Exploring the Potential of CO2: Enantioselective C-C Bond Formation

Abstract

CO₂ is a renewable source of carbon that has not yet been properly utilized. The reason for this is mostly due to its kinetic and thermodynamic stability. The potential renewability of CO₂, coupled with environmental concerns, has motivated scientists worldwide to develop new artificial carbon cycles for chemical fixation of CO₂. Unfortunately, the pronounced inertness of CO₂ allows only the synthesis of a range of C1 molecules, often with poor selectivity. These limitations also make enantioselective carbon-carbon (C-C) bond-forming utilizing carbon dioxide (CO₂) difficult to achieve. Therefore, there has been relatively few examples of enantioselective C-C bondforming reactions reported in the literature. The primary objective of my work is to develop enantioselective C-C bond-forming reactions using CO₂, with a particular focus on metal-catalyzed enantioselective incorporation of CO₂. The first catalytic enantioselective hydrocarboxylation was reported in 2016 by Mikami and colleagues. We became interested in the mechanistic details of this transformation and set out to provide computational and experimental insights, on the transformation. The enantioselective boracarboxylation has not yet been explored and is an interesting transformation to produce novel drug precursors. With an interest in enantioselective carboxylations, our group set out to develop an enantioselective method for boracarboxylation of styrenes. As of writing this thesis, the boracarboxylation is currently restricted to alkynes and styrenes. We therefore aimed to expand the applicability of the boracarboxylation to allenes. With the boracarboxylation being similar to hydroboration, we started our study optimizing from known to work hydroboration conditions with CO₂ instead of a proton source.

CO₂ er en fornybar kilde til karbon som ennå ikke er godt utnyttet. Årsaken til dette er mest på grunn av dens kinetiske og termodynamiske stabilitet. Den potensielle fornybarheten til CO₂, kombinert med miljøhensyn, har motivert forskere over hele verden til å utvikle nye kunstige karbonkretsløp for kjemisk fiksering av CO₂. Dessverre, den høye stabiliteten til CO₂ tillater bare syntese av en rekke C1-molekyler, ofte med dårlig selektivitet. Disse begrensninger gjør også at enantioselektiv karbon-karbon (C-C) bindingsdannende ved bruk av karbon dioksid (CO₂) er vanskelig å oppnå. Derfor har det vært relativt få eksempler på enantioselektive C-C-bindingsdannende reaksjoner rapportert i litteraturen. Hovedmålet med arbeidet mitt er å utvikle enantioselektiv C-C-bindingsdannende reaksjoner ved bruk av CO₂, med spesielt fokus på metallkatalysert enantioselektiv inkorporering av CO₂. Den første katalytiske enantioselektive hydrokarboksyleringen ble rapportert i 2016 av Mikami og kolleger. Vi ble interessert i de mekanistiske detaljene i denne transformasjonen og studerte reaksjonen for å gi beregningsmessig og eksperimentell innsikt om transformasjonen. Den enantioselektive borakarboksyleringen har ennå ikke blitt utforsket og er en interessant transformasjon for å produsere nye medikamentforløpere. Med interesse for enantioselektiv karboksyleringer, satte vår gruppe seg for å utvikle en enantioselektiv metode for borakarboksylering av styrener. Under skriving av denne oppgaven, er borakarboksyleringen begrenset til alkyner og styrenes. Vi hadde derfor som mål å utvide anvendeligheten av borakarboksyleringen til allener. Da borakarboksyleringen ligner på hydroborering, startet vi studien vår med å optimalisere fra kjente hydroborerings betingelser med CO₂ i stedet for en protonkilde.