Funktionalisierung organischer Moleküle alpha zu Heteroatomen und ihre Anwendung in der Naturstoffsynthese

Abstract

Aufgrund der wachsenden Bedeutung von Abfallminimierung und Ressourcenschonung für eine zukunftsfähige Ökonomie müssen neue und effiziente Prozesse entwickelt werden. Einen vielversprechenden Ansatzpunkt bilden hierbei Eintopfreaktionen sowie katalytische Umwandlungen von nicht-aktivierten C–H-Bindungen.

Im ersten Teilprojekt wurde eine Methode zur Ringerweiterung durch Stevens-Umlagerung von Nitril-stabilisierten spirocyclischen Ammonium-Yliden entwickelt, mit der unter anderem das Phenanthroindolizidin Tylophorin sowie das Phenanthrochinolizidin 7-Methoxycryptopleurin hergestellt wurden. Die hier entwickelte Syntheseroute stellt zurzeit den kürzesten Zugang zu beiden Substanzen in racemischer Form dar. Mit der entwickelten Methode wurde zudem ein alternativer Zugang zur Naturstoffklasse der Tetrahydroprotoberberine sowie zur Naturstoffklasse der quartären Tetrahydroprotoberberine realisiert. Da die Darstellung der meisten Zielmoleküle vollständig ohne chromatographische Reinigung auskommt und die meisten Stufen in Eintopfreaktionen durchgeführt werden, eignen sich diese auch zur ressourcenschonenden Anwendung im Multigramm-Maßstab.

Im zweiten Teilprojekt wurden Benzoxal und Benzothiazol als neue dirigierende Gruppen für die Alkylierung von C(sp3)–H-Bindungen, die einem Stickstoff benachbart sind, gefunden. Beide weisen bei der C–H-Aktivierung an Tetrahydroisochinolinen eine einzigartige Selektivität für die 3-Position auf, wobei Einbau und Abspaltung der dirigierenden Gruppen jeweils nur einen Schritt umfassen.

Im dritten Teilprojekt wurde eine auf TiO2/(NH4)2S2O8 basierende photochemische Dreikomponenten-Reaktion entdeckt, mit der eine selektive C–H-Aktivierung der Methoxy-gruppen von DMM und DME möglich ist. Die gefundene Regioselektivität steht im Kontrast zu bereits existierenden Methoden und erlaubt die Herstellung von MOM-geschützten 1,2-Aminoalkoholen, was einen alternativen und schnellen Zugang zu diesen Verbindungen eröffnet.

Due to the growing demand for waste minimization and resource conservation, new and efficient processes must be developed. Promising approaches are one-pot reactions and regioselective activation of unactivated C−H bonds.

In the first subproject, a method for ring expansion via Stevens rearrangement of a nitrile-stabilized ammonium ylide has been developed. This represents the shortest access to phenanthroindolizidine tylophorine and phenathroquinolizidine 7-methoxycryptopleurine so far. In addition, the developed method allows an alternative approach to the synthesis of tetrahydroprotoberberines and quaternary tetrahydroprotoberberines. Since the preparation of most of the target molecules, requires no chromatographic purifications and most of the steps can be carried out in one-pot procedures, the synthesis on a multi-gram scale should be possible.

In the second subproject, the benzoxazole group and the benzothiazole group were found as new directing groups for the alkylation of C(sp3)−H bonds, adjacent to nitrogen in secondary amines. In tetrahydroisoquinolines, both provide a unique regioselectivity for the 3-position. The directing groups can be easily introduced and removed in a single step.

In the third subproject, a three-component photoreaction promoted by TiO2/(NH4)2S2O8 was found. This method affords a selective C−H activation of methoxy groups in DMM and DME. The discovered regioselectivity is complementary to existing methods, allowing the preparation of MOM-protected 1,2-aminoalcohols. This illustrates a fast and alternative access to these class of compounds.