Stereoselektive Halofunktionalisierung von O-Allylischen Hydroxylaminderivaten und Synthese von Mangan(VII)-Imidokomplexen

Abstract

Stereoselektive Halofunktionalisierung von O-Allylischen Hydroxylaminderivaten: Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verhalten verschiedener O-allylischer Hydroxylaminderivate bezüglich elektrophiler Aktivierung durch Haloniumquellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass synthetisch leicht zugängige O-allylische N-Tosyl-hydroxylamine besonders durch Bromierungsmittel aktiviert werden können. Die Umsetzung dieser Substratklasse mit N-Bromacetamid (NBA) in Dichlormethan bei rt führte durch endo-selektive Bromcyclisierung zu diastereomerenreinen Isoxazolidinen in hohen Ausbeuten. Studien zum Mechanismus dieser Reaktion zeigten, dass es zunächst zur Bildung einer N-bromierten Spezies kommt und diese dazu in der Lage ist, ein Bromoniumion auf eine allylische C-C-Doppelbindung zu übertragen. Ein nachfolgender Rückseitenangriff des internen Nucleophils führt letztendlich zum finalen Produkt. Der Einfluss der Geometrie des Alkens und der eines bereits bestehenden Stereozentrums wurden ebenfalls untersucht. Anhand von Folgetransformationen konnte gezeigt werden, dass sich die erhaltenen Produkte problemlos in weitere synthetisch interessante Bausteine wie Bromaminoalkohole, Diaminoalkohle und Aziridine überführen lassen. Eine Enantiomerenanreichererung konnte auf der Basis von chiralen Bromoniumquellen und Katalysatoren nicht realisiert werden, die beobachtete N-Bromierung scheint in diesem Zusammenhang stets kinetisch bevorzugt zu sein. Eine direkte Bromcyclisierung von ungeschützten O-allylischen Hydroxylaminen war aufgrund von Zersetzungreaktionen nicht möglich, weshalb über ein alternatives Schutzgruppenkonzept nachgedacht wurde. Die Aktivierung von O-allylischen Ketoximen mit Bis(sym-Collidin)Brom(I)hexafluorphosphat ermöglichte die Synthese von ungeschützten Isoxazolidinen nach wässriger Aufarbeitung der intermediär gebildeten Isoxazolidiniumsalze. Für trans-Alkene verlief diese Reaktion ebenfalls endo- und diastereoselektiv, exemplarisch konnte bei Einsatz von cis-Alkenylhydroxylaminen ein Selektivitätswechsel zu Oxazetidinen aufgezeigt werden. Diese Transformation war auf Bis(sym- Collidin)Brom(I)hexafluorphosphat als Reagenz festgelegt, dies beschränkte den Spielraum bezüglich einer asymmetrischen Variante. Darauf folgend wurde der Einsatz verschiedener von Terpenoiden abgeleiteter Auxiliare geprüft. Es zeigte sich, dass nur Auxiliare toleriert werden, die sich von Ketonen ohne α-Protonen ableiten. Hierbei wurden Enantiomerenüberschüsse bis zu 19% ee erzielt. Bei analoger Umsetzung von O-allylischen Benzaldoximen ergab sich überraschenderweise die Bildung von Dihydro-4H-1,3-oxazinen in hohen Ausbeuten. Es wurde angenommen, dass diese neuartige Transformation zunächst zu den zuvor erwähnten Isooxazolidiniumsalzen führt, welche dann nach Abstraktion des Iminylprotons unter Ringöffnung zu Nitriliumalkoxiden weiter reagieren. Die Recyclisierung dieser Intermediate führt zu den beobachteten Oxazinen. Eine Variation der Substrate ergab, dass das Substitutionsmuster am Iminylsystem geringen Einfluss auf das Reaktionsergebnis hat und eine große Bandbreite verschiedener funktioneller Gruppen toleriert wird. In Analogie zu den zuvor diskutierten Ergebnissen führten auch an dieser Stelle trans- alkenylsubstituierte Derivate diastereo- und endo-selektiv zu den entsprechenden Oxazinen. An einem Beispiel konnte gezeigt werden, dass alkylsubstituierte cis-Alkenylhydroxylamine zu Isoxazolinen reagieren. Werden anstelle von Benzaldoximderivaten O-allylische Alkylaldoximderivate verwendet, ist ein größerer Überschuss an Bromierungsmittel vonnöten um die Reaktion zur Vollständigkeit zu bringen. Als Ursache hierfür wurde eine intermediär ablaufende α-Bromierung auf der Stufe der Isooxazolidiniumsalze vermutet, nach Ringerweiterung wurden stabile α-bromierte (α Position des Iminoethers) Dihydro-4H-1,3-oxazine erhalten. Synthese von Mangan(VII)-Imidokomplexen: Im Zuge dieser Arbeit wurden verschiede tertiäre Carbinamine als potentielle Liganden zur Synthese von neuartigen Tris(imido)mangan(VII)-Komplexen dargestellt. Die Verwendung von 1-Adamantylamin als Ligandensystem ermöglichte den effektiven Zugang zu neuartigen Tris(adamantylimido)mangan(VII)-Komplexen, deren Eigenschaften näher untersucht wurden. Dabei ergab sich im direkten Vergeich zu literaturbekannten Tris(tert-butylimido)mangan(VII)-Komplexen anhand von Untersuchungen mittels dynamischer Differenzkalorimetrie und zeitabhängiger UV/Vis-Spektroskopie eine deutlich erhöhte thermische Belastbarkeit im Festkörper und in Lösung. Es wurde angenommen, dass die erhöhte Stabilität auf die Position der Aminogruppe am Brückenkopf zurückzuführen ist. Die vergleichsweise hohe Stabilität sollte im Weiteren eine Aktivierung von Alkenen bei höheren Temperaturen ermöglichen. Versuche zur Anwendung dieser Komplexe als (elektrophile) Halogenierungsmittel zeigten, dass diese unter den gewählten Bedingungen keine Aktivität gegenüber Olefinen besitzen. Die (definierte) Abstraktion des Chloroliganden konnte als Folgetransformation nur durch Behandlung von (AdN)3MnCl mit TMSBr erreicht werden. Im Rahmen der Arbeit zur Synthese von chiralen Mangan(VII)-Komplexen wurden ausgehend von Terpenoiden mögliche Zielstrukturen identifiziert und dargestellt. Es mussten in den teils literaturbekannten Teilsequenzen erhebliche Modifikationen vorgenommen werden um die enatiomerenreinen, tertiären Carbinamine in ausreichend großen Mengen darzustellen. Deren versuchte Umsetzung zu Tris(imido)mangan(VII)-Komplexen zeigte jedoch, dass neben dem Motiv eines primären Amins an einem tertiären Kohlenstoffzentrum vermutlich auch die Größe und die Symmetrie des gewählten Ligandensystems einen starken Einfluss auf die Bildung bzw. die Stabilität dieser Klasse von Komplexen haben.

Stereoselective Halofunctionalization of O-Allylic Hydroxylaminederivatives: In the course of this work the electrophilic activation of different O-allylic hydroxylamine derivatives was investigated. It was shown that the intramolecular bromoamination of easily available O-allylic N-tosyl- hydroxylamines results in the formation of isoxazolidines via selective 5 -endo-tet cyclization. This process occurs trans-selectively in high yield and diastereoselectivity. Considering the mechanism of the reaction it was demonstrated that first a N-brominated species is formed which is capable of transferring the bromonium ion to an allylic double bond. The obtained bromo- isoxazolidines provide access to other useful building blocks such as bromoaminoalcohols, diaminoalcohols, and aziridines. Attempts for the preparation of enantiomerically enriched isoxazolidines on the basis of chiral bromonium sources or catalysts proved to be unsuccessful due to the kinetically favored N-bromination. Since direct bromocyclization of non- protected O-allylic hydroxylamines led to decomposition, the protecting group strategy was reconsidered. The activation of O-allylic ketoximes with bis(sym- collidine)bromine(I)hexafluorophosphate enabled the synthesis of non-protected isoxazolidines after hydrolysis of the intermediate isoxazolidinium salts. For trans-alkenes the reaction turned out to be endo- and diastereoselective, while it could be exemplified that utilization of cis-alkenyl derivatives led to a change in selectivity giving oxazetidines. This transformation was limited to the usage of bis(sym-collidine)bromine(I)hexafluorophosphate, therefore little scope for an enantioselective version was expected. The application of different auxiliaries, derived from terpenoids was evaluated and an enantiomeric excess of 19% ee was reached. On analogues treatment of O-allylic benzaldoximes the formation of dihydro-4H-1,3-oxazines was observed in high yields. It was assumed that the first step of this novel transformation is the formation of an isoxazolidinium salt, which upon abstraction of the iminylproton undergoes ring-opening to form a nitriliumalkoxide. Recyclization of this intermediate provides the observed oxazine. The variation of the iminyl substituent showed little influence on the reaction outcome and a large tolerance towards a variety of functional groups was observed. When O-allylic alkylaldoximes were employed a higher load of brominating agent was needed for completion of the reaction. This may be caused by an intermediate α-bromination on the stage of the isoxazolidinium salt, which may be in equilibrium with the corresponding enamine. After ring- expansion α-brominated (α position of the iminoether) dihydro-4H-1,3-oxazines are formed. Synthesis of Manganese(VII)-Imidocomplexes: In the course of this study differently substituted tertiary carbinamines were synthesized as potential ligands for the preparation of new tris(imido)manganese(VII) complexes. At first, ligands containing an ether functionality were shown to be tolerated as the corresponding complexes could be detected by high resolution mass spectrometry. An isolation and further characterization of these compounds has been proven to be difficult due to their lability and the high boiling points of the tertiary carbinamines. The utilization of 1-adamantylamine as a ligand system enabled effective access to tris(adamantylimido)manganese(VII) complexes, whose properties were further investigated and compared to the literature known tris(tert- butylimido)manganese(VII) complexes. Furthermore, these complexes were demonstrated to be thermally stable in solid state and in solution as jugded from differential scanning calorimetry and time dependent UV/Vis spectroscopy. It was assumed that the increased complex stability is a consequence of the amino functionality being attached to the brigdehead atom. Since an activation of alkenes by these complexes was anticipated at higher temperatures, several attempts were made towards the utilization as potential electrophilic halogenating agents. For the screened reaction conditions no reactivity towards olefins could be observed. The (well-defined) abstraction of the chloroligand was only observed on treatment of (AdN)3MnCl with TMSBr to give (AdN)3MnBr in high yield. In the context of the synthesis of chiral manganese(VII) complexes possible target structures were identified and prepared starting from terpenoids. Since large amounts of these tertiary carbinamines were needed, drastic modifications had to be made on some literature known sequences. Attempts for the preparation of tris(imido)manganese(VII) complexes on this basis showed that besides the motif of a primary amine beeing attached to a tertiary carbon center also the symmetry of the ligand system seemed to play an important role.