Entwicklung neuer enantioselektiver, katalytischer Synthesemethoden und Modellierung enzymatischer Prozesse an Phasengrenzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der Emmy-Noether-Förderung wurden im ersten Teilprojekt neue stereoselektive Methoden zur Halogenierung von nichtaktivierten Kohlenwasserstoffen entwickelt. Die hierfür zuerst untersuchten Mangan(VII)trisimido-Komplexe mit mono- und tridentaten Liganden erwiesen sich hierfür aufgrund ihrer ausgesprochen geringen thermischen Stabilität als nur bedingt geeignet, da sie rasch unter Bildung der entsprechenden Mangannitrid-Spezies zerfallen. Durch Darstellung von Adamantylimido-Komplexen wurden dagegen Verbindungen erhalten, die bis zu einer Temperatur von 160 °C stabil sind, jedoch nur sehr schwache Oxidationsmittel darstellen und nicht zum Halogenatomtransfer neigen. Für die Entwicklung einer stereoselektiven Halogenierungsmethode wurde daher die Verwendung von N-Halo-Verbindungen untersucht. So konnte ein neuer, effizienter Zugang zu bromierten Isoxazolinen durch Halogenierung von N-Tosyl-O- allyl-hydroxylamin-Derivaten entwickelt werden, die in eine Reihe weiterer chiraler Synthesebausteine überführt werden können. Für diese Halofunktionalisierung konnte belegt werden, dass in einem ersten, reversiblen Schritt ein Halogenatom-Transfer auf das Sulfonamid erfolgt, welches als Halogenüberträger auf die C=C-Doppelbindung wirkt. Damit konnte gezeigt werden, dass für die Halofunktionalisierung zum Aufbau von halogenierten N- Heterocyclen auch bei Einsatz von optisch aktiven elektrophilen Halogenierungsmitteln nur unter ausgewählten Bedingungen Enantioselektivität zu erwarten ist. Die Methode wurde erweitert auf die Funktionalisierung von Crotonyloximethern, die je nach verwendeter Schutzgruppe und E/Z-Konfiguration zu Isoxazolen, Oxazolen oder Oxazinen führt. In einem zweiten Forschungsfeld wurde ein künstliches Enzymkanalmodell, basierend auf einem vollfunktionalisierten Calixaren als präorganisierendem Element, untersucht. Dieses soll auf der Molekülunterseite mit Hilfe von Thiolat-Linkern auf einer Goldoberfläche gebunden werden, während die Moleküloberseite neben langkettigen aliphatischen Carbonsäureamiden eine Bindungsstelle für einen Metallkatalysator aufweist. Durch zahlreiche präparative und praktische Probleme musste das ursprüngliche Synthesekonzept mehrfach vollständig überarbeitet werden, bevor die Synthese der Zielverbindung erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Thiolate eine Bindung an der Goldoberfläche erfolgt, die auch bei nachfolgender Behandlung des Trägers mit Alkylthiolen erhalten bleibt. Weiterhin konnte belegt werden, dass letztere auf der Oberfläche eine selbstorganisierte Monolage bilden, sodass die Einbettung des Modellmoleküls in der Monolage unter Ausbildung einer gerichteten Struktur vermutet wird. Die vollständige Charakterisierung des Kanals ist jedoch noch Gegenstand gegenwärtiger Untersuchungen. Zusätzlich zu den beschriebenen Forschungsprojekten der Beantragung wurde eine neue enantioselektive Desymmetrisierung von 1,4-Diinen mit Hilfe von Gold-Katalysatoren entwickelt. Terminale Alkine stellten aufgrund der ungünstigen Koordinationsgeometrie der Goldkomplexe bisher eine grosse Herausforderung dar. Es konnte gezeigt werden, dass für strukturell eng verwandte Diine ein überraschender Regioselektivitätswechsel beobachtet wird, der durch stereoelektronische Orbitalwechselwirkungen erklärt werden kann. Während bekannte und neu entwickelte chirale Phosphin- und Carbenliganden nur eingeschränkte Selektivitäten vermitteln, konnte die erste hoch enantioselektive Desymmetrisierung von terminalen Diinen mit Hilfe von kationischen Gold-Komplexen mit chiralen Gegenanionen auf der Basis optisch aktiver BINOL-Phosphate entwickelt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Gold-Catalyzed endo-Cyclizations of 1,4-Diynes to Seven-Membered Ring Heterocycles”, Chem. Eur. J. 2009, 15, 13323–13326
Wilckens, K.; Uhlemann, M.; Czekelius, C.
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“A Selective and Benign Synthesis of Functionalized Benzalacetones via Mizoroki-Heck Reaction Using Aryldiazonium Salts”, Adv. Synth. Catal. 2010, 352, 1983–1992
Stern, T.; Rückbrod, S.; Czekelius, C.; Donner, C.; Brunner, H.
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“Synthesis of Halogenated Carboxylic Acids and Amino Acids“, Synthesis, 2010, 543–566
Czekelius, C.; Tzschucke, C. C.
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“Chiral Bis(tetrahydroisoquinoline) Diamines as Efficient Ligands for the Nickel-Catalysed Enantioselective Michael Addition to Nitroalkenes”, Eur. J. Org. Chem., 2011, 5441–5446
Wilckens, K.; Duhs, M.-A.; Lentz, D.; Czekelius, C.
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“Synthesis of Gold Complexes Bearing Sterically Highly Encumbered, Chiral Carbene Ligands”, Organometallics 2011, 30, 1287–1290
Wilckens, K.; Lentz, D.; Czekelius, C.
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„Reversal of Selectivity in Gold-Catalyzed Cyclizations of 3,3-Disubstituted 1,4-Diynes”, Org. Lett. 2011, 13, 224–227
Rüttinger, R.; Leutzow, J.; Wilsdorf, M.; Wilckens, K.; Czekelius, C.
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„Anion-Induced Enantioselective Cyclization of Diynamides to Pyrrolidines Catalyzed by Cationic Gold Complexes“, Angew. Chem. 2012, 124, 11311–11314
Mourad, A. K.; Leutzow, J.; Czekelius, C.
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„Conjugate Hydrotrifluoromethylation of α,β-Unsaturated Acyl-Oxazolidinones: Synthesis of Chiral Fluorinated Amino Acids“, Org. Biomol. Chem. 2012, 8583–8586
Erdbrink, H.; Peuser, I.; Gerling, U. I. M.; Lentz, D.; Koksch, B.; Czekelius, C.
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„Diastereoselective Bromocyclization of O-Allyl-N- Tosyl-Hydroxylamines”, J. Org. Chem. 2013, 78, 2490–2499
Egart, B.; Lentz, D.; Czekelius, C.
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„Iron Porphyrin Molecules on Cu(001): Influence of Adlayers and Ligands on the Magnetic Properties“, Phys. Rev. B. 2013, 87, 174425
Herper, H. C.; Bernien, M.; Bhandary, S.; Hermanns, C. F.; Krüger, A.; Miguel, J.; Weis, C.; Schmitz-Antoniak, C.; Krumme, B.; Bovenschen, D.; Tieg, C.; Sanyal, B.; Weschke, E.; Czekelius, C.; Kuch, W.; Wende, H.; Eriksson, O.
