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Stereospezifische Darstellung α-chiraler Tetraorganosilane mittels Kupfer(I)-katalysierter Silylierung aktivierter enantiomerenangereicherter Alkylelektrophile

Scharfbier, Jonas

Die vorliegende Dissertation widmet sich der katalytischen Erzeugung von kupfergebundenen Siliciumnukleophilen und deren Anwendung in stereospezifischen Substitutionsreaktionen mit aktivierten C(sp3) Elektrophilen. In einer parallelen Arbeit in der Arbeitsgruppe OESTREICH wurden bereits Kupfer(I)-katalysierte Substitutionsreaktionen mit dem aus SUGINOMEs Silylboronsäureester erzeugten Nukleophil und Alkylhalogeniden untersucht. Durch Kontrollexperimente sowie durch quantenchemische Berechnungen wurde ein radikalischer Reaktionsmechanismus für die Substitution an Alkyliodiden nachgewiesen. Die Substitution an primären Triflaten war ebenfalls im Vorfeld untersucht und die silylierten Produkte in guten Ausbeuten erhalten worden. Eine Ausweitung auf sekundäre Triflate schlug jedoch aufgrund der starken Neigung zu Eliminierungsreaktionen fehl. Als stabilisierte Analoga wurden von uns α Triflyloxynitrile sowie -ester identifiziert, welche bereits in stereospezifischen C(sp3)–C(sp3) Bindungsknüpfungen verwendet worden waren. Das in unser Gruppe entwickelte katalytische System aus einem Kupfer(I)-Katalysator, einer Alkoholatbase und dem Silylboronsäureester in THF erwies sich nach leichter Anpassung der Reaktionsbedingungen als kompatibel und eine Auswahl an racemischen sowie enantiomerenangereicherten Substraten wurden in moderaten bis guten Ausbeuten und stereospezifisch in die silylierten Produkte überführt, wobei elektronenarme Substrate schlechter reagierten. Der SN2-artige Reaktionsmechanismus wurde durch röntgenographische Aufklärung der Absolutkonfiguration anhand einer Molekülstruktur bestätigt. Während die α-silylierten Ester über andere Methoden in hoher Enantiomerenreinheit dargestellt werden können, waren die enantiomerenangereicherten α silylierten Nitrile zuvor nicht zugänglich. Im zweiten Teil wurden Alkylammoniumtriflate hinsichtlich ihres Potentials für die stereospezifische C(sp3)–Si-Bindungsknüpfung untersucht. Dabei zeigten sich benzylische Ammoniumtriflate als kompatibel für eine Kupfer(I)-katalysierte Substitution mit dem Siliciumnukleophil, und so wurde eine breite Auswahl an styrolabgeleiteten sekundären Benzylsilanen zugänglich gemacht. Die Silylierung verlief ebenfalls stereospezifisch, und die enantiomerenangereicherten Produkte waren zu Beginn unserer Untersuchungen nicht zugänglich gewesen. Eine Ausweitung dieser Methodik auf primäre allylische Ammoniumsalze gelang; jedoch schloss die α-Regioselektivität eine stereoselektive Reaktionsführung aus und ein sekundäres Substrat erwies sich als instabil. Propargylammoniumtriflate gingen mit dem Siliciumnukleophil eine SN2'-Reaktion zum entsprechenden Allenylsilan ein, allerdings unter anteiligem Verlust der Stereoinformation. Diese Methode ist nicht auf nichtaktivierte Alkyl- oder Arylammoniumtriflate anwendbar, denn bei der versuchten Silylierung dieser Substrate fand die Substitution jeweils bevorzugt an der sterisch ungehinderten Methylgruppe am Stickstoffatom statt und führte zur Demethylierung der Substrate.
This dissertation is dedicated to the catalytic generation of copper-bound silicon nucleophiles and their application in stereospecific substitution reactions of activated C(sp3)-electrophiles. In a parallel work in the OESTREICH laboratory, copper(I)-catalyzed substitution reactions with the nucleophile produced from SUGINOME's silylboronic ester and alkyl halides have already been investigated. By control experiments as well as quantum-chemical calculations, a radical reaction mechanism for the substitution of alkyl iodides was demonstrated. The substitution of primary triflates had also been investigated before, and the silylated products were obtained in good yields. However, an extension to secondary triflates failed due to their pronounced tendency to undergo elimination reactions. As stabilized analogues we identified a triflyloxy nitriles and esters, which had already been used in stereospecific C(sp3)–C(sp3) bond forming reactions. The catalytic system developed in our group consisting of a copper(I) catalyst, an alkoxide base, and the silylboronic ester in THF proved to be compatible after slight adjustment of the reaction conditions. A selection of racemic as well as enantiomerically enriched substrates were stereospecifically converted into the silylated products in moderate to good yields, whereas electron-poor gave inferior results. The SN2-like reaction mechanism was confirmed crystallographically by elucidation of the absolute configuration using a molecular structure. While the a-silylated esters can be accessed in high enantiomeric purity by other methods, the enantiomerically enriched a-silylated nitriles had previously not been accessible. In the second part, alkylammonium triflates were investigated with respect to their potential for stereospecific C(sp3)–Si bond-forming reactions. Benzylic ammonium triflates were found to be compatible with a copper-catalyzed substitution with the silicon nucleophile, and thus a wide range of styrene-derived secondary benzylsilanes was made available. The silylation process was also stereospecific, and the enantiomerically enriched products had not been accessible at the beginning of our investigations. An extension of this methodology to primary allylic ammonium salts was successful; however, the a-regioselectivity excluded stereoselective reaction control, and a secondary substrate proved to be unstable. Propargylic ammonium triflates reacted with the silicon nucleophile in a SN2' fashion to the corresponding allenylsilane, but with partial erosion of stereochemical information. The method cannot be applied to nonactivated alkyl- or arylammonium triflates, and in the attempted silylation of these substrates, the substitution took place preferentially at the sterically unhindered methyl group on the nitrogen atom in each case and led to demethylation of the substrates.