Cyclization of indoles and enol ethers with alkynes catalyzed by platinum and gold

by Ferrer Llabrés, Catalina

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.