Konzepte zur Aktivierung nachhaltiger Oxidationsreagenzien<\/p>\n
Titel der Dissertation:<\/strong><\/p>\n \u00c2\u00a0<\/p>\n Zusammenfassung<\/strong><\/p>\n \u00c2\u00a0<\/p>\n Die nat\u00c3\u00bcrliche Herstellung von Organohalogenverbindungen, deren Nutzung durch Organismen als chemische Intermediate oder biologische Wirksubstanzen, sowie Abbau und Verwertung der Stoffe sind Teil eines \u00c3\u00b6kologischen Halogenkreislaufs unserer Erde. Der gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178te Teil der Biohalogenierung beruht dabei auf enzymatischen Oxidationen nat\u00c3\u00bcrlicher Halogenidvorkommen durch Haloperoxidasen, welche sich vor allem durch milde Reaktionsbedingungen und Umweltvertr\u00c3\u00a4glichkeit auszeichnen. Da die nat\u00c3\u00bcrlichen Enzyme aufgrund ihrer Abh\u00c3\u00a4ngigkeit von w\u00c3\u00a4ssrigen Solventien und der inh\u00c3\u00a4renten Instabilit\u00c3\u00a4t gegen\u00c3\u00bcber organischen L\u00c3\u00b6sungsmitteln nur bedingt in organischen Synthesen einsetzbar sind, ist die Suche nach vereinfachten, funktionalen Modellen von Haloperoxidasen eine wichtiges Anliegen. Die vorliegende Arbeit besch\u00c3\u00a4ftigt sich mit der Entwicklung funktionaler Modellsysteme von Bromo- und Chloroperoxidasen zur Anwendung in der Synthese nat\u00c3\u00bcrlich vorkommender halogenierter Tetrahydrofuran- und Tetrahydropyranger\u00c3\u00bcste.<\/p>\n \u00c2\u00a0<\/p>\n Die Dissertation besch\u00c3\u00a4ftigt sich dabei insbesondere mit der Entwicklung funktionaler Modellsysteme von Bromo- und Chloroperoxidasen zur Oxidation von Bromid und Chlorid unter wasserfreien und nachhaltigen Bedingungen und fanden Anwendung in der Synthese halogenierter O-Heterocyclen, welche h\u00c3\u00a4ufig als Grundstrukturen von Naturstoffen mit ausgepr\u00c3\u00a4gten physiologischen Wirkungen auftreten. Die gewonnenen Erkenntnisse l\u00c3\u00b6sten vorhandene Probleme mit Reaktivit\u00c3\u00a4t und Chemoselektivit\u00c3\u00a4t in oxidativen Bromierungs-reaktionen und trugen zu einem besseren Verst\u00c3\u00a4ndnis der beobachteten Regioselektivit\u00c3\u00a4ten in Bromcyclisierungen hochsubstituierter 4-Pentenole bei. Aufbauend auf diesen Ergebnissen konnte erstmalig eine analoge Methode zur oxidativen Chlorcyclisierung f\u00c3\u00bcr die Darstellung beta-chlorierter Tetrahydrofurane und Tetrahydropyrane entwickelt werden.<\/p>\n In einem ersten Projekt gelang die Realisierung eines Verfahrens zur oxidativen Bromierung von C,C-Doppelbindungen unter nahezu pH-neutralen und wasserfreien Reaktionsbedingungen, welches sich insbesondere zur Durchf\u00c3\u00bchrung von Bromcyclisierungen substituierter 4-Pentenole eignete. Dabei konnte das Konzept der in situ-Bromidoxidation, neben der Verwendung effektiverer Vanadium-Katalysatoren und organischer Carbonate als Solventien, vor allem durch Einsatz eines neuartigen HBr-Donors auf eine grundlegend neue Basis gestellt werden. Die hierf\u00c3\u00bcr entwickelten beta-Bromcarbons\u00c3\u00a4urederivate fragmentieren in Gegenwart katalytischer Mengen an Bromid unter milden Bedingungen und fungieren dabei als Puffersystem, welches eine nahezu pH-neutrale, kontinuierliche Versorgung der Oxidations-reaktion mit HBr-\u00c3\u201equivalenten sicherstellt. Auf diese Weise gelang es, das Verfahren auf die Umsetzung s\u00c3\u00a4urelabiler Substrate zu erweitern. Durch Verwendung umweltfreundlicher Alkylcarbonate als L\u00c3\u00b6sungsmittel konnte zudem die Nachhaltigkeit oxidativer Bromierungs-reaktionen verbessert und die Aufarbeitung gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178erer Ans\u00c3\u00a4tze vereinfacht werden. Die Methode wurde im folgenden Projekt zur Herstellung bromierter O-heterocyclischer Naturstoffderivate eingesetzt.<\/p>\n Die Resultate der zweiten Projektstudie zur Regioselektivit\u00c3\u00a4t in Bromcyclisierungen hochsubstituierter 4-Pentenole belegen, dass ein Aryl-Substituent in 5-Position des Alkenols eine Polarisierung der intermedi\u00c3\u00a4ren Bromoniumion-Teilstruktur bewirkt, welche die aufkommenden Ringspannungseffekte kompensieren und den Ringschluss 6-endo-selektiv steuern kann. In einer experimentellen Studie wurden hierzu zun\u00c3\u00a4chst Bromcyclisierungsreaktionen von 4 Pentenolen unter gezielter Substituentenvariation zur Beobachtung von sterischen und polaren Effekten herangezogen. Diese Selektivit\u00c3\u00a4tsstudien hatten den Zweck strukturelle Faktoren heraus-zuarbeiten, mit welchen sich die Regiochemie von Bromcyclisierungen beschreiben l\u00c3\u00a4sst und eine selektive Darstellung von Tetrahydropyranen beg\u00c3\u00bcnstigt werden kann. In Kooperation mit Jens Hartung wurden die experimentellen Untersuchungen durch theoretische Berechnungen der relativen freien Enthalpien eines Satzes Dimethyl-substituierter Tetrahydropyranderivate erg\u00c3\u00a4nzt, welche zur Absch\u00c3\u00a4tzung der relativen Aktivierungsenergien sp\u00c3\u00a4ter \u00c3\u0153bergangszust\u00c3\u00a4nde des 6-endo-Ringschlusses dienten. Die experimentellen und die theoretischen Resultate zeigten, dass vor allem axiale Substituenten in 2- und 6-Position des entstehenden Tetrahydropyranger\u00c3\u00bcstes zu Spannungsenergien f\u00c3\u00bchren, welche das System unter verst\u00c3\u00a4rkter Bildung des sterisch weniger aufgeladenen F\u00c3\u00bcnfrings zu vermeiden sucht. Vor allem die Bildung 2,2,6,6-substituierter Tetrahydropyranderviate ist dabei energetisch benachteiligt, was bei Synthesen entsprechender Naturstoffderivate zu ung\u00c3\u00bcnstigen Selektivit\u00c3\u00a4ten f\u00c3\u00bchrt. Die neuen Erkenntnisse zur Steuerung der Regiochemie durch polare Substituenten konnten im Anschluss bei der Darstellung des Naturstoffs Aplysiapyranoid A und eines 5-Epimers synthetisch genutzt werden.<\/p>\n Im dritten Teil dieser Arbeit gelang erstmals die Realisierung eines \u00c3\u0153bergangsmetall-katalysierten Verfahrens zur Durchf\u00c3\u00bchrung oxidativer Chlorcyclisierungen von substituierten 4 Pentenolen unter milden und nachhaltigen Reaktionsbedingungen. Dabei fungieren neuartige Molybd\u00c3\u00a4n(VI)- und Titan(IV)-Komplexe als Chloroperoxidase-Modelle f\u00c3\u00bcr die Generierung elektrophiler Chlorierungsreagenzien aus Pyridiniumhydrochlorid und tert-Butylhydroperoxid in einer L\u00c3\u00b6sung von Dimethylcarbonat bei Temperaturen ab 20 \u00c2\u00b0C. Dieses katalytische System wurde ferner durch ein st\u00c3\u00b6chiometrisches Verfahren erg\u00c3\u00a4nzt, welches Kaliumchlorid und Kaliumperoxomonosulfat (Oxone\u00c2\u00a9) zur Erzeugung \u00c3\u00a4hnlich reaktiver Chlorierungs\u00c3\u00a4quivalente nutzt. Neben der guten Eignung f\u00c3\u00bcr Chlorcyclisierungsreaktionen konnten die Methoden ihre Vielseitigkeit auch bei der Chlorierung von Aromaten, Alkanen sowie allylischer Substrate unter Beweis stellen, wobei die gefundenen Produkte und Selektivit\u00c3\u00a4ten auf molekulares Chlor als aktives Chlorierungsmittel hindeuten. In einer ersten synthetischen Anwendung des Verfahrens gelang die Entwicklung einer alternativen Darstellung des Naturstoffs Rosenoxid aus Citronellol in einer Eintopfreaktion.<\/p>\n \u00c2\u00a0<\/p>\n \u00c2\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Konzepte zur Aktivierung nachhaltiger Oxidationsreagenzien Titel der Dissertation: \u00c3\u0153ber die Entwicklung und Anwendung funktionaler Haloperoxidase-Modelle zur Synthese von Naturstoffderivaten \u00c2\u00a0 Zusammenfassung \u00c2\u00a0 Die nat\u00c3\u00bcrliche Herstellung von Organohalogenverbindungen, deren Nutzung durch Organismen als chemische Intermediate oder biologische Wirksubstanzen, sowie Abbau und Verwertung der Stoffe sind Teil eines \u00c3\u00b6kologischen Halogenkreislaufs unserer Erde. 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