This thesis presents various photocatalytic approaches towards the preparation of the pharmaceutically relevant substrate classes of N-functionalized sulfoximines and sulfoximidoyl derivatives (Chapter 1 & 2). Furthermore, a detailed theoretical and experimental study on the stability of S centered sulfonyl radicals revealed a strong relation between the extrusion of SO2 and the substitution pattern of the sulfonyl radical (Chapter 3).
A visible light mediated, photo oxidative N arylation of NH sulfoximines is presented in Chapter 1. The highly oxidizing, organic dye 9 mesityl 10 methylacridinium perchlorate was used as photocatalyst and initiates the C N cross coupling reaction. A second, proton reducing catalyst (Co(dmgH)2PyCl) was employed to close the photocatalytic cycle and generate dihydrogen as only byproduct. The mechanism of the reaction was elucidated by steady state and time resolved UV/Vis and fluorescence spectroscopy and radical radical cross coupling was proposed as mechanistic key step for the C N bond formation. In addition, the protocol was adapted to continuous flow, which resulted in significantly increased process productivity.
In Chapter 2, the preparation of N-functionalized sulfoximines was achieved by a combination of iridium photocatalysis and nickel catalysis, based on a photosensitization mechanism. Exceptionally low catalyst loadings were found to efficiently drive the cross coupling reaction between brominated arenes and NH sulfoximines, tolerating a broad range of functional moieties. The developed synthetic method was also suitable for other sulfoximidoyl derivatives like sulfinamides and sulfonimidamides and can be employed for the synthesis of enantiopure products. Furthermore, scale up of the reaction was successfully conducted at multi gram scale in a custom built photoreactor.
Chapter 3 presents a detailed study on the stability of S centered sulfonyl radicals and their tendency to keep or extrude SO2. Stereoelectronic influences of substituents like conjugation and hyperconjugation as well as entropic factors highly affect the thermodynamics of a C S fragmentation process. Progressive fluorination of the S adjacent C atom destabilizes the sulfonyl radical and renders the SO2 extrusion thermodynamically favorable, which can be rationalized by the chameleonic electronic properties of halogen atoms. Furthermore, we performed several single electron, photo oxidation experiments on fluoroalkyl sulfinate salts in order to validate the computationally predicted thermodynamic borderline for the extrusion of SO2.

Im Zuge dieser Arbeit wurden neue, photokatalysierte Synthesemethoden zur Herstellung von pharmazeutisch wertvollen, N-funktionalisierten Sulfoximinen und strukturverwandten Derivaten entwickelt und vorgestellt (Kapitel 1 & 2). Außerdem wurde die chemische Stabilität von S zentrierten Sulfonylradikalen im Detail untersucht und herausgefunden, dass die Abspaltung von SO2 stark von Einflüssen benachbarter Substituenten abhängt (Kapitel 3).
In Kapitel 1 wird eine durch sichtbares Licht vermittelte, oxidative N Arylierung von NH Sulfoximinen vorgestellt. Die C N Bindungsknüpfung wird durch den Einsatz von 9-Mesityl-10-methylacridinium Perchlorat, einem stark oxidierenden organischen Photokatalysator, initiiert. Die Verwendung eines zweiten, protonen-reduzierenden Katalysators (Co(dmgH)2PyCl) schließt den Photokatalysezyklus und generiert Wasserstoff als einziges Nebenprodukt der Reaktion. Mechanistische Untersuchungen mittels UV/Vis und Fluoreszenzspektroskopie deuten darauf hin, dass der Reaktion eine Radikal Radikal Kreuzkupplung als Schlüsselschritt zu Grunde liegt. Außerdem konnte die Reaktion für den kontinuierlichen Betrieb in einem Durchflussreaktor optimiert werden, wodurch die Produktivität der Reaktion signifikant gesteigert wurde.
Die Funktionalisierung von NH Sulfoximinen mittels einer Kombination aus Iridium und Nickel Photokatalyse wird in Kapitel 2 vorgestellt und basiert auf einer Photosensibilisierung als grundlegendem Reaktionsmechanismus. Die Reaktion zwischen bromierten Aromaten und NH Sulfoximinen verläuft bereits mit außerordentlich geringen Mengen an Katalysatoren und ist außerdem für eine weite Bandbreite an funktionellen Gruppen geeignet. Strukturelle Derivate der Sulfoximine wie Sulfinamide und Sulfonimidamide konnten unter unveränderten Reaktionsbedingungen funktionalisiert werden und die Synthese enantiomerenreiner Produkte wurde realisiert. Außerdem wurde die entwickelte Reaktion in einem speziell angefertigten Reaktor im Multigramm Maßstab erfolgreich durchgeführt.
Kapitel 3 ist eine Studie zur Stabilität von S zentrierten Sulfonylradikalen und der spontanen Abspaltung von SO2. Die Tendenz zur C S Bindungsspaltung ist stark von stereoelektronischen Einflüssen wie Konjugation und Hyperkonjugation durch benachbarte Substituenten und entropischen Faktoren abhängig. Die Studie zeigt, dass mit der Anzahl an Fluoratomen am benachbarten C Atom zum S Radikal die Destabilisierung ansteigt, was auf die chamäleonartigen elektronischen Eigenschaften von Halogenen zurückgeführt werden kann. Um die theoretischen Berechnungen experimentell zu validieren, wurden mit entsprechenden fluorierten Alkylsulfinaten Photooxidationsreaktionen durchgeführt und die Produkte auf eine eventuelle SO2 Abspaltung untersucht.