| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen mit Print on Demand PDF - Veröffentlichte Version Dissertation (17MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-345696
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.34569
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 1 September 2017 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Oliver Reiser |
| Tag der Prüfung: | 31 August 2016 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Organische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Oliver Reiser |
| Themenverbund: | Nicht ausgewählt |
| Forschergruppe und Forschungszentren: | Nicht ausgewählt |
| Stichwörter / Keywords: | Photochemistry; Sensitization; Decarboxylation; Phthalimide |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 34569 |
Zusammenfassung (Englisch)
This PhD thesis demonstrates new applications for photoinduced decarboxylation of N-acyloxyphthalimides. The first chapter, “Decarboxylation of ω-aryl-N-acyloxyphthalimides”, discusses the decarboxylation of phthalimide activated amino acid derivatives via visible light irradiation. Performing the reaction of N-acyloxyphthalimides 77 in presence of photocatalyst [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6 and a ...
Zusammenfassung (Englisch)
This PhD thesis demonstrates new applications for photoinduced decarboxylation of N-acyloxyphthalimides.
The first chapter, “Decarboxylation of ω-aryl-N-acyloxyphthalimides”, discusses the decarboxylation of phthalimide activated amino acid derivatives via visible light irradiation. Performing the reaction of N-acyloxyphthalimides 77 in presence of photocatalyst [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6 and a solvent mixture MeCN/H2O give rise to β-phenylethylamine derivatives. Initiated by energy transfer of the catalyst, an intramolecular electron transfer from the phenyl group to the phthalimide moiety enables the decarboxylation and a Smiles-type rearrangement occurs. Reaction conditions were optimized and a set of β phenylethylamine derivatives were synthesized to evaluate the scope of the reaction. A slight change in the reaction conditions – substitution of H2O on alcohol in the solvent mixture – allows the isolation of carbamate of corresponding β-phenylethylamines. The carbamates were efficiently synthesized using primary, secondary and even tertiary alcohols.
Interestingly increasing the electron density in the phenyl moiety via introduction of two or three methoxy groups led to the exclusive formation of dihydroisoquinolinones in very good yields.
A further substrate scope extension via the elongation of the alkyl carbon chain afforded tetrahydrobenzazepinones in good yields. In this reaction no rearrangement was observed, the primary alkyl radical rather undergoes a 7-exo/endo-trig cyclization after decarboxylation instead of the 6-exo spirocyclization of N-acyloxyphthalimides.
The developed visible light mediated transformation of ω-aryl-N-acyloxyphthalimides were applied for the preparation of both key intermediates, used in the convergent synthesis of the bronchodilator capsazepinoid.
Another application of this decarboxylative rearrangement reaction was demonstrated with the synthesis of Boc-protected unnatural phenylalanine derivatives starting from commercially available L-aspartic acid and substituted benzaldehydes.
As the mechanism of these decarboxylations is based on energy transfer, hence a feasible dual decarboxylation method via UV-light irradiation was investigated in the second chapter, “UV light-mediated reactions of phthalimides”. Excited N-acyloxyphthalimides were reduced by phenylacetic acids, which leads to a simultaneous decarboxylation of both substrates. In a subsequent crosscoupling reaction dihydrostilbenes were isolated in fair to very good yields.
In the third chapter, a “Decarboxylative hydroxylation/alkoxylation” was investigated. Performing the sensitized decarboxylation reaction of N-acyloxyphthalimides using visible light and the photocatalyst [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6, instead of UV irradiation, benzyl alcohols (R3 = H) were obtained as major products in good yields. Using alcohol instead of water in the solvent mixture gave rise to corresponding benzyl ethers (R3 = Alk). Applying this reaction to other phthalimide-coupled aliphatic acids, via visible light-induced photoredox chemistry, was not successful. Consequently the reaction scope of this decarboxylative hydroxylation/alkoxylation was limited to phenylacetic acid derivatives.
In Chapter four, “Photoredox catalyzed decarboxylative α-amination”, two well established photochemical reactions were combined into a dual visible light-promoted system of decarboxylation and α-amino activation. With this strategy the bifunctional property of the photoredox catalyst could be efficiently utilized. Tetrahydroisoquinoline serves as an electron donor for the photocatalyst to enable the reduction and subsequent decarboxylation of N-acyloxyphthalimide. The corresponding α-amino and alkyl radicals, which were derived from the same catalytic cycle, can then react in a cross coupling process. Although being limited to phenylacetic-, vinylacetic-, and amino acids so far, the examples demonstrate the feasibility of this meaningful process, which allows the efficient synthesis of benzylation, allylation, and α-amino derivative products.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die vorliegende Arbeit behandelt die photochemische Decarboxylierung von N-Acyloxy-phthalimiden. Im ersten Kapitel „Decarboxylation of ω-aryl-N-acyloxyphthalimides“ wurde das photo-chemische Verhalten von Phthalimid aktivierten Benzoylaminosäurederivaten untersucht. Die N-Acyloxyphthalimide dienten hierbei als Ausgangsmoleküle. Durch Belichtung mit blauen LEDs und unter Einsatz des ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die vorliegende Arbeit behandelt die photochemische Decarboxylierung von N-Acyloxy-phthalimiden.
Im ersten Kapitel „Decarboxylation of ω-aryl-N-acyloxyphthalimides“ wurde das photo-chemische Verhalten von Phthalimid aktivierten Benzoylaminosäurederivaten untersucht. Die N-Acyloxyphthalimide dienten hierbei als Ausgangsmoleküle. Durch Belichtung mit blauen LEDs und unter Einsatz des Photokatalysators [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6 unterlief N-Acyloxyphthalimid eine Decarboxylierung und wurde zum β-Phenylethylaminderivat umgelagert. Initiiert durch eine Energieübertragung des Katalysators auf das Substrat findet ein intramolekularer Elektronentransfer von der Phenylgruppe hin zum Phthalimidrest statt. Daraufhin spaltet sich die reduzierte Phthalimiduntereinheit ab, was eine Decarboxylierung mit anschließender „Smiles-Umlagerung“ ermöglicht. Die Reaktionsbediungungen wurden daraufhin optimiert und eine Reihe an β-Phenylethylaminderivaten hergestellt. Durch Änderung des Lösungsmittelgemisches zu Acetonitril/Alkohol-Mischungen konnten, mittels primärer, sekundärer sowie tertiärer Alkohole, die entsprechenden Carbamate isoliert werden.
Durch Einführung von zwei oder drei Methoxy-Substituenten wurde die Elektrondichte am Phenylring erhöht und nach der photoinduzierten Decarboxylierung ausschließlich Dihydroisochinoline in sehr guten Ausbeuten erhalten.
Bei der Erweiterung des Substratbereichs dieser photoinduzierten Decarboxylierungsreaktion wurden um eine Alkylgruppe verlängerte N-Acyloxyphthalimide eingesetzt. Nach der Photoreaktion konnten Tetrahydrobenzoazepinone in guten Ausbeuten isoliert werden. In dieser Reaktion war keine Umlagerung zu beobachten, weshalb nach der Decarboxylierung eine 7-exo/endo-trig Zyklisierung des N-Acyloxyphthalimids angenommen wird.
Die entwickelte photoinduzierte Decarboxylierung von ω-Aryl-N-acyloxyphthalimiden wurden anschließend zur Synthese der beiden Schlüsselsubstrate genutzt, welche bei der Herstellung des Broncholytikums zum Einsatz kommen.
Eine weitere Anwendung dieser photoinduzierten Umlagerungsreaktion wurde mit der Herstellung von unnatürlichen Phenylalaninen ausgehend von billiger, kommerziell erhältlicher L-Asparaginsäure und unterschiedlich substituierter Benzaldehyde gezeigt.
Im zweiten Kapitel „UV light-mediated reactions of phthalimides” wurde eine auf Energietransfer basierte doppelte Decarboxylierung mittels UV-Belichtung entwickelt. Das angeregte N-Acyloxyphthalimid wurde hierbei von der Phenylessigsäure reduziert, wodurch die Decarboxylierung beider Substrate erfolgte. In einer anschließenden Kopplungsreaktion wurde Dihydrostilbene in ordentlichen bis sehr guten Ausbeuten erhalten.
Im dritten Kapitel „Decarboxylative hydroxylation/alkoxylation“ werden die Forschungs-ergebnisse einer photoinduzierten Decarboxylierung mit anschließender Hydroxylierung bzw. Alkoxylierung beschrieben. Wird das N-Acyloxyphthalimid anstelle von UV-Licht mit sichtbarem Licht unter Einsatz des Photokatalysators [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6 bestrahlt, so wurde anstelle der Dihydrostilbene der entsprechende Benzylalkohol (R3 = H) als Hauptprodukt erhalten. Bei einem Acetonitril/Alkohol Lösungsmittelgemisch konnten die entsprechenden Ether (R3 = Alk) in guten Ausbeuten isoliert werden. Diese neuartige Transformation konnte allerdings mittels Photoredoxkatalyse nicht auf andere aliphatische Säuren übertragen werden, weshalb der Substratbereich vorerst auf Phenylessigsäurederivate beschränkt bleibt.
In Kapitel vier „Photoredox catalyzed decarboxylative α-amination“ wurden zwei etablierte Photoreaktionen zu einem neuen gemeinsamen Photoredox-katalysierten Prozess kombiniert. Tetrahydroisochinolin diente dabei als Elektronendonator und wurde vom Photokatalysator [Ir(ppy)2(dtb-bpy)]PF6 oxidiert. Anschließend konnte die reduzierte Katalysatorspezies das N-Acyloxyphthalimid reduzieren, wodurch ein N-O-Bindungsbruch mit anschließender Decarboxylierung induziert wurde. Die entstandenen Radikale der Substrate rekombinierten in einer Kreuzkopplungsreaktion und die α-Aminierungsprodukte wurden isoliert. Nach aktuellem Forschungsstand ist dieser Decarboxylierungs- und Aminierungsprozess auf stabilisierte Radikale beschränkt, wonach bisher benzylierte (R = Benzyl), allylierte (R = Allyl) und α-amino (R = CH2NHAlk) Produkte synthetisiert wurden.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 22:06
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