Catalyst-Controlled Divergent C(sp3)−H/C(sp2)−H Bond Functionalization with α-Diazoamides

Abstract

An unprecedented catalyst-controlled divergent C(sp3)-H/C(sp2)-H bond functionalization has been developed for the selective synthesis of β-lactams and indolin-2-ones from the same α-diazoamides. The selectivity in functionalization between C(sp3)-H and C(sp2)-H bonds of α-diazoamides is controlled by the choice of Rh(Ⅱ) and Pd(Ⅱ) transition-metal catalysts. The Rh(Ⅱ)-carbenoid intermediate, generated form the α-diazoamide in the presence of the Rh(Ⅱ)-catalyst, could undergo intramolecular C(sp3)-H bond insertion to afford β-lactams. On the other hand, the electrophilic aromatic substitution takes place in the presence of the Pd(Ⅱ) catalyst to result in indolin-2-ones implying C(sp2)-H bond functionalization. Furthermore, it is revealed that such selectivity is only retained with the ester-substituted α-diazoamides. DFT calculations suggest the ester functionality plays key role to alleviate the energy barrier in Rh-catalyzed C(sp3)-H insertion pathway, while Pd catalysis could undergo electrophilic aromatic substitution pathway preferentially. ;졸업논문 연구는 료듐(Ⅱ) 및 팔라듐(Ⅱ) 촉매를 통해 α-디아조아미드의 C(sp3)-H/C(sp2)-H 결합 기능화를 선택적으로 조절하는 방사형(divergent) 반응 개발을 목적한다. α-디아조아미드는 다양한 전이금속과 만나 카베노이드를 생성하는데, 이는 유기 합성에 있어 유용한 중간체로 사용된다. 그러나 촉매를 통해 카베노이드의 반응성 및 선택성을 조절하는 방사형 반응에 관한 연구는 매우 제한적으로 진행되어왔다. 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해 로듐(Ⅱ)과 팔라듐(Ⅱ) 촉매 선택을 조절함으로써 α-디아조아미드로부터 생성되는 카베노이드의 선택성을 제어하는 전략이 개발되었다. 본 연구는 동일한 구조의 α-디아조아미드로부터 료듐(Ⅱ) 및 팔라듐(Ⅱ) 촉매를 통해 유용한 중간체인 금속 카베노이드를 만들어, 베타락탐(β-lactam) 유도체 및 인돌리논(indolin-2-one)을 합성하도록 하는 방사형(divergent) 반응이다. 로듐(Ⅱ) 촉매가 있는 경우 C(sp3)-H 결합 삽입화가 지배적으로 발생하여 베타락탐(β-lactam)을 생성한다. 반면 팔라듐(Ⅱ) 촉매의 경우, 친전자성 방향족 치환이 일어나 C(sp2)-H 결합 기능화 생성물인 인돌리논(indolin-2-one)을 생성한다. 또한, DFT 계산을 통해 이러한 방사형 반응은 에스테르 그룹의 존재에 의해 구현된다는 것을 밝혔다.