Sintesi asimmetrica di ciclopentadieni chirali catalizzata da Cu

Cyclopentadienes (Cps) are molecules that play a central role across several branches of chemistry, including organic synthesis, organometallic catalysis, and astrochemistry. One of their key applications involves their use in Diels–Alder reactions, which lead to the formation of bicyclic compounds – structural scaffolds frequently found in drug molecules and natural products. Despite their potential, the use of substituted cyclopentadienes remains limited due to their intrinsic instability. Moreover, synthetic methodologies for accessing chiral Cps are still poorly developed. In this thesis, a novel copper hydride (CuH)-catalyzed asymmetric synthesis of chiral cyclopentadienes is reported, enabled by a hydrocupration/Dieckmann–Thorpe cascade. A detailed reaction scope was explored to assess the functional group tolerance of CuH catalysis and to introduce functionalities relevant to synthetic applications. The methodology delivers high yields (above 90%) and excellent enantiomeric ratios (up to 99:1). In addition, mechanistic investigations were conducted to propose a plausible reaction mechanism and to understand the factors contributing to the surprisingly high stability of the products over time. Kinetic analyses were also performed to gain further insight into the distinct reactivity profile of the synthesized compounds.

I ciclopentadieni (Cps) sono molecole che rivestono un ruolo centrale in diversi ambiti della chimica, tra cui la sintesi organica, la catalisi organometallica e l'astrochimica. Una delle loro principali applicazioni riguarda l’impiego nelle reazioni di Diels–Alder, che portano alla formazione di composti biciclici — scaffold strutturali frequentemente presenti in molecole farmacologiche e prodotti naturali. Nonostante il loro potenziale, l’utilizzo di ciclopentadieni sostituiti rimane ancora limitato a causa della loro instabilità intrinseca. Inoltre, le metodologie sintetiche per l’accesso a Cps chirali risultano ancora poco sviluppate. In questa tesi viene presentata una nuova sintesi asimmetrica di ciclopentadieni chirali catalizzata da complessi rame-idruro (CuH), resa possibile da una reazione a cascata di idrocuprazione /Dieckmann–Thorpe. È stato condotto uno studio approfondito sull’ambito della reazione per valutare la tolleranza ai gruppi funzionali della catalisi CuH e per introdurre funzionalità rilevanti per applicazioni sintetiche. La metodologia consente di ottenere rese elevate (superiori al 90%) ed eccellenti rapporti enantiomerici (fino a 99:1). Inoltre, sono stati condotti studi meccanicistici per proporre un possibile meccanismo di reazione e comprendere i fattori che contribuiscono alla sorprendente elevata stabilità di tali prodotti nel tempo. Sono state infine eseguite analisi cinetiche al fine di approfondire il particolare profilo reattivo dei composti ottenuti.