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A number of natural products are known that contain an enamide as a key structural feature. This functionality is a very important subunit in various biologically active products and pharmaceutical drug lead compounds. In addition, enamides serve as highly versatile synthetic intermediates, particularly in the pericyclic reaction, formation of heterocycles, cross-coupling and in asymmetric synthesis. As a result, several protocols have been devised for the preparation of enamides. Traditional syntheses include condensation of aldehydes and ketones with amides or from hydroxylamines and acetic anhydride, require harsh conditions and yield mixtures of E/Z products. Several metal catalyzed approaches have been also investigated, such as isomerization of N-allylamides and catalytic cross-coupling of amides with vinyl halides or pseudohalides. These protocols proceed under milder conditions but suffer from the limited availability of these starting materials. The research described in this dissertation focuses on efficient and atom-economic preparation of enamides and thioenamides, using readily available starting materials. We developed catalyst systems generated in situ from bis(2-methallyl)-cycloocta-1,5-diene-ruthenium(II), phosphines and Lewis acid or base, efficiently catalyze the addition of primary amides and thioamides to terminal alkynes with exclusive formation of the anti-Markovnikov products in high yield and stereoselectivity under mild reaction conditions. The generality of the newly developed methodologies is demonstrated by common functional group tolerance. Furthermore, Markovnikov products were formed via phosphine-catalyzed addition of cyclic amides to phenylacetylene derivatives. The hydroamidation protocol of primary amides was successfully used in the synthesis of naturally occurring compounds, such as alatamide, lansiumamide A, botryllamides C and E, and the key intermediate in the synthesis of aristolactam. In order to investigate the reaction mechanism, the addition of various amides and carboxylic acids to terminal alkynes was performed using deuterium labeled starting materials and followed by in situ NMR and GC-MS studies.
Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand in der Entwicklung effizienter und nachhaltiger Verfahren zur Addition von N-H Nukleophilen an terminale Alkine und für die Insertion von CO2 in die C-H Bindung terminaler Alkine.
Im ersten Teil dieser Dissertation wurde der Mechanismus der Ruthenium-katalysierten Addition von Amiden an terminale Alkine eingehend durch eine Kombination von Kontrollexperimenten, kinetischen Studien, spektroskopischen Untersuchungen und theoretischen Berechnungen untersucht. Zunächst wurden vier literaturbekannte Katalysezyklen identifiziert, die plausible Mechanismen für die Hydroamidierung terminaler Alkine darstellen. Aufbauend auf nachgewiesenen Elementarschritten chemisch verwandter Reaktionen wurde zusätzlich ein weiterer Mechanismus für die Hydroamidierung abgeleitet. Anschließend wurde eine Reihe von Kontrollexperimenten durchgeführt, mit deren Hilfe einzelne Elementarschritte der Katalysezyklen falsifiziert und somit Mechanismen ausgeschlossen werden konnten. Um herauszufinden, ob die Hydroamidierung mit dem einzig verbliebenen Mechanismus zutreffend beschrieben werden kann, wurden spektroskopische Studien durchgeführt. Diese Untersuchungen wurden vor, während und nach Hydroamidierungstestreaktionen durchgeführt, und auf diese Weise konnten zahlreiche postulierte Intermediate nachgewiesen und der verbleibende Katalysezyklus bekräftigt werden. Die in diesen mechanistischen Studien gewonnenen Erkenntnisse wurden zur Entwicklung einer neuen Katalysatorgeneration mit ausgesprochen hoher Selektivität für die Bildung wertvoller Z-Enamide und Z-Enimide genutzt. Das synthetische Potential wurde zudem durch die Darstellung der biologisch aktiven Naturstoffe Lansiumamid A und B, Lansamid I sowie Botryllamid C und E demonstriert.
Im zweiten Teil dieser Arbeit gelang es, hocheffiziente Silber(I)/DMSO-katalysierte Methoden zur Carboxylierung terminaler Alkine mit CO2 bei Normaldruck zu entwickeln.