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Reagenzkontrollierte Hydrofunktionalisierung von Alkenen: Enantioselektives Abfangen von Carbeniumionen mit cyclohexadienbasierten Transferreagenzien
Wolff, Benedikt
Die vorliegende Dissertation widmet sich dem (enantioselektiven) Abfangen von Carbokationen mit cyclohexadienbasierten Transferreagenzien, wozu sowohl auf die von unserer Arbeitsgruppe in den letzten zehn Jahren vorgestellten Surrogatsysteme als auch auf neuartige Vertreter zurückgegriffen wurde.
Im ersten Teilprojekt wurden (Pseudo)Halogensurrogate nach dem Vorbild der bereits erprobten ethylenverbrückten Hydroiodierungs- und Hydrobromierungssurrogate entworfen und diese in darauffolgenden Transferreaktionen mit Alkenen und Alkinen eingesetzt. Kern der Synthese war eine Birch-Alkylierung unter etablierten Bedingungen und in Folgeschritten waren, mit Ausnahme eines Hydroazidierungssurrogats, alle angestrebten Verbindungen zugänglich gemacht worden. In Brønsted- oder Lewis-Säure-vermittelten Transferreaktion wurde deren Reaktivität geprüft, aber keine Aktivierung der Surrogate über eine Freisetzung von Ethylen beobachtet und die erwünschten Produkte nicht erhalten.
Wir wandten uns den asymmetrischen Prozessen zu und entschieden uns dafür, eine in situ dargestellte binukleare, axial chirale Bor-Lewis-Säure nach Du und Mitarbeitern in der Hydromethallylierung von prochiralen Alkenen zu testen. Die Synthese des chiralen Vorläuferdiens erfolgte nach der vorgestellten Syntheseroute in elf Stufen in einer akzeptablen Ausbeute. Die Transferreaktion ergab allerdings nicht die gewünschte Enantioselektion, und eine mögliche Retrohydroborierung sowie Nukleophilübertragung zwischen den reaktiven Zentren des Katalysators machten den Erfolg Hydrotransfermethallylierung zunichte.
Folglich begannen wir reagenzkontrollierte Ansätze zu verfolgen, und schnell wurde ein erstes Hydrosilylierungssurrogat entwickelt und in enantiomerenangereicherter Form dargestellt. Der vorgeschlagene Reaktionsmechanismus der Transferhydrosilylierung ließ jedoch keine asymmetrische Reaktionsführung zu und ein Erhalt der Stereoinformation über achirale Zwischenstufen wurde nicht beobachtet. Nachdem ein geeignetes Strukturmotiv für eine reagenzkontrollierte Transferhydrierung identifiziert wurde, machten wir uns daran, eine Auswahl an prochiralen Alkenen unter optimierten Bedingungen umzusetzen. Der von quantenchemischen Berechnungen gestützte Schlüsselschritt verlief über ein strukturell unvoreingenommenes Carbeniumion, dessen enantiotope Seiten von dem eingesetzten Surrogat einzig durch nichtkovalente π-π-Stapel- und Dispersionswechselwirkungen unterschieden wurden, und die Hydrierprodukte wurden in bis zu hervorragenden Ausbeuten mit guter Enantioselektion erhalten.
The present dissertation is devoted to the (enantioselective) trapping of carbocations with cyclohexadiene-based transfer reagents, for which both the surrogate systems introduced by our research group over the last decade and new candidates were employed.
In the first project (pseudo)halogen surrogates were developed according to the model of the already proven ethylene-tethered hydroiodination and hydrobromination surrogates and were used in subsequent transfer reactions with alkenes and alkynes. The key step of the synthesis was a Birch alkylation under established conditions, and in a series of sequential steps all target compounds were made accessible with the exception of a hydroazidation surrogate. Their reactivity was tested in Brønsted- or Lewis-acid-mediated transfer reactions, but no activation of the surrogates under liberation of ethylene was observed and no desired products were obtained.
We then turned to asymmetric processes and decided to test an in situ generated, binuclear, axially chiral boron Lewis acid introduced by the group of Du for the hydromethallylation of prochiral alkenes. The synthesis of the chiral diene precursor following the reported route afforded the catalyst in an acceptable yield over eleven steps, but the transfer reaction did not result in the desired enantioselection and possible retrohydroboration and nucleophile transfer between the reactive centers of the catalyst further foiled a positive outcome.
Consequently, we began to pursue regent-controlled approaches, and an early motif of a hydrosilylation surrogate was readily developed and synthesized in enantiomerically enriched form. However, the proposed reaction mechanism of the transfer hydrosilylation did not allow for an asymmetric reaction pathway, and preservation of stereoinformation through achiral intermediates was not observed. After identifying a suitable structural motif for a reagent-controlled transfer hydrogenation, we then set out to explore a scope of prochiral alkenes under optimized conditions. The key step, supported by quantum-chemical calculations, proceeded through a structurally unbiased carbenium ion whose enantiotopic faces were distinguished by solely non-covalent interactions consisting of π-π-stacking and dispersion with the employed surrogate, giving the hydrogenated products in up to excellent yields with good enantioselection.
