BS
Brian Stoltz
Author with expertise in Asymmetric Catalysis
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
21
(86% Open Access)
Cited by:
7,938
h-index:
86
/
i10-index:
306
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Catalytic Enantioselective Construction of Quaternary Stereocenters: Assembly of Key Building Blocks for the Synthesis of Biologically Active Molecules

Yiyang Liu et al.Feb 25, 2015
ConspectusThe ever-present demand for drugs with better efficacy and fewer side effects continually motivates scientists to explore the vast chemical space. Traditionally, medicinal chemists have focused much attention on achiral or so-called "flat" molecules. More recently, attention has shifted toward molecules with stereogenic centers since their three-dimensional structures represent a much larger fraction of the chemical space and have a number of superior properties compared with flat aromatic compounds. Quaternary stereocenters, in particular, add greatly to the three-dimensionality and novelty of the molecule. Nevertheless, synthetic challenges in building quaternary stereocenters have largely prevented their implementation in drug discovery. The lack of effective and broadly general methods for enantioselective formation of quaternary stereocenters in simple molecular scaffolds has prompted us to investigate new chemistry and develop innovative tools and solutions.In this Account, we describe three approaches to constructing quaternary stereocenters: nucleophilic substitution of 3-halooxindoles, conjugate addition of boronic acids to cyclic enones, and allylic alkylation of enolates. In the first approach, malonic ester nucleophiles attack electrophilic 3-halooxindoles, mediated by a copper(II)-bisoxazoline catalyst. A variety of oxindoles containing a benzylic quaternary stereocenter can be accessed through this method. However, it is only applicable to the specialized 3,3-disubstituted oxindole system. To access benzylic quaternary stereocenters in a more general context, we turned our attention to the enantioselective conjugate addition of carbon nucleophiles to α,β-unsaturated carbonyl acceptors. We discovered that in the presence of catalytic palladium-pyridinooxazoline complex, arylboronic acids add smoothly to β-substituted cyclic enones to furnish ketones with a β-benzylic quaternary stereocenter in high yields and enantioselectivities. The reaction is compatible with a wide range of arylboronic acids, β-substituents, and ring sizes.Aside from benzylic quaternary stereocenters, a more challenging motif is a quaternary stereocenter not adjacent to an aromatic group. Such centers represent more general structures in chemical space but are more difficult to form by asymmetric catalysis. To address this greater challenge, and motivated by the greater reward, we entered the field of palladium-catalyzed asymmetric allylic alkylation of prochiral enolate nucleophiles about a decade ago. On the basis of Tsuji's work, which solved the issue of positional selectivity for unsymmetrical ketones, we discovered that the phosphinooxazoline ligand effectively rendered this reaction enantioselective. Extensive investigations since then have revealed that the reaction exhibits broad scope and accepts a range of substrate classes, each with its unique advantage in synthetic applications. A diverse array of carbonyl compounds bearing α-quaternary stereocenters are obtained in excellent yields and enantioselectivities, and more possibilities have yet to be explored. As an alternative to palladium catalysis, we also studied iridium-catalyzed asymmetric allylic alkylations that generate vicinal quaternary and tertiary stereocenters in a single transformation. Overall, these methods provide access to small molecule building blocks with a single quaternary stereocenter, can be applied to various molecular scaffolds, and tolerate a wide range of functional groups. We envision that the chemistry reported in this Account will be increasingly useful in drug discovery and design.
0

Silylation of C–H bonds in aromatic heterocycles by an Earth-abundant metal catalyst

Anton Toutov et al.Feb 3, 2015
Carbon–hydrogen (C–H) bond functionalization catalysed by potassium tert-butoxide, which is abundant and inexpensive, offers a direct route to the silylation of aromatic heterocycles that both obviates the need for precious metal catalysts and overcomes the limitations of previous methods. This paper describes a new general method for converting ubiquitous carbon–hydrogen bonds into carbon–silicon bonds that both obviates the need for precious metal catalysts and overcomes several of the limitations of previous methods. The method uses inexpensive and readily available potassium tert-butoxide to catalyse the acceptorless cross-dehydrogenative coupling of aromatic heterocycles with hydrosilanes to produce synthetically versatile heteroarylsilanes in a single step. Silicon-containing molecules are of importance in drug discovery, as medical diagnostic agents and as precursors for advanced electronics materials. Heteroaromatic compounds containing carbon–silicon (C–Si) bonds are of great interest in the fields of organic electronics and photonics1, drug discovery2, nuclear medicine3 and complex molecule synthesis4,5,6, because these compounds have very useful physicochemical properties. Many of the methods now used to construct heteroaromatic C–Si bonds involve stoichiometric reactions between heteroaryl organometallic species and silicon electrophiles6,7 or direct, transition-metal-catalysed intermolecular carbon–hydrogen (C–H) silylation using rhodium or iridium complexes in the presence of excess hydrogen acceptors8,9. Both approaches are useful, but their limitations include functional group incompatibility, narrow scope of application, high cost and low availability of the catalysts, and unproven scalability. For this reason, a new and general catalytic approach to heteroaromatic C–Si bond construction that avoids such limitations is highly desirable. Here we report an example of cross-dehydrogenative heteroaromatic C–H functionalization catalysed by an Earth-abundant alkali metal species. We found that readily available and inexpensive potassium tert-butoxide catalyses the direct silylation of aromatic heterocycles with hydrosilanes, furnishing heteroarylsilanes in a single step. The silylation proceeds under mild conditions, in the absence of hydrogen acceptors, ligands or additives, and is scalable to greater than 100 grams under optionally solvent-free conditions. Substrate classes that are difficult to activate with precious metal catalysts are silylated in good yield and with excellent regioselectivity. The derived heteroarylsilane products readily engage in versatile transformations enabling new synthetic strategies for heteroaromatic elaboration, and are useful in their own right in pharmaceutical and materials science applications.
0

Deracemization of Quaternary Stereocenters by Pd‐Catalyzed Enantioconvergent Decarboxylative Allylation of Racemic β‐Ketoesters

Justin Mohr et al.Oct 5, 2005
Angewandte Chemie International EditionVolume 44, Issue 42 p. 6924-6927 Communication Deracemization of Quaternary Stereocenters by Pd-Catalyzed Enantioconvergent Decarboxylative Allylation of Racemic β-Ketoesters† Justin T. Mohr, Justin T. Mohr The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this authorDouglas C. Behenna, Douglas C. Behenna The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this authorAndrew M. Harned Dr., Andrew M. Harned Dr. The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this authorBrian M. Stoltz Prof., Brian M. Stoltz Prof. [email protected] The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this author Justin T. Mohr, Justin T. Mohr The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this authorDouglas C. Behenna, Douglas C. Behenna The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this authorAndrew M. Harned Dr., Andrew M. Harned Dr. The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this authorBrian M. Stoltz Prof., Brian M. Stoltz Prof. [email protected] The Arnold and Mabel Beckman Laboratories of Chemical Synthesis, Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 1200 E. California Boulevard, MC 164-30, Pasadena, CA 91125, USA, Fax: (+1) 626-564-9297Search for more papers by this author First published: 25 October 2005 https://doi.org/10.1002/anie.200502018Citations: 332 † The authors wish to thank the Fannie and John Hertz Foundation (predoctoral fellowship to D.C.B.), the NIH (postdoctoral fellowship to A.M.H.), Research Corporation, the Camille and Henry Dreyfus Foundation, Merck, Pfizer, and Lilly for financial support, and Prof. D. A. Dougherty for helpful discussions. Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Graphical Abstract Stereochemical alchemy! Racemic allyl β-ketoesters allow the regiocontrolled formation of enolates, where the same catalyst is intimately involved in both the stereoablative (CC bond-breaking) and stereoselective (CC bond-forming) steps. This mechanistic and practical insight led to the formation of multiple quaternary carbon stereocenters in a single cascade reaction (see scheme). Citing Literature Supporting Information Supporting information for this article is available on the WWW under http://www.wiley-vch.de/contents/jc_2002/2005/z502018_s.pdf or from the author. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume44, Issue42October 28, 2005Pages 6924-6927 RelatedInformation
Load More