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Chiral auxiliaries and ligands derived from tartaric acid

synthetic access and application in asymmetric catalysis

Tuvshinjargal Budragchaa

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Chemie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Dr.-Studium der Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Chemie)

Betreuer*in

Michael Widhalm

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DOI

10.25365/thesis.35347

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29733.40228.254759-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Dissertation beschreibt die Entwicklung geeigneter Synthesekonzepte zum Erhalt maßgeschneiderter chiraler C4 Einheiten mit zwei bis vier Asymmetriezentren in wenigen Schritten, ausgehend von natürlicher Weinsäure und Anwendungen in asymmetrischen Transformationen. Eine Bibliothek von TADDOL Analoga mit umfangreicher Variation des Kohlenstoffskeletts wurde ausgearbeitet und umfaßt sowohl die Einführung einer Vielzahl, elektronisch wie sterisch unterschiedlicher aromatischer Substituenten in den Positionen 1 und 4, als auch den Austausch des Dimethyldioxolan Fragments gegen andere OH-Schutzgruppen, beides mit dem Ziel, wirkungsvollere Auxiliare für die asymmetrische Organokatalyse zu entwickeln. Weiters wurde eine rationale Strategie ausgearbeitet, um schrittweise bis zu vier unterschiedliche aliphatische und aromatische Substituenten an C1 und C4 mit vorhersagbare relativer Stereoselektivität einzuführen. Diastereomere Produktmischungen wurden chromatographisch aufgetrennt. Ihre bevorzugte Bildung war bedingt durch Starrheit des Substrats, Größe des Reagenz und Stabilität von Chelat-Zwischenstufen und konnte teilweise gesteuert werden. Insgesamt wurden 44 di-sec. und di-tert. Carbinole hergestellt. Darüber hinaus wurden die meisten in einer Eintopfreaktion in zyklische Phosphoramidite oder Phosphate umgewandelt. Letztere Verbindungsklasse war in einer zwei- oder vierstufigen Sequenz zu synthetisieren. Relativkonfigurationen verschiedener Schlüsselverbindungen konnten durch Kristallstrukturanalyse ermittelt werden. Die so erhaltenen Phosphorsäuren wurden in der Folge in Mannich- und Aza-Diels-Alder Reaktionen eingesetzt, wobei in ersterem Fall bis zu 96% e.e. erreicht werden konnten. Diol Auxiliare mit unterschiedlichen Schutzgruppen und wirksam durch Aktivierung über H-Bindungen fanden Verwendung in Oxo-Diels-Alder Reaktionen. Auch hier wurden asymmetrische Induktionen bis 96% e.e. beobachtet. Phosphoramidite mit α-chiralen Zentren und 2,2-Dimethyl-1,3-dioxolan-Schutzgruppe katalysierten die allylische Alkylierung von 1,3-Diphenyl-2-propenylacetat mit Dimethylmalonat mit bis zu 91% e.e. Schließlich wurden Diol-Auxiliare auch in der Ti-vermittelten Cyanosilylierung von Benzaldehyd getestet, wobei aber nur mäßige Enantioselektivitäten erzielt wurden. Basierend auf Röntgenstrukturanalysen einiger Phosphorsäuren, die vermutlich energetisch günstige Konformationen repräsentieren, wurden näherungsweise Geometrien für Substrat-Komplexe mit Aldimin-Auxiliar Interaktionen angegeben, die mit den beobachteten Produktgeometrien im Einklang stehen.

Abstract

(Englisch)

The thesis describes a detailed investigation of synthetic routes to tailored C4 entities with two to four chiral carbon centers, accessible from natural tartaric acid in few steps and their application in asymmetric transformations. A library of TADDOL analogs with extended structural modification of the skeleton was worked out comprising the introduction of various sterically and electronically divergent aromatic substituents in position 1 and 4 as well as replacement of the dimethyldioxolane moiety with other OH-protecting groups in order to discover more efficient auxiliaries for asymmetric organocatalytic transformations. Moreover, a general strategy was developed for stepwise introduction of up to four different aromatic or aliphatic substituents at C1 and C4 with predictable stereoselectivity. In case of products containing additional stereogenic centers at terminal carbon atoms, diastereomeric products had to be separated. Their relative predominance was controlled through rigidity of the substrate, size of reagents, and stabilities of chelate intermediates. A total of 44 di-sec. and di-tert. carbinols were prepared. In addition, most of these diols were cyclized to various phosphoramidites in a one-pot procedure or to cyclic phosphoric acids using alternatively a 2-step or 4-step protocol. Relative configurations of several key intermediates were confirmed by X-ray structure determination. The obtained phosphoric acids were applied in Mannich type reactions and aza-Diels-Alder reactions reaching up to 96% e.e. in the former case. Diols with various protecting groups were used as H bonding catalysts in oxo-Diels-Alder reaction affording high enantioselectivity of 96% e.e. Phosphoramidite derivatives based on 1,3-dioxolane protected α-chiral diols catalysed asymmetric alkylations of 1,3-diphenyl-2-propenyl acetate with dimethyl malonate and offered as high as 91% e.e. Finally, diol auxiliaries were evaluated in Ti catalysed cyanosilylation of benzaldehyde and moderate enantioselectivities could be obtained. Based on crystal structure analysis of some phosphoric acids with presumably most stable conformers, their tentative transition states with the aldimine substrate were suggested to rationalize the observed selectivities for Mannich type and aza-Diels-Alder reactions.

Autor*innen

Tuvshinjargal Budragchaa

Haupttitel (Englisch)

Chiral auxiliaries and ligands derived from tartaric acid

Hauptuntertitel (Englisch)

synthetic access and application in asymmetric catalysis

Publikationsjahr

2014

Umfangsangabe

184 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Mario Waser ,

Friedrich Hammerschmidt

Klassifikationen

35 Chemie > 35.51 Organische Reaktionen, Stereochemie ,

35 Chemie > 35.69 Organische Chemie: Sonstiges

AC Nummer

AC12259153

Utheses ID

31323

Studienkennzahl

UA | 791 | 419 | |

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