Visible light photoredox catalysis - A versatile tool for the activation of small molecules - University of Regensburg Publication Server

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-322634
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.32263

Kais, Viktor

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Date of publication of this fulltext: 02 Aug 2016 04:49

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	2 August 2016
Referee:	Prof. Dr. Oliver Reiser
Date of exam:	24 July 2015
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Oliver Reiser
Keywords:	Photoredoxkatalyse, Desoxygenierung von Alkoholen, Synthese von chiralen Tetrahydrofuranen, Synthese von biologisch aktiven Acrylamiden
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:	32263

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Abstract (English)

Abstract (English)

This PhD thesis demonstrates the development of new methodologies for visible light mediated deoxygenation processes followed by new bond formations, as well as acrylamide synthesis via vinyl radical formation.
In chapter 3, a mild and environmentally benign protocol for the defunctionalization of carbon-oxygen single bonds of alcohols was outlined. Activation of the substrates, followed by reductive bond cleavage was accomplished in an one pot strategy under visible light photoredox catalysis. The minor tendency to the direct reduction of carbon-oxygen bonds of alcohols was solved by in situ generated activated ethyl oxalate esters. By irradiation with blue light in the presence of [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6 as visible light photocatalyst, iPr2NEt as sacrificial electron donor, water as hydrogen source gave generally good to excellent yields of the reduced compounds. Albeit its high functional group tolerance, the protocol reveals limitations for the defunctionalization of benzylic, alpha-carbonyl and allylic alcohols, exclusively.
In chapter 4, in analogy to the photoredox catalyzed deoxygenation process of (+)-diethyl tartrate to unnatural (+)-diethyl malate under visible light (Chapter 3), a strategy for carbon – carbon bond coupling reactions was developed, making use of the carbon radicals initially formed in the deoxygenation reaction. Thus, using monoallylated tartrates, a subsequent intramolecular 5-exo trig cyclization gave access to chiral tetrahydrofuran derivatives. The alcohol group of mono-allylated hydroxyl succinates was activated by conversion to their respective ethyl oxalyl esters. Consecutive irradiation with blue light in the presence of fac-Ir(ppy)3 as visible light photoredox catalyst in DMF generally gave good yields of the desired cyclized products.
In chapter 5, the synthesis of sterically demanding acrylamides triggered by visible light was demonstrated. Therefore, we induced a highly reactive vinyl radical in the presence of Ru(bpy)3Cl2 as photoredox catalyst and visible light which was subsequently trapped intermolecular by 1-isocyano-2,4-dimethoxybenzene. Studies on biological inhibition of acrylamide compounds did not show any promising activity.

Translation of the abstract (German)

In dieser Doktorarbeit wird die Entwicklung neuer Methoden für lichtinduzierte Desoxygenierungprozesse und den daraus folgenden neuen Bindungsknüpfungen, sowie die Synthese von Acrylamiden über Vinyl Radikale als Zwischenstufen gezeigt.
In Kapitel 3 wurde ein mildes und umweltfreundliches Protokoll zur Defunktionalisierung von Kohlenstoff – Sauerstoff Bindungen von Alkoholen etabliert. Die Aktivierung der Substrate und die folgende reduktive Bindungsspaltung wurden in einer Einstufen-Strategie unter Verwendung von sichtbaren Licht durchgeführt. Die geringe Neigung zur direkten Kohlenstoff – Sauerstoff Bindungsspaltung von Alkoholen wurde durch in situ erzeugte aktivierte Ethyl Oxalat Ester umgangen. Durch Belichtung mit blauen Licht und in Gegenwart von [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6 als Photoredox Katalysator, iPr2Net als Elektrondonor und Wasser als Wasserstoffquelle wurden gute bis exzellente Ausbeuten für die reduzierten Substrate erzielt. Obwohl die hohe Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen bei dieser Reaktion gewährleistet wurde, zeigte diese Methode eine Limitierung zur Defunktionalisierung ausschließlich für benzylische, allylische und alpha-Carbonyl Alkohole.
In Kapitel 4 wurde eine Strategie für die Synthese von chiralen Tetrahydrofuranderivaten durch Kohlenstoff – Kohlenstoff Bindungsknüpfung gezeigt. Dabei wurde analog zur Desoxygenierung von (+)-Diethyl Tartrate in Kapitel 3, die lichtinduzierte Generierung eines alpha-Carbonyl Radikals ausgenutzt, um dieses Radikal intramolekular über einen in das Tartrat eingebauten Allylrest abzufangen. Über einen 5-exo trig Ringschluss konnten dann chirale Tetrahydrofuranderivate hergestellt werden. Die zweite Alkoholgruppe des mono-allylierten Hydroxysuccinates wurde dabei durch die Umwandlung zum Ethyl Oxalat Ester aktiviert. Durch die darauffolgende Belichtung mit blauen Licht und fac-Ir(ppy)3 als Photoredox Katalysator in dem Lösungsmittel DMF wurden in der Regel gute Ausbeuten von den erwarteten Zyklisierungsprodukten erhalten.
In Kapitel 5 wurde eine lichtinduzierte Synthese für sterisch anspruchsvolle Acrylamide gezeigt. Dabei wurde in Gegenwart von Ru(bpy)3Cl2 als Photoredox Katalysator und sichtbaren Licht ein hoch reaktives Vinyl Radikal erzeugt, welches anschließend intramolekular über 1-isocyano-2,4-dimethoxybenzene abgefangen wurde. Anschließende Studien für die Verwendung dieser Acrylamidderivate als potentielle Inhibitoren für ABCG2 Transporter zeigten keine vielversprechende biologische Aktivität.

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