Etherifizierung als allgemeiner Ansatz zur γ-C(sp3)–H-Funktionalisierung von Alkoholen

• Antragsteller: Dr. Pit Van Bonn
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561025375

Oxetane, ein viergliedriger cyclischer Ether, gewinnen zunehmend an Bedeutung in der organischen Chemie, insbesondere in der Arzneimittelentwicklung. Ihre besondere Struktur verleiht ihnen hohe Reaktivität und ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich der Verbesserung von Eigenschaften wie Löslichkeit und metabolischer Stabilität von Arzneimitteln. Traditionelle Synthesemethoden für Oxetane umfassen intramolekulare nucleophile Substitution, elektrophile Halocyclisierung von Alkoholen sowie die Ringexpansion von Epoxiden. Diese Methoden erfordern jedoch oft mehrere Schritte, was die Synthese kompliziert und ineffizient macht. Die einfachste Synthese von Oxetanen wäre die Verwendung aliphatischer Alkohole, die besonders attraktiv sind, da sie in erneuerbaren Rohstoffen, Naturprodukten und synthetischen Zwischenprodukten reichlich vorhanden sind. Trotz einiger Fortschritte in der direkten Aktivierung von C–H-Bindungen ungeschützter aliphatischer Alkohole konnte die Synthese von Oxetanen bisher jedoch nicht realisiert werden. Das Hauptziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer palladiumkatalysierten γ-C(sp³)–H-Etherifizierung aliphatischer Alkohole, um direkten Zugang zu Oxetanen zu ermöglichen. Das Projekt gliedert sich in drei Hauptteile. Im ersten Teil liegt der Fokus auf der Entwicklung eines effizienten Katalysators sowie der Optimierung der Reaktionsbedingungen. Hierbei sollen neuartige Liganden entwickelt werden, die die Koordination und Stabilität der Hydroxylgruppe am Katalysator verbessern. Schlüsselparameter wie die Wahl des Katalysatorvorläufers, Basen, Lösungsmittel und nachhaltige Oxidationsmittel werden untersucht, um eine effizientere und umweltfreundlichere Synthese zu ermöglichen. Der zweite Teil zielt darauf ab, die Grenzen des entwickelten Protokolls zu untersuchen, indem eine Vielzahl aliphatischer Alkohole mit unterschiedlichen Strukturen getestet wird. Dabei soll die Anwendbarkeit der Methode zur Synthese von Naturstoffen und bioaktiven Verbindungen demonstriert werden. Zudem wird die Bildung anderer cyclischer Ether wie Tetrahydrofurane und Tetrahydropyrane untersucht. Im dritten Teil werden mechanistische Studien durchgeführt, um die Mechanismen der C–H-Bindungsaktivierung und der Etherifizierung zu verstehen. Durch die Kombination experimenteller und rechnergestützter Methoden wird angestrebt, die Reaktionswege zu beleuchten, um die Effizienz und Selektivität der Synthese zu verbessern. Insgesamt zielt das Projekt darauf ab, bestehende Herausforderungen bei der Synthese von Oxetanen zu überwinden und deren Anwendungsmöglichkeiten in der Arzneimittelchemie und Naturstoffsynthese zu erkunden. Durch die Optimierung der Reaktionsbedingungen, die Erweiterung des Substratspektrums und das Verständnis mechanistischer Abläufe soll die Effizienz der Synthese von Oxetanen gesteigert werden, was weitreichende Implikationen für die chemische Forschung und die industrielle Anwendung haben könnte.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Jin-Quan Yu, Ph.D.