Carbon dioxide-based syntheses of oxazolidinones and other cyclic carbamates

Show full item record

Title: Carbon dioxide-based syntheses of oxazolidinones and other cyclic carbamates
Author: Niemi, Teemu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Doctoral Programme in Chemistry and Molecular Research
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2018-09-28
Language: en
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Carbon dioxide is often considered a comparatively unreactive molecule due to its nonpolar nature and the presence of strong double bonds. However, its electron-deficient carbon atom is susceptible to nucleophilic attack, a property that has been exploited in organic synthesis for well over a century. If the nucleophilic attack is performed by an amine, a carbamate species is formed. This phenomenon can be utilized in the synthesis of cyclic carbamates, which are a ubiquitous structural motif in pharmaceutical compounds and chiral auxiliaries. Classic methods for accessing these compounds involve the use of toxic and expensive reagents, such as phosgene and isocyanides. It follows that substituting them with carbon dioxide allows for a more inexpensive and sustainable process. Several methodologies for carbon dioxide-based synthesis of cyclic carbamates have been reported in the literature. These can be classified into four major categories: cycloaddition of carbon dioxide into aziridines; epoxide-based syntheses; cyclization of unsaturated compounds; and cyclization of amino alcohols. Seen as a whole, these methods allow access to a plethora of cyclic carbamates with various substitution patterns and ring sizes. Some of the methods are also stereoselective, which is a vital feature in the preparation of pharmaceuticals and chiral auxiliaries. In the original publications on which this thesis is based, three novel synthetic pathways to cyclic carbamates from carbon dioxide are reported. In essence, these approaches involve the formation of a carbamate anion and its subsequent intramolecular nucleophilic attack on a (pseudo)halide to close the ring. First, the transformation was carried out with halogenated amines. Then, the scope of the reaction was expanded in an organocatalyzed, multicomponent reaction between carbon dioxide, an aniline and a dibromoalkane. Finally, this approach was utilized in the cyclization of carbon dioxide and amino alcohols by utilizing an activating reagent. As a whole, these novel methodologies offer efficient and highly chemo-, regio- and stereoselective routes to variously substituted 5-, 6-, and 7-membered cyclic carbamates, as well as bicyclic fused rings.Hiilidioksidia pidetään verrattaen epäreaktiivisena molekyylinä, mutta sen hiiliatomi on altis nukleofiiliselle hyökkäykselle. Tämän ominaisuuden johdosta hiilidioksidia voidaan hyödyntää orgaanisessa syntetiikassa. Jos hiilidioksidiin hyökkäävä nukleofiili on amiini, muodostuu karbamaatti. Karbamaatit, ja erityisesti sykliset karbamaatit, ovat yleisiä rakenteita kiraalisissa apuaineissa ja monissa lääkeaineissa. Sykliset karbamaatit yleensä valmistetaan myrkyllisiä ja kalliita lähtöaineita kuten fosgeenia tai isosyanideja käyttäen; niinpä näiden reagenssien korvaamista edullisemmalla ja turvallisemmalla hiilidioksidilla on tutkittu paljon. Hiilidioksidipohjaiset syklisten karbamaattien valmistusmenetelmät voidaan jaotella neljään kategoriaan: hiilidioksidin sykloadditio atsiridiineihin, epoksidipohjaiset menetelmät, tyydyttymättömien yhdisteiden syklisointi, sekä aminoalkoholien syklisointi. Yhdessä nämä synteesimenetelmät mahdollistavat eri tavoin substituoitujen ja erikokoisten syklisten karbamaattien valmistamisen. Myös stereoselektiivisiä synteesejä on raportoitu. Tämän väitöskirjan pohjana toimivissa julkaisuissa on esitelty viides tapa valmistaa syklisiä karbamaatteja hiilidioksidista. Yhdistävänä tekijänä kaikissa julkaisuissa on amiinin ja hiilidioksidin välinen karbamaatinmuodostusreaktio, jota seuraa nukleofiilinen hyökkäys (pseudo)halidiin rengasrakenteen muodostamiseksi. Ensimmäisessä julkaisussa käytettiin halogenoituja amiineja, toisessa aniliinia sekä dihaloalkaaneja, ja kolmannessa aminoalkoholin hydroksyyliryhmä muutettiin pseudohalidiksi aktivointireagenssin avulla. Kokonaisuutena nämä menetelmät mahdollistavat 5-,6- ja 7-renkaiden sekä bisyklisten syklisten karbamaattien korkeasaantoisen sekä kemo-, regio- ja stereoselektiivisen synteesin.
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
carbondi.pdf 965.8Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record