Mark Niebergall

• Chelatisierte Trialkylvanadate können gezielt zur Aktivierung von Alkylhydroperoxiden wie tert-Butylhydroperoxid (TBHP) genutzt werden, um funktionalisierte Tetrahydrofurane und -pyrane teils stereoselektiv aus offenkettigen ungesättigten Alkoholen in einer Reaktionssequenz aufzubauen. In einem ersten Teilprojekt zur Evaluierung eines Chiralitätstransfers in Vanadium(V)-katalysierten Oxidationen in Gegenwart von TBHP wurden insgesamt drei offenkettige \( C_2 \)-chirale Aminodiole hergestellt, welche nach Umsetzung mit Triethylvanadat aufgrund ihres O,N,O-Donormotivs als tridentate Auxiliare in chiralen Orthovanadaten dienen können. Als Reportersubstrate zur Prüfung der Effizienz der Stereokontrolle wurden Prenyl-Typ-abgeleitete Alkenole dargestellt. Die Ermittlung der Enantiomerenverhältnisse in den Oxidationsprodukten erfolgte 31P-NMR-spektroskopisch mit Hilfe eines in unserer Arbeitsgruppe entwickelten Phosphor-Derivatisierungsreagenzes, welches aus (R,R)-Weinsäure, (1R,2S,5R)-Menthol und Phosphortrichlorid erhältlich ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten mit Hilfe der Orthovanadate auf Basis \( C_2 \)-chiraler Aminodiol-Liganden erste Erkenntnisse zur Möglichkeit eines Chiralitätstransfers in Vanadium(V)-katalysierten Oxidationen zum stereoselektiven Aufbau cyclischer Ether gewonnen werden. Zur Lösung des Problems einer enantioselektiven Tetrahydrofuran- bzw. Tetrahydropyran-Synthese ausgehend von ungesättigten Alkoholen wurde hierbei sowohl die Epoxidierung von insgesamt drei Prenyl-Typ-Alkenolen als auch die Oxidation eines prochiralen 4-Pentenols des Prenyl-Typs untersucht. Während in den entsprechenden Epoxyalkoholen – unter Berücksichtigung des absoluten Fehlers der Derivatisierungsmethode zur Bestimmung der Enantiomerenreinheit (± 1 %) – keine Enantiomerenüberschüsse zu verzeichnen waren, konnten in den beiden β-funktionalisierten cyclischen Ethern ausgehend von 5-Methylhex-4-en-1-ol geringe Enantiomerenüberschüsse von 6 % nachgewiesen werden. Dieser Wert liegt in der Größenordnung des Enantiomerenüberschusses von 4 %, welcher bereits in früheren Studien bei der Umsetzung von 5-Methylhex-4-en-1-ol unter analogen Bedingungen mit einem chiralen Orthovanadat auf Basis eines \( C_1 \)-symmetrischen Piperidin-Liganden erzielt wurde. Die Durchführung der zweiten Projektstudie, bei der neben sterischen auch erstmals polare Susbtituenteneffekte in Vanadium(V)-katalysierten oxidativen Cyclisierungsreaktionen von tertiären Prenyl-Typ-Alkenolen in Gegenwart von TBHP untersucht wurden, konnte durch die Synthese von zwei neuen 4-Pentenolen mit einer elektronenziehenden Carbonsäureester-Funktionalität realisiert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte mit Hilfe dieser beiden neuen Substrate erste Erkenntnisse zum Beitrag polarer Substituenteneffekte, d. h. dem Zusammenspiel sterischer und elektronischer Faktoren, in Vanadium(V)-katalysierten Oxidationen tertiärer 4-Pentenole des Prenyl-Typs gewonnen werden. So lieferte die Umsetzung eines ungesättigten Alkohols, bei dem die Methylgruppe mit der Carbonsäureester-Funktionalität kombiniert wurde, ein Produktgemisch aus cis- und trans-konfigurierten Tetrahydrofuranen und -pyranen, während die Kombination aus Vinylgruppe und Carbonsäureester-Funktion stereoselektiv zu den cis-konfigurierten cyclischen Ethern führte, was unter alleiniger Berücksichtigung sterischer Faktoren auf Basis der jeweiligen A-Werte der Substituenten nicht erklärt werden kann. Die Ergebnisse untermauern den bereits in früheren Studien beobachteten, positiven kooperativen Effekt zur Erhöhung der cis-Selektivität und sind zudem ein starker Hinweis, dass es bei Vinyl-Substituenten neben dem sterischen zusätzlich einen polaren Substituenteneffekt geben dürfte, welcher bereits bei der Oxidation von Linalool vermutet wurde. Auf Grundlage dieser neu gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich Regio- und Stereoselektiväten bei der Darstellung von 2,2,5-substituierten β-hydroxylierten Tetrahydrofuranen aus tertiären 4-Pentenolen war es im zweiten Teil dieser Studie möglich, natürlich vorkommende β-Carbolin-Alkaloide herzustellen, wobei die darin enthaltene Tetrahydrofuran-Teilstruktur mittels Vanadium(V)-Oxidationskatalyse aufgebaut wird. Mit Hilfe einer Hydroxycyclisierung von Linalool als Schlüsselschritt konnten die beiden Naturstoffe Isocyclocapitellin und Cyclocapitellin in einer vierstufigen Synthese diastereomerenrein dargestellt werden. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden erstmals diastereomerenreine 1,3-Diphenyl-substituierten 5-Hexenole des Prenyl-Typs zur Weiterentwicklung des stereochemischen Modells in Vanadium(V)-katalysierten Oxidationen eingesetzt. Dabei lieferte das like-Diastereomer ein Diastereomerengemisch von Epoxyalkoholen, während die oxidative Cyclisierung des unlike-Stereoisomers unter cis-Selektivität zu einem β-funktionalisierten Tetrahydropyran und einem Diastereomer eines epoxidierten Alkohols in jeweils gleichen Anteilen führte. Die hierbei isolierten und charakterisierten Epoxyalkohole stützen die Annahme, dass auch bei der Vanadium(V)-katalysierten oxidativen Cyclisierung von 5-Hexenolen eine Epoxyzwischenstufe durchlaufen wird. Mit Hilfe dieser neu gewonnenen Erkenntnisse war es möglich, das auf Basis von Struktur-Selektivitätsbeziehungen entwickelte stereochemische Modell für monosubstituierte Substrate bezüglich stereodirigierender Faktoren beim Zusammenspiel zweier Substituenten zu ergänzen. Das weiterentwickelte Modell erlaubt eine qualitative Erklärung der experimentell beobachteten Produktselektivitäten. Die im Rahmen der Oxidation von diastereomerenreinen 1,3-Diphenyl-substituierten 6-Heptenolen isolierten Produkte in Form von Epoxyketonen sowie Epoxyalkoholen erlauben zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch keine Aussagen bezüglich eines stereochemischen Modells, unterstützen jedoch die Annahme, dass auch bei der Vanadium(V)-katalysierten Oxidation von 6-Heptenolen zunächst eine Oxygenierung der Doppelbindung durchlaufen wird. Mit Hilfe dieser Verbindungen war es letztlich möglich, die Grenzen des Modells zur Überführung von offenkettigen ungesättigten Alkoholen in funktionalisierte cyclische Ether mittels Vanadium(V)-Oxidationskatalyse hinsichtlich Reaktivität und Selektivität auszuloten.