Metal containing and metal free organocatalysts: new design concepts for hydrogen bond donors and substrate activation [Elektronische Ressource] = Metallhaltige und metallfreie Organokatalysatoren: Entwicklung von neuartigen Konzepten von wasserstoffbrücken Donoren und zur Substrat-Aktivierung / vorgelegt von Inka M. Wolf

Publié le : vendredi 1 janvier 2010
Lecture(s) : 11
Source : D-NB.INFO/100061364X/34
Nombre de pages : 171
Voir plus Voir moins

i




Metal Containing and Metal Free Organocatalysts:
New Design Concepts for Hydrogen Bond Donors
And
Substrate Activation


Metallhaltige und metallfreie Organokatalysatoren:
Entwicklung von neuartigen Konzepten von wasserstoffbrücken
Donoren und zur Substrat Aktivierung



Der Naturwissenschaftlichen Fakultäten
der Friedrich-Alexander-Universität
zur
Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat.



vorgelegt von
Inka M. Wolf
aus Forchheim


ii
Als Dissertation genehmigt von den Naturwissenschaftlichen
Fakultäten der Universität Erlangen-Nürnberg























Tag der mündlichen Prüfung: 01.02.2010
Vorsitzender der Promotionskommission: Prof. Dr. E. Bänsch
Erstberichterstatter: Prof. Dr. J. A. Gladysz
Zweitberichterstatter: PD Dr. N. Jux iii




























iv


























Die vorliegende Arbeit wurde am Institut für Organische Chemie der Friedrich-Alexander
Universität Erlangen-Nürnberg in der Zeit vom Januar 2006 bis Dezember 2010 unter der Anleitung
von Prof. Dr. John A. Gladysz angefertigt. v
Danksagung

Bei Herrn Prof. Dr. John A. Gladysz bedanke ich mich für den wissenschaftlichen Anstoß
und die Betreuung dieser Arbeit.
Den Angestellten des Instituts für Organische Chemie schulde ich meinen Dank für die
vielseitige Unterstützung.
Dem gesamten Arbeitskreis Gladysz und Tykwinski danke ich für das angenehme
Arbeitsklima, sowie für die vielen fachlichen und außerfachlichen Anregungen und Aktivitäten.
Besonderen Dank an Alexander Scherer und Carola Ganzmann für die vielen Anregungen und
Ideen, die sie zu meiner Arbeit beigesteuert haben.
Ganz besonderen Dank schulde ich meiner Familie und meinen Freunden für die moralische
Unterstützung und den Beistand während dieser Doktorarbeit.
















vi




























vii
Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit werden Konzepte für chirale Werner Komplexe und Zinn-GBI
(GBI = 2-Guanidinobenzimidazol) Komplexe mit Aminosäuren und Benzimidazolthioharnstoffen
mit Aminoalkoholen entwickelt. Darüber hinaus wird deren Wirksamkeit als Organokatalysatoren
bezüglich Michael Addition, Friedel-Crafts Alkylierung und Baylis-Hillman Reaktion untersucht.

Kapitel 1 beschreibt kurz die Hauptarten von Lewis-sauren Organokatalysatoren und deren
Einfluß auf die Michael Addition.

Kapitel 2 beschreibt die Synthese von chiralen Cobalt Komplexen mit Aminosäuren. Diese
werden in der Michael Addition, Friedel-Crafts Alkylierung und Baylis-Hillman Reaktion als
Katalysator eingesetzt.
+ – Die Reaktionen von [Co(tren)Cl ] Cl (tren = tris(2-Aminoethyl)amin) und Aminosäuren 2
+ –im wässrigen Milieu und anschließender Metathese mit Na [PF ] ergeben die Komplexe 6
2+ – 2+ – 2+ – 2+[Co(tren)(L-valianto)] 2[PF ] (4 2[PF ] ; 25%), [Co(tren)(L-leucinato)] 2[PF ] (5 6 6 6
– 2+ – 2+ – 2+2[PF ] ; 29%), [Co(tren)(L-isoleucinato)] 2[PF ] (6 2[PF ] ; 20%), [Co(tren)(L-histinato)] 6 6 6
– 2+ – 2+ – 2+ –2[PF ] (7 2[PF ] ; 10%) und [Co(tren)(L-prolinato)] 2[PF ] (8 2[PF ] ; 24%). 6 6 6 6
Friedel-Crafts Alkylierungen von Indol (9a) oder N-Methylindol (9b) mit trans-β-
Nitrostyrol (10) in CD CN ergeben 3-(2-Nitro-1-phenylethyl)indol oder 1-Methyl-3-(2-nitro-1-3
2+ – 2+ – 2+ –phenylethyl)indol (11b). 4 2[PF ] (5 und 10 mol%), 5 2[PF ] (10 mol%), 6 2[PF ] (10 6 6 6
2+ –mol%) und 7 2[PF ] (10 mol%) werden für diese Reaktion als Katalysator getestet. Die 6
Reaktionen mit 9a ergeben das Produkt in schlechter Ausbeute. Die höchste Reaktivität zeigt
2+ –Katalysator 4 2[PF ] (5 mol%, 92% conv. (192 Stunden)) für die Reaktion mit 9b die zu 11b 6
2+ – 2+ –führt. Die Katalysatoren 5 2[PF ] (10 mol%) und 6 2[PF ] (10 mol%) ergeben 95-96% 6 6
2+ –Ausbeute für 11b nach 120 Stunden; 7 2[PF ] ist weniger reaktiv und ergibt 46% Ausbeute von 6
11b nach 49 Stunden. In allen Fällen wird 11b als Racemat erhalten, was mittels chiraler HPLC
bestimmt wird.
Baylis-Hillman Reaktionen von Benzaldehyd und 2-Cyclohexenon (13) in CD CN führten 3viii
2+ – 2+ – 2+ –zu 2-(Hydroxy(phenyl)methyl)cyclohex-2-enon (14), 4 2[PF ] , 5 2[PF ] und 7 2[PF ] 6 6 6
(alle 10 mol%) werden als Katalysatoren getestet. Produkt 14 wird stets in niedrigen Ausbeuten als
Racemat erhalten.
2+ – 2+ – 2+ – 2+ – 2+In DMSO oder DMF werden 4 2[PF ] , 5 2[PF ] , 6 2[PF ] , 7 2[PF ] und 8 6 6 6 6
–2[PF ] (alle 15 mol%) für die Michael Additionen von 2-Nitropropan (18) mit 13 zu 3-(2-6
Nitropropan-2-yl)cyclohexanon (19) in der Anwesenheit von einem Äquiv. 2,5-trans-
Dimethylpiperazin (20) als Katalysatoren untersucht. Die Reaktionen in DMSO sind schneller und
2+ 2+ –ergeben höhere Ausbeuten verglichen mit denen in DMF. Die Katalysatoren 4 -6 2[PF ] zeigen 6
vergleichbare Umsätze (DMSO: 76-83% conv. (93.5 Stunden); DMF: 58-68.5% conv. (166
2+ –Stunden)). Komplex 7 2[PF ] zeigt die geringste Aktivität (DMSO: 64% (93.5 Stunden); DMF: 6
2+ –52% (166 Stunden)). Die besten Ergebnisse liefert 8 2[PF ] (DMSO: 78% conv., 8% ee (73.5 6
2+ –Stunden); DMF: 79% conv., 26% ee (95 Stunden)). Nachfolgend wird 8 2[PF ] als Katalysator 6
in der Michael Addition von 2-Cyclopentenon (15) oder 13 mit Nitrocyclopentan (21) eingesetzt
und ergibt 3-(1-Nitrocyclopentyl)cyclohexanon (22) (DMSO: 45% Ausbeute, 12% ee; DMF: 59%
Ausbeute, 20% ee) und 3-(1-Nitrocyclopentyl)cyclopentanon (23) (DMSO: 85% Ausbeute, 0% ee;
DMF: 61% Ausbeute, 2% ee).

Kapitel 3 beschreibt die Herstellung neuartiger, chiraler Zinn GBI Komplexe die
Aminosäuren enthalten. Diese werden als Katalysatoren in der Michael Addition eingesetzt.
Die Umsetzungen von n-BuLi, MeOH, GBI, Aminosäuren und (CH ) SnCl in MeOH 3 2 2
ergeben (CH ) Sn(GBI)(L-valinato) (29, 98%), (CH ) Sn(GBI)(L-leucinato) (30, 97%), 3 2 3 2
(CH ) Sn(GBI)(L-isoleucinato) (31, 98%), (CH ) Sn(GBI)(L-prolinato) (32, 96%) und 3 2 3 2
(CH ) Sn(GBI)(L-lysinato) (33, 98%). 3 2
Die Zinn Verbindungen 29-33 (15 mol%) werden in MeOH als Katalysatoren für die
Michael Additionen von 13 oder 15 mit 18, 21 oder 2-Nitrocyclohexan in Anwesenheit von einem
Äquiv. 20 eingesetzt und ergeben 19, 3-(2-Nitropropan-2-yl)cyclopentanon, 22, 23, 3-(1-
Nitrocyclohexyl)cyclohexanon (37) oder 3-(1-Nitrocyclohexyl)cyclopentanon (38). Die besseren
Umsätze ergeben die Reaktionen mit 15 verglichen mit denen von 13, wobei aber leider nur
schlechte Enantioselektivitäten erreicht werden (2-16%). Im Gegensatz dazu ergeben die ix
Reaktionen mit 13 moderate Enantioselektivitäten (31: 61% Ausbeute, 40% ee für 22). Katalysator
32 weist die niedrigsten Enantioselektivitäten auf (19: 0%; 22: 10%; 37: 7%), 33 zeigt höhere ee
Werte (19: 18%; 22: 21%; 37: 14%). Allgemein werden die besten Ergebnisse mit 29-31 erzielt,
dabei werden für die meisten Reaktionen mit 31 die höchsten Werte erreicht (19: 26%; 22: 40%; 37:
26%).

Kapitel 4 beschreibt die Darstellung von Benzimidazolyl-1H-aminoalkohol Verbindungen
und deren Trifluoracetat-salzen. Diese werden zur Katalyse der Friedel-Crafts Alkylierung und
Michael Addition eingesetzt.
Die Reaktionen von N-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)-1H-imidazol-1-carbothioamid mit
verschiedenen Aminoalkoholen ergeben (S)-1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)-3-(1-hydroxy-3-
methylbutan-2-yl)thiourea (40, 62%), (S)-1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)-3-(1-hydroxy-3-
methylpentan-2-yl)thiourea (41, 99%) und (S)-1-(1H-Benzo[d]imidazol-2-yl)-3-(1-hydroxy-3-
phenylpropan-2-yl)thiourea (42, 99%). Die Zugabe von Trifluoressigsäure führt zu den protonierten
Derivaten (S)-1-(2,3-Dihydro-1H-benzo[d]imidazolium-2-yl)-3-(1-hydroxy-3-methylbutan-2-yl)
thiourea trifluoracetat, (S)-1-(2,3-Dihydro-1H-benzo[d]imidazolium-2-yl)-3-(1-hydroxy-3-methyl
pentan-2-yl)thiourea trifluoracetat und (S)-1-(2,3-Dihydro-1H-benzo[d]imidazolium-2-yl)-3-(1-
hydroxy-3-phenylpropan-2-yl)thiourea trifluoracetat in annähernd quantitativer Ausbeute.
Verbindungen 41 und Proben von 40-42 die mit deuterierter Trifluoressigsäure (CF COOD) 3
versetzt werden (alle 20 mol%), werden als Katalysator für die Reaktionen von 9b und 10
eingesetzt und ergeben 11b. Der höchste Umsatz wird mit 42/CF COOD (112 Stunden, 98%) 3
erzielt. Unprotoniertes 41 weist eine höhere Reaktivität auf als 41/CF COOD (87 Stunden, 90% 3
conv. vs. 117 Stunden, 67% conv.). In allen Fällen wird 11b als Racemat erhalten, was mittels
chiraler HPLC bestimmt wird.
Verbindung 41 ist kein effektiver Katalysator für die Michael Addition von 13 und 18 (235
Stunden, 38% conv.). 19 wird als Racemat erhalten.


x




























Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.