Nukleophile aromatische Substitution an elektronenreichen Anilinderivaten mittels vorübergehender Umpolung mit N-zentrierten radikal(kation)ischen Substituenten

• Antragsteller: Dr. Jan Seliger
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2023 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527488163

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll eine robuste Vorschrift für die nukleophile aromatische Substitution an Anilinderivaten ausgearbeitet werden. Diese elektronenreichen Substrate sind unter herkömmlichen Bedingungen gegenüber Nukleophilen unreaktiv. Als Schlüsselstrategie zur Freischaltung dieser Reaktivität wird eine vorübergehende Umpolung des Aromaten mit reversibel erzeugten stickstoffzentrierten Radikalen und Radikalkationen vorgeschlagen. Orientierende DFT-Rechnungen prognostizieren für nukleophile aromatische Substitutionen an Anilino-, Carbox- und Sulfonanilidylradikalen sowie Anilinium-, N-Phenyliminium-, und Carbazoliumradikalkationen mit einem para-ständigen Chlornukleofug und Benzoat als Modellnukleophil erheblich verringerte Aktivierungsenergien (Delta Delta Epsilon * = -17 bis -40 kcal/mol). Die stickstoffzentrierten Radikale sollen durch reversible (formale) Homolyse der in entsprechenden Vorläufern enthaltenen N–H-Bindungen mittels MS-PCET oder HAT generiert werden; die stickstoffzentrierte Radikalkationen sind wiederum durch Einelektronenoxidation der geschlossenschaligen Stammverbindungen zugänglich. Dazu kommen sowohl die Photoredoxkatalyse als auch chemische Oxidationsmittel in Frage, und geeignete Bedingungen sollen in einer breit angelegten Studie durch systematische Variation diverser Reaktionsparameter identifiziert werden. Im Erfolgsfall soll die Anwendungsbreite der Reaktion im Hinblick auf tolerierte Substitutionsmuster und funktionelle Gruppen am Aromaten sowie verwendbare Nukleofuge und Nukleophile untersucht werden, wobei insbesondere auch komplexe und biologisch aktive Verbindungen einbezogen werden sollen. Die angestrebte Umwandlung stellt eine vielversprechende neue Synthesestrategie dar, die in der Darstellung von Naturstoffen und pharmazeutischen Wirkstoffen eingesetzt werden könnte. Zusätzlich sind wertvolle Erkenntnisse zu erwarten, wie die Reaktivität von stickstoffzentrierten Radikal(kation)en gezähmt werden kann, um sie in unkonventioneller Weise zu nutzen. Darauf aufbauend ist die künftige Entwicklung weiterer Methoden denkbar.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Robert Knowles, Ph.D.