1 Einleitung
Baseninduzierte Doppelbindungsisomerisierungen an reinen Kohlenwasserstoffen sind vielfach beschrieben worden1. Triebkräfte solcher Reaktionen sind die Ausbildung konjugierter Systeme oder/und der Aufbau höher substituierter Olefine. Ein Beispiel für eine solche Reaktion unter 1,3-H-Verschiebung wurde 1962 von Cram et
al. publiziert2 (Abb. 1.1). Wie durch Deuterierungsexperimente festgestellt werden konnte, verläuft die Reaktion bis zu 54 % intramolekular, d.h. der wandernde Wasserstoff verbleibt zu einem beträchtlichen Anteil im Molekül.
(Abbildung nicht möglich)
Abb. 1.1: Doppelbindungsisomerisierung nach Cram et al.
Der Befund von Cram et al. ist erstaunlich, da intramolekulare 1,3-HVerschiebungen aufgrund orbitalsymmetrischer Überlegungen unwahrscheinliche Prozesse sind (vgl. Abschnitt 1.1). 1986 wurden im AK Prof. Mulzer baseninduzierte 1,3-H-Verschiebungen an Homoallylethern entdeckt (Abb. 1.2), die streng intramolekular und überwiegend suprafacial ablaufen (vgl. Abschnitt 1.2). Auch
dieser Befund widerspricht den orbitalsymmetrischen Beschreibungen solcher Reaktionen. Bemerkenswert ist ferner, daß ein komplexes Substrat, wie der chirale Homoallylether, die drastischen Reaktionsbedingungen unbeschadet übersteht.
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Theoretische Grundlagen
1.2 Bisherige Ergebnisse über 1,3-H-Shifts an Homoallylethern
1.3 Themenstellung
2 Ergebnisse der mechanistischen Untersuchungen des 1,3-H-Shifts
2.1 Synthese des Standardsubstrats
2.2 Umlagerungsversuch ohne Benzylschutzgruppe
2.3 Modellvorstellung zur 1,3-H-Verschiebung an Homoallylethern
2.3.1 Variation der Position der Benzylschutzgruppe
2.3.2 Variation des Sauerstoffsubstituenten
2.3.3 Variation des Kations
2.3.4 Untersuchung des 1,3-H-Shift mit Hilfe der NMR-Spektroskopie
2.4 Studien zur Natur der reagierenden Base
2.4.1 Abfangexperimente
2.4.2 Untersuchung auf eine Beteiligung von N-Oxiden
2.4.3 Umlagerungsversuche mit anderen Basen
2.5 Untersuchung der Reaktionskinetik
3 Ergebnisse der Umlagerung an anderen Systemen
3.1 Umlagerung eines syn-konfigurierten Homoallylethers
3.2 Erweiterung des 1,3-H-Shifts auf Stickstoffsysteme
3.3 Versuch einer 1,3/3,3-Tandemreaktion
3.3.1 Tandem-Claisen-Variante
3.3.2 Tandem-Ireland-Claisen-Variante
4 Diskussion
4.1 Diskussion des Modells für den Mechanismus des 1,3-H-Shifts
4.2 Diskussion der Ergebnisse aus der NMR-Untersuchung
4.2 Weiterführende Versuche
5 Zusammenfassung
6 Material und Methoden
6.1 Analytische Verfahren
6.1.1 NMR-Spektroskopie
6.1.2 IR-Spektroskopie
6.1.3 Massenspektroskopie
6.1.4 Polarimetrie
6.1.5 Elementaranalyse
6.1.6 Schmelzpunkte
6.2 Chromatographische Verfahren
6.2.1 Dünnschichtchromatographie (DC)
6.2.2 Säulenchromatographie (SC)
6.2.3 Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)
6.3 Verwendete Gase, Reagenzien und Lösungsmittel
7 Synthesevorschriften
7.1 Standardprozeduren
7.1.1 Standardprozedur zur Veretherung
7.1.2 Standardprozedur zur 1,3-H-Verschiebung
7.1.3 Standardprozedur zur Veretherung mit 1,3-H-Verschiebung
7.2 Versuche zur mechanistischen Untersuchung
7.2.1 E-(2R,3R)-1,2-O-Isopropyliden-3-benzyloxy-4-methyl-hex-4-en-1,2-diol 5A
7.2.2 (2R,3R,4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-(4-Methyl-benzylsulfonyl)-4-methyl-hex-5-en-1,2-diol 6
7.2.3 (2R,4S)-1,2-O-Isopropyliden-4-methyl-hex-5-en-1,2-diol 7
7.2.4 (2R,4S)-4-Methyl-hex-5-en-1,2-diol 9
7.2.5 (2R,4S)-1-Triphenylmethoxy-4-methyl-hex-5-en-2-ol 10
7.2.6 (2R,4S)-1-Triphenylmethoxy-2-benzyloxy-4-methyl-hex-5-en 11
7.2.7 (2R,3R,4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-(4-Chlor-benzyloxy)-4-methyl-hex-5-en-1,2-diol und E-(2R,3R)-1,2-O-Isopropyliden-3-(4-Chlor-benzyloxy)-4-methyl-hex-4-en-1,2-diol 13 und 14
7.2.8 Verwendung von KH als Base
7.2.9 Untersuchung des 1,3-H-Shift mit Hilfe der NMR-Spektroskopie
7.2.10 Abfangexperimente
7.2.11 Untersuchung der Reaktionskinetik
7.3 Versuche zur 1,3-H-Verschiebung an anderen Systemen
7.3.1 (2R,4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-keto-4-methyl-5-en-1,2-diol 25
7.3.2a E-(2R)-1,2-O-Isopropyliden-3-keto-4-methyl-hex-4-en-1,2-diol aus 3A 23
7.3.2b E-(2R)-1,2-O-Isopropyliden-3-keto-4-methyl-hex-4-en-1,2-diol aus 25 23
7.3.3 (2R,3S,4R)-1,2-O-Isopropyliden-4-methyl-hex-5-en-1,2,3-triol 3B
7.3.4 E-(2R,3S)-1,2-O-Isopropyliden-3-benzyloxy-4-methyl-hex-4-en-1,2-diol 5B
7.3.5 (2R,3S,4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-azido-4-methyl-hex-5-en-1,2-diol 26 und Nebenprodukt 26A
7.3.6 (2R,3S,4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-amino-4-methyl-hex-5-en 27
7.3.7 (2R,3S,4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-benzylamino-4-methyl-hex-5-en-1,2-diol 28
7.3.8 (2R,3S,4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-dibenzylamino-4-methyl-hex-5-en-1,2-diol 29
7.3.9 E-(2R,3S)-1,2-O-Isopropyliden-3-dibenzylamino-4-methyl-hex-4-en-1,2-diol 30
7.3.10 (2R,3R,4R)-1,2-O-Isopropyliden-4-methyl-3-vinyloxy-hex-5-en-1,2-diol 31
7.3.11 Phenylessigsäurechlorid PHECL
7.3.12 (2R, 3R, 4R)-1,2-O-Isopropyliden-3-phenylacetyl-4-methyl-hex-5-en-1,2-diol 32
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Diplomarbeit untersucht die mechanistischen Grundlagen der baseninduzierten 1,3-H-Verschiebung an Homoallylethern, mit dem Ziel, die Voraussetzungen für den Reaktionsverlauf zu verstehen und das Anwendungsspektrum auf weitere Systeme wie Homoallylamine zu erweitern.
- Mechanistische Untersuchung der 1,3-H-Verschiebung mittels NMR-Spektroskopie und Kinetikstudien.
- Analyse des Einflusses verschiedener Substituenten und Basensysteme auf die Ausbeute.
- Erprobung der Reaktion auf syn-konfigurierte Substrate und Stickstoffsysteme.
- Versuch einer Tandem-Reaktion zur kombinierten 1,3-H/3,3-sigmatropen Umlagerung.
Auszug aus dem Buch
2.3 Modellvorstellung zur 1,3-H-Verschiebung an Homoallylethern
1991 publizierten Weiss et al. die Synthese von Koordinationsverbindungen aus Na+-Ionen mit Allyl- und Phenylliganden im komplexierenden Lösungsmittel Pentamethyldiethylentriamin (PMDTA) bei Raumtemperatur. Das Kation reagiert bei der Wahl des Liganden (Allyl vs. Phenyl) äußerst empfindlich auf sterische Einflüße im Substrat . Bei Umsetzung von Allylbenzol (vgl. auch Abb. 1.1 in Abschnitt 1) mit n-BuNa konnten Kristalle von η3-koordiniertem [Na(1-PhC3H4)(pmdta)] erhalten werden (A in Abb. 2.1).
Die Annahme ähnlicher Wechselwirkungen wie in den Komplexen A und B führten zur Formulierung eines Modells für den Übergangszustand der 1,3-H-Verschiebung an Homoallylethern (Abb. 2.3). Zur Wechselwirkung mit der positiven Ladung des Na+ bieten sich im Molekül 4A drei Elektronendonorzentren an: Das Lone-Pair am Sauerstoffatom des Benzylethers, die Elektronenwolke des Aromaten und die π-Elektronen der Doppelbindung. Zwar handelt es sich bei den Liganden der Komplexe A und B um echte Anionen, doch gelang ihre Synthese und Isolierung als Kristalle bereits bei 25 °C, während für die 1,3-H-Verschiebung 60-80 °C nötig sind. Denkbar wäre daher, daß sich während der Umlagerung zumindest schwache Wechselwirkungen zwischen den Donorzentren und dem Metall ausbilden, die die Umlagerung ermöglichen. Der Übergangszustand ÜZ 2 ist als ein vorläufiges Arbeitsmodell anzusehen, das im folgenden auf seine Richtigkeit geprüft werden soll.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung stellt die Problematik der 1,3-H-Verschiebung dar und diskutiert bisherige Erkenntnisse sowie die Zielsetzung dieser Arbeit.
2 Ergebnisse der mechanistischen Untersuchungen des 1,3-H-Shifts: Hier werden die experimentellen Untersuchungen zur Mechanistik, einschließlich der Modellbildung und kinetischer Messungen, detailliert dokumentiert.
3 Ergebnisse der Umlagerung an anderen Systemen: Dieser Abschnitt behandelt die Versuche zur Erweiterung des Spektrums auf Stickstoffsysteme sowie auf Tandem-Reaktionen.
4 Diskussion: Die in Kapitel 2 gewonnenen Ergebnisse werden hier kritisch im Hinblick auf das aufgestellte Übergangszustands-Modell diskutiert.
5 Zusammenfassung: Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der Erkenntnisse aus den mechanistischen Studien und den synthetischen Anwendungen.
6 Material und Methoden: Dieser Abschnitt beschreibt die analytischen Apparaturen und experimentellen Standardprozeduren.
7 Synthesevorschriften: Es werden die detaillierten Arbeitsanweisungen zur Durchführung der beschriebenen chemischen Transformationen aufgeführt.
Schlüsselwörter
1,3-H-Verschiebung, Homoallylether, Homoallylamine, Reaktionsmechanismus, NMR-Spektroskopie, Übergangszustand, Natriumhydrid, Dimethylformamid, Kinetik, Synthesevorschriften, Stereochemie, Baseninduziert, Metallkomplexe, Tandemreaktion, Doppelbindungsisomerisierung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Erforschung der baseninduzierten 1,3-H-Verschiebung an Homoallylethern, einer Reaktion zur gezielten Anlage trisubstituierter Doppelbindungen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Felder sind die mechanistische Aufklärung dieser Umlagerung mittels physikalischer Methoden sowie die Ausweitung der Methode auf Stickstoffsysteme und Tandemsequenzen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel besteht darin, ein besseres Verständnis des Mechanismus und der spezifischen Bedingungen zu erlangen, die für den erfolgreichen Ablauf der 1,3-H-Verschiebung erforderlich sind.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Untersuchung erfolgt durch vergleichende chemische Experimente, den Einsatz verschiedener Basen und Lösungsmittel sowie eine detaillierte NMR-spektroskopische Verfolgung des Reaktionsverlaufs.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in mechanistische Untersuchungen (Modellierung, Kinetik, Base-Natur) und die Erprobung der Umlagerung an weiteren Systemen wie syn-konfigurierten Ethern oder Aminen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie 1,3-H-Verschiebung, Homoallylether, Reaktionsmechanismus, NMR-Spektroskopie und Übergangszustand charakterisiert.
Warum spielt das Lösungsmittel DMF eine besondere Rolle?
DMF scheint für den Ablauf der Reaktion essenziell zu sein, da Versuche in anderen Lösungsmitteln mit derselben Base erfolglos blieben. Es wird vermutet, dass ein Zersetzungsprodukt aus DMF als notwendiger zusätzlicher Ligand fungiert.
Welche Erkenntnis wurde bei der Untersuchung syn-konfigurierter Homoallylether gewonnen?
Es konnte gezeigt werden, dass die relative Konfiguration an der Allyl- und Homoallylposition keinen Einfluss auf die Fähigkeit zur 1,3-H-Umlagerung hat, was zukünftige Diastereomerentrennungen erleichtern kann.
- Quote paper
- Gregor Wille, Dr. (Author), 1995, Anionische 1,3-H-Verschiebungen an Homoallylethern und Homoallylaminen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/319
