Asymmetrische Allylierung von Carbonylverbindungen:

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Beschreibung

Die Allylierung von Carbonylverbindungen führt zu Homoallylalkoholen, die wichtige Intermediate in Totalsynthesen von komplexen Molekülen sind. Während zahlreiche katalytische Verfahren für die stereoselektive Umsetzung von Aldehyden existieren, sind diese nur einge-schränkt für Ketone anwendbar. In der Arbeitsgruppe Tietze wurde eine Auxiliarmethode entwickelt, mit der aliphatische Ketone mit Allyltrimethylsilan in der Gegenwart eines chiralen, vom Naturstoff Norpseudoephedrin abgeleiteten Silylethers in hohen Diastereoselektivitäten zu tertiären Homoallylethern umgesetzt werden können. Dabei wird der chirale Rest des Silylethers auf das Produkt übertragen, kann für anschließende Transformationen als Schutzgruppe fungieren und letzlich abgespalten werden, um den freien Alkohol zu erhalten.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Mechanismus dieser Dominoreaktion sowie der Ursprung der beobachteten Stereoselektivität aufgeklärt. Verschiedene Studien legten die Vermutung nahe, dass die Reaktion über ein intermediäres Oxocarbeniumion verläuft. Zur Aufklärung des Ursprungs der Stereoselektivitäten mit verschiedenen Substratkombinationen (Aldehyde oder Ketone, unsubstituierte oder γ-substituierte Allylsilane, achirale oder chirale Silylether) wurden die entsprechenden Experimente durchgeführt sowie der Angriff des Si-lans an das Oxocarbeniumion theoretisch untersucht. Dazu wurden systematisch alle möglichen Übergangszustände definiert und ihre Energien mit Methoden der Dichtefunktionaltheorie (DFT) berechnet. In allen untersuchten Fällen stimmt die aus den Übergangszustandsenergien ermittelten Selektivitäten mit den experimentell gefundenen Werten nahezu überein, womit der angenommene Mechanismus validiert wird.
Im Rahmen der theoretischen Untersuchungen konnten weitergehende Erkenntnisse gewon-nen werden, die sich auf allgemeine organischchemische Reaktionen anwenden lassen: Zum einen konnte gezeigt werden, dass DFT-Methoden zur Bestimmung von Selektivitäten auch dann geeignet sind, wenn die Reaktion über eine Vielzahl von Reaktionskanälen abläuft, wobei allerdings die Einbeziehung des Lösungsmitteleffekts schon bei der Geometrieoptimierung nötig ist. Zum zweiten wurde mit DFT//AM1 ein Verfahren gefunden, mit dem sich die Relevanz von Übergangszuständen auf schnelle Weise abschätzen lässt. So war es z.B. möglich, von 288 möglichen Übergangszuständen mehr als 200 von vornherein als irrelevant auszuschließen und so eine enorme Menge Rechenzeit einzusparen.
In der vorliegenden Arbeit wurden zudem neue Auxiliare entwickelt, die dem ursprünglich eingesetzten Auxiliar insbesondere in der Schutzgruppenqualität und in der benötigten Menge Edukt überlegen sind. Dazu wurden in einem Trial-and-Error-Verfahren grundlegende Substituenteneffekte identifiziert und die Silylether wurden anschließend gezielt für die Allylierung von Butanon weiteroptimiert. Die relevanten Übergangszustände für drei ausgewählte neue Auxiliare konnten mit der etablierten theoretischen Methode gefunden werden, wobei auch hier die vorhergesagten und experimentellen Werte nahezu übereinstimmen.