Deuterated adamantane derivatives for measuring the kinetic isotope effect in nitrene C-H insertion reactions

Abstract

Prevalence molekul obsahujících dusík v přírodních látkách, léčivech a funkčních materiálech představuje výzvu, kterou moderní syntetická chemie může řešit pomocí C-H funkcionalizačních reakcí zahrnujících inzerci elektron deficitního nitrenu. Vysoká reaktivita nitrenu a nutnost drsných reakčních podmínek potřebných pro generaci nitrenů byly moderními chemiky vyřešeny použitím katalyzátorů na bázi přechodných kovů a vývojem nových prekurzorů nitrenů. Objasnění reakčního mechanismu může vést k další optimalizaci katalyzátoru. Pro pochopení reakčního mechanismu je možno použít několik metod. Mezi ně mimo jiné patří měření kinetického izotopového efektu (KIE), což vyžaduje přípravu sloučenin obohacených deuteriem. Tato práce se zaměřuje na deuteraci adamantanového skeletu, vycházejícího z adamantanonu, pomocí dvou technik. Jedná se jednak o redukci pomocí deuterovaných hydridů kovů a o deuterodeaminaci pomocí O-difenylfosfinylhydroxylaminu (DPPH) v D₂O. V této práci jsou rovněž zkoumány sloučeniny značené deuteriem, přičemž deuterium je použito jako ochranná skupina ke zvýšení stereoselektivity reakcí vkládání nitrenu a nitrenoidu za účasti prekurzorů nitrenu na bázi karbonazidátů a karbamátů. Klíčová slova C-H funkcionalizace, nitren, katalýza přechodnými kovy, kinetický izotopový efekt, KIE, adamantan

Synthesis of nitrogen containing-molecules in natural products, pharmaceuticals and functional materials has been a challenge that modern synthetic chemistry can address using C-H functionalization reactions involving the insertion of an electron deficient nitrene species. The high reactivity of nitrene species and the need for harsh reaction conditions required for nitrene generation have been addressed by modern chemisty via the use of transition-metal catalysts and by the development of varied nitrene precursors. Elucidation of the reaction mechanism allows for further optimization of the catalyst. To understand the reaction mechanism, it is necessary to establish the key methods. One of which includes measurement of kinetic isotope effect (KIE), which in turn requires the preparation of deuterium labelled compounds. This thesis focuses on the deuteration of the adamantane scaffold starting from adamantanone using two techniques, first, a reduction using deuterated metal hydrides and second deuterodeamination using O-diphenylphosphinylhydroxylamine (DPPH) in D2O. Deuterium-labelled compounds that were prepared in this thesis were also investigated for usefulness of deuterium being used as protecting group to enhance the regioselectivity of nitrene and metal-nitrene insertion reaction involving...