Palladium-catalyzed carbonylative and decarbonylative transformations for the synthesis of reactive electrophiles and heterocycles

The palladium catalyzed carbonylation of aryl halides can provide a useful method to synthesize carbonyl containing products. This thesis describes the development of two new variants of such reactions that offer efficient routes to generate either reactive electrophiles or heterocycles. These reactions can be performed using commercially available reagents, which include aryl iodides, imines, acid chlorides and carbon monoxide. Chapter 2 describes the development of a new method to utilize palladium catalysis to generate reactive acid chloride electrophiles. This transformation occurs via the metathesis of covalent σ-bonds between Ar-X fragments, and demonstrates the dynamic nature of palladium-based oxidative addition/reductive elimination. Overall, this opens a route to synthesize acid chlorides without the use of high energy corrosive or toxic reagents, and instead from exchange with other acid chlorides. Coupling the in-situ formation of acid chlorides with nucleophiles allows the efficient synthesis of a number of carbonyl containing compounds. Chapter 3 describes the development of a new palladium catalyzed multicomponent synthesis of spirocyclic-β-lactams. This reaction proceeds via two tandem catalytic carbonylation reactions, where a single palladium catalyst mediates the formation of acid chlorides, α-chloroamides and ketenes as intermediates. Subsequent trapping of the ketene by [2+2] cycloaddition reactions furnishes the polysubstituted product. The transformation provides a route to generate a number of spirocyclic-β-lactams from imine-tethered aryl iodides, imines and CO.La carbonylation d'halogénure d'aryle catalysé au palladium peut s'avérer être une méthode efficace pour la synthèse de composés carbonylés. Cette thèse décrit le développement de deux nouvelles variantes de réactions de carbonylation catalysées au palladium qui offre des routes de synthèses efficaces afin de générer des électrophiles réactifs ou des hétérocycles. Ces réactions peuvent être réalisées à partir de produits commercialement disponibles, qui incluent les iodures d'aryles, imines, chlorures d'acides et le monoxyde de carbone.Le deuxième chapitre décrit le développement d'une nouvelle méthode d'utilisation du palladium comme catalyseur pour générer des électrophiles réactif : les chlorures d'acides. Cette transformation procède via la métathèse de liens sigma entre les fragments Ar-X. Cette réaction montre la nature dynamique du palladium face à l'addition oxydante/élimination réductrice de composés organiques et offre une approche efficace pour incorporer des groupes fonctionnels chlorure d'acide aux halogénures d'aryle par réactions d'échange. En général, ceci ouvre la voie à une nouvelle route de synthèse de chlorures d'acide sans l'utilisation de substances hautement corrosives et toxiques, mais plutôt à partir d'échanges avec d'autres chlorures d'acide. En couplant les chlorures d'acide formés in situ avec divers nucléophiles permet la synthèse efficace de nombreux composés carbonylés. Le troisième chapitre décrit le développement d'une nouvelle réaction multicomposant catalysé au palladium pour la synthèse de β-lactames spirocyclique. Cette réaction procède via deux réactions tandem catalytiques de carbonylation, où un seul catalyseur de palladium sert de médiateur pour la formation de chlorures d'acide, α-chloroamides et cétènes comme intermédiaires. Le cétène subséquemment piégé par réaction de cycloaddition [2+2] procure les composés polysubstitués. Cette transformation procure une route de synthèse pour générer un nombre de β-lactame spirocyclique à partir d'imines attachées à un iodure d'aryle, d'imines et de monoxyde de carbone