| License: Publishing license for publications excluding print on demand (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-211268
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.21126
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 14 June 2012 |
| Referee: | Dr. Kirsten Zeitler and Prof. Dr. Oliver Reiser |
| Date of exam: | 31 May 2011 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie > Alumni or Retired Professors > Arbeitskreis Dr. Kirsten Zeitler |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Organocatalysis, N-heterocyclic carbenes, Umpolung, benzoin, lactones |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 21126 |
Abstract (English)
The present dissertation deals with novel carbene catalyzed processes for C–C and C–O bond formation. Chapter 1 covers (chemo- and/or stereo-)selective nucleophilic acylation reactions between aldehydes and carbonyl electrophiles. After a brief introduction (chapter 1.1), a highly enantioselective (homo-)benzoin condensation is described in chapter 1.2. A pyroglutamic acid-derived, bifunctional ...
Abstract (English)
The present dissertation deals with novel carbene catalyzed processes for C–C and C–O bond formation. Chapter 1 covers (chemo- and/or stereo-)selective nucleophilic acylation reactions between aldehydes and carbonyl electrophiles. After a brief introduction (chapter 1.1), a highly enantioselective (homo-)benzoin condensation is described in chapter 1.2. A pyroglutamic acid-derived, bifunctional carbene equipped with a protic, substituent R effectuates good to high yields and excellent ee values of the homocoupling products. The presence of a pentafluorophenyl substituent adjacent to the carbene carbon was demonstrated to be prerequisite to ensure a high catalytic activity.The extension to crossed benzoin-type condensations is presented in chapter 1.3: based on a synergism between a highly reactive catalyst system and substrate control, chemoselective cross condensations between aliphatic and ortho-substituted benzaldehydes were accomplished. Contrary to previous alternative methods, a prefunctionalization of substrates is not required. The o-substituent ensures high selectivity and can be smoothly removed in case of bromine, thus serving as a temporary and traceless directing group.
Chapter 1.4 tries to shed light on the interplay between catalyst and substrate control in crossed acyloin condensation reactions. For this purpose, the relative performance of an achiral pentafluorphenyl-substituted carbene (our “best” catalyst) and a thiazolium-derived carbene, previously introduced by Stetter, was evaluated. In cross acyloin condensations between alpha-branched aliphatic aldehydes and benzaldehydes employing achiral triazolium precatalyst, moderate to good selectivities towards cross products can be achieved without ortho-substitution of the aromatic aldehyde. One of the hitherto rare examples of a carbene catalyzed cross coupling process between aldehydes and ketones is disclosed in chapter 1.5. Pursuing a rational mechanistic approach, the novel, bioinspired method provides a modular access to alpha-hydroxy beta-ketoesters. The substrate scope – all employing readily available compounds – is remarkable, ranging from aliphatic to aromatic aldehydes, as well as differently substituted alpha-ketoesters.
Chapter 2 is devoted to carbene catalyzed C–O bond forming reactions. In particular, new NHC catalyzed lactonization strategies either relying on an internal redox reaction or external oxidation of the corresponding aldehyde substrates are presented. A carbene catalyzed access to 3,4 dihydro¬coumarins via redox lactonization of the corresponding cinnamaldehyde derivatives is presented in chapter 2.2. The transformation involves a homoenolate protonation-cyclization sequence and gives rise to lactone products in moderate to good yields. As a result of a competing oxidative pathway, coumarins are observed in minor amounts. Finally, a carbene catalyzed oxidative lactonization process was applied to the synthesis of benzodioxepinones (chapter 2.3). In this non-high dilution procedure, FeCl3 is utilized as formal terminal oxidant. Seven membered lactones are formed in good to excellent yields, selected examples exhibit interesting properties as odorants.
Translation of the abstract (German)
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit neuen, carbenkatalysierten Prozessen zur C–C bzw. C–O Bindungsknüpfung. Im Kapitel 1 werden (chemo- bzw. stereo-)selektive nukleophile Acylierungsreaktionen zwischen Aldehyden und Carbonyl-Elektrophilen behandelt. Nach einer kurzen Einführung (Kapitel 1.1) wird in Kapitel 1.2 eine hoch enantioselektive (Homo-) Benzoinkondensation beschrieben. Ein ...
Translation of the abstract (German)
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit neuen, carbenkatalysierten Prozessen zur C–C bzw. C–O Bindungsknüpfung. Im Kapitel 1 werden (chemo- bzw. stereo-)selektive nukleophile Acylierungsreaktionen zwischen Aldehyden und Carbonyl-Elektrophilen behandelt.
Nach einer kurzen Einführung (Kapitel 1.1) wird in Kapitel 1.2 eine hoch enantioselektive (Homo-) Benzoinkondensation beschrieben. Ein von Pyroglutaminsäure abgeleitetes, bifunktionelles Carben mit einem protischen Rest R erzielt dabei gute bis sehr gute Ausbeuten und exzellente Enantiomerenüberschüsse der entsprechenden Homokupplungsprodukte. Um eine hohe katalytische Aktivität zu gewährleisten, ist ein Pentafluorophenyl-Substituent in Nachbarschaft zum Carben-Kohlenstoffatom unbedingte Voraussetzung. Die Erweiterung auf gekreuzte benzoinartige Kondensationen wird in Kapitel 1.3 vorgestellt: Basierend auf einem Synergismus zwischen einem hochreaktiven, katalytischen System und Substratkontrolle, konnten chemoselektive gekreuzte Acyloinkondensationen zwischen einer Reihe aliphatischer Aldehyde und o-substituierter Benzaldehyde durchgeführt werden. Im Gegensatz zu bisherigen, alternativen Methoden ist eine Präfunktionalisierung der Substrate dabei nicht nötig. Der o-Substituent gewährleistet eine hohe Selektivität und kann – falls erwünscht - im Falle von Bromid leicht wieder entfernt werden. Er dient somit als temporäre, dirigierende Gruppe. Kapitel 1.4 beleuchtet das Zusammenspiel von Katalysator- und Substratkontrolle in gekreuzten Acyloinkondensationen. Zu diesem Zweck wurde ein direkter Vergleich eines pentafluorphenyl-substituierten Carbens (unseres „besten“ Katalysators) und des von Stetter für Acyloinkondensationen eingesetzten, Thiazolium-basierten Carbens durchgeführt. Letztendlich können unter den von uns etablierten Bedingungen auch gekreuzte Acyloinkondensationen zwischen gehinderten aliphatischen und nicht o-substituierten Benzaldehyden mit moderaten bis guten Ausbeuten der Kreuzprodukte, erreicht werden. Eines der bisher wenigen Beispiele für einen carbenkatalysierten Kupplungsprozess zwischen Aldehyden und Ketonen wird in Kapitel 1.5 vorgestellt. Bei der Entwicklung der dabei zum Tragen kommenden, biomimetischen Methode verfolgten wir einen rationalen mechanistischen Ansatz. Unter Verwendung von leicht verfügbaren Aldehyden und alpha-Ketoestern als Ausgangsmaterialien können damit alpha-Hydroxy-beta-Ketoester modular und unter sehr milden Reaktionsbedingungen synthetisiert werden. Die enorme Substratbreite (aliphatische und aromatische Aldehyde sowie verschieden substituierte alpha-Ketoester) ist hierbei besonders bemerkenswert.
Kapitel 2 widmet sich carbenkatalysierten C–O Bindungsknüpfungen. Konkret vorgestellt werden dabei neue, NHC katalysierte Lactonisierungsstrategien, die entweder auf interner Redoxreaktion oder externer Oxidation der jeweiligen Substrate, basieren. Nach einer einführenden Vorstellung der zugrunde liegenden Strategien (Kapitel 2.1), wird in Kapitel 2.2 ein carbenkatalytischer Zugang zu 3,4 Dihydrocoumarinen über Redoxlactonisierung der entsprechenden Zimtaldehydderivate behandelt. Der Prozess beinhaltet eine Homoenolat-Protonierung-Cyclisierungs-Sequenz und liefert die jeweiligen Lactone in moderaten bis guten Ausbeuten. Bedingt durch einen konkurrierenden oxidativen Reaktionspfad werden Coumarine als Nebenprodukte in geringen Mengen beobachtet.
Ein carbenkatalysierter oxidativer Lactonisierungsprozess wird schließlich für die Synthese von Benzodioxepinonderivaten angewandt (Kapitel 2.3). In dieser Lactonisierung, die nicht unter hochverdünnten Bedingungen erfolgen muss, dient FeCl3 als formales terminales Oxidans. Die Produkte werden in guten bis exzellenten Ausbeuten erhalten, ausgewählte Beispiele zeigen interessante Eigenschaften als Geruchsstoffe.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 06:37
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