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Formiate als Schlüsselverbindungen für neue (enantioselektive) Defunktionalisierungen mit Bor-LEWIS-Säuren und Hydrosilanen

Richter, Sven Christian

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit neuen Aspekten der Defunktionalisierung organischer Moleküle mit Bor-LEWIS-Säuren und Hydrosilanen als Reduktionsmittel. Für die Defunktionalisierung benzylischer Formiate wurde das bekannte System aus B(C6F5)3 und Et3SiH verwendet. Dabei wurde im Vergleich zu einfachen benzylischen Alkoholen eine neuartige Chemoselektiviät festgestellt. Während tertiäre und sekundäre benzylische Formiate innerhalb kürzester Zeit defunktionalisiert wurden, wurden primäre benzylische Formiate in die entsprechenden Triethylsilylether überführt. Die Formylgruppe übernimmt hier in Abhängigkeit des Substitutionsgrads eine Doppelfunktion als Aktivator oder selbstopfernde Schutzgruppe. Durch selektive Formylierung und anschließende Reduktion mit Et3SiH und B(C6F5)3 konnte ein Protokoll zur selektiven Desoxygenierung sekundärer benzylischer Alkohole in Gegenwart primärer benzylischer und tertiärer nicht benzylischer Alkohole etabliert werden. Mechanistische Studien deuten auf einen SN1-Charakter des Reduktionsschrittes hin. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde eine „bioinspirierte“ formale Decarbonylierung α-verzweigter Aldehyde durch eine zweistufige Reaktionssequenz aus einer BAEYER–VILLIGER-Oxidation und anschließender Defunktionalisierung der erhaltenen Formiate mit BF3·OEt2 und Et3SiH verwirklicht. Die Substratbreite dieser metallfreien Reaktion erwies sich mit einer Präferenz für höher substituierte Aldehyde als komplementär zu etablierten TSUJI–WILKINSON-Decarbonylierungen. Zudem wurde durch eine saure Aufarbeitung der BAEYER–VILLIGER-Oxidation, die Möglichkeit einer Dehydrodeformylierung von tertiären aliphatischen Aldehyden im Eintopfverfahren demonstriert. Durch den Einsatz enantiomerenangereicherter chiraler B(C6F5)3-Analoga wurde versucht eine asymmetrische Variante der Defunktionalisierung von Formiaten im Sinne einer stereoablativen enantiokonvergenten Reaktion zu verwirklichen. Hierfür wurden OESTREICHs chirales Borepin und DUs Katalysatorsystem, bestehend aus einem binaphthylbasierten Dien und dem PIERS-Boran, herangezogen. Die Reaktion beruht auf der Stereodifferenzierung intermediärer Carbeniumionen durch in situ erzeugte chirale Borhydride. Jedoch wurden keine nennenswerten Enantiomerenüberschüsse erzielt, da wahrscheinlich ein konkurrierender Hydridtransfer von freiem Hydrosilan auf die prochiralen Carbeniumionen erfolgte. Schließlich wurde versucht, die von METZGER etablierte radikalische enantioselektive Hydrodehalogenierung tertiärer Alkylhalogenide durch die Entwicklung einer neuen Generation binaphthylbasierter Zinnhydride mit Phenylsubstituenten in den 3,3'-Positionen des Binaphthylrückgrats zu verbessern. Jedoch schlug die Darstellung eines neuartigen Katalysators fehl, in welchem die zusätzlichen peripheren Arylgruppen mit einem ebenfalls sterisch anspruchsvollen Rest direkt am Zinnzentrum vereint werden.
This dissertation is dedicated to new aspects of the defunctionalization of organic molecules with boron LEWIS acids and hydrosilanes as reducing agent. The known system of B(C6F5)3 and Et3SiH was used for the defunctionalization of benzylic formates. In comparison to simple benzylic alcohols, a new type of chemoselectivity was found. While tertiary and secondary benzylic formates were defunctionalized within a very short time, primary benzylic formates were converted into the corresponding triethylsilyl ethers. Depending on the degree of substitution, the formyl group has a double function as an activator or a self-sacrificing protecting group. By selective formylation and subsequent reduction with Et3SiH and B(C6F5)3, a protocol for the selective deoxygenation of secondary benzylic alcohols in the presence of primary benzylic and tertiary non-benzylic alcohols could be introduced. Mechanistic studies confirm the SN1-character of the reduction step. Based on these results, a “bioinspired” formal decarbonylation of α-branched aldehydes was realized by a two-step reaction sequence consisting of a BAEYER–VILLIGER oxidation and a subsequent defunctionalization of the obtained formates with BF3·OEt2 and Et3SiH. The substrate scope of this metal-free reaction turned out to be complementary to the established TSUJI–WILKINSON decarbonylation with a preference for highly substituted aldehydes. In addition, acid quenching of the BAEYER–VILLIGER oxidation demonstrated the possibility of a dehydrodeformylation of tertiary aliphatic aldehydes in a one-pot process. By using enantiomerically enriched chiral B(C6F5)3 analogs, an attempt was made to realize an asymmetric variant of the defunctionalization of formates in the sense of a stereoablative enantioconvergent reaction. For this purpose, OESTREICH's chiral borepine and DU's catalyst system, consisting of a binaphthyl-based diene and the PIERS borane, were used. The reaction is based on the stereodifferentiation of intermediate carbenium ions by chiral boron hydrides generated in situ. However, no significant enantiomeric excesses were achieved, since a competitive hydride transfer from free hydrosilane to the prochiral carbenium ions had probably taken place. Finally, attempts were made to improve the radical enantioselective hydrodehalogenation of tertiary alkyl halides established by METZGER by developing a new generation of binaphthyl-based tin hydrides with phenyl substituents in the 3,3'-positions of the binaphthyl backbone. However, the synthesis of a new type of catalyst, in which the additional peripheral aryl groups are combined with an equally sterically demanding substituent directly at the tin center, failed.