Zur Herstellung von chiralen alpha-Aminosäuren mit alpha-quartären Zentren und deren

183 Pages·2011·2.97 MB·German

by  Carolin Lauf

Zur
 Herstellung
 von
 chiralen
 α-­‐Aminosäuren

mit
 α-­‐quartären
 Zentren
 und
 deren
 Verwendung

als
 Synthone
 in
 der
 organischen
 Synthese

Dissertation

zur
 Erlangung
 des
 Doktorgrades

der
 Naturwissenschaften

(Dr.
 rer.
 nat.)

vorgelegt
 von

Diplom-­‐Biologin

Carolin
 Lauf

Universität
 Kassel

Fachbereich
 10
 Mathematik
 und
 Naturwissenschaften

Kassel,
 Juli
 2011

Diese
 Arbeit
 entstand
 im
 Arbeitskreis
 von
 Prof.
 Dr.
 H.
 Frauenrath,
 Abt.
 Organische

Chemie
 des
 FB
 10
 Mathematik
 und
 Naturwissenschaften
 der
 Universität
 Kassel,
 von

August
 2008
 bis
 Juli
 2011.

Herrn
  Prof.
  Dr.
  H.
  Frauenrath
  danke
  ich
  für
  die
  Bereitstellung
  des
  interessanten

Themas
 und
 die
 zahlreichen
 Anregnungen
 und
 Diskussionen,
 die
 zum
 Gelingen
 dieser

Arbeit
 beigetragen
 haben.

Herrn
 D.
 M.
 Maurer
 danke
 ich
 für
 die
 Ausführung
 der
 NMR-­‐Messungen
 und
 die
 Hilfe

bei
 der
 Lösung
 NMR-­‐spektroskopischer
 Probleme.

Dem
 gesamten
 Arbeitskreis
 von
 Herrn
 Prof.
 Dr.
 U.
 Siemeling,
 insbesondere
 Dr.
 C.

Bruhn,
  danke
  ich
  für
  die
  Durchführung
  und
  Auswertung
  der
  Röntgen-­‐
Kristallstrukturanalyse.

Herrn
 Dr.
 S.
 Fürmeier
 danke
 ich
 für
 die
 MS-­‐Untersuchungen,
 und
 Herrn
 Dipl.-­‐Chem.
 T.

Ebert
 für
 die
 Hilfestellung
 für
 die
 Aufnahmen
 der
 IR-­‐Spektren.

Mein
 Dank
 gilt
 Frau
 Dr.
 S.
 Flock
 für
 die
 Hilfe
 bei
 der
 Erstellung
 dieser
 Arbeit.

Weiterhin
 danke
 ich
 allen
 Mitarbeiterinnen
 und
 Mitarbeitern
 des
 Arbeitskreises
 Prof.

Dr.
 H.
 Frauenrath,
 insbesondere
 Herrn
 Dipl.-­‐Chem.
 T.
 Newrkla,
 Frau
 Frevert
 und
 Frau

Diwisch,
 für
 die
 gute
 Zusammenarbeit.

Herrn
 Nauroozi
 danke
 ich
 für
 die
 Unterstützung
 beim
 Verfassen
 der
 Dissertation
 und

bei
  der
  Vorbereitung
  des
  Vortrags
  zur
  Dispuation.
  Ebenfalls
  möchte
  ich
  Herrn

Winzenbrug
 danken,
 der
 mir
 bei
 der
 Vorbereitung
 der
 Disputation
 eine
 große
 Hilfe

war.

Meinen
 Eltern

1. Gutachter:
 Herr
 Prof.
 Dr.
 H.
 Frauenrath

2. Gutachter:
 Herr
 Prof.
 Dr.
 H.
 Follmann

Tag
 der
 Dispuation:

  30.08.2011

Auszüge
 dieser
 Arbeit
 wurden
 veröffentlicht
 in:

C.
 Lauf,
 C.
 Bruhn
 und
 H.
 Frauenrath,
 Z.
 Kristallogr.,
 NCS
 225
 (2010)
 2861

C.
 Lauf,
 C.
 Bruhn
 und
 H.
 Frauenrath,
 Z.
 Kristallogr.,
 NCS
 225
 (2010)
 2860

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1.

  EINLEITUNG
  1

1.1

  BEDEUTUNG
 UND
 BESONDERHEIT
 VON
 α-­‐QUARTÄREN
 AMINOSÄUREN
  1

1.2

  VORKOMMEN
 VON
 α-­‐QUARTÄREN
 AMINOSÄUREN
  4

1.3

  SYNTHESE
 VON
 α-­‐QUARTÄREN
 AMINOSÄUREN
 IN
 OPTISCH
 AKTIVER
 FORM
  5

1.4

  NATURSTOFFSYNTHESE
 AUSGEHEND
 VON
 α-­‐QUARTÄREN
 AMINOSÄUREN
  12

1.5

  PROBLEMSTELLUNG
  16

2.
  THEORETISCHER
 TEIL
  22

2.1

  DARSTELLUNG
 VON
 α-­‐METHYL-­‐
 UND
 α-­‐ETHYLSERINALEN
  22

2.1.1
  DARSTELLUNG
 2-­‐SUBSTITUIERTER
 5-­‐METHYLEN-­‐1,3-­‐DIOXANE
  22

2.1.2
  DARSTELLUNG
 2-­‐SUBSTITUIERTER
 5-­‐ETHYLIDEN-­‐1,3-­‐DIOXANE
  22

2.1.3
  DOPPELBINDUNGSISOMERISIERUNG
 DER
 5-­‐METHYLEN-­‐1,3-­‐DIOXANE
 UND
 DER

  5-­‐ETHYLIDEN-­‐1,3-­‐DIOXANE
  25

  A)
 Achirale
 Doppelbindungsisomerisierung
 mit
 Kalium-­‐tert-­‐butanolat

  in
 DMSO
  26

  B)
 Chirale
 Doppelbindungsisomerisierung
 mit
 NiBr –(R,R)-­‐DIOP
  27

2
2.1.4
  AZIRIDINIERUNGSREAKTIONEN
 VON
 ALKENEN
  30

  A)
 Allgemeiner
 Ablauf
 der
 Übergangsmetall-­‐katalysierten
 Aziridinierung

  von
 Alkenen
 mit
 hypervalenten
 Iodverbindungen
  30

  B)
 Aziridinierung
 von
 enantiomerenreinem
 5-­‐Methyl-­‐2-­‐tert-­‐butyl-­‐4H-­‐1,3-­‐

  dioxin
 mit
 [N-­‐(p-­‐Toluolsulfonyl)imino]phenyliodinan
  34

  C)
 Generelle
 Aspekte
 des
 Einflusses
 von
 Substituenten
 der
 hypervalenten

  Iodverbindung
 auf
 die
 Reaktivität
 in
 Aziridinierungen
  35

  D)
 Darstellung
 der
 hypervalenten
 Iodverbindungen
  38

  E)
 Einfluss
 des
 Substituenten
 der
 hypervalenten
 Iodverbindung
 auf
 die

  Aziridinierung
 von
 5-­‐Methyl-­‐4H-­‐1,3-­‐dioxinen
  45

  I
Inhaltsverzeichnis

  F)
 Einfluss
 des
 Substituenten
 der
 hypervalenten
 Iodverbindung
 auf
 die

  Aziridinierung
 von
 5-­‐Ethyl-­‐4H-­‐1,3-­‐dioxinen
  51

2.2

  DARSTELLUNG
 DER
 α-­‐METHYL-­‐
 UND
 α-­‐ETHYLSERINDERIVATE
  53

2.2.1
  OXIDATION
 DER
 CARBALDEHYDE
 ZUR
 CARBONSÄURE
  53

  A)
 Darstellung
 der
 4-­‐Methyl-­‐1,3-­‐oxazolidin-­‐4-­‐carbonsäuren
  53

  B)
 Darstellung
 der
 enantiomerenreinen
 4-­‐Methyl-­‐2-­‐tert-­‐butyl-­‐1,3-­‐

  oxazolidin-­‐4-­‐carbonsäure
  54

  C)
 Darstellung
 der
 N-­‐(4-­‐Methoxyphenylsulfonyl)-­‐4-­‐methyl-­‐1,3-­‐

  oxazolidin-­‐4-­‐carbonsäuren
  56

  D)
 Darstellung
 der
 N-­‐(4-­‐Methoxyphenylsulfonyl)-­‐4-­‐ethyl-­‐1,3-­‐

  oxazolidin-­‐4-­‐carbonsäuren
  56

2.2.2
  ALLGEMEINE
 BESCHREIBUNG
 DER
 SAUER
 KATALYSIERTE
 N,O-­‐ACETALSPALTUNG
  58

  A)
 Darstellung
 der
 α-­‐Methylserine
  58

  B)
 Darstellung
 des
 enantiomerenreinen
 α-­‐Methylserins
  60

  C)

 Darstellung
 des

 2-­‐(4-­‐Methoxyphenylsulfonyl)-­‐α-­‐methylserin
  60

  D)
 Darstellung
 des
 2-­‐(4-­‐Methoxyphenylsulfonyl)-­‐α-­‐ethylserin
  61

2.2.3
  ALLGEMEINER
 ABLAUF
 DER
 MITSUNOBU-­‐REAKTION
  62

  A)
 Ringschluss
 zum
 α-­‐Methyl-­‐β-­‐lacton
 mittels
 Mitsunobu-­‐Reaktion
  62

  B)
 Ringschluss
 zum
 N-­‐Tosyl-­‐2-­‐methylaziridin-­‐2-­‐carboxylethylester
 unter

  Mitsunobu-­‐Bedingungen
  64

2.3

  DARSTELLUNG
 VON
 N-­‐TOSYL-­‐S-­‐ACETYL-­‐α-­‐METHYLCYSTEIN
  68

2.3.1
  THIOLSPALTUNG
 DES
 β-­‐LACTONRINGS
  68

3.
  ZUSAMMENFASSUNG
  70

4
  EXPERIMENTELLER
 TEIL
  76

4.1

  GERÄTEPARAMETER
 UND
 HILFSMITTEL
  76

4.2

  ALLGEMEINE
 ARBEITSVORSCHRIFT
 ZUR
 ACETALISIERUNG
 VON
 ALDEHYDEN
  78

4.2.1
  DARSTELLUNG
 VON
 5-­‐METHYLEN-­‐1,3-­‐DIOXANEN
  78

4.2.2
  DARSTELLUNG
 VON
 5-­‐ETHYLIDEN-­‐1,3-­‐DIOXANEN
  79

  II