UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK

Neuartiger Syntheseweg von Sulfonsäureamiden durch SO2-Inkorporation mittels Photoredox-katalytisch generierten N-Radikalen

  • Chemie als moderne Wissenschaft hat sich schon vor mehreren Jahrhunderten etabliert. Trotzdem müssen vor allem in der präparativen Chemie viele Reaktionen weiterentwickelt oder gar erst entdeckt werden. Umso bedeutender werden „ideale“ Synthesewege in Hinblick auf die wachsende Ressourcenknappheit und den Klimawandel. Hier sind nachhaltige Reaktionsstrategien, die von möglichst wenig funktionalisierten Ausgangsverbindungen ausgehen, gefragt. Auch das Bedürfnis nach Medikamenten für bestehende bzw. neuartige Krankheiten bleibt weiterhin von fundamentaler Bedeutung. An dieser Stelle haben sich Sulfonyl-haltige Verbindungen R-SO2-R, mit ihren hervorragenden Eigenschaften, bewährt. In den letzten Jahren rücken hierbei Sulfonsäureamide immer stärker in den Fokus der Medizin. Nachhaltige Reaktionswege, die bspw. auf Licht als Energiemedium basieren, sind in den letzten Jahren immer weiterentwickelt worden. Auch die Inkorporierung von Schwefeldioxid in wenig funktionalisierte Kohlenstoff-basierte Ausgangsverbindungen – was die Anzahl notwendiger Reaktionsschritte minimiert und somit Energie, Ressourcen und Kosten schont – wurde intensiver erforscht. Leider lassen sich diese Darstellungswege nicht so einfach auf Sulfonsäureamide übertragen, was mit der unterschiedlichen Reaktivität von Stickstoff-basierten Radikalen zusammenhängt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnte zum ersten Mal eine solche Reaktionsart aufgezeigt und im weiteren Zuge optimiert werden. Es ist gelungen Stickstoffradikalvorläufer photokatalytisch mit einer Schwefeldioxidquelle und einem Alken zu entsprechenden Sulfonsäureamiden umzusetzen. Bei den ersten Stickstoffradikalvorläufern handelt es sich um sogenannte Katritzky Salze, N-Pyridinium-Salze (vgl. Schema I.: A). Nachteilig hierbei ist der eingeschränkte synthetische Zugang beim Einsatz von Reagenzien wie Hydrazinen, zum Aufbau dieser Vorläufer. Die Pyridinium-Abgangsgruppe, die in der Reaktion abgespalten wird, setzt die Atombilanz herab. Auch der Zugang zu Katritzky-Salzen mit primären Aminresten war nicht möglich. Im Zuge weiterer Untersuchungen konnten Dibenzothiophenium-Salze erfolgreich in photokatalytischen Eintopfreaktionen zu Sulfonsäureamiden umgesetzt werden (vgl. Schema I: B). Zur Darstellung dieser Dibenzothiophenium-Salze kann sowohl von sekundären, als auch von primären Aminen über eine N–H Aktivierung ausgegangen werden. Durch Isolierung und Wiederverwendung der Dibenzothiophen-Abgangsgruppe kann die Atomökonomie verbessert werden. Der größte Mehrwert dieser Arbeit besteht darin, Sulfonsäureamide durch Inkorporierung von Schwefeldioxid mit Stickstoff-basierten Radikalen darstellen zu können. Dadurch wurde eine nachhaltige und modulare Syntheseroute von Sulfonsäureamiden über eine N–H-Aktivierung offenbart, parallel zu der Synthese von Sulfonen über eine C–H-Aktivierung.
  • Chemistry as a modern science has been established for several centuries. Nevertheless, many reactions, especially in preparative chemistry, need to be further developed or even discovered. This makes "ideal" synthesis routes all the more important in view of the growing scarcity of resources and climate change. Sustainable reaction methods that start from the least possible functionalized starting compounds are in demand here. The need for drugs for existing or novel diseases also remains persisting. At this point, sulfonyl-bearing compounds R-SO2-R, with their outstanding properties, have proven their value. At this point sulfonamides have increasingly become the focus in medical sciences in recent years. Sustainable reaction pathways based, for example, on light as an energy medium have been improved in recent years. The implementation of sulfur dioxide in low-functionalized starting compounds – which minimizes the amount of necessary reaction steps and thus conserves energy, resources and costs – has also been investigated more intensively. Unfortunately, this kind of reaction is not easily transferred to sulfonamides, which is related to the different reactivity of nitrogen-based radicals. Within the framework of this doctoral thesis, it was possible to demonstrate such a reaction type for the first time and to optimize it in the further course. It was possible to photo-catalytically convert a nitrogen radical precursor with a sulfur dioxide source and an alkene to the corresponding sulfonamides. The first nitrogen radical precursors are so called Katritzky salts, i.e. N-pyridinium salts (see Scheme I A). The drawback of these precursors is the limited synthetic access when using reagents such as hydrazines, to build these precursors. The pyridinium is cleaved off in the reaction as a leaving group, thus lowering the atom economy. Access to Katritzky salts with primary amine residues was also not possible. In the course of further investigation of improved nitrogen radical precursors, dibenzothiophenium salts could be successfully converted to sulfonamides in photocatalytic one-pot reactions (see Scheme I B). For the preparation of these dibenzothiophenium salts, both secondary and primary amines can be accessed via N–H activation. Isolation and reuse of the dibenzothiophene leaving group can improve the atom economy. The major added value of this work is to demonstrate a new synthesis strategy of sulfonamides by implementing sulfur dioxide with nitrogen-based radicals. This revealed the conceivable possibility of a more sustainable and modular synthetic route via N–H activation, as well as the synthesis of sulfones via C–H activation.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Kamil Markus Hofman
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-69202
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6920
Advisor:Georg ManolikakesORCiD
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2022/08/18
Year of Publication:2022
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2022/04/19
Date of the Publication (Server):2022/08/19
Number of page:XIV, 245
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)