Exploring the reactivity of in situ generated metal vinylcarbenes

Abstract

One of the primary objectives in organic synthesis is to devise novel methods for converting simple and readily available compounds into more complex and functionalized structures. In this regard, transition metal-catalyzed transformations have gained significant attention in recent years, with metal carbenes emerging as particularly valuable intermediates due to their unique structure and versatile reactivity. Among these, metal vinylcarbene complexes stand out due to the presence of an alkenyl unit within their structure, which enables a diverse array of novel transformations, including functionalization at the carbenic or at the vinylogous position, as well as cycloaddition reactions in a (3+n) fashion.

Among various catalytic methods for generating vinylcarbenes, the carbene/alkyne metathesis (CAM) method represents an exceptionally powerful strategy for accessing polycyclic compounds in a one-pot manner. Our group has developed several rhodium-catalyzed CAM reactions and has contributed significantly to understanding their mechanisms through DFT calculations and experimental techniques. However, most CAM-related transformations occur intramolecularly and rely on internal alkynes. Furthermore, despite the demonstrated utility of silver complexes as catalysts in vinylcarbene chemistry, their use in CAM transformations has not been documented. Motivated by these considerations and our ongoing interest in carbene-related reactions, we sought to develop processes that address these limitations encountered in CAM transformations

Un dels objectius principals de la química orgànica és el desenvolupament de noves metodologies per transformar compostos simples i fàcilment disponibles en estructures molt més complexes i funcionalitzades. En aquest sentit, el camp de les transformacions basades en metalls de transició ha experimentat un creixement exponencial en els darrers anys. En aquestes transformacions, els carbens metàl·lics destaquen com a intermedis extremadament valuosos, gràcies a la seva estructura única i la seva reactivitat versàtil. Dins de la família dels carbens metàl·lics, els complexos de vinilcarbè ressalten especialment, degut a la presència d'una unitat vinílica en la seva estructura, que permet una àmplia gamma de noves transformacions químiques. Això inclou la monofuncionalització en la posició carbènica o remota, així com el seu ús com a sintons de tres carbonis en reaccions de cicloadició (3+n). Dels diversos mètodes existents per a generar vinilcarbens, el procés de metàtesi carbè/alquí (CAM) emergeix com una estratègia excepcionalment potent per accedir a compostos policíclics en un sol pas de reacció. En aquest sentit, el nostre grup ha desenvolupat una sèrie de reaccions CAM utilitzant catalitzadors de rodi i ha contribuït significativament a comprendre el mecanisme d'aquestes transformacions mitjançant càlculs computacionals DFT i tècniques experimentals. No obstant, la majoria de les reaccions CAM es produeixen de manera intramolecular i requereixen l'ús d'alquins interns. D’altra banda, tot i que l’ús de catalitzadors de plata en l’àmbit dels vinilcarbens és conegut, no hi ha exemples de l’ús de complexos de plata com a catalitzadors de reaccions del tipus CAM. Considerant aquests fets, juntament amb el nostre coneixement en la química dels carbens metàl·lics, vam concebre la possibilitat de desenvolupar processos que superessin aquestes limitacions habituals en les transformacions basades en CAM