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Alkynylcyclopropanes have found promising applications in both organic synthesis and medicinal chemistry but remain rather underexplored due to the challenges associated with their preparation. We describe a convenient two-step methodology for the alkynylcyclopropanation of alkenes, based on the rhodium(II)-catalyzed decarbenation of 7-alkynyl cycloheptatrienes. The catalytic system employed circumvents a fundamental problem associated with these substrates, which usually evolve via 6-endo-dig cyclization or ring-contraction pathways under metal catalysis. This unique performance unlocks a rapid access to a diverse library of alkynylcyclopropanes (including derivatives of complex drug-like molecules), versatile intermediates that previously required much lengthier synthetic approaches. Combining experiments and DFT calculations, the complete mechanistic picture for the divergent reactivity of alkynylcycloheptatrienes under metal catalysis has been unveiled, rationalizing the unique selectivity displayed by rhodium(II) complexes.

The Rh(III)-catalyzed ortho-alkynylation of benzaldehydes is enabled by the transient formation of an imine as a directing group. A broad scope of substrates was obtained under mild reaction conditions, granting access to mono- and dialkynylated products. The functionalization of readily available building blocks allowed the development of modular syntheses of dibenzopentalenes, isoquinolines, indoles, and indolines.

The nature of cyclopropyl gold(I) carbene‐type intermediates has been reexamined as part of a mechanistic study on the formation of cis‐ or trans‐fused bicyclo[5.1.0]octanes in a gold(I)‐catalyzed cascade reaction. Benchmark of DFT methods together with QTAIM theory and NBO analysis confirms the formation of distinct intermediates with carbenic or carbocationic structures in the cycloisomerizations of enynes.

Dialkyl biarylphosphine ligands, presented in the context of Pd‐catalyzed cross‐coupling reactions, have been extensively applied in gold(I) catalysis giving rise to numerous transformations and reaction pathways otherwise inaccessible under the action of other gold(I) catalysts. This review emphasizes how this privileged ligand class, as well as recent modifications on the biarylphosphine motive, have triggered the discovery of new reactivities in our research program. Finally, the introduction of chiral information on the ligand scaffold provides new solutions to challenging gold(I)‐catalyzed enantioselective transformations.

A novel synthesis of indanes and dihydronaphtalenes based on the intramolecular insertion into C(sp3)−H bonds of gold(I) carbenes generated by retro‐Buchner reaction (decarbenation) has been developed. Deuterium‐labeling and kinetic isotope effect experiments, DFT calculations, and generation of the proposed carbene intermediate from a well‐characterized gold(I) carbenoid support the involvement of a three‐center concerted mechanism for the C(sp3)−H functionalization process.

This Data Descriptor announces the submission to public repositories of the monoterpene indole alkaloid database (MIADB), a cumulative collection of 172 tandem mass spectrometry (MS/MS) spectra from multiple research projects conducted in eight natural product chemistry laboratories since the 1960s. All data has been annotated and organized to promote reuse by the community. Being a unique collection of these complex natural products, these data can be used to guide the dereplication and targeting of new related monoterpene indole alkaloids within complex mixtures when applying computer-based approaches, such as molecular networking. Each spectrum has its own accession number from CCMSLIB00004679916 to CCMSLIB00004680087 on the GNPS. The MIADB is available for download from MetaboLights under the identifier: MTBLS142 (https://www.ebi.ac.uk/metabolights/MTBLS142).

A gold(I)-catalyzed cyclopropane-alkene metathesis has been demonstrated with two new families of cyclopropane derivatives of naphthalene and phenanthrene (benzo-fused norcaradienes). In this process, metal carbene units are transferred from a persistent cyclopropane to an alkene, upon release of naphthalene or phenanthrene, allowing the diastereoselective synthesis of a wide range of aryl and vinyl cyclopropanes.

The synthesis of a new C 3v‐symmetric crushed fullerene C60H24 (5) has been accomplished in three steps from truxene through sixfold palladium‐catalyzed intramolecular arylation of a syn‐trialkylated truxene precursor. Laser irradiation of 5 induces cyclodehydrogenation processes that result in the formation of C60, as detected by LDI‐MS.

A unified approach to the synthesis of the series of higher acenes up to previously unreported undecacene has been developed through the on-surface dehydrogenation of partially saturated precursors. These molecules could be converted into the parent acenes by both atomic manipulation with the tip of a scanning tunneling and atomic force micro- scope (STM/AFM) as well as by on-surface annealing. The structure of the generated acenes has been visualized by high- resolution non-contact AFM imaging and the evolution of the transport gap with the increase of the number of fused benzene rings has been determined on the basis of scanning tunneling spectroscopy (STS) measurements.

We report the alkynylation of C(sp2)−H bonds with bromoalkynes (inverse-Sonogashira reaction) directed by synthetically useful ester, ketone, and ether groups under rhodium catalysis. Other less common directing groups such as amine, thioether, sulfoxide, sulfone, phenol ester, and carbamate are also suitable directing groups. Mechanistic studies indicate that the reaction proceeds by a turnoverlimiting C−H activation step via an electrophilic-type substitution.

Resumen del póster presentado al International workshop On-Surface Synthesis (OSS), celebrado en Sant Feliu de Guíxol (España) del 23 al 28 de septiembre de 2018., Acenes are a class polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH’s) consisting of linearly fused benzene rings. Their interesting electronic properties have exposed them to intensive studies. By way of example, pentacene is among the best studied organic semiconductors and has been successfully integrated into several types of devices. However, longer acenes have been studied much less, characterized by a lower stability that makes their synthesis in conventional wet chemistry extremely challenging. In fact, an increasing open shell character is predicted as the acenes grow longer. On-surface chemistry stands as an efficient alternative to synthesize and characterize such acenes. In this study, starting from a heptacene derivative (dibromo-tetrahydroheptacene), we use Scanning Tunneling Microscopy-Spectroscopy (STM-STS) to synthesize and characterize heptacene on Ag(100) under ultra-high vacuum. After depositing the molecules onto the substrate, dehalogenation occurs automatically readily at room temperature. Thereafter, the sequential dehydrogenation of the molecules can be achieved either thermally or using the STM tip, whereby different reactions intermediates are obtained (Fig. 1). As the number of fused benzene rings increases the HOMO-LUMO gap decreases, ending up with an anionic heptacene on the Ag(100) surface. A zero-bias anomaly and strong vibronic fingerprints are observed for specific intermediates.

Resumen del trabajo presentado al Symposium on Surface Science (3S), celebrado en St. Christoph am Arlberg (Austria) del 25 de febrero al 10 de marzo de 2018., Due to unprecedented precision reaching sub-picometers scanning probe microscopy (SPM) methods are currently the most popular and reliable tools for local characterization of atomic and single-molecule systems supported on surfaces of solids. However, direct determination of many functional properties, including especially electronic transport in prototypical planar atomic-scale devices, lies beyond the single-probe SPM approach. Recent technical advances provide multi-probe SPM instruments, which are able to operate on the same surface simultaneously with stability comparable to best cryogenic single-probe SPMs. In this work, we describe the full methodology behind atomically defined two-probe scanning tunneling microscopy and spectroscopy (STM/STS) experiments performed on model systems on the germanium (001) surface. Firstly, we discuss our methodology for fine relative positioning of two STM probes on Ge(001) and Ge(001):H surfaces with exact atomic precision and lateral probe to probe distances below 50 nm. That technical results opens possibility of direct testing of on-surface electron transport in a planar geometry. It is realized by a novel two-probe STS (TP-STS) methodology, in which both STM tips are kept in tunneling conditions above a grounded sample. By applying a small AC component to a varied DC bias voltage on one of the probes and by demodulation of resulting current signals on both of the probes, we extract corresponding dI1/dV1 (single-probe, vertical) and dI2/dV1 (two-probe, planar) STS signals. In this case of Ge(001) we show that the detection of TPSTS signal is related to quasi-ballistic hot-electron transport through one-dimensional π* states of Ge dimer-row wires located within bulk bang gap of the surface. Our two-probe experimental results are corroborated by first-principles calculations combining the nonequilibrium Green's function (NEGF) formalism with density function theory (DFT) in a fourterminal setup. Finally, we present a non-local switching of single trinaphthylene molecule adsorbed on Ge(001) surface. The switching is induced by hot electrons injection into discussed π* states of Ge dimer-rows. Here by taking the advantage of two-probe STM configuration we observe “in-situ” non-local molecule switching using one of the probes as a source of hot electrons injected into surface states and the other as a detector of a molecule motion., Support by the European Commission under PAMS project (contract no. 610446) and by the Polish Ministry of Science and Higher Education (contract no. 0341/IP3/2016/74) are gratefully acknowledged.

The present study investigates a synthetically simple ferrocene derivatization of natural products and active pharmaceutical ingredients. Seven new crystal structures are analyzed together with 16 structures of ferrocene derivatives reported previously. In all cases the unambiguous determination of the absolute structure was established from anomalous dispersion using the methods of Flack, Hooft and Parsons. A comparison with other derivatization approaches shows the advantage of the herein described ferrocene derivatization for establishing the absolute configuration of novel compounds.

The synthesis of tetranuclear gold complexes, a structurally unprecedented octanuclear complex with a planar [AuI8] core, and pentanuclear [AuI4MI] (M=Cu, Ag) complexes is presented. The linear [AuI4] complex under- goes C H functionalization of carbonyl compounds under mild reaction conditions. In addition, [AuI4AgI] catalyzes the carbonylation of primary amines to form ureas under homo- geneous conditions with efficiencies higher than those achieved by gold nanoparticles.

A practical aminocyclization of 1,6-enynes with a wide variety of substituted anilines, including N-alkyl anilines, has been achived by using cationic [JohnPhosAu(MeCN)]SbF6 as a general purpose catalyst. The resulting adducts can be easily converted into polycyclic compounds by palladium- and gold-catalyzed reactions.

The synthesis of a new C3v‐symmetric crushed fullerene C60H24 (5) has been accomplished in three steps from truxene through sixfold palladium‐catalyzed intramolecular arylation of a syn‐trialkylated truxene precursor. Laser irradiation of 5 induces cyclodehydrogenation processes that result in the formation of C60, as detected by LDI‐MS.

Resumen del póster presentado a la 10th Conferencia Fuerzas y Túnel, celebrada en Girona (España) del 5 al 7 de septiembre de 2016.-- et al., Controlling the coupling between single-molecules and dangling-bonds (DBs) on hydrogenpassivated semiconductor surfaces is of relevance from both technological and fundamental perspectives. Furthermore, DBs can be patterned on these surfaces with atomic precision by STM tip induced desorption of the hydrogen atoms from the passivated layer. This opens up the possibility to tune the properties of the molecules by contacting them with DB arrays of different complexity. With this in mind, we have investigated the interaction of a conjugated polyaromatic molecule (trinaphthylene, Y molecule) with a single-DB or a DB dimer on the hydrogenated Ge(001):H surface. Using Scanning Tunneling Microscope (STM) and Spectroscopy (STS) experiments combined with theoretical calculations, we have found significantly different results in each case. Y molecules interact weakly with the hydrogen-passivated surface, and are nearly decoupled from the substrate states. As a result, the electronic structure of the molecule positioned on the single DB is similar to the gas phase electronic structure. On the contrary, the formation of chemical bonds following the Diels-Alder addition for Y molecules attached to surface DB dimers results in a significant change of the molecular electronic structure. Our results show that the strength of the coupling between the molecule and the substrate could be tuned by creating complex arrays comprising both single and dimerized DBs.

The first total synthesis of the antiviral (+)-schisanwilsonene A has been completed using a fully stereoselective tandem cyclization/1,5-migration/intermolecular cyclopropanation. The key reaction sequence is catalyzed by gold.

L'or(I) dirigeix el contorsionisme molecular mitjançant reaccions intramoleculars i intermoleculars d'enins per mitjà d'intermedis ciclopropil o carbens altament distorsionats. La síntesi de productes naturals com (+)-orienalol F i (-)-englerin A mostra l'estat d'art de la catàlisi de l'or(I) per a construir complexitat molecular., Gold(I) orchestrates molecular gymnastics by intraand intermolecular reaction of enymes via highly distorted cyclopropyl gold carbenes as intermediates. The synthesis of natural products such as (+)-orientalol F and (−)-englerin A illustrates the state of the art of gold (I) catalysis for the buildup of molecular complexity.

[EN] The invention describes a method for producing fullerenes and heterofullerenes, based on the dehydrogenation of organic precursors by means of the catalytic action of a highly reactive monocrystalline material, for example Pt(III). The fullerenes are produced on curved surfaces (nanoparticles) or on sheets of the catalytic material, and the fullerenes can be released subsequently for future uses. In addition, sheets bearing adhered fullerenes may be used as molecular electronic devices, for example as an electron donor, in diodes, molecular transistors, photovoltaic cells or optical limiters wherein C60 forms the active layer., [ES] La invención describe un método para producir fullerenes y heterofullerenes, basado en la deshidrogenación de precursores orgánicos por medio de la acción catalítica de un material de tipo monocristalino altamente reactivo, por ejemplo pinta (III). El son de los fullerenes producido en las superficies curvas (nanopartículas) o en las hojas del material catalítico, y el bote de los fullerenes sean liberado posteriormente para los usos futuros. Además, las hojas que apoyan fullerenes adheridos pueden ser utilizadas como dispositivos electrónicos moleculares, por ejemplo como un donador de electrones, en diodos, los transistores moleculares, las células fotovoltaicas o limitadores ópticos en donde las formas C60 la capa activa., Consejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Institut Català d'Investigació Química, Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial, A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica

La presente invención describe un procedimiento para la fabricación de fullerenos y heterofullerenos basado en la deshidrogenación de precursores orgánicos por la acción catalítica de un material monocristalino altamente reactivo, por ejemplo Pt(111). La producción de los fullerenos se produce sobre superficies curvas (nanopartículas) o sobre láminas de dicho material catalítico, pudiéndose liberar posteriormente los fullerenos para usos futuros. Por otro lado, las láminas con los fullerenos adheridos pueden utilizarse como dispositivos de electrónica molecular, por ejemplo, como donor de electrones, en diodos, transistores moleculares, células fotovoltaicas o limitadores ópticos en los que el C60 forma la capa activa., Consejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Institut Català d'Investigació Química, Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial, A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica

La catàlisi amb metalls de transició és clau per al descobriment de noves transformacions químiques. En les últimes dues dècades, el camp de la catàlisi homogènia d'or ha estat testimoni d'un creixement exponencial degut al singular caràcter carbofílic que presenten els catalitzadors d'or(I). En aquest context, la ciclació d'enins és una de les reaccions més potents ja que pot donar lloc a estructures policícliques complexes a partir de substrats relativament simples i s'ha aplicat en la síntesi total de diversos productes naturals i materials orgànics. El primer capítol d'aquesta Tesi Doctoral descriu el desenvolupament d'una nova ciclació asimètrica d’enins catalitzada per or(I) i el seu ús en la primera síntesi total dels carexanos I, P i O, metabòlits secundaris aïllats de les arrels i les fulles de la planta mediterrània Carex distachya. El segon capítol se centra a ampliar l'abast de la ciclació d'enins catalitzada per or mitjançant la combinació d'aquesta amb les metodologies arilativas que fan servir sistemes catalítics d'or(I)/or(III) reportades recentment. Finalment, el tercer capítol descriu la nostra contribució a el camp de l'activació d'enllaços C-H amb el desenvolupament de la orto-alquinilación de nitro (hetero) arens catalitzada pel rodi (III). La catálisis con metales de transición es clave para el descubrimiento de nuevas transformaciones químicas. En las últimas dos décadas, el campo de la catálisis homogénea de oro ha sido testigo de un crecimiento exponencial debido al singular carácter carbofílico que presentan los catalizadores de oro(I). En este contexto, la ciclación de eninos es una de las reacciones más potentes ya que puede dar lugar a estructuras policíclicas complejas a partir de sustratos relativamente simples y se ha aplicado en la síntesis total de varios productos naturales y materiales orgánicos. El primer capítulo de esta Tesis Doctoral describe el desarrollo de una nueva ciclación asimétrica de eninos catalizada por oro(I) y su uso en la primera síntesis total de los carexanos I, P y O, metabolitos secundarios aislados de raíces y hojas de la planta mediterránea Carex distachya. El segundo capítulo se centra en ampliar el alcance de la ciclación de eninos catalizada por oro mediante la combinación de ésta con las metodologías arilativas que usan sistemas catalíticos de oro(I)/oro(III) reportadas recientemente. Finalmente, el tercer capítulo describe nuestra contribución al campo de la activación de enlaces C–H con el desarrollo de la orto-alquinilación de nitro(hetero)arenos catalizada por el rodio(III). Transition-metal catalysis is key for the discovery of new efficient chemical transformation. Over the past 20 years, the field of homogeneous gold catalysis has witnessed an exponential growth owing to the unique carbophilicity of gold(I) catalyst. In this context, the cyclization of enynes is one of the most powerful reactions since it gives rise to complex polycyclic structures form relatively simple substrates and has been applied in the total synthesis of several natural products and organic materials. The first chapter of this Doctoral Thesis discloses the development of a new gold (I)-catalyzed asymmetric cyclizations of enynes and its use in the first total synthesis of carexanes I, P and O, secondary metabolites isolated from roots and leaves of the Mediterranean plant Carex distachya. The second chapter focuses in expanding the scope of the above-mentioned gold-catalyzed cyclization of enynes by combining this chemistry with the recently reported gold(I)/gold(III) arylative methodologies. Finally, the third chapter describes our contribution to the field of C–H activation concerning the selective ortho-alkynylation of nitro(hetero)arenes catalyzed by rhodium(III).

La catàlisi homogènia d'or(I) és una eina per a la construcció de complexitat molecular mitjançant l'activació selectiva d'enllaços múltiples C-C. El nostre grup ha desenvolupat una sèrie de reaccions d'alquins amb alquens catalitzades per or(I) tant en forma intramolecular com intermolecular. Aquestes reaccions s’inicien amb l'atac nucleofílic del doble enllaç a l'alquí per formar un intermedi tipus ciclopropil carbé d'or(I) que evoluciona per donar diferents productes. En aquesta tesi doctoral es descriu una sèrie de noves reaccions intermoleculars de alquens amb alquins substituïts amb heteroàtoms catalitzades per or(I). A més, es presenten els estudis mecanístics corresponents, realitzats mitjançant experiments i càlculs DFT. En les reaccions entre bromolaquins i alquens catalitzades per or(I), inicialment es genera un 1-brom ciclopropil carbé d'or(I) que evoluciona a través d'un catió bromoni ciclic per formar un vinilidè d'or(I) o en un catió vinilidilareni estabilitzat per or. Els càlculs DFT demostren que aquests dos intermedis són confòrmers de la mateixa espècie però tenen diferent reactivitat. D'una banda, el vinilidè d'or(I) pot participar en reaciones d'activació C-H o de hidroarilació, mentre que el catió vinilidilareni participa en transposicions 1,2 de l'areni per a formar un triple enllaç. A més, els alquinil èters terminals participen en cicloaddicions [2 + 2] amb alquens per formar ciclobutens que poden convertir-se fàcilment en les corresponents ciclobutanones. La catálisis homogénea de oro(I) es una poderosa herramienta para la construcción de complejidad molecular en condiciones suaves mediante la activación selectiva de enlaces múltiples C-C. Nuestro grupo ha desarrollado una serie de reacciones de alquinos con alquenos catalizadas por oro(I), tanto de forma intramolecular como intermolecular. Estas reacciones comienzan con el ataque nucleofílico del doble enlace al alquino para formar un intermedio tipo ciclopropil carbeno de oro(I), que evoluciona para dar lugar a diferentes productos. En esta Tesis Doctoral se describen una serie de nuevas reacciones intermoleculares entre alquenos y alquinos sustituidos con heteroátomos catalizadas por oro(I). Además, se presentan los estudios mecanísticos correspondientes, realizados mediante experimentos y cálculos DFT. En las reacciones entre bromoalquinos y alquenos catalizadas por oro(I), inicialmente se genera un 1-bromo ciclopropil carbeno de oro(I) que evoluciona a través de un catión bromonio cíclico para formar un vinilideno de oro(I) o un catión vinilidilarenio estabilizado por oro. Los cálculos DFT demuestran que estos dos intermedios son confórmeros de la misma especie pero tienen diferente reactividad. Los vinilidenos de oro(I) pueden participar en reacciones de activacion C-H o de hidroarilación, mientras que los cationes vinilidilarenio participan en transposiciones 1,2 del areno para formar enlaces triples. Homogeneous gold(I) catalysis is a powerful tool for the construction of molecular complexity under mild conditions by mean of the selective activation of C-C multiple bonds. Our group developed a series of gold(I)-catalyzed reactions of alkynes with alkenes both in intramolecular and intermolecular settings. These reactions start with the nucleophilic attack of the double bond on the alkyne to form a cyclopropyl gold(I) carbene intermediate that than rearranges into a variety of products. In this Doctoral Thesis we present a series of new gold(I)-catalyzed intermolecular reactions of heteroatom-substituted alkynes with alkenes and the mechanistic investigation we performed by means of experimental work and DFT calculations. In the gold(I) catalyzed reactions of bromoalkynes with alkenes, the 1-bromo-cyclopropyl gold(I) carbene initially formed rearranges into gold(I) vinylidenes and vinylidenephenonium gold(I) cations passing through a cyclic bromonium intermediate. DFT calculations demonstrated that these two reactive intermediates are conformers of the same species but have different reactivity. On one side gold(I)-vinylidenes can undergo hydroarylation or C-H insertion, while vinylidenephenonium gold(I) cations easily undergo 1,2-aryl shift forming a triple bond. Moreover, we found that terminal alkynyl ethers are undergoing efficiently [2+2] cycloaddition with alkenes to form cyclobutene derivatives that can be easily transformed into the corresponding cyclobutanones.

Aquesta Tesi Doctoral cobreix tres camps de la química orgànica sintètica dedicats a la síntesi de nous materials basats en hidrocarburs aromàtics policíclics (HAPs), el desenvolupament de noves metodologies sintètiques catalitzades per complexos metàl·lics, i la síntesi de derivats de productes naturals. El desenvolupament de noves estratègies per a la síntesi de nous fragments de grafè amb estructures ben definides és un camp de gran interès donada la seva potencial implementació en dispositius d’electrònica molecular. Els fragments de grafè amb estructures circulars resulten particularment interessants degut a les seves extraordinàries propietats optoelectròniques i d’autoassemblatge. En aquest context es va desenvolupar la síntesi d’un nou fragment circular de grafè d’elevada simetria C54H20, tetrabenzocircumpirè, les propietats electròniques del qual van ser examinades mitjançant microscòpia d’efecte túnel (STM). Els acens estan constituïts per anells de benzè fusionats en línia i representen un atractiu tipus de HAPs degut a les seves propietats semiconductores. Tanmateix, la seva aplicació en dispositius electrònics està limitada per la seva baixa solubilitat i la seva inherent inestabilitat. Una possible solució per salvar aquestes limitacions és preparar derivats parcialment saturats més estables, els quals poden emprar-se com precursors dels sistemes conjugats. Així doncs, va establir-se un nou mètode per a la preparació d’acens parcialment saturats basat en una ciclació catalitzada per or(I) d’1,7-enins que deriven d’un precursor comú. Aquest mètode va resultar ser general i va permetre la preparació de diversos dihidrotetracens funcionalitzats, així com d’hidroacens amb fins a nou anells linealment fusionats. L’excepcional habilitat dels complexos d’or(I) per a construir estructures policícliques complexes va ser examinada també en el marc de la síntesi de productes naturals. L’alcoxiciclació d’1,6-enins catalitzada per or(I) va permetre un ràpid assemblatge de l’esquelet tetracíclic [3,5,5,7] de les echinopines, fet què va donar lloc a un mètode per a la preparació de derivats funcionalitzats d’aquests productes naturals., Esta Tesis Doctoral cubre tres campos de la química orgánica sintética dedicados a la síntesis de nuevos materiales basados en hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), el desarrollo de nuevas metodologías sintéticas catalizadas por complejos metálicos, y la síntesis de derivados de productos naturales. El desarrollo de nuevas estrategias para la síntesis de nuevos fragmentos de grafeno con estructuras bien definidas es un campo de gran interés dada su potencial implementación en dispositivos de electrónica molecular. Los fragmentos de grafeno con estructuras circulares resultan particularmente interesantes debido a sus extraordinarias propiedades optoelectrónicas y de autoensamblaje. En este contexto se desarrolló la síntesis un nuevo fragmento circular de grafeno de elevada simetría C54H20, tetrabenzocircumpireno, cuyas propiedades electrónicas fueron examinadas mediante microscopía de efecto túnel (STM). Los acenos están constituidos por anillos de benceno fusionados en línea, y representan otra atractiva clase de HAPs debido a sus propiedades semiconductoras. Sin embargo, su aplicación en dispositivos electrónicos está limitada por su baja solubilidad y su inherente inestabilidad. Una posible solución para salvar estas limitaciones es preparar derivados parcialmente saturados más estables, los cuales pueden usarse como precursores de los sistemas conjugados. Así, se estableció un nuevo método para la preparación de acenos parcialmente saturados, el cual está basado en una ciclación catalizada por oro(I) de 1,7-eninos que derivan de un precursor común. Este método resultó ser general y permitió la preparación de diversos dihidrotetracenos funcionalizados, así como de hidroacenos con hasta nueve anillos linealmente fusionados., This PhD covers three fields of synthetic organic chemistry devoted to the synthesis of new materials based on polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), the development of new metal-catalyzed synthetic methodology, and the synthesis of natural product derivatives. The development of new strategies for the precise synthesis of structurally well-defined novel graphene cutouts is a field of great interest due to their potential implementation in molecular electronic devices. Particularly interesting PAHs are disc-shaped fragments of graphene because of their unique optoelectronic and self-assembly properties, which are predicted to be enhanced for expanded systems. In this context, an efficient synthesis of a new discotic highly symmetric C54H20 graphene fragment – tetrabenzocircumpyrene – was developed and the electronic properties of this new graphene fragment were examined by scanning tunneling microscopy (STM). Acenes consist of planar sets of linearly fused benzene rings and represent another appealing class of PAHs due to their semiconducting properties. Nonetheless, their applicability in electronic devices is limited by their poor solubility and their inherent instability. One approach to circumvent these limitations is the preparation of more stable partially saturated derivatives, which can be used as precursors of the conjugated systems. Thus, a selective method for the preparation of partially saturated acenes under mild reaction conditions was developed based on a gold(I)-catalyzed cyclization of suitable 1,7-enynes that were assembled from a common precursor. The method proved to be general and allowed the preparation of functionalized dihydrotetracenes, as well as larger hydroacenes with up to nine linearly fused rings. The outstanding ability of gold(I) complexes to construct complex polycyclic frameworks was also examined in the context of the synthesis of natural products. Thus, the gold(I)-catalyzed alkoxycyclization of cyclopropyl-tethered 1,6-enynes allowed the ready assembly of the [3,5,5,7] tetracyclic skeleton of Echinopines, which opened an entry for the preparation of functionalized derivatives of these natural products.

La recerca del nostre grup es basa en la invenció de noves metodologies sintètiques utilitzant catalitzadors d’or electrofílics. Amb l’objectiu d’incrementar l’electrofilicitat dels complexos catiònics fosfina-or(I), es va decidir utilitzar fosfines que continguin bor com a lligands ambifílics. L’extracció de l’halogen del complex neutre, va permetre obtenir per primera vegada el clúster hexanuclear Au6(I), el qual va resultar ser catalíticament actiu en la ciclació d’enins. Els estudis mecanistics, confirmats pels càlculs DFT, han demostrat que l’etapa limitant de la isomerització dels 1,6-enins catalitzada pel clúster és la substitució associativa del lligand. Per tal d’entendre millor la influència de les propietats electròniques de la fosfina en la reactivitat del clúster, s’han preparat dos clústers hexanuclears que contenen anells ciclohexil i 2-furil com a substituents a l’àtom de fòsfor. D’altra banda, amb el fi d’incrementar l’electrofilicitat dels centres d’or, s’han obtingut complexos d’or(I) polinuclears mitjançant l’ús del lligand 2,6-bis(difenilfosfino)piridina (DPPPY). Com a conseqüència, aquests complexos linear i tetranuclear d’or(I) no només catalitzen transformacions d’enins sinó que també activen l’acetona i les 1,3-dicetones per formar complexos tetranuclears d’enolat amb or(I). A més, també han resultat ser catalíticament actius en reaccions com la carbonilació d’amines primàries a urea (productes finals i intermedis en la síntesi de pesticides, fertilitzants, pigments i compostos farmacèutics). Quan el complex tetranuclear linear d’or(I) va ser preparat sense la presència d’acetonitril, es va obtenir un complex Au8 amb una estructura mai descrita prèviament, formant un anell en el mateix pla. Aquest fet representa una idea trencadora en la química de l’or, obrint pas a la catàlisis en superfície a nivell molecular. En el futur, les propietats catalítiques del nou i polimorf complex amb diversos nuclis d’or(I) seran investigades de manera més àmplia cap a la recerca d’una síntesi eficient de complexos, molècules biològicament actives i materials aromàtics policíclics., La investigación de nuestro grupo se centra en la invención de nuevos métodos sintéticos usando catalizadores de oro electrófilos. En un intento de aumentar la electrofilia de los complejos de oro(I) decidimos usar fosfinas orto-boronadas como ligandos ambifílicos. Tras la abstracción de halógeno del complejo neutro de oro(I) obtuvimos el primer clúster Au6(I) con ligandos aromáticos geminalmente diaurados, que muestran actividad catalítica en la ciclación de eninos. Dos clústeres adicionales con sustituyentes ciclohexil y 2-furil han sido sintetizados, con la idea de lograr un mayor entendimiento de la influencia de las propiedades electrónicas de la fosfina en la reactividad. Nuestro siguiente enfoque para aumentar la electrofilia de oro(I) fue la aplicación del ligando 2,6-bis(difenilfosfino)piridina como estrategia para obtener complejos polinucleares de oro(I) que presenten interacciones aurofílicas. Como resultado, se encontró que el complejo linear tetranuclear de oro(I) obtenido no solo catalizaba transformaciones de 1,6-eninos sino también activaba acetona y 1,3-dicetonas para formar complejos de oro(I) y enolatos con una geometría rectangular para los centros de oro(I). Además, en la ausencia de acetona o 1,3-dicetonas observamos hidrólisis de los grupos nitrilo que dieron lugar a la formación de nuevos complejos pentanucleares heterometálicos. Estos complejos mostraron una actividad catalítica excelente en la carbonilación de aminas primarias para formar ureas (intermedios en la síntesis de pesticidas, fertilizantes, tintes y complejos farmacéuticos) bajo condiciones suaves de reacción. Cuando la síntesis del complejo linear tetranuclear de oro(I) se realizó en la ausencia de acetonitrilo, se obtuvo un nuevo complejo de Au8 plano y con forma de anillo. Esto representa un importante descubrimiento en la química del oro, abriendo la posibilidad de entender catálisis en superficies de oro a nivel molecular. En el futuro, las propiedades catalíticas de los complejos de oro(I) polinucleares únicos y con diversas formas presentados aquí serán investigados en mayor detalle., Research in our group focuses on the invention of new synthetic methods using electrophilic gold catalysts. In an attempt to enhance the electrophilicity of the cationic phosphine gold(I) complexes we decided to use ortho-boronatephosphines as ambiphilic ligands. After abstraction of the halogen from the neutral gold(I) complex we obtained the first hexaauriocluster Au6(I) with geminally diaurated aromatic ring ligands, which shows catalytic activity in the cyclization of enynes. Two additional hexanuclear gold clusters bearing cyclohexyl and 2-furyl substituents on the phosphorus atom have been synthesized, aiming for a better understanding of the influence of the phosphine’s electronic properties in the reactivity of the gold(I) clusters. Our next approach to enhance the electrophilicity of the gold(I) center was the application of the 2,6-bis(diphenylphosphino)pyridine as a strategy to obtain polynuclear gold(I) complexes featuring aurophilic interactions. As a result, linear tetranuclear gold(I) complex was found not only to catalyze different skeletal transformations of enynes but also to activate acetone and 1,3-diketones to form tetranuclear enolate gold(I) complexes with a rectangular geometry of the gold(I) centers in the presence of a mild base. Moreover, in the absence of acetone or 1,3-diketones we observed nitrile hydrolysis that lead to the formation of new pentanuclear heterometallic complexes in good yields. These complexes showed moderate to excellent catalytic activity in the carbonylation of primary amines to ureas (intermediates in the synthesis of pesticides, fertilizers, dyes and pharmaceutical compounds) under mild conditions. When the synthesis of linear tetranuclear gold(I) complex was performed in the absence of acetonitrile, an unprecedented planar ring-shaped Au8 complex was obtained. This represents an important breakthrough in gold chemistry, opening the possibility of understanding catalysis on gold surfaces at the molecular level. In the future, the catalytic properties of the unique and multi-shaped polynuclear gold(I) complexes presented herein will be further investigated.

Amb la finalitat d'estudiar una mica més a fons diferents processos catalitzats per l’or(I), hem avaluat la influència de l'ordre d'addició de salts de plata en reaccions catalitzades per or(I). Quan es mesclen complexes tipus LAuCl (L = lligand) i una sal de plata en un dissolvent no-coordinant en l’absència de substrat, es generen complexes binuclears d’or amb un clorur àtom pont [(LAu)2Cl]+ X– (X = contraió). La robustesa d’aquests complexes pot ser perjudicial en reaccions en les quals el substrat no és capaç d’associar-se a un dels ors. A més a més, hem estudiat el mecanisme de la reacció cicloaddició intermolecular [2+2] entre alquins i alquens. La utilització del complex [tBuXPhosAuNCMe] amb BARF com a contraió millora significativament els rendiments de la reacció. L’elevada voluminositat així com la baixa basicitat del nou contraió redueix la formació dels complexes σ,π-dior, els quals són “dead-ends” del cicle catalític. Els ordres de reacció obtinguts (primer ordre per l’alquí i el complex d’or i ordre zero per l’alquè) expliquen un escenari en el qual l’etapa limitant de la reacció és el primer intercanvi de lligant per generar les espècies actives (η2-fenilacetilè)or(I). Finalment, hem aconseguit sintetitzar enantioselectivament per primera vegada el producte natural nardoaristolone B en 7 passos i amb un rendiment total del 10%. Com a passos clau presenta una addició conjugada enantioselectiva atrapant l’enolat format i una ciclació oxidant amb or(I). Seguint un procediment similar, es presenta una aproximació a la síntesis de (–)-aristolone i kanshone H., Con el fin de estudiar algo más a fondo diferentes procesos catalizados por el oro(Y), hemos evaluado la influencia de la orden de adición de saltos de plata en reacciones catalizadas por oro(I). Cuando se mezclan complejos tipos LAuCl (L = ligando) y una sal de plata en un disolvente no-coordinante en la ausencia de sustrato, se generan complejos binucleares de oro con un cloruro átomo puente [(LAu)2Cl]+ X– (X = contraión). La robustez de estos complejos puede ser perjudicial en reacciones en las cuales el sustrato no es capaz de asociarse a uno de los oros. Además, hemos estudiado el mecanismo de la reacción de cicloaddición intermolecular [2+2] entre alquinos y alquenos. La utilización del complejo [t-BuXPhosAuNCMe] con BARF como contraión mejora significativamente los rendimientos de la reacción. La elevada voluminosidad así como la baja basicidad del nuevo contraión reduce la formación de los complejas σ,π-dioro, los cuales son “dead-ends” del ciclo catalítico. Los órdenes de reacción obtenidos (primer orden para el alquino y el complejo de oro y orden cero para el alqueno) explican un escenario en el cual la etapa determinante de la reacción es el primer intercambio de ligando para generar las especies activas (η2-fenilacetileno)oro(I). Finalmente, hemos conseguido sintetizar enantioselectivamente por primera vez el producto natural nardoaristolone B en 7 pasos y con un rendimiento total del 10%. Como pasos clave, presenta una adición conjugada enantioselectiva atrapando el enolato formado y una ciclación oxidante con oro(I). Siguiendo un procedimiento similar, se presenta una aproximación a la síntesis de (–)-aristolone y kanshone H., In order to shed some light on a series of gold(I)-catalyzed processes, we have evaluated the influence of the addition of silver salts in gold(I)-catalyzed reactions. When LAuCl (L = ligand) and a silver salt are mixed in a non-coordinating solvent in the absence of substrate, chloride-bridged dinuclear complexes [(LAu)2Cl]+ X– (X = counterion) are generated. The robustness of these complexes can be detrimental in reactions in which the substrate is not able to disrupt them leading to false negative results. In addition, we have studied the mechanism of the intermolecular gold(I)-catalyzed [2+2]-cycloaddition of alkynes and alkenes. The use of [tBuXPhosAuNCMe] with BARF as counterion (BARF = tetrakis 3,5-bis(trifluoromethyl)phenylborate) increases the reaction yields significantly (between 9 and 30%). The high steric bulk and low basicity of this counterion reduces the formation of σ,π-digold complexes, which are dead-ends in the catalytic cycle. The first kinetic order observed for both the alkyne and the gold(I) complex and the zero-order dependence for the alkene are consistent with a scenario in which the rate-determining step of the reaction is the first ligand exchange to generate the active (η2-phenylacetylene)gold(I) complex. Finally, we have accomplished the first enantioselective total synthesis of nardoaristolone B in 7 steps and 10% overall yield. As key steps, it features a copper-catalyzed enantioselective conjugate addition/enolate trapping and a gold(I)-catalyzed oxidative cyclization. Following a very similar pathway, an approach towards the synthesis of (–)-aristolone and kanshone H is presented.

Les cicloadicions intermoleculars catalitzades amb or són especialment challenging per fer una activació selectiva en presencia de diferents grups funcionals. A més, les propostes mecanístiques existents es basaven en estudis superficials i analogies. Recentment, hem desenvolopat la macrociclació d'enins llargs a través d'una ciclació [2+2] i una reacció cascada [2+2+2] entre un alquí, un alquè i un grup carbonil. Així, hem portat a terme un estudi mecanístic de la cicloadició [2+2+2] per descobrir la presència d'estructures amb dos àtoms d'or fora del cicle catalític. Aleshores, vam disenyarun conjunt de catalitzadors nous modificant l'anió per evitar la formació d'aquestes espècies. Els complexes d'or amb BArF4- van implicar una millora del 10 al 30% en els rendiments a la majoria de reaccions catalitzades amb or. El seu efecte va ser estudiat a través de la cicloadició [2+2] d'alquins amb alquens. Finalment, vam iniciar la síntesis total de la Rumphellaone A utilitzant un anàlisi retrosintètic basat en els estudis mencionats. Així, vam desenvoluar la cicloadició [2+2] seguida d'una hidrogenació i la oxidació d'un anell aromàtic. L'esterificació de l'àcid corresponent i la protecció d'una cetona van permetre obtenir el substrat adequat per portar a terme una isomerització cap al diasteroisòmer correcte. La construcció de la metilcetona va ser possible a través d'una amida de Weinreb i actualment s'està treballant en una alilació diastereoselectiva seguida d'una oxidació Waker inversa. Intents de desenvolupar la cicloadició [2+2] enantioselectivament també s'han portat a terme., Las cicloadiciones intermoleculares catalizadas por oro son especialmente challenging para hacer una activación selectiva en presencia de diferentes grupos funcionales. Además, las propuestas mecanísticas existentes se basaban en estudios superficiales y analogías. Recientemente, desarrollamos la macrociclación de eninos largos a través de una cicloadición [2+2] y una reacción de cascada [2+2+2] entre un alquino, un alqueno y un grupo carbonilo. Así, llevamos a cabo un estudio mecanístico de la cicloadición [2+2+2] y descubrimos la presencia de estructuras con dos atomos de oro que se encontraban fuera del ciclo catalítico. Entonces, diseñamos un conjunto de nuevos catalizadores modificando el anión para evitar la formación de esas especies. Los complejos de oro con BArF4- implicaron una mejora del 10 al 30% de rendimiento en la mayoría de reacciones catalizadas por oro. Ese efecto fue estudiado a través de la cicloaddición [2+2] de alquinos y alquenos. Finalmente, empezamos la síntesis total de la Rumphellaone A usando un análisis retrosintético basado en los estudios mencionados. Así, desarrollamos la cicloadición [2+2] seguida de una hidrogenación y la oxidación de un anillo aromático. La esterificación de l'ácido correspondiente y la protección de una cetona formaron el sustrato adecuado para desarrollar una isomerización hacia el diasteroisomero correcto. La construcción de la metilcetona fue posible a través de una amida de Weinreb y actualmente se está trabajando en una alilación diastereoselectiva seguida de una oxidación Waker inversa. Intentos de desarrollar la cicloadición [2+2] enantioselectiva también se han llevado a cabo., Gold-catalyzed intermolecular cycloadditions have proven to be challenging due to the selective activation in the presence of different functionalities. Moreover, the mechanistic proposals for such transformations were based on vage studies and analogies. We have recently developed the macrocyclization of large enynes via [2+2] cycloaddition as well as a cascade [2+2+2] reaction of an alkyne, an alkene and a carbonyl group. Furthermore, we performed a detailed mechanistic study of the [2+2+2] cycloaddition, which led to the discovery of digold structures outside the catalytic cycle. Thus, we designed a set of new catalysts tuning the counterion in order to avoid the formation of such species. Gold complexes bearing BArF4- led to improvements from 10 to 30% yield in most of the gold-catalyzed transformations performed. This effect was rationalized by studing the [2+2] cycloaddition of alkynes and alkenes. Finally, we started the total synthesis of Rumphellaone A using a retrosynthetic analysis based on the studies already mentioned. Thus, a [2+2] cycloaddition was followed with a hydrogenation reaction and the oxidation of an aryl ring. Esterification of the corresponding carboxylic acid and protection of a ketone led to the appropiate substrate to perform an isomerization towards the correct diastereoisomer. Construction of the methyl ketone was achieved via a Weinreb amide and the diastereoselective allylation followed by a reverse Waker oxidation are on going work. Attempts towards the enantioselective gold-catalyzed [2+2] cycloaddition have also been performed.

Homogeneous gold catalysis emerged as a powerful tool in organic chemistry, offering new perspectives for the synthesis of natural products. In this Doctoral Thesis, I present the application of the cycloisomerization of substituted alkynes with vinylcyclopropanes towards the synthesis of Repraesentin F. As an extension of this methodology, I studied the cycloisomerization of allenes with vinylcyclopropanes aim at constructing the carbon skeleton of several sesquiterpinoids belonging to the protoilludane family. In addition to these projects, I revisited the cycloisomerization of 1,6-enynes that does not proceed by 1,5-migration of alkoxy group at the propargylic position. The mechanism of this reaction was studied by deuteration of the alkyne terminus y appeared to be an endo-type single cleavage rearrangement., La catálisis homogénea con oro ha emergido como una poderosa herramienta en síntesis orgánica, dando a lugar muchosnuevosmétodospara la síntesis de productos naturales. En esta Tesis Doctoral, presentolaaplicación de la cicloisomerización de alquinos sustituidos con vinilciclopropanospara la síntesis de la repraesentina F. Como extensión de estas investigaciones, estudié la cicloisomerización de alenos con vinilciclopropanos con el objetivo de construir el esqueleto de varios sesquiterpenoides de la familia de los protoilludanos. Además de estos proyectos, he re-visitado la cicloisomerización de 1,6-eninos en la que no ocurre una 1,5-migración de grupos OR en posición propargílica. El mecanismo de la reacción se estudió por deuteración del alquino terminal, resultando ser un reordenamiento de tipo endopor ruptura simple.

La coordinación selectiva del oro a los triples enlaces fue la chispa que desencadenó la fiebre del oro en la química organometálica. Una amplia gama de sustratos han sido empleados pero ha sido recientemente que los cicloheptatrienoshan sido sometidos a transformaciones químicas catalizadas por oro. Se ha determinado que la reacción de alquinilcicloheptatrienos catalizada por Au(I) y Au (III) produce indenos 2- y 1-substituidos, respectivamente. En el mecanismo de esta reacción interviene un intermediario catiónico de tipo barbaralilo, sin precedentes en este tipo de química. Asimismo se ha intentado desarrollar una metodología para la síntesis de acenos por medio de una ciclación catalizada por oro, así como la síntesis de buckybowls a partir de derivados alquinílicos de la truxentriona.

En esta Tesis Doctoral se realiza un estudio detallado de la reacción inter- e intramolecular de compuestos carbonílicos con 1,6-eninos catalizada por complejos de oro(I), racionalizando las variables que permiten la obtención selectiva de los diferentes productos, tales como compuestos tricíclicos, dihidropiranos, 1,3-dienos o ciclobutenos. Dada la importancia y dificultad de sintetizar compuesto con subunidades ciclobuteno, en el segundo capítulo se describe la obtención de compuestos con la unidad biciclo[3.2.0]hept-5-eno mediante cicloisomerización de 1,8-eninos catalizada por oro. En el último capítulo, se aplica la metodología desarrollada en el grupo para ciclación intramolecular de indoles con alquinos catalizada por complejos de oro(III) en la síntesis total de las lundurinas. Las lundurinas son un nuevo tipo de alcaloides indólicos, donde algunos derivados presentan actividad citotóxica in vitro contra células de melanoma B16., During this Doctoral Thesis a detailed study of the inter- and intramolecular reactions of carbonyl compounds with 1,6-enynes using gold(I) complexes were developed, streamlining the variables that allow the selective synthesis of different products, such as tricyclic compounds, dihydropyrans, 1,3-dienes or cyclobutenes. Given the importance and difficulty of synthesizing compounds bearing a cyclobutene subunit, in the second chapter the preparation of products is described, which include a bicyclo[3.2.0]hept-5-ene motif, via gold-catalyzed cycloisomerization of 1,8-enynes. In the last chapter, the main core of lundurines has been synthesized by appling the methodology developed in the group for the intramolecular gold-catalyzed cyclization of indoles with alkynes. Lundurines are a new type of indole alkaloids, which are characterized by an unusual carbon skeleton. Interestingly, lundurines B and D have shown significant in vitro cytotoxicity toward B16 melanoma cells.

Durante los últimos años, en nuestro grupo de investigación se han desarrollado reacciones de activación de alquinos catalizadas por metales de transición. Uno de los objetivos de esta tesis ha sido el desarrollo de nuevos catalizadores quirales para realizar una ciclación [4+2] intramolecular de aril eninos, obteniéndose un sistema catalítico de Au(I) capaz de formar el producto ciclado con un exceso enantiomerico del 88%. Los otros capítulos de este manuscrito tratan de la aplicación de reacciones catalizadas por Au(I) en la síntesis de productos naturales: las (-)-englerinas A y B, compuestos naturales que presentan una potente actividad biológica contra el cáncer de riñón y la schisanwilsonena A, un terpeno dotado de una actividad antiviral contra la hepatitis B., Over the last years, our research group reported several methodologies dealing with the activation of alkynes using gold as a catalyst. One of the objectives of this Thesis was the development of a new catalytic system for the intramolecular [4+2] cycloaddition of aryl enynes. After screening of different ligands and several optimizations, up to 88% ee could be obtained by using a bulky chiral gold phosphite. The two other chapters of this Thesis are dealing with the synthesis of natural products involving a gold-catalyzed transformation as a key step in the synthesis. The total synthesis of (-)-englerins A and B is reported and a study towards the synthesis of Schisanwilsonene A is also described.

La cicloisomerización de 1,5-, 1,6- y 1,7-eninos catalizada por Au(I) y Au(III) ha sido desarrollada con un enfoque sintético y mecanístico. Los aportes hechos hasta el momento nos han permitido elucidar de modo general la reactividad de los complejos catiónicos de oro(I) (Esquema R1). Se demostró que en la ciclación de 1,6-eninos B1, la migración propargílica 1,5 del éter metílico tenía lugar originando la estructura base de los globuloles, una familia de productos naturales. Sin embargo al explorar la reactividad de 1,7- eninos C1, tuvo lugar una migración propargílica 1,6, dando lugar a la formación de benzo[C]fluorenos. Alternativamente con una sustitución similar en los eninos de partida utilizando los 1,6-eninos D1 (esquema R2) tuvo lugar una nueva reacción catalizada por oro. En este caso, un nuevo proceso de anulación catalizado por complejos catiónicos de oro(I) nos condujo a la formación de naftalenos 1,3-disustituidos E1 (esquema R2) Los naftalenos 1,3-disustituidos son una clase de compuestos no accesibles de manera convencional mediante acoplamiento cruzado o por sustitución electrófila aromática. Durante el estudio de anulación con D1, determinamos el mecanismo de esta reacción. Encontramos que este proceso tiene lugar vía cicloisomerización 6- endo-dig generando un dihidronaftaleno D2 (esquema R2), que tras migración [1,2] de hidógeno genera D3. Tras protodemetalación, genera el enol eter D4. Retro-ciclopropanación sobre D4 origina un naftaleno 1,3-bisustituido E1, junto con la formación de un carbeno libre de oro(I) G1 para dar lugar a un bisciclopropano tetracíclico F1. Esta es la primera vez que se observa el proceso de reto-ciclopropanación en química de oro.

New Gold(I) Alkynophylic CatalystsAutor: Mihai RaducanDirector: Antonio M. EchavarrenResumen para TESEO en castellano: El uso de nitrilos aromáticos ricos en electrones permitió el aislamiento de nuevos catalizadores catiónicos de oro(I) estables al aire. [Au(tmbn)2](SbF6) (tmbn = 2,4,6-trimethoxybenzonitrilo), sintetizado a partir de AuCl, sirve como precursor para otros complejos de oro(I). Sólo uno o los dos ligandos tmbn pudieron ser sustituidos con ligandos fosforados, nitrogenados o carbonados y los complejos resultantes se pudieron aislar mediante cristalización. Se estudió la actividad catalítica de estos complejos en la ciclación de 1,6-eninos y reacciones relacionadas. También se han sido aislado y caracterizado catalizadores de oro conteniendo fosfatos quirales.En presencia de complejos de oro(I), los 1,6-eninos conteniendo alcoholes o éteres propargílicos sufren una migración estereoespecífica intramolecular 1,5 dando lugar a cationes de alil-oro. Estos intermedios se pueden atrapar intra- o intermolecularmente con alquenos, dienos o éteres bencílicos. Esta reacción estereoespecífica puede dar lugar a compuestos relacionados con los sesquiterpenos 4-epiglobulol, 4-aromadendreno, con los carotanes y los schinsanwilsonenos.New Gold(I) Alkynophylic CatalystsAutor: Mihai RaducanDirector: Antonio M. EchavarrenResumen para TESEO en inglés: Employing electron rich aromatic nitriles as labile ligands gold(I) catalysts were isolated as air stable solids. [Au(tmbn)2](SbF6) (tmbn = 2,4,6-trimethoxybenzonitrile), synthesized starting from AuCl, serves as a precursor for other gold(I) complexes. Only one or both of the tmbn ligands could be substituted by N, P, or C ligands and the resulting complexes could be isolated by crystallization. The catalytic activity of these complexes was studied for the cyclization of 1,6-enynes and other related reactions. Gold(I) catalysts containing chiral phosphates were also isolated and characterized. Upon activation with Au(I) cationic catalysts, 1,6-enynes with propargyl alcohols and ethers undergo stereospecific intramolecular 1,5-migration via allyl-gold cations. These intermediates were trapped inter- or intramolecularly with alkenes, dienes and benzyl ethers. This stereospecific reaction can lead to compounds, related to the sesquiterpenes 4-epiglobulol and 4-aromadendrene, the carotanes and the schinsanwilsonenes.

Esta tesis doctoral se ha centrado en el estudio experimental de la ciclación catalizada por oro de 1,5-eninos con un grupo electroatractor en la posición alílica que permite obtener selectivamente 1,4-dienos o biciclo[3.1.0]hexenes modulando la electrofilia del catalizador. Mecanísticamente es una ciclación 5-endo-dig en la que se forma un ciclopropil carbeno de Au como intermedio, que a su vez puede reaccionar in situ con nucleófilos como H2O, ROH, aldehídos ó nucleófilos carbonados. También se estudió la adición de nucleófilos carbonados a los intermedios en la migración 1,2 y 1,3 de carboxilatos propargílicos catalizada por Au(I). Por otro se ha demostrado que la reacción intermolecular entre alquenos y alquinos catalizada por Au(I) es factible si se utilizan ligandos voluminosos de modo que el oro se coordine selectivamente al alquino. Es una reacción muy general y limpia que abre camino al desarrollo de nuevos procesos intermoleculares catalizados por oro. In this work, we have studied the gold(I)-catalyzed cyclization of 1,5-enynes bearing an electron-withdrawing group at the allylic position that allows to control its reactivity: 1,4-dienes or bicycle[3.1.0]hexenes can be obtained by tuning the electrophilicity of the gold catalyst. The proposed mechanism begins by 5-endo-dig cyclization to form gold(I) cyclopropyl intermediates that can be trapped in situ with nucleophiles like H2O, ROH, aldehydes or carbon nucleophiles (electron rich arenes and 1,3-dicarbonyl compounds). The addition of carbon nucleophiles to the intermediates of 1,2- and 1,3-rearrangement of propargyl carboxilates catalyzed by gold(I) has been also studied in this work. We also have shown that the intermolecular reaction between allenes and alkynes is feasible using gold(I) complexes with bulky ligands that selectively activate alkynes in the presence of alkenes, which opens opportunities for the development of new gold-catalyzed intermolecular processes.

Design and Synthesis of New Polyaromatic Scaffolds for Nano-Scale ApplicationsResumen: En la última década, el diseño y la síntesis de nuevos sistemas poliaromáticos han resultado de gran interés gracias a sus propiedades únicas y sus aplicaciones potenciales para la obtención de dispositivos electrónicos, y como precursores de fullerenos. Hemos estudiado el mecanismo que procede a través de la activación del enlace C-H en la reacción intramolecular de arilación directa catalizada por paladio, para la formación de sistemas biarílicos, demostrando que la reacción procede a través de la abstracción del protón asistido por la base. Aplicando condiciones optimizadas hemos preparado la molécula C60H24 que al ser irradiada da lugar a la formación del fullereno C60, mediante la reacción de arilación directa formando seis nuevos enlaces C-C en una única etapa. Además, en una colaboración interdisciplinar con físicos teóricos y experimentales, en el proyecto PicoInside, hemos participado en el diseño y la síntesis de moléculas poliaromáticas para su posterior aplicación como dispositivos electrónicos moleculares.Abstract:In the last decade, the design and synthesis of new polyaromatic scaffolds have attracted a broad interest due to their exceptional properties and their potential applications in material science like molecular electronic devices and as precursors of fullerene.Based in the intramolecular palladium-catalyzed direct arylation reaction we developed new procedures as reliable tools for the biaryl coupling through C-H activation. Insight mechanistic studies showed a proton abstraction mechanism assisted by the base rather than activation of aromatic systems towards electrophilic attack. Applying optimized reaction conditions, formation up to six C-C bonds, and in situ dehydrogenation, allows for the synthesis of C60H24, crushed fullerene in one single step that upon laser irradiation leads to C60 fullerene. Moreover, in an interdisciplinary collaboration with theoretical and experimental physicist, PicoInside project, we have participated in the design and synthesis of Y-shaped polyaromatic molecules required for single molecule electronic devices.

La tesis se centra en el estudio del mecanismo de las reacciones de cicloisomerización de 1,6-eninos catalizada por complejos de oro(I). Evidencia experimental de la existencia de los intermedios propuestos se ha obtenido mediante la reacción de atrapamiento intermolecular de dichos intermedios, con alquenos, mediante la reacción de bisciclopropanación, y también por adición externa de nucleófilos. Por otra parte, la reacción de cicloadición [4 + 2] de aril eninos sustituidos fue estudiada. Esta reacción se ha utilizado como metodología clave para la síntesis de productos naturales como la familia de las picnanthuquinonas, También se ha estudiado el mecanismo de trasposición por rututa de enlace simple o doble y la formación de ciclobutenos en la reacción de 1,6-eninos aril substituidos., This Thesis is focused on the mechanism of the cycloisomerization reaction of 1,6-enyes catalyzed by gold(I) complexes. We obtained experimental evidence for the existence of the proposed intermediates by intermolecular trapping with alkenes, through a biscyclopropanation reaction and by reaction with external nucleophiles. On the other hand, the [4 + 2] cycloaddition reaction of substituted aryl enynes was studied. This reaction was used in an approach for the total synthesis of natural products such as the pycnanthuquinones. We have also studied the mechanism of the simple/double cleavage rearrangement and the formation of cyclobutenes in the reaction of aryl substituted 1,6-enynes. Moreover, new silver and copper complexes were prepared and structurally characterized. The new complexes were assayed in the cycloisomerization and cyclopropanation reactions. Metal-arene interactions were also studied.

Esta tesis doctoral se ha dedicado al estudio tanto experimental como teórico de diferentes aspectos relacionados con la ciclación de eninos catalizada por oro(I). La memoria se ha dividido en dos partes, el primero de ellos recoge el estudio de complejos de oro(I) mientras que el segundo se ha dedicado a las aplicaciones de dichos complejos en reacciones de activación de alquinos, en concreto para la reacción de ciclación de eninos. En el primer capítulo se exponen los resultados obtenidos en un estudio teórico comparativo de complejos con metales del grupo 11 así como la síntesis y caracterización estructural de complejos de oro que contienen interacciones π oro-anillo aromático sencillo. Por otra parte, se describe la síntesis de un nuevo complejo de oro con un ligando fosfito voluminoso, que es un excelente catalizador para reacciones de cicloisomerización de eninos. A continuación, se presentan los resultados relacionados con el atrapamiento intermolecular mediante olefinas de los intermedios carbeno de oro implicados en la reacción de ciclación de 1,6-eninos. Por otro lado, se ha realizado un estudio teórico y computacional de la reacción de ciclación de 1,7-eninos catalizada por oro y se ha ampliado el alcance de la cicloadición [4+2] catalizada por oro(I) mediante su aplicación a 1,7-eninos substituidos., In this PhD thesis we have studied different experimental and theoretical aspects of the gold(I)-catalyzed cyclization of enynes. The work has been divided in two chapters, one related with the study of gold(I) complexes and the second one focused on the applications of gold complexes for the activation of alkynes, more precisely on the enyne cyclization reaction.Firstly, we have performed a computational study of a family of group 11 metal complexes as well as the synthesis and structural characterization of the first gold(I) cationic complexes displaying η1−η2 gold(I)-arene interactions. We have also synthesized a phosphite gold(I) complex which is the most active catalyst for enyne cycloisomerizations.On the other hand, the intermolecular trapping of the carbene intermediates involved in the gold(I)-catalyzed cyclization of 1,6-enynes with olefins was achieved, giving rise to one of the few examples of gold(I)-catalyzed cyclopropanations. We have also performed a computacional study of the gold(I)-catalyzed cyclization of 1,7-enynes and broadened the scope of the gold(I)-catalyzed [4+2] cycloaddition by its successful application to substituted 1,7-enynes.

El indol es uno de los heterociclos aromáticos presente en mayor número de productos naturales con propiedades farmacológicas. Aunque se han desarrollado diferentes métodos para sintetizar derivados de indoles, la búsqueda de metodologías para obtener nuevos compuestos es todavía un tema de interés en química orgánica. Un método interesante para sintetizar derivados de indol es la reacción de hidroarilación de alquinos.Hemos encontrado que la hidroarilación intramolecular de de alquinos catalizada por nuevos complejos de Au(I) permite la síntesis de derivados de indol con anillos de siete miembros fusionados en una reacción de tipo 7-exo-dig. Cuando esta misma reacción se lleva a cabo con AuCl3, en lugar de anillos de siete se forman anillos de ocho miembros en un proceso poco frecuente de tipo 8-endo-dig. En algunas ocasiones, también hemos observado la formación de alenos o tetraciclos como resultado de una reacción de fragmentación. Basándonos en resultados experimentales, hemos propuesto un mecanismo para la formación de este tipo de sustratos que consiste en la formación de un enlace C-C en la posición tres del indol, seguido de una migración 1,2, en una reacción de tipo Friedel-Craft. Hemos desarrollado la versión intermolecular de la reacción entre indoles y alquinos obteniendo una amplia diversidad de productos en función de la sustitución en el indol y el alquino.En el segundo capítulo de la Tesis esta metodología sintética ha sido aplicada al estudio de la síntesis total de los productos naturales lundurinas A-D, cuya estructura posee una indoloazocina. Mediante la ciclación catalizada por AuCl3 del sustrato adecuado hemos conseguido sintetizar la estructura tetracíclica característica de esta familia de compuestos.Otro tema de mi trabajo de Tesis Doctoral ha sido el estudio de la reacción de éteres de enol con alquinos catalizada por platino y por oro. Cuando uno de los átomos del puente entre el alquino y el éter de enol es un oxígeno se obtienen 3-oxabiciclo[4.1.0]hept-4-enos mediante la ciclopropanación intramolecular de éteres de enol por alquinos catalizada por Pt(II) u Au(I) De acuerdo con el esquema general del mecanismo de la ciclación de 1,6-eninos catalizada por Pt(II), Pd(II) y Au(I), los ciclopropil carbenos metálicos formados en la ciclación de tipo 6-endo-dig pueden evolucionar para dar anillos de siete miembros. Este tipo de reactividad ha sido observada por primera vez en la reacción intramolecular que hemos desarrollado de éteres de enol con alquinos catalizada por complejos de oro y platino electrófilos. En algunos ejemplos de las reacciones catalizadas por Au(I) se han obtenido acetales fruto de un complejo reordenamiento de la molécula que también transcurre a través de un intermedio con un anillo de siete miembros.Finalmente, hemos hecho una nueva propuesta para el mecanismo de la ciclación de alquinil iminas para dar pirroles catalizada por Cu(I), corrigiendo el mecanismo originalmente propuesto por Gevorgyan. De acuerdo con la nueva propuesta, hemos hecho un estudio de la síntesis de pirroles sustituidos en posición tres., Indole is a structure present in a large number of alkaloids and natural products with important pharmaceutically properties. Although a variety of methods have been developed to sythesize derivatives of this heterocycle and to modify its substitution pattern, new methods that provide indole derivatives are still of high interest in organic chemistry. An interesting way to obtain indole derivatives could be the catalytic hydroarylation of alkynes, although this method has not been widespread developed, until now.We have found that the intramolecular hydroarylation of alkynes using recently developed cationic gold(I) complexes allows the synthesis of seven membered ring indole derivatives by a 7-exo-dig cyclization process. Interestingly, AuCl3 promotes the formation of eight membered rings by an unusual 8-endo-dig cyclization. In some cases, we have also observed the formation of allenes or tetracyclic derivatives with gold(I), as a result of a fragmentation reaction. Based on experimental results, a mechanism has been proposed to explain the formation of these compounds. This mechanism involves a C-C bond formation at C-3 followed by a 1,2-migration in a Friedel-Craft type reaction.We have also developed the intermolecular reaction between indoles and alkynes catalyzed by gold, giving rise to a wide range of different products.In the second chapter of this Thesis the methodology developed for the cyclization of indoles with alkynes has been applied to the study of the total synthesis of the family of natural products lundurines A-D. This products contain an indoloazocine unit and by the cyclization of the appropiate substrate the tetracyclic core of the lundurines has been synthetized.Another topic of my Doctoral Thesis is the study of the reaction of enol ethers with alkynes. A methodology for the synthesis of 3-oxa-biciclo[4.1.0]hept-4-enes catalyzed by Pt(II) and Au(I) has been developed The general mechanism of Pt(II)-, Pd(II)-, and Au(I)-catalyzed reactions between alkynes and alkenes has been demonstrated in the context of 1,6-enyne cyclization. Accordingly cyclopropyl metal carbenes formed in the 6-endo-dig cyclization may evolve to form seven-membered ring intermediates. This has been achieved for the first time by using highly electrophilic platinum(II) and gold(I) complexes. Gold(I) also triggers a remarkable rearrangement of certain enynes leading to complex cyclic systems. This reaction also proceeds via a seven-membered ring intermediate.Finally, the mechanism for the cyclization of alkynyl imines catalyzed by Cu(I) to give pyrroles originally proposed by Gevorgyan has been corrected. Based on this new mechanistic proposal, we have carried out a study for the synthesis of 3-substitud pyrroles.

Bibliografía, Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Química Orgánica. Fecha de lectura: 20-10-2007

Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Química Orgánica. Fecha de lectura: 26-10-2007