TY  - THES
A1  - Schmidt, Philipp
T1  - Vanadium(V)-katalysierte Oxidationen substituierter Bishomoallylalkohole zur stereoselektiven O-Heterocyclen-Synthese
T1  - Vanadium(V)-catalyzed Oxidations of Substituted Bishomoallylic Alcohols for the Stereoselective Synthesis of O-Heterocycles
N2  - In der vorligenden Arbeit wurden Vanadium-abhängige Bromidperoxidase- (VBPO-) Modelle zur stereoselektiven Synthese funktionalisierter O-Heterocyclen entwickelt, die durch Vanadium-katalysierte Oxygenierung von Bishomoallylalkoholen mechanistisch untersucht wurden. Weiterhin wurden Bromcyclisierungen von Bishomoallylalkoholen auf enzymatischem (VBPO), oxidativem und radikalischem Weg für Referenzprodukte einer neuen Variante der Bromcyclisierung durch Vanadium-katalysierte Bromidoxidation durchgeführt. Die Selektivitätsmuster aus den Synthesen ß-hydroxylierter und ß-bromierter Tetrahydrofurane wurden anschließend innerhalb einfacher Naturstoffsynthesen genutzt. Anhand eigener Vorarbeiten wurden neue Vanadium(V)-Komplexe aus Triethoxyvanadat mit tridentaten Schiffbaseliganden, basierend auf Salicylaldehyd und Aminoalkoholen mit strukturell unterschiedlichen Seitenketten in quantitativen Ausbeuten synthetisiert und charakterisiert (51V-NMR, UV und IR). In Test-Cyclisierungen unterschiedlicher Bishomoallylalkohole eignete sich VO(salin)(OEt) mit hohen Umsätzen und guten Regio- wie Stereoselektivitäten am besten. Die relative Geschwindigkeitskonstante (krel = 120±20) der Vanadium-katalysierten Oxidation des Testsystems konnte über Konkurrenzkinetik (Alkenol versus Alken) ermittelt werden und weist deutlich auf eine Bindung des Alkenols an Vanadium während der Oxidation hin. Um die Regio- und Stereoselektivitäten Vanadium-Schiffbase-katalysierter Oxidationen von Bishomoallylalkoholen verstehen zu können, wurden stereochemische Studien anhand des Testsystems durchgeführt. Dessen Oxidation wird demnach im selektivitätsbestimmenden Schritt dem Metallzentrum abgewandt in like-Position bevorzugt gebildet und führt zu dem cis-konfigurierten Tetrahydrofuran als Hauptprodukt. Im Folgenden wurden Vanadium-katalysierte Oxidationen unterschiedlich substituierter bishomoallylischer Alkohole durchgeführt, sämtliche Oxidationen führten regioselektiv zu Tetrahydrofuranen als Hauptprodukte, die Oxygenierung Dimethyl-substituierter Pentenole lieferte durch Substitution an C-1 selektiv cis-konfigurierte Tetrahydrofurane, 2-Substitution führte ebenso wie 3-Substitution zu trans-konfigurierte Oxolanen. Alkohole nicht aktivierter Olefine wurden in der Reihenfolge C-1 ? C-3 mit höherer Selektivität zu trans-konfigurierten Tetrahydrofuranen gebildet. Die Regio- und Stereoselektivitäten der radikalischen Bromcyclisierungen folgen den schon in früheren Arbeiten unserer Arbeitsgruppe aufgestellten Richtlinien (5-exo-trig; 2,5-trans, 2,4-cis und 2,3-trans). Die ionischen Bromcyclisierungen 5,5-dimethylierter Bishomoallyl-alkohole mittels NBS verliefen komplementär zu den Radikal-Cyclisierungen regioselektiv und in Abhängigkeit der Phenylsubstituenten an C-1 - C-3 stereoselektiv zu den 2,5-trans-, 3,5-cis- und 4,5-trans-konfigurierten Tetrahydropyranen. Aus der Bromcyclisierung prochiraler Pentenole in Gegenwart eines Acetonpulvers aus Ascophyllum nodosum (A.n.A.P.) konnte das b-bromierte Tetrahydrofuran racemisch in 87proz. Ausbeute erhalten werden. Ebensowenig führte der Einsatz chiraler Liganden in der Vanadium-katalysierten Oxygenierung prochiraler Penten-1-ole bei guten Ausbeuten (>80%) zu Enantiomeren-angereicherten Tatrahydrofuranen. Innerhalb einfacher Naturstoffsynthesen wurden cis-Pityol, Linalooloxid sowie (-)-epi-Bisabololoxid selektiv unter Standardbedingungen der Vanadium-Schiffbase-katalysierten Oxidationen mit VO(salin)(OEt) und TBHP dargestellt. Die Stereoselektivitäten steigen proportional zu dem Größenunterschied der Substituenten an Position 1 der Bishomoallylalkohole. Abschließend wurde durch Vanadium-katalysierte Bromidoxiadtion mit TBHP eine neue dreistufige Totalsynthese der vier "natürlichen" Muscarin-Isomere ausgearbeitet. Die Gesamtausbeuten dieser Synthesen liegen zwischen 3.0 und 19.9%.
N2  - In the present work vanadium dependent bromoperoxidase- (VBPO-) models have been developed for the stereoselective synthesis of functionalized O-heterocycles, that were examined mechanistically by vanadium catalyzed oxygenation of bishomoallylic alcohols. Furthermore bromine cyclizations of pentenols were carried out in an enzymatic (VBPO), oxidative and radical version for reference products of a new variant of the bromine cyclization by vanadium catalyzed bromide oxidation. The selectivity models from these syntheses of ß-hydroxylated and ß-brominated tetrahydrofurans were then used within simple natural product syntheses. By means of own preleminary works new vanadium(V)-complexes were synthesized in quantitative yields from triethyl vanadate and tridentate Schiff-base ligands generated from salicylic aldehyde and amino alcohols with structurally differing side chains, and were characterized spectroscopically (51V-NMR, UV and IR). Cyclizations of different bishomoallylic alcohols indicated that VO(salin)(OEt) was the best among the catalysts tested since it afforded high yields and good regio- and stereoselectivities of oxidation products. The relative rate constant (krel = 120±20) for the vanadium catalyzed oxidation of a test system was determined by competition kinetics (alkenol vs. alkene) and is a clear indication for the coordination of the alkenol at vanadium within the oxidation step. In order to understand the regio- and stereoselectivities of the vanadium Schiff-base catalyzed oxidation of bishomoallylic alcohols stereochemical studies were carried out with the test pentenol. The oxidation of the alkenol double bond has to be the selectivity determining step, proceeding in like-fashion and leading to the cis-configured tetrahydrofuran as main product. Next, vanadium catalyzed oxidations of differently substituted bishomoallylic alcohols were performed, which all led regioselectively to tetrahydrofurans as main products. Oxygenation of 1-substituted pentenols resulted in cis-configured tetrahydrofurans, 2- and 3-substitution led to trans-configured oxolanes. Alcohols with non-activated olefins were converted into trans-substituted tetrahydrofurans with increasing selectivity in the order of C-1- ? C-3-substitution. The regio- and stereoselectivities of the radical bromine cyclization follow the guidelines already set up in former works of our group (5-exo-trig; 2,5-trans, 2,4-cis and 2,3-trans). The ionic bromine cyclizations of 5,5-dimethylated bishomoallylic alcohols by means of NBS ran regioselective complementarily to the radical cyclizations and stereoselective in dependence of the phenyl substituents at C-1 - C-3 to the 2,5-trans-, 3,5-cis- and 4,5-trans-configured tetrahydropyrans. Bromine cyclization of a prochiral pentenol in presence of A.n.A.P. gave rise to the ß-brominated tetrahydrofuran racemically in 87% yield. Even the use of chiral ligands in vanadium catalyzed oxygenation of prochiral pentenols led to no enantiomeric enriched tatrahydrofurans. Within simple natural product syntheses cis-pityol, linalool oxide as well as (-)-epi-bisabololoxid was synthesized selectively under standard conditions of the vanadium Schiff-base catalyzed oxidation with VO(salin)(OEt) and TBHP. The stereoselectivities increased proportionally with the size difference of the substituents in position 1 of bishomoallylic alcohols. Finally a new three-step total synthesis of the four "natural" muscarine isomers was developed by vanadium catalyzed bromide oxiadtion with TBHP. The overall yields of these syntheses range between 3.0 and 19.9%.
KW  - Vanadium
KW  - Tetrahydrofuran
KW  - Schiffsche Basen
KW  - Pentenole
KW  - Vanadium
KW  - Tetrahydrofuran
KW  - Schiffbase
KW  - Pentenol
KW  - Oxidation
KW  - vanadium
KW  - tetrahydrofuran
KW  - Schiff-base
KW  - pentenol
KW  - oxidation
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3296
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herberth, Edith
T1  - Hydro- und Carboborierungs-/Oxidationsreaktionen von Tricyclo[4.1.0.02,7]heptan-Derivaten sowie Synthese und Solvolyse-Reaktionen von exo,exo-Bicyclo[1.1.0]butan-2,4-dimethanoldimethansulfonat
T1  - Hydro- and Carboboration/Oxidation Reactions of Tricyclo[4.1.0.02,7]heptane Derivatives as well as Synthesis and Solvolyses Reactions of exo,exo-Bicyclo[1.1.0]butane-2,4-dimethanol Dimethanesulfonate
N2  - Die bekannte Umwandlung des Bromtricycloheptans 4 in den Homoallylalkohol 76 durch Hydroborierung/Oxidation wurde anders als früher mit einer in situ aus Natriumborhydrid und elementarem Iod erzeugten Boran-THF-Lösung bewirkt. Darüber hinaus konnten unter den gleichen Bedingungen das Chlortricycloheptan 26 und das Methyltricycloheptan 62 in den Homoallylalkohol 108 bzw. 109 überführt werden. Über 4, 26, 62 und das Phenyltricycloheptan 15 hinaus, dessen Hydroborierung/ Oxidation zum Homoallylalkohol 45a schon früher gelungen war, wurde eine Reihe von Bicyclo[1.1.0]butan-Derivaten mit Boran behandelt und das Gemisch dann oxidiert. Allerdings ergab sich in keinem Fall ein zu den Homoallylalkoholen 45a, 76, 108 und 109 analoges Produkt. Über die Ursachen dieser Misserfolge kann gegenwärtig nur spekuliert werden. Immerhin fand sich bei 3,4-Benzotricyclo[4.1.0.02,7]heptan (83) ein Hinweis auf eine Oligomerenbildung des Substrats. Als Grund für die Anlagerung von Boran an 4, 15, 26 und 62 wird die Fähigkeit der Substituenten am Tricycloheptan-System, eine positive Ladung zu stabilisieren, gesehen. Durch die Umsetzung von Trideuteroboran mit 4 wurden bestimmte Reaktions-mechanismen ausgeschlossen, etwa der via das Umlagerungsprodukt 119 von 4 und Hydroborierung von 119, und der mit dem Zwitterion 120 gestützt, das durch 1,2-Deuteridverschiebung in das Cyclohexenylmethylboran 121 umlagern sollte, das als die Vorstufe des nach der Oxidation isolierten Produkts 87 angesprochen wird. Die Reaktionen von 4 und 15 mit 9-Borabicyclo[3.3.1]nonan (9-BBN), gefolgt von der Oxidation des Gemisches, lieferten je nach der Geschwindigkeit der Zugabe von 9-BBN entweder die Dialkohole 122 bzw. 123, jeweils als Diastereomerengemische, oder/und die Homoallylalkohole 76 bzw. 45a. Als Vorstufen der Verbindungen 122 und 123 werden Zwitterionen des Typs 124, Trialkylborane 125, Zwitterionen 127 und Trialkylborane 128 und 129 gesehen. Die Zwitterionen 124 sollten durch Addition von 9-BBN an die Substrate 4 und 15 entstehen und durch Hydridwanderung in 125 übergehen, deren Anlagerung von 4/15 die Zwitterionen 126 und dann 127 hervorbringen sollte. Die 1,2-Wanderung eines Achtring-Kohlenstoffatoms müsste zu 128 und 129 führen, die durch Oxidation in 122/123 umgewandelt werden dürften. Das Dimesylat exo,exo-142 wurde in einer mehrstufigen Synthese über den bekannten Dibromdialkohol 148 ausgehend von Benzvalen (82) synthetisiert. Die Alkoholfunktionen von 148 wurden mit Trimethylsilylchlorid geschützt unter Bildung des Bis(silylethers) 151. Aus 151 wurde durch Umsetzung mit tert-Butyllithium das Bicyclobutan exo,exo-152 dargestellt. Nach Abspaltung der Schutzgruppen mit Kaliumcarbonat in Methanol wurde der Dialkohol exo,exo-150 erhalten, welcher mit Methansulfonsäurechlorid zum Zielmolekül exo,exo-142 reagierte. Die Reaktion einer 2:1-Mischung aus exo,exo-150 und 157 mit Natriumhydrid und Iodethan lieferte die Bis(ethylether) 160 und 161 in 38% bzw. 19% Ausbeute. In den Solvolyse-Reaktionen wurde ein 36:1:16-Gemisch aus exo,exo-142, endo,-endo-142 und 159 eingesetzt. Bei der Reaktion des Gemischs in 60% wässrigem Aceton in Gegenwart von Triethylamin bei 40 °C über fünf Tage zeigten die NMR-Spektren die Abnahme von exo,exo-142 um 75% (bezogen auf 159 als internen Standard), es konnte aber kein Produkt identifiziert werden. Die Ethanolyse bei 40 °C in Gegenwart von Triethylamin lieferte nach drei Tagen ein 3.5:2.8:1.0-Gemisch aus exo,exo-142, 159 und 162. Die Verbindung 162 wurde mit 70% Ausbeute (bezogen auf umgesetztes exo,exo-142) gebildet. Die NMR-Spektren zeigten einen Umsatz von exo,exo-142 von 30% (bezogen auf 159 als internen Standard). Wurde die Reaktion unter den gleichen Bedingungen sieben Tage durchgeführt, verringerte sich der Anteil an exo,exo-142 um 50% und man erhielt eine 1:1:1-Mischung aus exo,exo-142, 159 und 162. Die Ausbeute von 162 lag bei 50% (bezogen auf umgesetztes exo,exo-142). Bei der Solvolyse in 2,2,2-Trifluorethanol über drei Tage bei 40 °C in Gegenwart von Triethylamin erhielt man ein 3.2:2.0:1.0-Gemisch aus exo,exo-142, 159 und 163. Anhand der NMR-Spektren wurde ein Umsatz von exo,exo-142 von 20% beobachtet (bezogen auf 159 als internen Standard). Die Solvolyse-Reaktionen des Dimesylats exo,exo-142 verlaufen, anders als die seines Diastereomers endo,endo-142, unter ausschließlicher Bildung von Produkten mit nicht umgelagertem Gerüst und liefern damit erstmals einen deutlichen Hinweis für die Existenz eines Bicyclo[1.1.0]but-2-exo-ylcarbinyl-Kations (166) als Intermediat. Es ist zu erwarten, dass 162 und 163 ihrerseits solvolysieren unter Bildung des Bis(ethylethers) 160 bzw. dessen Hexafluor-Derivates, aber diese Verbindungen sind unter den Solvolysebedingungen nicht stabil. Dies konnte in einem Kontrollexperiment bestätigt werden.
N2  - The known transformation of bromotricycloheptane 4 into the homoallylalcohol 76 by hydroboration/oxidation was performed different to the earlier procedure by using in the first step a THF solution of borane generated in situ from sodiumborohydride and elemental iodine. Furthermore chlorotricycloheptane 26 and methyltricycloheptane 62 could be transformed into the homoallylalcohol 108 and 109, respectively, by using the same reaction conditions. Beside 4, 26, 62 and phenyltricycloheptane 15, which hydroboration/oxidation to homoallylalcohol 45a succeeded earlier, a variety of bicyclo[1.1.0]butane derivatives was treated with borane and then the mixture was oxidized. But no reaction resulted in a product analogous to the homoallylalcohols 45a, 76, 108 and 109. About the reason for the failure of these reactions at this time only can be speculated. However, in the case of 3,4-benzotricyclo[4.1.0.02,7]heptane (83) evidence was given for formation of oligomers from the substrate. The ability to stabilize a positive charge of the substituents at the tricycloheptane system is to be considered as a reason for the addition of borane to 4, 15, 26 and 62. Based on the transformation of 4 with trideuteroborane certain reaction mechanisms, for example that via the rearrangement product 119 of 4 and hydroboration of 119, were excluded and that with the zwitterion 120 was supported. 120 should rearrange through a 1,2-shift of deuteride into cyclohexenylmethylborane 121 which is seen as a precursor in the oxidation reaction to the isolated product 87. The reactions of 4 and 15 with 9-borabicyclo[3.3.1]nonane (9-BBN) followed by oxidation of the mixture generated depending on the addition rate of 9-BBN to the substrate the dialcohols 122 and 123, respectively, in both cases as a diastereomeric mixture and/or the homoallylalcohol 76 and 45a, respectively. Zwitterions 124, trialkylboranes 125, zwitterions 127 and trialkylboranes 128 and 129 are considered as precursors for the compounds 122 and 123. The zwitterions 124 should be formed by addition of 9-BBN to the substrates 4 and 15 and should be transformed by hydride shift into 125 which should give rise to zwitterions 126 and then 127 after addition of 4/15. 1,2-Shift of a carbon atom of the eight-membered ring should lead to 128 and 129 which should be transformed into 122/123 by oxidation. Dimesylate exo,exo-142 was obtained in a more step reaction via the known dibromodialcohol 148 starting from benzvalene (82). The alcohol groups of 148 were protected with trimethylsilyl chloride by formation of the bis(silyl ether) 151. Bicyclo-butane exo,exo-152 was obtained from 151 by reaction with tert-butyllithium. After removing the protecting groups with potassium carbonate in methanol the dialcohol exo,exo-150 was formed. This alcohol reacted with methanesulfonyl chloride to the target molecule exo,exo-142. The reaction of a 2:1 mixture of exo,exo-150 and 157 with sodium hydride and iodoethane generated the bis(silyl ethers) 160 and 161 in 38% and 19% yield, respectively. For the solvolyses reactions a 36:1:16 mixture of exo,exo-142, endo,endo-142 and 159 was used. After reacting the mixture in 60% acetone/water in the presence of triethylamine at 40 °C during five days the NMR spectra showed a decrease of exo,exo-142 by 75% (determined by using 159 as internal standard) while no product could be identified. The ethanolysis at 40 °C during three days in the presence of triethylamine produced a 3.5:2.8:1.0 mixture of exo,exo-142, 159 and 162. The compound 162 was formed with 70% yield (based on exo,exo-142 consumed). The NMR spectra showed that the proportion of exo,exo-142 had decreased by 30% (determined by using 159 as internal standard). After seven days using the same reaction conditions the proportion of exo,exo-142 decreased by 50% (determined by using 159 as internal standard) and a 1:1:1 mixture of exo,exo-142, 159 and 162 was obtained. 162 was formed with 50% yield (based on exo,exo-142 consumed). Solvolysis in 2,2,2-trifluoroethanol at 40 °C during three days in the presence of triethylamine produced a 3.2:2.0:1.0 mixture of exo,exo-142, 159 und 163. In the NMR spectra a decrease of exo,exo-142 by 20% was observed (determined by using 159 as internal standard). The solvolyses reactions of the dimesylate exo,exo-142 proceed, in contrast to those of its diastereomer endo,endo-142, solely with formation of unrearranged products and therefore they offer for the first time strong evidence for the intermediacy of a bicyclo[1.1.0]-but-2-exo-ylcarbinyl cation (166). It should be expected that the compounds 162 and 163 solvolyses on their part to give the bis(ethyl ether) 160 and its hexafluoro-derivative, respectively, but these compounds are not stable under the solvolyses conditions. This was proved by a control experiment.
KW  - Tricycloheptanderivate
KW  - Hydroborierung
KW  - Oxidation
KW  - Bicyclobutanderivate
KW  - Chemische Synthese
KW  - Bicyclobutanderivate
KW  - Solvolyse
KW  - Bicyclobutane
KW  - Hydroborierung
KW  - Solvolysen
KW  - Bicyclobutanes
KW  - Hydroboration
KW  - Solvolyses
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4952
ER  -