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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-383916
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 4 March 2019 |
| Referee: | Prof. Dr. Olga García Mancheño |
| Date of exam: | 1 February 2019 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie > Arbeitskreis Prof. Dr. Olga Garcia Mancheño |
| Keywords: | Enantioselective, Nucleophilic Dearomatization, Anion-Binding-Catalysis |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Partially |
| Item ID: | 38391 |
Abstract (English)
Chiral heterocycles are ubiquitous structures in natural and synthetic molecules, but chemists are still struggling to develop general, convenient and mild methods for a direct synthesis of these products. Therefore, important work has been done in the field of anion-binding thiourea-catalyzed dearomatization reactions of heteroarenes by applying chiral thiourea catalysts. In this regard, the ...
Abstract (English)
Chiral heterocycles are ubiquitous structures in natural and synthetic molecules, but chemists are still struggling to develop general, convenient and mild methods for a direct synthesis of these products. Therefore, important work has been done in the field of anion-binding thiourea-catalyzed dearomatization reactions of heteroarenes by applying chiral thiourea catalysts. In this regard, the group of Olga García Mancheño developed a new class of triazole based C-H bond anion-binding catalysts. These catalysts were successfully applied into asymmetric dearomatization reactions of quinolines, isoquinolines and pyridines.
The main aim of this PhD was the development of novel asymmetric dearomatization reactions with the TetraTri catalysts showing their broad synthetic application spectrum.
In Chapter 2, the first anion-binding organocatalyzed enantioselective Reissert-type dearomatization of diazarenes has been developed. Due to various reactive sites in the diazarene structures, the reaction presents regioselectivity issues and is therefore highly challenging. Fortunately, the use of a chiral tetrakistriazole as a C–H-based hydrogen-donor catalyst allowed the straightforward highly regio- and enantioselective synthesis of a variety of chiral diazaheterocycles.
In Chapter 3, phosphorous nucleophiles were further explored. We could describe the first enantioselective synthesis of chiral heterocyclic α-amino phosphonates by nucleophilic dearomatization of quinolines and pyridines using an anion-binding organocatalysis approach. Chiral tetrakistriazoles were employed as efficient hydrogen-bond donor catalysts. The corresponding products were obtained in complete or high regioselectivities and up to 97:3 e.r. for quinolines or up to 87:13 e.r. for the more demanding pyridine substrates. This method allows the rapid access to substituted chiral cyclic α-amino phosphonates, which can easily further be transformed into phosphonic acid derivatives. Introducing boron-nucleophiles in the same reaction was not successful and did not lead to any new discovery.
In Chapter 4, we changed from the nitrogen-containing heteroarenes to the more challenging oxygen-containing heterocycles. A general and highly enantioselective catalytic synthesis of 2-alkyl substituted oxygen heterocycles by nucleophilic dearomatization of pyrylium triflate derivatives with silyl ketene acetals has been developed. The use of chiral triazoles as anion-binding catalysts, able to form a close ion-pair with the substrates, was crucial to achieve both high conversions and chirality transfer. Thus, this method provides a simple access to chiral chromanones and dihydropyranones in excellent enantioselectivities from the corresponding 4-(benzo)pyranones.
Besides the main theme of my thesis, in chapter 5 the project of my stay abroad at the Universidad Autonoma de Madrid was described. A novel intramolecular photocatalyzed enantioselective α-alkylation of aldehydes was developed, yielding the desired product in good yield and enantioselectivity. Due to reproducibility issues and a limited applicability of the substrate scope, no further investigations were done.
Translation of the abstract (German)
Asymmetrische, dearomatisierte Heteroarene sind weitverbreitete Strukturmotive in natürlich vorkommenden oder synthetisch hergestellten Molekülen. Trotz ihrer großen Bedeutung, wird immer noch nach allgemein geeigneten und milden Methoden gesucht, diese Produkte direkt herzustellen. In diesem Zusammenhang entwickelten sich wichtige Dearomatisierungsreaktionen, die durch Anionbindungskatalyse mit ...
Translation of the abstract (German)
Asymmetrische, dearomatisierte Heteroarene sind weitverbreitete Strukturmotive in natürlich vorkommenden oder synthetisch hergestellten Molekülen. Trotz ihrer großen Bedeutung, wird immer noch nach allgemein geeigneten und milden Methoden gesucht, diese Produkte direkt herzustellen. In diesem Zusammenhang entwickelten sich wichtige Dearomatisierungsreaktionen, die durch Anionbindungskatalyse mit Thioharnstoffkatalysatoren Chiralität in das finale Produkt einbringen können. Die Gruppe von Olga García Mancheño entwickelte eine neue Klasse von Anionbindungskatalysatoren, die Triazole basierten C-H Bindungskatalysatoren. Diese Katalysatorsysteme wurden erfolgreich in asymmetrische Dearomatisierungsreaktionen von Chinolinen, Isochinolinen und Pyridinen eingesetzt.
In dieser Arbeit wird ein breites Anwendungsgebiet dieser TetraTri Katalysatoren in verschiedenen Dearomatisierungsreaktionen präsentiert.
In Kapitel 2 wurde die erste enantioselektive, anionbindungskatalysierte Reissert-artige Dearomatisierungsreaktion mit Diazarenen dargestellt. Auf Grund mehrerer reaktiver Zentren in der Diazarenstruktur, bringt die Reaktion einige Regioselektivitätsprobleme mit sich und ist somit sehr anspruchsvoll. Glücklicherweise konnten wir durch den Einsatz unseres chiralen C-H basierender Wasserstoffbrückenbindungskatalysator TetraTri die direkte Synthese von hoch regio- und enantioselektiven chiralen Diazaheterozyklen erreichen.
In Kapitel 3 wurden Phosphornukleophile untersucht. Wir konnten die erste enantioselektive Synthese von chiralen heterozyklischen α-Aminophosphonaten durch nukleophile Dearomatisierung von Chinolinen und Pyridinen mit einem Anionbindungsansatz beschreiben. Chirale Tetrakistriazole wurden als effiziente Wasserstoffbindungskatalysatoren eingesetzt. Die entstandenen Produkte zeigten komplette oder hohe Regioselektivitäten und bis zu 97:3 e.r. für Chinoline und bis zu 87:13 e.r. für die schwierigeren Pyridine. Die Methode stellt einen schnellen Zugang zu chiralen, substituierten, zyklischen α-Aminophosphonaten dar, welche weiter zu ihren Phosphorsäurederivaten umgewandelt werden können. In die gleiche Reaktion sollten Bornukleophile eingesetzt werden. Es konnten jedoch keine Ergebnisse erzielt werden.
In Kapitel 4, wurden anstatt der Stickstoffheterozyklen Sauerstoffheterozyklen als Substrate verwendet. Eine allgemeingültige, hoch enantioselektive, katalytische Synthese von 2-alkylsubstituierten Sauerstoffheterozyklen durch nukleophile Dearomatisierung von Pyryliumtriflatderivativen mit Silylketenacetalen wurde dargestellt. Ausschlaggebend für den hohen Umsatz und Chiralitätstransfer war die Bildung eines engen Ionenpaars zwischen dem chiralen Triazolkatalysator und dem Substrat. Folglich stellt diese Methode einen einfachen Zugang zu chiralen Chromanonen und Dihydropyranone mit exzellenten Enantioselektivitäten dar.
Neben dem Hauptthema meiner Doktorarbeit, wurde in Kapitel 5 das Projekt meines Forschungsaufenthaltes an der Universidad Autonoma de Madrid beschrieben. Eine neue intramolekulare fotokatalysierte enantioselektive α-Alkylierung von Aldehyden wurde entwickelt. Obwohl eines der gewünschten Produkte in guten Ausbeuten und Enantioselekivitäten erhalten wurde, konnten auf Grund von Reproduzierbarkeitsproblemen, und einer stark limitierten Anwendbarkeit auf andere Substrate keine weiteren Forschungsergebnisse erreicht werden.
Metadata last modified: 04 Mar 2019 08:05
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