Dispersion-Directed Lewis Base Catalysis

• Applicant: Professor Dr. Hendrik Zipse
• Subject Area: Organic Molecular Chemistry - Synthesis and Characterisation
• Term: from 2015 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 271386062

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Die Beschleunigung bimolekularer Reaktionen zwischen Alkoholen und elektrophilen Reagenzien durch Größeneffekte konnte als grundlegendes Konzept zur Quantifizierung von London-Dispersionswechselwirkungen in den beteiligten Übergangszuständen entwickelt werden. Anfängliche Herausforderungen bei der Identifizierung ausreichend großer Reaktionspartner mit wohl-definierter molekularer Struktur konnten durch Untersuchungen größerer Reagenz-Bibliotheken schließlich überwunden werden. Sowohl in der Silylierung wie auch in der Acylierung von Alkoholen gelang so die bevorzugte Umsetzung sekundärer gegenüber primären Substraten. Diese Inversion der den Substratalkoholen eigentlich innewohnenden Reaktivität wird mit zunehmender Größe (sowohl von Reagenz wie Substrat) immer ausgeprägter. Das dies tatsächlich auf eine beschleunigte Umsetzung der jeweils größeren Systeme zurückzuführen ist, konnte durch konkurrenzkinetische Experimente wie auch durch die quantenchemische Analyse ausgewählter Fälle dokumentiert werden. In der stereoselektiven Katalyse konnte das Konzept der Größen-Beschleunigung ebenfalls eingesetzt werden um für gezielt optimierte Katalysatoren eine hochselektive Umsetzung der größten Alkoholsubstrate zu erzielen. Die dabei beobachteten Reaktivitäts- und Selektivitätssteigerungen sind allerdings nicht alleine auf London-Dispersionswechselwirkungen zurückzuführen.

Publications

• "Chemoselectivity in Esterification Reactions – Size Matters After All" Synthesis 2017, 49, 3460 - 3470
  J. Helberg, M. Marin-Luna, H. Zipse
  
• "Size-Dependent Rate Acceleration in the Silylation of Secondary Alcohols: the Bigger the Faster" Chem. Sci. 2018, 9, 6509 – 6515
  M. Marin-Luna, B. Poelloth, F. Zott, H. Zipse
  
• "Substituent Effects in the Silylation of Secondary Alcohols: A Mechanistic Study" Chem. Eur. J. 2018, 24, 15052 – 15058
  M. Marin-Luna, P. Patschinski, H. Zipse
  
• Size-Driven Inversion of Selectivity in Esterification Reactions: Secondary Beat Primary Alcohols. Journal of Organic Chemistry, Vol. 86. 2021, Issue 4, pp. 3456–3489.
  S. Mayr, M. Marin-Luna, H. Zipse
  
• The Size‐Accelerated Kinetic Resolution of Secondary Alcohols. Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 60. 2021, Issue 2, pp. 774-778.
  B. Poelloth, M. P. Sibi, H. Zipse