Im Rahmen dieser Arbeit wird der bisherige Forschungsstand zu der Verwendung hypervalenter Iodverbindungen im Zusammenhang mit elektrophilen Trifluormethylierungen vorgestellt. Das Ziel der Arbeit ist es, in einem ersten Schritt den Leser zunächst in dieses spezielle Thema einzuführen und anhand des aktuellen Forschungsstandes einen umfassenden Überblick über dieses zu liefern.
Zu Beginn wird als Basis für die Arbeit eine allgemeine Einführung in das Thema vorangestellt. So werden zuerst die besonderen Eigenschaften des Fluors bzw. der CF3-Gruppe und die damit verbundenen Effekte vorgestellt, gefolgt von drei verschiedenen Methoden zur Einführung der CF3-Gruppe: die Fluorierungsmethode, die Bausteinmethode und die direkte Trifluormethylierung. Zusätzlich wird erläutert, warum trifluormethylierte Substanzen so wichtig für die Pharmazeutik und die Agrochemie sind und dazu Beispiele angeführt.
Es folgt Punkt drei, der sich mit hypervalenten I-CF3-Reagenzien beschäftigt. Dazu wird erneut mit allgemeinen Fakten zu hypervalenten Iodverbindungen begonnen, dann wird auf ihre Funktion als CF3-Transferreagenz eingegangen und im Zusammenhang damit, die beiden Togni-Reagenzien I und II näher präsentiert. Passend dazu wird die Entwicklung der beiden Synthesewege der Togni-Reagenzien vorgestellt und die Mittel zur Aktivierung der Substanzen beschrieben. Anschließend wird unter Punkt vier auf die Möglichkeiten für eine Anwendung in der organischen Chemie eingegangen und diesbezüglich werden einige beispielhafte Reaktionen mit Heteroatomen, besonders mit Schwefel- und Phosphor-Nukleophilen, und Kohlenstoff-Nukleophilen erklärt. Am Ende der Arbeit wird ein Fazit gezogen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Allgemeine Einführung
2.1 Eigenschaften der CF3-Gruppe
2.2 Methoden zur Einführung von CF3-Gruppen
2.3 Verwendung von CF3-Gruppen
3 Hypervalente I-CF3-Reagenzien
3.1 Allgemeines zu hypervalenten Iodverbindungen
3.2 Hypervalente Iodverbindungen als CF3-Transferreagenzien
3.3 Synthese der beiden Togni-Reagenzien
3.4 Aktivierung
4 Anwendungen in der organischen Synthese
4.1 Reaktionen mit Heteroatomen
4.1.1 Schwefel-Nukleophile
4.1.2 Phosphor-Nukleophile
4.1.3 Weitere Nukleophile
4.2 Reaktionen mit Kohlenstoffnukleophilen
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht den aktuellen Forschungsstand zur Verwendung hypervalenter Iodverbindungen bei elektrophilen Trifluormethylierungen. Ziel ist es, in das Fachgebiet einzuführen und einen umfassenden Überblick über die chemischen Grundlagen, die Synthese der relevanten Reagenzien sowie deren Anwendung in der organischen Synthese zu bieten.
- Besondere Eigenschaften der CF3-Gruppe und ihre Reaktivität
- Vergleich gängiger Methoden zur Trifluormethylierung
- Synthese und Aktivierung der Togni-Reagenzien I und II
- Anwendungsmöglichkeiten bei verschiedenen Nukleophilen (Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff)
Auszug aus dem Buch
3.2 Hypervalente Iodverbindungen als CF3-Transferreagenzien
Wie Kapitel 2.2 gezeigt hat, ist die Auswahl an elektrophilen Trifuormethylierungsreagenzien eher begrenzt. Deshalb wurden in diesem Bereich Forschungen unternommen, sodass in den letzten Jahren immer wieder neue Ergebnisse veröffentlicht werden konnten. Zu diesen gehören zwei spezielle hypervalenten Iodverbindungen, von denen die Laborgruppe rund um Prof. Dr. Antonio Togni 2006 das erste Mal berichtete: dem 1,3-Dihydro-3,3-dimethyl-1-(trifluormethyl)-1,2-benziodoxol (Abb. 8) und dem 1-(Trifluormethyl)-1,2-benziodoxol-3(1H)-on (Abb. 9). Demnach sind die beiden Verbindungen auch als Togni-Reagenzien I und II bekannt.
Sie sind sehr wirksame und vielseitige Reagenzien und können für Trifluormethylierungsreaktionen vieler verschiedener Substrate genutzt werden. Im Laufe der letzten Jahre haben sie immer mehr die Aufmerksamkeit von Forschungsgruppen weltweit auf sich gezogen, vor allem in den Bereichen der Organofluorchemie und der homogenen Katalyse mit Blick auf die Entwicklung neuer synthetischer Methoden.
Die Herstellung der beiden Togni-Reagenzien ist sehr einfach und leicht durchzuführen, da auf bereits verfügbare Ausgangsmaterialien zurückgegriffen werden kann. Aufgrund der guten Verfügbarkeit konnten in den vergangenen Jahren viele neue Reaktionen und Verbindungen entdeckt werden [2]. Sie haben im Vergleich zu beispielsweise den Umemoto-Reagenzien den Vorteil, dass der bei dem CF3-Transfer entstehende Iodalkohol bzw. die Iodsäure zurückgewonnen werden können. So können diese beiden Reagenzien recycelt werden, denn sie stellen die Ausgangsverbindungen für die Herstellung der beiden CF3-Reagenzien (Abb. 10) [7].
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die Bedeutung von Fluor in der Chemie und Motivation für die Entwicklung effizienter Trifluormethylierungsmethoden.
2 Allgemeine Einführung: Darstellung der chemischen Eigenschaften der CF3-Gruppe, gängiger Einführungsmethoden sowie der Bedeutung trifluormethylierter Substanzen in der Pharma- und Agrochemie.
3 Hypervalente I-CF3-Reagenzien: Detaillierte Erläuterung der Struktur von hypervalenten Iodverbindungen sowie der spezifischen Eigenschaften, Synthesewege und Aktivierung der Togni-Reagenzien.
4 Anwendungen in der organischen Synthese: Übersicht über praktische Anwendungsbereiche der Trifluormethylierung von Schwefel-, Phosphor- und Kohlenstoff-Nukleophilen unter Nutzung moderner Reagenzien.
5 Fazit: Zusammenfassende Betrachtung der Relevanz hypervalenter Iod-Reagenzien und Ausblick auf zukünftige Forschungsnotwendigkeiten.
Schlüsselwörter
Trifluormethylierung, hypervalente Iodverbindungen, Togni-Reagenzien, Organofluorchemie, elektrophile Substitution, CF3-Gruppe, Fluorchemie, organische Synthese, Trifluormethylthioether, Katalyse, Synthesewege, Reaktivität, Nukleophile, Reaktionsmechanismen, Bioverfügbarkeit.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das zentrale Thema der Hausarbeit?
Die Arbeit behandelt die Anwendung von hypervalenten Iodverbindungen als Reagenzien für die elektrophile Trifluormethylierung in der organischen Chemie.
Welche Funktion hat die CF3-Gruppe in Molekülen?
Die CF3-Gruppe beeinflusst die physikochemischen Eigenschaften von Substanzen maßgeblich, etwa durch Erhöhung der Lipophilie oder der metabolischen Stabilität, was besonders in der Pharmazeutik von großem Nutzen ist.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, dem Leser einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand bei der Verwendung hypervalenter Iod-CF3-Reagenzien zu geben und die theoretischen Grundlagen sowie praktische Anwendungsbeispiele zu erläutern.
Welche wissenschaftliche Methode steht im Mittelpunkt?
Die Arbeit fokussiert auf die direkte elektrophile Trifluormethylierung, insbesondere unter Einsatz der sogenannten Togni-Reagenzien I und II.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Struktur von Iod(III)-Verbindungen, der Synthese und Optimierung der Togni-Reagenzien, Mechanismen ihrer Aktivierung sowie ihrer Anwendung bei der Reaktion mit verschiedenen Nukleophilen.
Welche Begriffe beschreiben die Arbeit am besten?
Zentrale Begriffe sind Trifluormethylierung, hypervalente Iodverbindungen, Togni-Reagenzien, Organofluorchemie und elektrophile Synthesemethoden.
Was zeichnet die Togni-Reagenzien gegenüber älteren Verfahren wie den Umemoto-Reagenzien aus?
Togni-Reagenzien bieten Vorteile in der Handhabung, zeigen eine hohe substratinduzierte Selektivität unter milden Bedingungen und ermöglichen zudem ein Recycling der entstehenden Iod-Nebenprodukte.
Warum ist die Synthese von SCF3-Fragmenten in späten Stadien der Synthese von Vorteil?
Da der Syntheseweg tolerant gegenüber vielen anderen funktionellen Gruppen (wie Aminen oder Alkoholen) ist, kann die Trifluormethylgruppe gezielt am Ende einer Synthesesequenz eingeführt werden.
Welche Rolle spielt die Metallkatalyse bei der Reaktion mit Kohlenstoff-Nukleophilen?
Metalle, insbesondere Kupfer(I)- oder Kupfer(II)-Salze, wirken aktivierend auf die Togni-Reagenzien und ermöglichen oder verbessern so die Trifluormethylierung von speziellen Kohlenstoff-Nukleophilen wie Nitroestern.
- Arbeit zitieren
- Marike Grave (Autor:in), 2020, Anwendung von hypervalenten Iodverbindungen in elektrophilen Trifluormethylierungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1002325
