Nukleophile Eisen-Komplexe als Katalysatoren in Umesterungsreaktionen

Abstract

Im Rahmen dieser vorliegenden Dissertation wurden Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, die Anwendungsbreite der TBAFe 23 – katalysierte Umesterung zu analysieren und auszubauen. Dabei gelang es mit den p-Chloroarylestern eine Klasse aktivierten Estern zu identifizieren, die sich einfach und in guten Ausbeuten mit einer hohen funktionellen Gruppentoleranz und ohne aufwendige Aufreinigungsschritte darstellen lassen und lagerbeständig sind.

Eine breite Anwendbarkeit dieser Acyldonoren in der TBAFe 23 - katalysierten Umesterung und die Beständigkeit von Epoxiden, Nitrilen, Amiden, Urethanen, Iminen, Ethern und Doppelbindungen und der Enantiomerenreinheit α-chiraler-Ester unter den Reaktionsbedingungen konnte gezeigt werden.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass TBAFe 23 sowohl die Lactonöffnung als auch die Umkehrreaktion, die Lactonisierung, sowie die Ringöffnungspolymerisation katalysiert.

Die ersten Versuche, das Reaktionsprinzip der TBAFe 23 - katalysierten Umesterung auf eine weitere Nukleophileklassen auszudehen, zeigten bei Aminen, bei CH-aciden Verbindungen und bei Organometallverbindungen keinen entsprechenden Erfolg. Dieses gelang jedoch bei den Thiolen und es konnte die TBAFe 23 - katalysierte Thioesterbildung aus Estern entwickelt werden. Auch diese Methode zeigte eine breite Anwendbarkeit und hohe Toleranz für Doppelbindungen, Amide, Carbamate, Acetale und Methylester. Isomerisierungslabile Chiralitätszentren blieben ebenfalls unter den Reaktionsbedingungen erhalten.

Durch die Verwendung des durch die TBAFe 23 - katalysiert dargestellten Thioester als aktivierte Acylverbindungen konnten angelehnt an das Konzept der nativen chemischen Ligation eisenkatalysiert Amide und Peptide dargestellt werden.

Die Ausdehnung des Reaktionsprinzipes der TBAFe 23 – katalysierte Umesterung auf C-Nukleophile mit der Verwendung von Thiolen als Mediatoren gelang im Rahmen dieser Arbeit nicht. Es gelang in Rahmen dieser Arbeit einige niedervalente Eisenverbindungen zu synthetisieren, zu charakterisieren und auf deren Aktivität in den entwickelten Acyl-Transfer-Reaktionen zu überprüfen. Insbesondere die DNICs zeigten sich nur schwach bis gar nicht katalytisch aktiv, so dass deren Entstehung im Reaktionsgemisch, die Katalyse negativ beinflusst. Es konnte auch gezeigt werden, dass TBAFe 23 in Gegenwart von koordinationsfähigen Verbindungen zur Bildung eben entsprechender Dinitrosyleisenkomplexen (DNICs) neigen. Weiter bewährte sich das Triscarbonylnitosylferrat 23 zusammen mit dem Tetrabutylammoniumkation (TBA) in allen Untersuchungen als aktivster Katalysator in der Umesterung und der Thioesterbildung.

The present work describes advanced investigation in the field of nucleophilic iron catalysts for transesterifications under neutral reaction conditions. The scope of the TBAFe 23 – catalyzed transesterification was analyzed and extended. In this context p-chloroarylesters were identified as easy accessible, stable, and active acyldonors.

A variety of functional groups, like epoxides, nitriles, amides, urethanes, imines, ethers, double bonds, and stereocenters were shown to be stable under the reaction conditions. In addition, a TBAFe –catalyzed lactone-opening- reaction, a lactonization, and a ring-opening-polymerization could be realized. First studies into the extension of the nucleophilic spectra toward N- or-C-nucleophiles were not successful. However, it was possible to develop a TBAFe 23 – catalyzed thioesterification with a large functional group tolerance and high stereochemical integrity.

The concept of using in situ-generated thioesters as reactive acyldonors in the 1,2-addition of pronucleophiles was emphasized with the TBAFe 23 – catalyzed native chemical ligation type peptide coupling

Furthermore, some low valent iron complexes were synthesized, charactersized and their activity in the afore mentioned acyl-transfer-reactions examined. In all investigations TBAFe 23 proved to be the most active catalyst. DNICs, which were formed of TBAFe 23 and coordinating compounds like thioles, did not show a catalytic activity.