Hinweis zum Urheberrecht
Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-29854
URL: http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus/volltexte/2012/2985/
Einwicklung von neuen metallkatalysierten und metallfreien Methoden für die Epoxidierung von Alkenen und Aminolyse von Epoxiden
Development of new metal catalyzed and metal-free methods for the epoxidation of alkenes and aminolysis of epoxides
Weiß, Katharina
| SWD-Schlagwörter: |
| Epoxidation , Katalyse , Aminolyse , Eintopf , Thiazole |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): |
| DBU, Aminolyse , Epoxiden |
| Freie Schlagwörter (Englisch): |
| catalysis , epoxidation , aminolysis , epoxides , DBU , thiazoles |
| Fakultät: |
| Naturwissenschaftliche Fakultät |
| DDC-Sachgruppe: |
| Naturwissenschaften |
| Dokumentart: |
| Dissertation |
| Hauptberichter: |
| Tsogoeva, Svetlana (Prof. Dr.) |
| Sprache: |
| Deutsch |
| Tag der mündlichen Prüfung: |
| 07.10.2011 |
| Erstellungsjahr: |
| 2011 |
| Publikationsdatum: |
| 10.01.2012 |
| Kurzfassung in Deutsch: |
| Die Verwendung von Katalysatoren zur Beschleunigung oder zur Lenkung von Reaktionen in eine bestimmte Richtung hat für die Chemie, sowohl im Labor als auch in der Industrie, eine enorme Bedeutung. So können Reaktionen durch den Einfluss von Katalysatoren schneller, bei milderen Bedingungen und mit besseren Ausbeuten ablaufen. Dadurch wird bei der Verwendung von effizienten Katalysatoren sowohl ein positiver Beitrag zur Ökonomie aber auch zur Ökologie geleistet. Insbesondere hat sich in den letzten Jahrzehnten die Verwendung von asymmetrischen Katalysatoren als Methode der Wahl zur Synthese von enantiomerenreinen Verbindungen etabliert, da regulatorische Anforderungen im pharmazeutischen Umfeld die gezielte Synthese der Enantiomere einer pharmazeutisch relevanten Verbindung erfordern.
Das Ziel dieser Dissertationsarbeit war die Entwicklung neuer Methoden für die (enantioselektive) Synthese der Verbindungsklasse der Epoxide und Aminoalkohole. Dabei sollte der Schlüsselschritt zur Epoxiddarstellung über die Epoxidierung von Alkenen und die Darstellung der Aminoalkohole durch Aminolyse von meso-Epoxiden über den Einsatz von Organo- und metallhaltigen Katalysatoren erfolgen.
Eisenhaltige Katalysatoren für die asymmetrische Epoxidierung von Alkenen
Bis heute gibt es nur wenige effiziente Methoden, die eisenhaltige Katalysatoren für die asymmetrische Epoxidierung von Alkenen anwenden. Hohe Enantioselektivitäten konnten bisher nur mit einem sehr eingeschränkten Substratspektrum, hauptsächlich mit aromatischen Alkenen, erzielt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden für die Epoxidierung von Alkenen verschiedene chirale Liganden synthetisiert und im Anschluss zusammen mit einer Metallionenquelle als Katalysator eingesetzt. Dabei hat sich der Imin-Amin-Ligand 20 in Kombination mit FeCl3 x 6 H2O und H2Pydic als Additiv als aktiv in der Epoxidierung von trans-Stilben herausgestellt. Als Oxidationsmittel wurde H2O2 verwendet. Mit dieser neuen Methode konnten die entsprechenden Epoxide mit Ausbeuten von bis zu 84% und ee-Werten bis zu 30% hergestellt werden.
DBU-katalysierte Epoxidierung von Nitrostyrolen: Eintopfsynthese von Thiazolderivaten
Die katalytische Epoxidierung von elektronenarmen -Nitro-Olefinen stellt bis dato eine große Herausforderung für die organische Synthese dar, da derzeit nur wenige effiziente Methoden existieren. Desweiteren ist die Vereinbarkeit in der Durchführung von mehreren Reaktionen in einem Topf für die synthetische Chemie von enormer Attraktivität. In dieser Arbeit konnte ein neuartiges sequentielles Eintopfverfahren zur katalytischen Epoxidierung von -Nitro-Olefinen etabliert werden. Als Katalysator wurde DBU verwendet, wobei als Oxidationsmittel t BuOOH diente. Die entsprechenden Produkte konnten anschließend ohne Aufarbeitung und Isolierung weiter für die Synthese von diversen Thiazolen eingesetzt werden. Die Thiazole aus diesem Eintopf-Verfahren wurden mit guten Ausbeuten von bis zu 70% erhalten.
Übergangsmetallkatalysatoren mit asymmetrischen Gegenanionen für die Aminolyse von Epoxiden
Die Aminolyse von Epoxiden ist eine der wichtigsten und direkten Methoden zur Synthese von 1,2 Aminoalkohlen. Die bisher meisten bekannten Methoden zur Aminolyse von Epoxiden basieren auf der Verwendung von Lewis-Säuren. Oft handelt es sich hierbei um teure Lanthanoid-Verbindungen mit chiralen Liganden, die als Katalysatoren eingesetzt werden. Eine weitaus attraktivere Variante stellt daher die Verwendung von kostengünstigen Übergansmetallkomplexen mit asymmetrischen Gegenionen als Katalysatoren dar. Derzeit sind kaum Methoden bekannt, welche auf diesem Prinzip beruhen. Die Kombination von achiralen Übergansmetall-Katalysatoren mit chiralen Gegenanionen für die Aminolyse von Epoxiden wurde noch nicht berichtet. In dieser Arbeit wurden die achiralen und chiralen Katalysatorsysteme synthetisiert und für diese Reaktion eingesetzt. Die entsprechenden Aminoalkohole wurden in Ausbeuten von bis zu 88% mit ee Werten von bis zu 11% isoliert.
Organokatalysatoren für die Aminolyse von Epoxiden
Die derzeit am häufigsten beschriebenen Methoden zur Aminolyse von Epoxiden beruhen auf metallkatalytischen Verfahren, wobei in diesem Gebiet nur eine relativ geringe Zahl von organokatalytischen Methoden bekannt ist. Die Entwicklung solcher Methoden stellt daher bis heute eine große Herausforderung für die chemische Forschung dar. Die Verwendung von bifunktionellen N-formylhaltigen Organokatalysatoren für diese Reaktion ist bisher noch nicht berichtet worden. In dieser Arbeit wurden zwei bifunktionelle Organokatalysatoren mit jeweils einer Brønsted-Säure- und eines Lewis-Base-Funktionalität synthestisiert und für die Aminolyse von meso-Epoxiden als Organokatalysatoren eingesetzt. In Gegenwart dieser Katalysatoren konnten Ausbeuten von bis zu 83% erreicht werden, wobei keine chirale Induktion beobachtet wurde. |
| Kurzfassung in Englisch: |
| The application of catalysts for the acceleration or control of chemical reactions is of enormous importance in the chemical laboratory as well as in the industry. By using catalysts, reactions can be conducted with shorter reaction times, under milder conditions and with higher yields. In this way a positive contribution is made to the economy and ecology. Notably, the application of asymmetric catalysts has proven to be the method of choice nowadays in the synthesis of enantiomerically pure compounds since regulatory requirements call for the direct synthesis of one desired enantiomer for pharmaceutical relevant applications.
The aim of this thesis was the development of new methods for the (enantioselective) synthesis towards the structurally very important compound class of epoxides and amino alcohols. The key step for the synthesis of epoxides should be the epoxidation of alkenes and for the synthesis of amino alcohols the aminolysis of meso-epoxides by using organocatalysts or metal-containing catalysts.
Iron-containing catalysts for the asymmetric epoxidation of alkenes
Until today there are only few efficient methods known of applying iron-containing catalysts for the asymmetric epoxidation of alkenes. Consequently, the scope of substrates is still very limited up to date. High enantioselectivities were only achieved with a very narrow substrate scope, mainly with aromatic alkenes.
In this work, several chiral ligands were synthesized that were used in combination with a metal source as catalysts for the epoxidation of alkenes. The imine amine ligand 20 in combination with FeCl3 x 6 H2O and H2Pydic as an additive proved to be active in the depicted reaction. An aqueous solution of H2O2 was used as oxidant. With this new method the corresponding epoxides were synthesized in up to 84% yield and 30% ee.
DBU catalysed epoxidation of nitro styroles: One-pot synthesis of thiazole derivatives
The catalytic epoxidation of electron deficient -nitro epoxides still remains a huge challenge for the organic synthesis because only few efficient methods have been reported until today. The compatibility of several reactions in one pot is very attractive for synthetic chemistry. For this reason, the development of one-pot processes has received more and more attention lately. The amount of publications in this field has been increasing steadily. In this thesis a new sequential one-pot process for the catalytic epoxidation of -nitro olefins was established. For this reaction DBU was used as catalyst and t-BuOOH as oxidant. The corresponding products were used for the synthesis of several structurally different thiazoles without any work up and isolation steps. The products of this one-pot procedure were yielded in up to 70%.
Transition metal catalysts with asymmetric counter anions for the aminolysis of epoxides
The aminolysis of epoxides is one of the most important and direct methods for the synthesis of 1,2-amino alcohols because in this way two adjacent functionalities can be inserted into one molecule. 1,2-amino alcohols are very important building blocks for the synthetic chemistry since many pharmaceutical relevant compounds often bear two functional groups in adjacent positions. By far the most methods for the aminolysis of epoxides use Lewis acids. Nowadays mostly very expensive lanthanoid compounds in combinations with chiral ligands that are used as catalysts are applied. Another very attractive method is the usage of transition metal complexes, that are lower in costs, with asymmetric counter anions as catalysts. Up to date only a few methods are known that use this principle. The combination of achiral transition metal catalysts with chiral counter anions for the aminolysis of epoxides has not been reported yet. In this work achiral and chiral catalysts were synthesized and used for this reaction. The corresponding amino alcohol products of the catalytic reactions were isolated in up to 88% yield and up to 11% ee.
Organocatalyts for the aminolysis of epoxides
The mostly applied methods for the aminolysis of epoxides use metal catalytic processes. But there is only a small amount of organocatalytic methods known. Presently the development of organocatalytic methods is still a huge challenge for the chemical research. The usage of bifunctional N-formyl organocatalysts for this reaction has not been reported yet. In this work two bifunctional organocatalysts containing a Brønsted acid and a Lewis base were synthesized and used as organocatalysts for the aminolysis of meso-epoxides. In the presence of these bifunctional catalysts yields up to 83% were achieved, but no chiral induction was observed. |
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