Polyfunktionelle Lewis-Säure-/Betain-Katalysatoren als neues bioinspiriertes Werkzeug der asymmetrischen Synthese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt zielte darauf ab, ein neues Konzept der asymmetrischen Katalyse, welches wir im vorangegangenen Projekt an Hand einer 1,4-Addition eines Ketoesters an ein Nitroolefin entwickelt hatten, in direkten Additionen zu etablieren, im Detail zu verstehen und auf seine Anwendbarkeit in verschiedenen Reaktionstypen zu untersuchen. Im Zentrum standen Lewis- Säure-/Azolium-Aryloxid-Betain-Katalysatoren, welche der polyfunktionellen Aktivierung von Enzymen nacheifern. Durch Acidifizierung eines Pronukleophils mittels Koordination an das Lewissaure Metallzentrum sollte die Aryloxideinheit des Katalysators als interne Base befähigt werden das reaktive Nukleophil zu erzeugen. Die hierbei am Katalysator generierte Aryl-OH-Einheit sollte im Anschluss gemeinsam mit einer aciden C,H-Bindung der Azoliumeinheit die Aktivierung eines Elektrophils über H-Brücken ermöglichen. Nach Verknüpfung beider Reaktanden über eine Addition sollte das zunächst entstehende negativ geladene Intermediat vom aromatischen Alkohol als interne Säure protoniert werden, unter Bildung des Produkts und Freisetzung des Katalysators. Über die mehrfachen gezielten Wechselwirkungen des Katalysators mit den Substraten sollte einerseits eine besonders hohe Stereokontrolle, andererseits eine sehr hohe katalytische Produktivität erreicht werden. Bei dem beschriebenen Katalysatordesign stand nicht nur der Teilschritt der eigentlichen Bindungsbildung zwischen Elektrophil und Nukleophil im Vordergrund. Auch die weiteren Teilschritte der katalytischen Zyklen (Deprotonierung und Protonierung), sollten von der Polyfunktionalität profitieren. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der Entwicklung diastereodivergenter Reaktionen, um zuvor nicht effizient zugängliche Sets an Diastereomeren unter Ausnutzung der vielfachen Wechselwirkungen gezielt herstellen zu können. Unsere Untersuchungen führten zu mehreren erfolgreichen Anwendungen in direkten Additionen. Diese Arbeiten zeigten, dass die Lewis-Säure-/Betain-Katalysatoren hohe Stereoselektivität und Produktivität erzielen können, oft weit über bisherige Literaturwerte hinaus. Umfangreiche mechanistische Studien, insbesondere kinetische und spektroskopische Analysen sowie DFT-Rechnungen, lieferten detaillierte Einblicke in die katalytischen Zyklen und Reaktionsprofile. Der Aufbau der optimierten Katalysatoren erwies sich als hervorragend geeignet, um jeden einzelnen Teilschritt innerhalb der untersuchten Zyklen zu ermöglichen. Die Rechnungen zeigten zudem, dass die bei der Protonenübertragung vom Katalysator auf das Additionsintermediat zurück gebildete Aryloxidfunktion entscheidend dafür ist, dass i.d.R. keine (allenfalls sehr geringe) Produktinhibierung auftritt, da sie in der Lage ist das Produkt vom Katalysator abzuspalten. Zusätzlich wurden auch noch Additionen untersucht, die eine umgekehrte Funktionsweise der Katalysatoren nutzen können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Enantiodivergent [4+2] Cycloaddition of Dienolates by Polyfunctional Lewis Acid/Zwitterion Catalysis. Angewandte Chemie International Edition, 59(45), 19873-19877.
Miskov‐Pajic, Vukoslava; Willig, Felix; Wanner, Daniel M.; Frey, Wolfgang & Peters, René
-
A Practical and Robust Zwitterionic Cooperative Lewis Acid/Acetate/Benzimidazolium Catalyst for Direct 1,4‐Additions. Angewandte Chemie International Edition, 62(13).
Hans, Andreas C.; Becker, Patrick M.; Haußmann, Johanna; Suhr, Simon; Wanner, Daniel M.; Lederer, Vera; Willig, Felix; Frey, Wolfgang; Sarkar, Biprajit; Kästner, Johannes & Peters, René
-
Cooperative Lewis Acid‐1,2,3‐Triazolium‐Aryloxide Catalysis: Pyrazolone Addition to Nitroolefins as Entry to Diaminoamides. Angewandte Chemie International Edition, 62(36).
Wanner, Daniel M.; Becker, Patrick M.; Suhr, Simon; Wannenmacher, Nick; Ziegler, Slava; Herrmann, Justin; Willig, Felix; Gabler, Julia; Jangid, Khushbu; Schmid, Juliane; Hans, Andreas C.; Frey, Wolfgang; Sarkar, Biprajit; Kästner, Johannes & Peters, René
-
Tunable Endo/Exo Selectivity in Direct Catalytic Asymmetric 1,3‐Dipolar Cycloadditions with Polyfunctional Lewis Acid / Azolium–Aryloxide Catalysts. Angewandte Chemie International Edition, 64(34).
Bürstner, Adrian; Becker, Patrick M.; Allgaier, Alexander; Pfitzer, Lucca; Wanner, Daniel M.; Dollinger, Johanna; Willig, Felix; Herrmann, Justin; Miskov‐Pajic, Vukoslava; Hans, Andreas C.; Frey, Wolfgang; van Slageren, Joris; Kästner, Johannes & Peters, René
