Reductive activation of C—S and C—O bonds: an electrosynthetic and computational study
2026 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Organic electrosynthesis uses electricity as the “reagent” to drive redox reactionsinstead of relying on more traditional oxidants or reductants. Because electronsare supplied directly from an electrode, reactions can often be run underrelatively mild conditions and with less chemical waste. In this thesis,electrochemical methods are developed to target carbon-sulfur (C-S) bonds incommon sulfur-containing compounds of thioethers, thioacetals, disulfides, andthiols, and, in an analogous way, carbon-oxygen (C-O) bonds in esters.A major part of the work shows how aryl-alkyl thioethers can act as an alkylsource under electroreductive conditions. When electrolyzed the C(sp³)-S bondis cleaved selectively to form carbon centered radical, which can cross over to acarbanion. These intermediates can be converted into alkanes, or react withcarbon dioxide to form carboxylic acids, or add to electron-poor alkenes in aGiese-type reaction. Using the same activation concept, the thesis alsointroduces an electrochemical route to valuable alkylboronic esters by couplingthe carbanion with a boron reagent. Notably, this borylation strategy worksacross several classes of sulfur-containing motifs.Beyond developing new reactions, the thesis also addresses a practical challengein electrosynthesis. Many net-reductive electrochemical methods still rely onsacrificial metal anodes that are consumed during the reaction. Here,borohydride oxidation with inert anodes is evaluated as an alternative counterreaction across several net-reductive protocols, steering toward a moreoperationally convenient electrolysis setup.Finally, the thesis explores the electrochemical deoxygenation Markó-Lamreaction of esters using a computational approach. By mapping how variousdescriptors influence the C-O bond breaking step, the study connectsmeasurable properties such as reduction potentials with reaction barriers.
Abstract [sv]
Organisk elektrosyntes använder elektricitet som ”reagens” för att driva redoxreaktioner i stället för att förlita sig på mer traditionella oxidations- ellerreduktionsmedel. Elektroner förses direkt från en elektrod och kan därav oftagenomföras under relativt milda betingelser och generera mindre kemisktavfall. Denna avhandling fokuserar på utveckling av elektrokemiska metodermed inriktning på kol-svavel- (C-S) bindningar i tioetrar, tioacetaler, disulfideroch tioler, på ett liknande vis inkluderas kol-syre- (C-O) bindningar i estrar.En stor del av arbetet visar hur aryl-alkyl tioetrar kan användas som en källa tillalkyler under elektroreduktiv inducerad, kemoselektiv C(sp³)-S klyvning tillradikaler, vilket kan övergå till karbanjoner. Dessa intermediärer kanomvandlas till alkaner, reagera med koldioxid för att bilda karboxylsyror elleraddera till elektronfattiga alkener i en Giese-typ reaktion. Med utgångspunkt isamma aktiveringskoncept så utvecklades en desulfurativ boryleringsmetodgenom koppling av karbanjonen med borreagens. Denna boryleringsstrategifungerar för flera klasser av svavelföreningar.Utöver att utveckla nya reaktioner behandlar avhandlingen även en praktiskutmaning inom elektrosyntes. Många netto-reduktiva elektrokemiska metoderär fortfarande beroende av offermetallanoder som förbrukas under reaktionen.Här utvärderas borhydridoxidation med inerta anoder som en alternativmotreaktion i flera netto-reduktiva protokoll, vilket tillåter en simplareelektrolysuppställning.Slutligen undersöker avhandlingen den elektrokemiska Markó-Lamdeoxygeneringen av estrar med beräkningskemi. Genom att kartlägga hur olikadeskriptorer påverkar det C-O bindningsbrytande steget kopplas mätbaraegenskaper, såsom reduktionspotentialer, till reaktionsbarriärer.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2026. , p. 118
Series
TRITA-CBH-FOU ; 2026:6
Keywords [en]
electrosynthesis, reduction, desulfurization, deoxygenation, radical reactions, cross-coupling
Keywords [sv]
elektrosyntes, reduktion, desulfurisering, deoxygenering, radikalreaktioner, korskoppling
National Category
Organic Chemistry
Research subject
Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-375973ISBN: 978-91-8106-527-5 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-375973DiVA, id: diva2:2033347
Public defence
2026-02-20, F3, Lindstedtvägen 26, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 20260129
2026-01-292026-01-292026-03-20Bibliographically approved
List of papers