocarbon moieties (e.g. alkynes or alienes). During this PhD thesis, we focused our studies on the use of gold's pi acidity as weil as its "classical" - but less discussed - Lewis acid character for the triggering of cascade reactions.Starting from acetylenic heterocycles, we targeted the synthesis of polycyclic compounds. The milder reactivity of silver complexes was also found useful in these reactions, as weil as in the deprotection of methoxybenzyl ethers.

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