Entwicklung neuer Synthesemethoden zur Darstellung unsymmetrisch substituierter Porphyrine

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Synthesemethoden zur Darstellung unsymmetrischer Porphyrine mit Substituenten ausschließlich an den meso-Positionen. Besondere Bedeutung kam zwei Punkten zu: der Darstellung von A- und 5,10-A2-Porphyrinen mit funktionellen Gruppen in einer bzw. zwei benachbarten meso-Positionen. der Einführung von geschützten Formylgruppen an den meso-Positionen, die die Möglichkeit für eine spätere unsymmetrische Funktionalisierung eröffnen sollen. Mit der Synthese von Porphin in größeren Quantitäten ist es gelungen, eine gute Grundlage für die sukzessive Entwicklung von substituierten Porphyrinen zu schaffen. Die Modifikation von Porphin mit unterschiedlichen Lithiumorganylen (Butyl-, Hexyl-, Phenyllithium und 2-Methoxyphenyllithium) ermöglicht einen leichten Zugang zu den bisher praktisch nicht zugänglichen mono-substituierten Porphyrinen. Ebenso sind mit einer Modifikation dieser Umsetzung die 5,10-disubstituierten Porphyrine synthetisierbar. Diese Verbindungen waren bisher nur in geringem Umfang literaturbekannt, ihre Darstellung erfolgte bisher immer über aufwendige Totalsynthesen. Eine zweite Synthesevariante für 5,10-A2-Porphyrine wurde basierend auf einer [3+1]-Kondensation entwickelt, und zur Darstellung von Alkyl- und Arylporphyrinen in Ausbeuten von 4 bis 11 % genutzt. Die niedrigen Ausbeuten dieser Methode werden durch den geringen präparativen Aufwand kompensiert. Als Nebenprodukte wurden bei dieser Synthese monosubstituierte Porphyrine in Ausbeuten von 1 bis 6 % erhalten. Im Rahmen dieser Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Darstellung unsymmetrischer Porphyrine mit mehr als zwei meso-Substituenten auf Basis von 5,15-AB- Porphyrinen möglich ist. Die Einführung weiterer Gruppen an den freien meso- Positionen erfolgte leicht mit Lithiumorganylen in unterschiedlichen Ausbeuten (40 % bis 90 %). Dabei konnten ABC- und ABCD-Porphyrine sowie als Leitstruktur ein Porphyrin mit verbrückenden Substituenten hergestellt werden. Die Einführung von geschützten Formylgruppen gelang durch die Verwendung der 1,3-Dithan-2-ylgruppe. Anhand von verschiedenen [2+2]-Kondensationen wurden das 5,15-Bis(1,3-dithian-2­yl)-10,20-diphenylporphyrin und das 5-(1,3-Dithian-2-yl)-10,15,20-tri­phenyl­por­phy­rin erhalten. Das für diese Synthesen genutzte 5-(1,3-Dithian-2-yl)dipyrromethan konnte in einer maximalen Ausbeute von 99 % erzeugt werden. Porphyrine mit ausschließlich 1,3-Dithian-2-ylgruppen wurden durch [2+2]-Kondensationen oder durch direkte Kondensation des Aldehydes mit Pyrrol unter Säurekatalyse hergestellt. Die Darstellung des 5,10-Bis(1,3-dithian-2-yl)porphyrins erfolgte mittels einer, im Rahmen dieser Arbeit ebenfalls entwickelten, [3+1]-Kondensation. erste Versuche zur Freisetzung der geschützten Formylgruppen wurde durchgeführt, dabei lieferte in Teilbereichen DDQ in Gegenwart von Säure gute Ergebnisse. Die Abspaltung der Schutzgruppe aus rein 1,3-dithian-2-ylsubsituierten Porphyrinen gestaltete sich schwieriger. Die Reaktion von 5,15-Di-(1,3-dithian-2-yl)porphyrin mit Bis(trifluoracetoxy)iodbenzol lieferte das 5-Formyl-15(di­methoxy­methyl)­por­phy­rin. 5-Formylporphyrin konnte in einer Ausbeute von 60 % hergestellt werden.

The aim of this work was the development of synthetic methods for the generation of unsymmetrical porphyrins with substituents exclusively at the meso-positions. Two points were of importance: \- synthesis of A- and cis-A2-porphyrins with functional groups in one and/or two neighboring meso- positions. \- the introduction of protected formyl groups of the meso- positions to allow later introduction of functional groups in an unsymmetrical manner. The synthesis of porphin in larger quantities, gave a good basis for the successive development of substituted porphyrins. The modification of porphin with different organolithium compounds (butyl, hexyl-, phenyllithium and 2-methoxyphenyllithium) allowed an easy entrance to so far inaccessible mono-substituted porphyrins. The 5,10-disubstituted porphyrins were similarly obtained by a modification of this method. Only few examples were known and their synthesis always involved extensive total syntheses. A second synthetic method for 5,10-A2-porphyrins was developed on the basis of a [3+1]-condensation. The synthesis of alkyl and aryl porphyrins in yields of 4 bis 11 % was possible via this route and monosubstituted porphyrins were received as by-products during this synthesis. The lower yields of this method were more then compensated by its simple procedure. Within the framework of these investigations, it could be shown that the generation of unsymmetrical porphyrins is possible with more than 2 meso-substituents starting from 5,15 -AB-porphyrins. The introduction of further groups of the free meso-positions occurred easily with organolithium reagents in different yields, ranging from 40 % to 90 %, and porphyrins of the ABC- and ABCD-type and a porphyrin with bridging substituents could be synthesized. The introduction of protected formyl groups succeeded by use of the 1,3-dithiane-2-yl group. Porphyrins containing both, 1,3-dithiane-2-yl- and phenyl substituents like 5,15-bis(1,3-dithiane-2-yl)-10,20-diphenylporphyrin and 5-(1,3-dithian-2-yl)-10,15,20-triphenylporphyrin were prepared by various mixed [2+2]-condensations. 5-(1,3-dithian-2-yl)dipyrromethane, a key precursor of these syntheses was obtained by reaction of 2- formyl 1,3-dithane with pyrrole in 99 % yield. Porphyrins with exclusively 1,3-dithiane-2-yl groups were produced by a [2+2]-condensation or by a direct condensation of the aldehydes with pyrrole in the presence of acid, and gave an entry into 5,15-bis-, 5,10,15-tris- and 5,10,15,20-tetrakis(1,3-dithiane-2-yl)porphyrins. 5,10-bis(1,3-dithiane-2-yl)porphyrin was prepared by using a [3+1]-condensation method. Initial experiments on the dethioacetalisation of the protected formyl groups were performed. In order to split off this group, DDQ in the presence of acid was used and gave good results for some compounds. The elimination of the protective group from solely 1,3-dithiane-2-yl- subsituted porphyrins was more difficult. Reaction of 5,15-bis-(1,3-dithiane-2-yl)porphyrin with bis(trifluoracetoxy)iodbenzene led to the formation of 5(di­methoxy­methyl)-15-formylpor­phy­rin, while 5-formylporphyrin was obtained in 60 % yield.