Universität zu Köln

Kim, Ji Hye (2015). Brønsted acid catalyzed asymmetric acetalizations. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

This work describes the development of Brønsted acid catalyzed asymmetric acetalization of aldehydes and its application to kinetic resolution of chiral diols. In the first part, the first asymmetric version of the direct O,O-acetalization of aldehydes with 1,2- and 1,3-diols is presented. The reaction is catalyzed by chiral confined Brønsted acids, which are based on an imidodiphosphoric acid moiety and can provide structurally versatile confined chiral microenvironments. A new confined catalyst significantly outperformed previously established phosphoric acids and their derivatives, giving highly enantioenriched acetal products. The catalyst is readily prepared from the natural product thymol, possessing isopropyl and methyl substituents in the 2- and 5-position, respectively, on the aryl group providing a more rigid catalyst structure. A highly enantioselective reaction can be performed delivering acetals with excellent enantioselectivity (er up to 99.8:0.2) and excellent yields. The method tolerates both aliphatic and aromatic aldehydes delivering the corresponding acetal products with high enantioselectivities. The second part of this thesis describes a highly enantioselective kinetic resolution of chiral racemic diols through acetal formation employing the thymol derived imidodiphosphoric acid catalyst and an even bulkier catalyst which possesses a cyclohexyl substituent instead of the isopropyl substituent in the 2-position on the aryl group. The reaction is highly efficient for the resolution of diols with tertiary alcohol stereocenters, giving selectivity factors of up to 389. Remarkably, in cases where the selectivity factors are only moderate, highly enantioenriched diols can still be obtained via a stereodivergent resolution to diastereomeric acetals. This approach can be used for resolution of 1,2-diols possessing similar aliphatic substituents at the tertiary alcohol stereocenter. Initial studies regarding the development of related asymmetric S,O- and S,Sacetalizations are also presented in this thesis.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Brønstedsäure-katalysierten asymmetrischen Acetalisierung von Aldehyden und deren Anwendung in der kinetischen Racematspaltung von chiralen Diolen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die erste asymmetrische direkte O,O-Acetalisierung von Aldehyden mit 1,2- und 1,3-Diolen vorgestellt. Die Reaktion wird durch chirale sterisch anspruchsvolle Brønstedsäuren katalysiert, die eine Imidodiphosphorsäure-Einheit enthalten und eine Vielzahl chiraler Mikroumgebungen ermöglichen. Ein neuer sterisch anspruchsvoller Katalysator lieferte deutlich bessere Ergebnisse als bisher etablierte Phosphorsäuren und deren Derivate und ermöglichte die Synthese hoch enantiomerenreiner Acetale als Produkte. Der Katalysator ist leicht zugänglich und kann ausgehend vom Naturstoff Thymol synthetisiert werden, welcher einen Isopropyl- und Methyl- Substituenten in der 2- und 5-Position besitzt und so eine starre Katalysatorstruktur aufweist. Dies ermöglicht die Synthese von Acetalen mit exzellenter Enantioselektivität (er bis zu 99.8:0.2) und hoher Ausbeute. Die Methode toleriert sowohl aliphatische als auch aromatische Aldehyde und liefert die entsprechenden Acetale in hohen Enantioselektivitäten. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt eine hochselektive kinetische Racematspaltung von racemischen Diolen durch Acetalbildung. Hierfür wurde eine sterisch anspruchsvollere Imidodiphosphorsäure mit Cyclohexyl- und Methyl-Substituenten in der 2-und 5-Position der Aryl-Gruppe verwendet. Die Reaktion ist sehr effizient für die Auftrennung von Diolen mit tertiären Alkohol-Stereozentren und liefert Selektivitätsfaktoren von bis zu 389. In Fällen, in denen der Selektivitätsfaktor geringer ist, können trotzdem enantiomerenreine Diole durch eine stereodivergente Racematspaltung zu diastereomeren Acetalen erhalten werden. Diese Methode kann zur Racematspaltung von 1,2-Diolen mit ähnlichen Substituenten am tertiären Stereozentrum angewandt werden. Erste Untersuchungen zur Entwicklung von asymmetrischen S,O- und S,SAcetalisierungen werden ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kim, Ji Hye kim@mpi-muelheim.mpg.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-64229
Date:	6 November 2015
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Organic Chemistry
Subjects:	Chemistry and allied sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language asymmetric catalysis, organocatalysis, Brønsted acid catalysis, confined acids, acetals, acetalization, chiral diols English
Date of oral exam:	27 October 2015
Referee:	Name Academic Title List, Benjamin Prof. Dr. Berkessel, Albrecht Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6422