Dual Catalytic Asymmetric Photoredox Coupling of alpha-­ Keto Radicals

项目摘要 现代世界依靠化学来提供各种基本材料。 特别 重要的是使用化学合成来产生生物学相关的化合物，以预防，诊断， 治疗疾病 必须使这些过程安全、可持续和具有成本效益， 以确保这一领域的长期生产力。两个最常用的转换， 这就是氧化和还原反应。 最近，光氧化还原催化已被证明是一种 强大的工具来促进这些反应。 光氧化还原催化具有利用安全、温和、 可持续的末端氧化剂或还原剂与少量光敏催化剂结合。 此外，铁和铜是地球上丰富的金属，其已经显示出影响多种有用的生物学特性。 氧化反应然而，如果铁和铜的氧化反应可以与光氧化还原催化相结合， 化学计量的金属废物可以避免，更可持续的工艺将会出现。 一个重要 铜和铁促进的氧化反应是烯醇化自由基与吲哚偶联， 取代的吲哚和烯醇化物与烯醇化物偶联得到1，4-双烯酮。 文献 与铜和铁氧化有关的文献丰富，然而没有催化实例存在。 由于这些问题 与铜和铁的化学计量使用相关， 化学计量的氧化剂很少。 通过使用廉价的末端氧化剂还原铜或铁， 可以在金属中心上使用配体以赋予键形成不对称性。 Buchwald小组具有开发对工业和生物技术有用的催化反应的历史， 学术舞台。 为了开发一种不对称双催化氧化烯醇化物， 吲哚和烯醇化物，我们将首先探索外消旋反应与催化量的铜或铁在 存在光催化剂和化学计量的末端氧化剂。 一旦外消旋反应完成， 开发和理解，我们将探索使用手性配体的铜和铁，以产生一个 不对称烯醇化物偶联反应。我们还将探讨这种化学在光量子流中的应用 反应堆最后，该反应将被用作通过光刻图案化进行表面改性的工具。 本文提出的研究提出了一种创新的方法来解决催化的挑战， 用铁和铜氧化。此外，使用催化性铜或铁将允许实施 通过使用手性配体的不对称偶联反应。通过将光氧化还原催化与铁 和铜氧化化学，这些已经有用的反应将变得明显更强大。 此外，催化氧化的发展将允许将这些反应应用于更多领域。 用于化学和材料合成的多种系统。

PROJECT SUMMARY  The  modern  world  relies  upon  chemistry  to  provide  a  variety  of  essential  materials.  Of  particular  importance is the use of chemical synthesis to generate biologically relevant compounds to prevent, diagnose,  and  treat  disease.  It  is  imperative  to  render  these  processes  as  safe,  sustainable,  and  cost-­effective  as  possible to ensure the long-­term productivity of this field. Two of the most commonly utilized transformations to  this  end  are  oxidation  and  reduction  reactions.  Recently,  photoredox  catalysis  has  been  shown  to  be  a  powerful  tool  to  facilitate  these  reactions.  Photoredox  catalysis  has  the  benefit  of  utilizing  safe,  mild,  and  sustainable  terminal  oxidants  or  reductants  in  conjunction  with  a  small  amount  of  photosensitive  catalyst.  Furthermore,  iron  and  copper  are  earth  abundant  metals  that  have  been  shown  to  effect  a  variety  of  useful  oxidation reactions. However, if iron and copper oxidation reactions can be coupled with photoredox catalysis,  stoichiometric  metal  waste  can  be  circumvented  and  more  sustainable  processes  will  emerge.  An  important  oxidation  reaction  promoted  by  copper  and  iron  is  the  radical  enolate  coupling  with  indoles  to  furnish  substituted  indoles  and  the  radical  enolate  coupling  with  enolates  to  furnish  1,4-­dikeontes.  The  literature  pertaining  to  copper  and  iron  oxidation  is  rich,  however  no  catalytic  examples  exist.  Due  to  the  issues  associated  with  stoichiometric  use  of  copper  and  iron,  catalytic  asymmetric  methodologies  with  these  stoichiometric  oxidants  are  rare.  By  using  an  inexpensive  terminal  oxidant  to  re-­oxidize  copper  or  iron,  chiral  ligands may be employed on the metal centers to impart asymmetry on the bond formation.   The  Buchwald  group  has  a  history  of  developing  catalytic  reactions  that  are  useful  to  the  industrial  and  academic  arenas.  In  order  to  develop  an  asymmetric  dual  catalytic  oxidation  of  enolates  to  to  couple  with  indoles  and  enolates  we  will  first  explore  the  racemic  reaction  with  catalytic  amounts  of  copper  or  iron  in  the  presence  of  a  photocatalyst  and  stoichiometric  terminal  oxidant.  Once  the  racemic  reaction  has  been  developed  and  understood,  we  will  explore  the  use  of  chiral  ligands  on  copper  and  iron  to  generate  an  asymmetric enolate coupling reaction. We will also explore the implementation of this chemistry in photo-­flow  reactors. Finally, this reaction will be used as a tool effect surface modification through photo-­patterning.   The  research  proposed  herein  presents  an  innovative  approach  to  solving  the  challenges  of  catalytic  oxidation with iron and copper. Furthermore, the use of catalytic copper or iron will allow for the implementation  of asymmetric coupling reactions through the use of chiral ligands. By coupling photoredox catalysis with iron  and  copper  oxidation  chemistry,  these  already  useful  reactions  will  become  significantly  more  powerful.  Furthermore,  the  development  of  catalytic  oxidations  will  allow  for  the  application  of  these  reactions  to  more  diverse systems for chemical and material synthesis.