Synlett 2011(4): 449-460  
DOI: 10.1055/s-0030-1259536
ACCOUNT
© Georg Thieme Verlag Stuttgart ˙ New York

β-Carbon Elimination from Cyclobutanols: A Clean Access to Alkylrhodium Intermediates Bearing a Quaternary Stereogenic Center

Nicolai Cramer*a, Tobias Seiserb
a Laboratory of Asymmetric Catalysis and Synthesis, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL SB ISIC LCSA, BCH 4305, 1015 Lausanne, Switzerland
Fax: +41(21)6933680; e-Mail: Nicolai.cramer@epfl.ch;
b Laboratory of Organic Chemistry, ETH Zurich, Wolfgang-Pauli-Str. 10, 8093 Zurich, Switzerland
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Received 3 December 2010
Publication Date:
08 February 2011 (online)

Abstract

The catalytic activation of C-C bonds bears significant ecological and economical advantages. In this account we describe our results for an enantioselective C-C activation of symmetrically substituted tert-cyclobutanols. Subsequent downstream reactions of the obtained alkylrhodium intermediate give rise to a wide range of synthetically versatile products bearing all-carbon quaternary stereogenic centers with excellent enantioselectivities.

1 Introduction

1.1 Cyclobutanol Syntheses

2 Intramolecular Addition Reactions

2.1 Allenylcyclobutanols

2.2 Initiation of Cascade Catalysis

2.3 Vinylcyclobutanols

3 Intramolecular Bond-Activation Reactions

3.1 Aromatic C(sp²)-H Activations

3.2 Aromatic C(sp²)-SiR3 Activations

3.3 1,3-Shift Reactions, C(sp³)-H Activations

4 Summary and Outlook

    References

  • 1a Rybtchinski B. Milstein D. Angew. Chem. Int. Ed.  1999,  38:  870 
  • 1b Murakami M. Ito Y. Top. Organomet. Chem.  1999,  3:  97 
  • 1c van der Boom ME. Milstein D. Chem. Rev.  2003,  103:  1759 
  • 1d Jun C.-H. Chem. Soc. Rev.  2004,  33:  610 
  • 1e Satoh T. Miura M. Top. Organomet. Chem.  2005,  14:  1 
  • 1f Necas D. Kotora M. Curr. Org. Chem.  2007,  11:  1566 
  • 1g Najera C. Sansano JM. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  2452 
  • 2a Jun C.-H. Moon CW. Lee D.-Y. Chem. Eur. J.  2002,  8:  2423 
  • 2b Park YJ. Park J.-W. Jun C.-H. Acc. Chem. Res.  2008,  41:  222 
  • 3a Suggs JW. Jun C.-H. J. Am. Chem. Soc.  1986,  108:  4679 
  • 3b Suggs JW. Jun C.-H. J. Am. Chem. Soc.  1984,  106:  3054 
  • 3c Dreis AM. Douglas CJ. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  412 
  • 3d Wentzel MT. Reddy VJ. Hyster TK. Douglas CJ. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  6121 
  • 4a Funayama A. Satoh T. Miura M. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  15354 
  • 4b Nishimura T. Katoh T. Takatsu K. Shintani R. Hayashi T. J. Am. Chem. Soc.  2007,  129:  14158 
  • 5a Kondo T. Kodoi K. Nishinaga E. Okada T. Morisaki Y. Watanabe Y. Mitsudo T.-A. J. Am. Chem. Soc.  1998,  120:  5587 
  • 5b Necas D. Tursky M. Kotora M. J. Am. Chem. Soc.  2004,  126:  10222 
  • 5c Hayashi S. Hirano K. Yorimitsu H. Oshima K. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  2210 
  • 5d Waibel M. Cramer N. Angew. Chem. Int. Ed.  2010,  49:  4455 
  • 5e Waibel M. Cramer N. Chem. Commun.  2011,  47:  346 
  • 6a Terao Y. Wakui H. Satoh T. Miura M. Nomura M. J. Am. Chem. Soc.  2001,  123:  10407 
  • 6b Terao Y. Wakui H. Nomoto N. Satoh T. Miura M. Nomura M. J. Org. Chem.  2003,  68:  5236 
  • 6c Terao Y. Nomoto N. Satoh T. Miura M. Nomura M. J. Org. Chem.  2004,  69:  6942 
  • 6d Wakui H. Kawasaki S. Satoh T. Miura M. Nomura M. J. Am. Chem. Soc.  2004,  126:  8658 
  • 6e Nishimura T. Katoh T. Hayashi T. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  4937 
  • For recent examples, see: Nickel-catalyzed:
  • 7a Murakami M. Ashida S. Matsuda T. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  6932 
  • 7b Murakami M. Ashida S. Matsuda T. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  2166 
  • 7c Murakami M. Ashida S. Matsuda T. Tetrahedron  2006,  62:  7540 
  • 7d Ashida S. Murakami M. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2008,  81:  885 
  • Iridium-catalyzed:
  • 7e Nishimura T. Yoshinaka T. Nishiguchi Y. Maeda Y. Uemura S. Org. Lett.  2005,  7:  2425 
  • Palladium-catalyzed:
  • 7f Nishimura T. Ohe K. Uemura S. J. Am. Chem. Soc.  1999,  121:  2645 
  • 7g Nishimura T. Uemura S. J. Am. Chem. Soc.  2000,  122:  12049 
  • 7h Larock RC. Reddy CK. Org. Lett.  2000,  2:  3325 
  • 7i Trost BM. Xie J. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  6044 
  • 7j Trost BM. Xie J. J. Am. Chem. Soc.  2008,  130:  6231 
  • 7k Matsuda T. Shigeno M. Murakami M. Org. Lett.  2008,  10:  5219 
  • Rhodium-catalyzed:
  • 7l Huffman MA. Liebeskind LS. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  4895 
  • 7m Murakami M. Amii H. Ito Y. Nature (London)  1994,  370:  540 
  • 7n Murakami M. Amii H. Shigeto K. Ito Y. J. Am. Chem. Soc.  1996,  118:  8285 
  • 7o Murakami M. Takahashi K. Amii H. Ito Y. J. Am. Chem. Soc.  1997,  119:  9307 
  • 7p Murakami M. Itahashi T. Amii H. Takahashi K. Ito Y. J. Am. Chem. Soc.  1998,  120:  9949 
  • 7q Murakami M. Tsuruta T. Ito Y. Angew. Chem. Int. Ed.  2000,  39:  2484 
  • 7r Wender PA. Correa AG. Sato Y. Sun R. J. Am. Chem. Soc.  2000,  122:  7815 
  • 7s Murakami M. Itahashi T. Ito Y. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  13976 
  • 7t Wender PA. Deschamps NM. Sun R. Angew. Chem. Int. Ed.  2006,  45:  3957 
  • 7u Murakami M. Makina M. Ashida S. Matsuda T. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2006,  79:  1315 
  • 7v Crépin D. Dawick J. Aïssa C. Angew. Chem. Int. Ed.  2010,  49:  620 
  • Ruthenium-catalyzed:
  • 7w Kondo T. Nakamura A. Okada T. Suzuki N. Wada K. Mitsudo T. J. Am. Chem. Soc.  2000,  122:  6319 
  • 8a Seiser T. Cramer N. Org. Biomol. Chem.  2009,  7:  2835 
  • 8b Winter C. Krause N. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  2460 
  • 9a Nishimura T. Matsumura S. Maeda Y. Uemura S. Chem. Commun.  2002,  50 
  • 9b Matsumura S. Maeda Y. Nishimura T. Uemura S. J. Am. Chem. Soc.  2003,  125:  8862 
  • 10a Douglas CJ. Overman LE. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.  2004,  101:  5363 
  • 10b Trost BM. Jiang DC. Synthesis  2006,  369 
  • 11 Siegbahn PEM. J. Phys. Chem.  1995,  99:  12723 
  • 12a Matsuda T. Shigeno M. Makino M. Murakami M. Org. Lett.  2006,  8:  3379 
  • 12b Matsuda T. Shigeno M. Murakami M. J. Am. Chem. Soc.  2007,  129:  12086 
  • 13a Krepski LR. Hassner A. J. Org. Chem.  1978,  43:  2879 
  • 13b Cao W. Erden I. Grow RH. Keeffe JR. Song J. Trudell MB. Wadsworth TL. Xu F. Zheng J. Can. J. Chem.  1999,  77:  1009 
  • 14 Lopez-Carrillo V. Echavarren AM. J. Am. Chem. Soc.  2010,  132:  9292 
  • 15a Mukaiyama T. Isayama S. Inoki S. Kato K. Yamada T. Takai T. Chem. Lett.  1989,  449 
  • 15b Kato K. Yamada T. Takai T. Inoki S. Isayama S. Bull. Chem. Soc. Jpn.  1990,  63:  179 
  • 16 Zhao MM. inventors; WO 2007/038452  A1.  2007
  • 17a Pigou PE. Schiesser CH. J. Org. Chem.  1988,  53:  3841 
  • 17b Shao PP. Ye F. Tetrahedron Lett.  2008,  49:  3554 
  • 18 Seiser T. Cramer N. Angew. Chem. Int. Ed.  2008,  47:  9294 
  • 19a Seiser T. Cramer N. Chem. Eur. J.  2010,  16:  3383 
  • 19b Seiser T. Cramer N. Chimia  2010,  64:  153 
  • For reviews, see:
  • 20a Ma S. Gu Z. Angew. Chem. Int. Ed.  2005,  44:  7512 
  • 20b Shi F. Larock RC. Top. Curr. Chem.  2010,  292:  123 
  • 21 Martinho Simoes JA. Beauchamp JL. Chem. Rev.  1990,  90:  629 
  • 22a Seiser T. Roth OA. Cramer N. Angew. Chem. Int. Ed.  2009,  48:  6320 
  • 22b Shigeno M. Yamamoto T. Murakami M. Chem. Eur. J.  2009,  47:  12929 
  • 23a Zhao P. Incarvito CD. Hartwig JF. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  3124 
  • 23b Zhao P. Hartwig JF. Organometallics  2008,  27:  4749 
  • 24 Seiser T. Cathomen G. Cramer N. Synlett  2010,  1699 
  • 25 Tobisu M. Onoe M. Kita Y. Chatani N. J. Am. Chem. Soc.  2009,  131:  7506 
  • 26 Seiser T. Cramer N. Angew. Chem. Int. Ed.  2010,  49:  10163 
  • 27a Nakao Y. Takeda M. Matsumoto T. Hiyama T. Angew. Chem. Int. Ed.  2010,  49:  4447 
  • 27b Kirmse W. Söllenböhmer F. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1989,  774 
  • 28 Seiser T. Cramer N. J. Am. Chem. Soc.  2010,  132:  5340