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Promotion Prof. Dr. Lützen

 

Dissertation am Fachbereich Chemie der Universität Oldenburg im Arbeitskreis

von Prof. Dr. P. Köll

 

Die Entwicklung chiraler Enolatsynthone und ihr praktischer Nutzen für die diastereoselektive Knüpfung von C-C- und C-X-Bindungen ist in letzter Zeit in den Blickpunkt des Interesses gerückt. Vor kurzem wurden einige Enolatsysteme beschrieben, die sehr gute Diastereoselektivitäten in stereoselektiven Synthesen zeigen. Dabei erwiesen sich insbesondere die von D. A. Evans umfassend in die Organische Chemie eingeführten chiralen N-acylierte Oxazolidin-2-one als besonders effektiv.

Leider sind diese chiralen Auxiliare präparativ meist nicht sehr einfach zugänglich. In Zusammenarbeit mit ungarischen Kollegen fand P. Köll eine sehr elegante Methode zur Darstellung von Glyco-oxazolidin-2-onen durch einfache Umsetzung von Aldosen und Ketosen mit Kaliumcyanat in gepufferten wäßrigen Lösungen. Unter Anwendung dieses Verfahrens und nachfolgender Einführung einer Schutzgruppe konnten wir ausgehend von kostengünstiger D-Xylose zwei neue Reagenzien, 3,5-O-Isopropyliden-1-desoxy-a-D-xylofurano[1,2-d]-1’,3’-oxazolidin-2’-on (1) und 3,5-O-Benzyliden-1-desoxy-a -D-xylofurano[1,2-d]-1’,3’-oxazolidin-2’-on (2), im Multigramm-Maßstab herstellen und ihre Eignung als chirale Auxiliare in der stereoselktiven Synthese testen.

 

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Bereits in orientierenden Arbeiten konnten wir den praktischen Wert von 1 und 2 als chirale Derivatisierungsreagenzien für die Trennung racemischer Carbon- und Sulfonsäuren nachweisen.

Um die Grenzen von 1 und 2 als Auxiliare in stereoselektiven Umsetzungen zu untersuchen, wurden eine Reihe von N-Acyl Derivaten hergestellt, die sich in ihren sterischen und elektronischen Eigenschaften unterscheiden. Die N-Acylierungen wurden dabei entweder durch Anwendung des Standardverfahrens mit n-Butyllithium oder durch eine Methode erreicht, die wir neu entwickeln konnten. Durch Umsetzung der Glyco-oxaolidin-2-one mit Acylchloriden und Triethylamin als Base in Gegenwart katalytischer Mengen p-N,N-Dimethylamino-pyridin (DMAP) ist die N-Acylierung unter Bedingungen möglich, die eine deutliche ökologische und ökonomische Verbesserung im Vergleich zum Standardverfahren darstellen.

Bei der Erprobung der neuen Kohlenhydrat-Auxilare wurden gute bis sehr gute Diastereoselektivitäten bei a -Alkylierungen und a -Acylierungen sowie besonders bei den meisten Aldolreaktionen erhalten. Nur bei den a -Halogenierungen waren die Selektivitäten etwas geringer.

Bei allen Reaktionen wurden die N-Acyl-Substrate zunächst in Enolate überführt. Es konnte anhand der bei den Acylierungen erhaltenen O-acylierten Nebenprodukte gezeigt werden, daß bei der Enolisierung der N-Acyl-Derivate von 1 und 2 hochselektiv jeweils nur ein einziges Enolat gebildet wurde. In Übereinstimmung mit dem allgemein anerkannten "allylic strain"-Konzept von D. A. Evans entstanden aus nicht-aromatischen N-Acyl-Derivaten cis-konfigurierte Enolate. Bei aromatischen N-Acyl-Resten muß man hingegen von der Bildung trans-konfigurierter Enolate ausgehen, die wahrscheinlich durch stabilisierende stereoelektronische Wechselwirkungen des aromatischen Ringsystems und des Sauerstoffatoms des furanoiden Ringes stark bevorzugt werden.

Geht man von Übergangszuständen aus, in denen das Carbamatsauerstoffatom an das Enolatgegenion koordiniert, so daß sich eine bidentale Chelatstruktur des Enolates ergibt, lassen sich die stereochemischen Resultate der Alkylierungs-, Acylierungs- und Halogenierungsreaktionen unter Berücksichtigung der Enolatgeometrie in allen Fällen erklären.

Bei den meisten Aldolreaktionen läßt sich die resultierende Stereochemie mit dem allgemein akzeptierten Zimmerman-Traxler-Modell interpretieren, wenn man in Betracht zieht, daß Lithium und Bor ein unterschiedliches Koordinationsverhalten zeigen. Es soll an dieser Stelle betont werden, daß so von vier möglichen zwei unterschiedliche Stereoisomere zugänglich sind, ohne das Auxiliar wechseln zu müssen. Lediglich bei den Umsetzungen von Lithiumenolaten und Aldehyden mit aromatischen Gruppen müssen, wie auch die Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen zeigen, zusätzlich zu den vom Zimmerman-Traxler-Modell favorisierten sessel-förmigen Übergangszuständen boot- oder twist-boot-förmige zur Deutung herangezogen werden, um die schlechten Selektivitäten zu erklären.

Insgesamt bleibt festzuhalten, daß die kostengünstigen Oxazolidin-2-on-Derivate 1 und 2 die Anforderungen an ein chirales Auxiliar für eine große Bandbreite von Reaktionen erfüllen und daher nicht zuletzt wegen ihrer einfachen und kostengünstigen Herstellung sinnvolle Ergänzungen zu dem bisher vorhandenen chiralen "Werkzeugsatz" des präparativ arbeitenden Chemikers sind.

Publikationen

- P. Köll, * A. Lützen, Tetrahedron: Asymmetry 1995 6 (1), 43-46.

- P. Köll, * A. Lützen, Tetrahedron: Asymmetry 1996 , 7 (3), 637-640.

- A. Lützen, P. Köll, * Tetrahedron: Asymmetry 1997 , 8 (1), 29-32.

- A. Lützen, P. Köll, * Tetrahedron: Asymmetry 1997 , 8 (8), 1193-1206.

- J. Kopf, * A. Lützen, P. Köll, Acta Cryst. 1999 , C55 , 1541-1542.

- M. Stöver, A. Lützen, P. Köll, * Tetrahedron: Asymmetry 2000 , 11 , 371-374.

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