Vinylkationen als reaktive Intermediate

Stopka, Tobias; Enders, Dieter; Niggemann, Meike

doi:HT019283204

Vinylkationen als reaktive Intermediate = Vinyl cations as reactive intermediates

Stopka, Tobias^RWTH*

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von M.Sc. Tobias Stopka

ImpressumAachen 2017

Umfang1 Online-Ressource (207 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Niggemann, Meike (Thesis advisor) ; Enders, Dieter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-02-20

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-02194
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/685378/files/685378.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/685378/files/685378.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
vinyl cation (frei) ; carbocation (frei) ; cascade reaction (frei) ; rearrangement (frei) ; non-classcial carbocation (frei) ; multicomponent reactions (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit konnten eine Reihe neuer Reaktionen basierend auf Vinylkationen als Intermediaten entwickelt werden. Dafür war es eingangs von fundamentalem Interesse Wege zu finden um diese höchstreaktiven Intermediate zu stabilisieren und oftmals beobachtete Nebenreaktionen wie Oligomerisierungen effektiv verhindern zu können. In einem ersten Projekt wurden für die Stabilisierung der Vinylkationen Additive in Form von Elektronenpaar-Donoren verwendet. In diesem Kontext konnte gezeigt werden, dass einfache Carbonylverbindungen wie Cyclopentanon in der Lage waren, über eine reversible Bindung mit dem Vinylkation einen deutlichen stabilisierenden Effekt zu erzeugen. Basierend auf Vinylkationen als reaktiven Intermediaten wurde des Weiteren eine Mehrkomponentenreaktion ausgehend von einfachen Startmaterialien entwickelt. In dieser Reaktion konnte die hohe Reaktivität von Vinylkationen genutzt werden um nicht klassische bicyclische Carbokationen zu generieren. Diese wurden infolge der überlegenen Stabilität aller im dynamischen Gleichgewicht befindlichen Spezies bevorzugt und diastereoselektiv gebildet. Auf diese Weise gelang die Synthese zahlreicher bicyclischen Amine, mit potentiell pharmakologisch relevanten Eigenschaften.In Anbetracht der Limitierungen vorheriger Methoden zur Darstellung von N-Heterocyclen aus Alkinen und Aziden, wurde darüber hinaus eine intermolekulare Chinolinsynthese entwickelt. In einer kationischen C‒C-Bindungsknüpfungs-SCHMIDT-Reaktionssequenz konnten hierbei sogar alkylsubstituierte Alkine als Nucleophile verwendet werden. Zusammen mit der vorherigen Multikomponentenreaktion stellt diese Methode zudem eines der ersten Beispiele für die synthetische Anwendung von alkylsubstituierten Vinylkationen dar.Im letzten Teil der Arbeit konnten die untersuchten Vinylkationen verwendet werden um sehr reaktive α-Carbonylkationen zu erzeugen. In diesem Fall wiesen die α-Carbonylkationen im Vergleich zu den goldstabilisierten Analoga eine deutlich höhere Reaktivität auf, die für eine Reihe von 1,2 Shifts genutzt werden konnte. Neben Hydridshifts konnten darüber hinaus Alkyl- und Arylgruppen umgelagert werden, sodass auf diese Weise der Aufbau von sterisch gespannten quaternären Kohlenstoffzentren gelang. In Kontrollexperimenten konnte sowohl das α-Carbonylkation als Intermediat als auch der 1,2 Shift nachgewiesen werden. Zuletzt gelang die Umlagerung von Alkinylgruppen, die mitunter bekannt sind die mitunter geringste Shifttendenz zu besitzen.

In this work several new reactions based on the reactivity of vinyl cations were developed. In this context we showed that carbonyl compounds like cyclopentanone were able to facilitate the direct addition of alcohols to simple alkynes by stabilizing the corresponding vinyl cations and prevent undesired side reactions.Furthermore, based on these findings, a transition-metal free multicomponent reaction from simple starting materials was developed. In this reaction we demonstrated that the intrinsic high reactivity of a vinyl cation could be moderated by forming a non-classical bicyclic carbocation as useful cascade intermediate with superior stability. Making use of this, we were able to fully diastereoselective synthesize diverse pharmacologically interesting bicyclic amines.Due to the limitation in the synthesis of N-heterocycles based on azides and alkines, a metal-free carboamination reaction was investigated. After an initial C–C-bond formation, a subsequent Schmidt type reaction leads to polysubstituted quinolines once again showing that undesired side reactions can be controlled by a subsequent thermodynamically favored transformation of the vinyl cation. The extrusion of nitrogen followed by aromatization revealed as a powerful driving force for this transformation and allowed even the conversion of poorly nucleophilic aliphatic alkynes and therefore even less stabilized vinyl cations.In the last part of this work, vinyl cations were used to obtain highly reactive α-carbonyl cations. In this case, the generated α-carbonyl cations were even more reactive then the literature described gold-stabilized analogues and could be used for several 1,2-shifts. Beside hydride shifts, also alkyl and aryl shifts were accessible with this method leading to quaternary carbon centers. The formation of an α-carbonyl cation as well as the 1,2-shift were both confirmed by mechanistic investigations. In addition, the 1,2-shift of alkinyl groups was possible which are known to have one of the lowest shift tendency.

OpenAccess:
PDF PDF (PDFA)
(additional files)