Modulation der Reaktivitäten von Diels-Alder-Reaktionen durch Komplexierung von chelatisierenden Liganden und Modifizierung von Tetrazinderivaten

Hochschulschrift

Zusammenfassung: In dieser Doktorarbeit wurde die Auswirkung der Komplexierung von alpha,beta-ungesättigten chelatisierenden Amiden auf die Diels-Alder-Reaktion mit Cyclopentadien untersucht. Die Analysen der Reaktionsverläufe wurden auf Basis des mit Bispicolylamin modifizierten Fumarsäureethylesterderivat sowohl ohne Metallsalzzugabe, als auch mit äquimolaren Mengen an Cu(OTf)2 durchgeführt. Für den Vergleich der Auswirkungen auf die Reaktivitäten wurden sowohl Variationen der Metallionen, der chelatisierenden Amidfunktionen, als auch der Austausch weiterer Sub-stituenten am Säurederivat betrachtet. Hauptaugenmerk lag dabei auf den Reaktionsgeschwin-digkeiten und der endo/exo-Selektivitäten der Produkte. Durch den Austausch von Cu(OTf)2 gegen CuCl2, CuCl, FeCl3 und Zn(OTf)2 konnte gezeigt werden, dass sowohl die Beschleunigung, als auch die Veränderung der endo/exo-Verteilung dieser Reaktion selektiv für Cu(OTf)2 ist, was durch die die Absenkung der Energieniveaus von HOMO und LUMO der benachbarten Doppelbindung zu erklären ist. Der Austausch des zur Synthese eingesetzten Säure-derivates führte zu weiteren Dienophilen, wobei die Reaktivitätssteigerungen selektiv für Cu(OTf)2 waren. Der Austausch des Amins gegen ein gemischtes tridentates Amin führte zu Derivaten, die am stärksten durch CuCl für die Reaktion mit Cyclopentadien aktiviert wurden. Derivate mit einer tetradentaten Amidfunktion hingegen zeigten die höchste Aktivitätssteigerung gegenüber Zn(OTf)2. Neben den Reaktionsuntersuchungen in benzolischer Lösung konnten die Diels-Alder-Reaktionen durch Verwendung von Linkermolekülen, welche von den Liganden abgeleitet wurden, auch an modifizierten Festphasen durchgeführt werden. Der Vorteil dieser Methode war, dass nach Anbringung des Dienophils, Cycloaddition, Abspaltung und Rückgewinnung des modifizierten Harzes, dieser Zyklus bei dem Bispicolylaminderivat auch mit gleichbleibend hohen Ausbeuten an Cycloaddukten wiederholt werden konnte. Daneben gehörten auch modifizierte Tetrazinderivate für Diels-Alder-Reaktionen mit inversem Elektronenbedarf zum Umfang dieser Doktorarbeit. Basierend auf der literaturbekannten Synthese von 3,6-Bis(methylsulfanyl)-1,2,4,5-tetrazin wurden abgewandelte Derivate synthetisiert. Sowohl durch Variation der Methylsulfanyl-substituenten, als auch den Austausch gegen stickstoffhaltige Gruppen, wie N-Boc-Ethylendiamin und deren Modifizierung, konnten neue Tetrazin-Diene synthetisiert werden. Diese wiesen die Möglichkeit einer selektiven Funktionalisierung auf und zeigten eine hohe Reaktivität gegenüber zyklischen Enaminen. Durch die umfangreichen kinetischen Untersuchung der verschiedenen Metallsalz/Dienophilsysteme konnte eine Reaktivitätsskala experimentell etabliert werden. Darüber hinaus konnte über die Wahl des Liganden und des entsprechenden Salzes neben der Reaktionsgeschwindigkeit auch das endo/exo-Verhältnis entscheidend beeinflusst werden. Zudem wurden durch Synthesen von neuartigen Tetrazin-Dienen für Diels-Alder-Reaktionen mit inversem Elektronenbedarf, neue Modifikationsmöglichkeiten für die Funktionalisierung, mittels Säure- oder Aminofunktionen, geschaffen.
Zusammenfassung: In this thesis, the effect of the complexation of alpha,beta-unsaturated chelating amides for the Diels-Alder reaction with cyclopentadiene was examined. The kinetic studies were carried out on the basis of Diels-Alder reactions with a bispicolyle amine modified fumaric acid ethylester, without metal salt addition and with equimolar amounts of Cu(OTf)2. To compare effects on the reactivities, the variation of metal ions, chelating amides as well as the exchange of further substituents on the acid derivative were performed. The focus was on the reaction speed as well as on the endo/exo-selectivity of the product-mixture. The use of CuCl2, CuCl, FeCl3 und Zn(OTf)2 instead of Cu(OTf)2 led to no acceleration and identical endo/exo-distributions, which makes the acceleration exclusive for Cu(OTf)2. This can be explained by the lowering of either HOMO and LUMO energy levels of the adjacent double bond. Other acid derivatives modified with the bispicolyle amine function were used for the Diels-Alder reaction with cyclopentadiene as well, wherein the accelerations were also selective for Cu(OTf)2. Exchange of the amine with a mixed tridentate amine led to derivatives that were mostly activated by CuCl. Derivatives with the tetradentate amide functions however, showed the highest increase in activity over Zn(OTf)2. In addition to the response studies in benzene solution, the Diels-Alder reactions were carried out on modified solid phases, using linker molecules, which were derived from the above mentioned ligands. One advantage of this method was the possibility to repeat the cycles, consisting of application of the dienophile, cycloaddition, elimination and recovery of the modified resin, with consistently high yields of cycloadducts. In addition, another aspect of this thesis was the modification of tetrazine-derivatives for Diels-Alder reactions with inverse electron demand. Based on established literature synthesis of 3,6-bis(methylsulfanyl)-1,2,4,5-tetrazine, modified tetrazine-derivatives were synthesized by variation of the methylsulfanyl substituent, as well as exchange with nitrogen-containing groups such as N-Boc-ethylendiamine and modified groups. This pointed to the possibility of selective functionalization and showed high reactivities with cyclic enamines. Due to extensive kinetic studies of various metal salt/dienophile systems, a reactivity scale has been established experimentally. In addition to this, the endo/exo-ratio could be significantly influenced by the choice of ligand and corresponding salt. Furthermore, synthesis of novel tetrazine-dienes for Diels-Alder reactions with inverse electron demand led to new functionalization possibilities, using acid- and amino functions.

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Deutsch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2014

Classification and Topics

• Classification: Chemie
• Keyword: Diels-Alder-Reaktion ; Ligand ; Komplexbildungsreaktion ; Modifizierung ; Fester Zustand ; Cycloaddition ; Chelatbildner ; Tetrazine ; Online-Ressource

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2015
• Creator: Sterk, Markus
• Contributor: Bannwarth, Willi

Further information

• URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-98675
• Rights: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:57 AM CEST