FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-28983
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2006/2898/


Die Claisen-Umlagerung von Kohlenhydratderivaten als Methode zum Aufbau hoch funktionalisierter Carbocyclen und Saccharidanaloga

The Claisen rearrangement of carbohydrate derivatives as a method for the construction of highly functionalised carbocycles and saccharide analogues

Jürs, Stefan

Originalveröffentlichung: (2006) S. Jürs, J. Thiem, Tetrahedron Asymm. 2005, 16, 1631 – 1638; S. Jürs, J. Thiem, J. Carbohydr. Chem. 2005, 24, 843 – 847.
pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (733 KB) 


SWD-Schlagwörter: Claisen-Umlagerung , Kohlenhydrate , Carbocyclen , Zuckeranaloga , Enolether
Freie Schlagwörter (Deutsch): Cyclooctenon , Cycloheptenon , Ketenacetal , C-Disaccharid
Freie Schlagwörter (Englisch): cyclooctenone , cycloheptenone , ketene acetal , C-disaccharide
Basisklassifikation: 35.77 , 35.52
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Thiem, Joachim (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.04.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 10.05.2006
Kurzfassung auf Deutsch: Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, die Claisen-Umlagerung im Sinne einer Ringerweiterung auf geeignet funktionalisierte Mono- und Disacchariderivate anzuwenden, um auf diese Weise einen synthetischen Zugang zu hoch oxygenierten Sieben- und Achtringsystemen, glycosylierten Achtringsystemen sowie C-C-verknüpften Saccharid-Dimeren zu schaffen.

In einer optimierten achtstufigen Synthesesequenz wurde aus D-Mannose ein neues enantiomerenreines 5-Cyclooctenon 113 (D-arabino-Konfiguration) dargestellt, dessen ungewöhnliche Twist-Boat-Chair Konformation durch Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt wurde. Das entsprechende von D-Galactose abgeleitete 5-Cyclooctenon 97 (L-lyxo-Konfiguration) konnte durch eine Epimerisierung aus dem erstmals von Werschkun et al. synthetisierten L-xylo-Derivat 94 erhalten und in seiner Konformation NMR-spektroskopisch aufgeklärt werden. Die Wirksamkeit des für den Schlüsselschritt der Ringerweiterung bereits von anderen erfolgreich eingesetzten Katalysators Triisobutylaluminium (TIBAL) konnte zwar auch in dieser Arbeit verifiziert werden, es stellte sich jedoch heraus, dass die Aktivität in besonderem Maße von strukturellen Parametern des Substrats abhängt.

Ausgehend von der enantiomerenreinen 5-Cyclooctenon-Zielstruktur 94 wurden eine Reihe von Funktionalisierungen und Ringanellierungen durchgeführt, um die Einsetzbarkeit derartiger “building blocks“ in stereoselektiven Synthesevorhaben zu überprüfen. Dabei wurden in den Reduktionen, Epoxidierungen und Lactonisierungen sowie in der Dihydroxylierung und Cyclopropanierung hoch stereoselektive oder sogar stereo- und regiospezifische Reaktionsverläufe beobachtet. Die bei der Baeyer-Villiger-Oxidation beobachtete stark verminderte Reaktivität des acetylierten Substrats 119 relativ zum benzylierten Substrat 94 untermauert den nucleophilen Charakter des Migrationsschrittes. In den Versuchen zur weiteren Funktionalisierung des Kohlenstoffgerüstes gelang zwar die Darstellung des kinetischen Enolats 132, allerdings war in allen Fällen eine gleichzeitige Eliminierung von Benzylalkohol zu verzeichnen.

Glycosylierte Achtringsysteme repräsentieren potentielle Disaccharid- beziehungsweise Cyclitolmimetika und wurden im Rahmen dieser Arbeit auf drei verschiedenen Wegen synthetisiert. Nach einer Variante wurde das Cyclooctenon 94 nach Reduktion der Ketogruppe zum sekundären Alkohol 95 direkt glycosyliert. In einer zweiten Strategie erfolgte der Glycosylierungsschritt bereits während der Precursorsynthese, so dass für die Claisen-Umlagerung ein Disaccharidsystem mit Allylvinylether-Substruktur eingesetzt wurde. Beide Glycosylierungsschritte verliefen mit ausgesprochen hoher Stereoselektivität und guten bis akzeptablen Ausbeuten. Im Rahmen einer dritten Strategie wurde der Glycosylierungsschritt vermieden und bereits zu Beginn der Synthese von einem Disaccharid ausgegangen. Der Schlüsselschritt der thermischen Claisen-Umlagerung wurde vorteilhaft durch Mikrowellenbestrahlung initiiert, wobei Zersetzungsprozesse durch Verwendung sauerstofffreier Lösungsmittel mit hoher Wärmekapazität weitgehend vermieden werden konnten. Alle synthetisierten Glycoside 139, 149 und 164 wurden eingehend NMR-spektroskopisch untersucht und ihre Konformationen auf der Basis von Kopplungskonstanten und NOE-Wechselwirkungen aufgeklärt.

Die Synthese eines Disaccharids mit einer die interglycosidische Bindung einschliessenden Allylketenacetalsubstruktur und beiden Doppelbindungen in endozyklischen Positionen 181 konnte durch eine Ferrier-Umlagerung gefolgt von einer Glycosyloxyselenierung mit anschliessender Oxidation und Eliminierung bewerkstelligt werden. Die erstmals durchgeführte Claisen-Umlagerung eines derartigen Disaccharids lieferte ein Diastereomerengemisch C-C-verknüpfter Saccharid-Dimerer mit 2-Desoxyglycono-1,5-lactonstruktur 182a/b.

Zur Darstellung eines Cycloheptenons wurde ausgehend von D-Arabinose auf der Basis einer Furanose ein Allylvinylethersystem 193 aufgebaut. Nach der Umlagerung des Anomerengemisches zum 4-Cycloheptenon 194 stellte sich heraus, dass ein Anomer die Claisen-Umlagerung erheblich schneller durchläuft als das andere. Die Struktur des enantiomerenreinen Zielprodukts 194 wurde anhand von Kopplungskonstanten und NOE-Experimenten aufgeklärt und entspricht einer Sesselkonformation des Siebenringes mit pseudoäquatorialen Stellungen der Substituenten.

Ferner konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass O-Atome von Benzylether-Substituenten in komplex funktionalisierten und konformativ flexiblen Achtringgerüsten intramolekular als Nucleophile reagieren können, sofern sich eine gute Austrittsgruppe in räumlicher Nähe befindet und sich ein thermodynamisch stabiles Ringsystem ausbilden kann. Der intramolekulare Ringschluss erfolgt dabei mit begleitender heterolytischer Spaltung der O-CH2Ph-Bindung des Benzylethers unter Eliminierung des mesomeriestabilisierten Kations (C7H7)+.
Kurzfassung auf Englisch: The objective of this work consisted in the application of the Claisen rearrangement in the sense of a ring enlargement on suitably protected monosaccharide and disaccharide derivatives in order to synthesise highly oxygenated seven and eight-membered carbocycles as well as glycosylated eight-membered ring components.

In an optimised eight-step synthetic sequence D-mannose was transformed into a novel enantiopure 5-cyclooctenone 113 (D-arabino configuration) the unusual twist boat-chair conformation of which was elucidated by x-ray crystallography. The corresponding 5-cyclooctenone 97 (L-lyxo configuration) derived from D-galactose was accessible by base-catalysed epimerisation of the L-xylo derivative 94 originally synthesised by Werschkun et al. The conformation was determined by NOE spectroscopy. The efficacy of the known catalyst triisobutylaluminium (TIBAL) for the key step of the ring enlargement could also be verified in this work, however, the activity appears to depend strongly on structural parameters of the substrate.

Several functionalisations and ring anellations starting from the cyclooctenone 94 were performed to examine the applicability of such “building blocks” in synthetic undertakings with emphasis on stereoselectivity. These modifications included reduction, epoxidation, lactone formation, dihydroxylation and cyclopropanation and proved to be highly stereoselective or even stereo- and regiospecific. The strongly reduced reactivity of the acetylated substrate 119 versus the benzylated substrate 94 in the Baeyer-Villiger oxidation corroborates the nucleophilic character of the migration step. The synthesis of the kinetic enolate 132 was successful; however, a concomitant elimination of benzyl alcohol could not be suppressed under any reaction conditions.

Glycosylated eight-membered rings represent potential mimetics for disaccharides and cyclitols and were synthesised via three different approaches. One strategy involved reduction of the cyclooctenone 94 and subsequent glycosylation of the corresponding alcohol 95. In a second approach the glycosylation step was performed already during the precursor synthesis to give a disaccharide derivative with allyl vinyl ether substructure which was subjected to the Claisen rearrangement. In the third alternative, a disaccharide was employed as starting material and thus the glycosylation step avoided. The thermic Claisen rearrangement was advantageously initiated by microwave irradiation. In combination with the use of non-oxygenated solvents with high heat capacity, decomposition processes could be largely suppressed. All synthesised glycosides 139, 149 and 164 were thoroughly analyzed by nmr spectroscopy and their conformations were elucidated on the basis of coupling constants and NOE interactions.

The synthesis of a novel disaccharide 181 with an allyl ketene acetal structure incorporating the interglycosidic bond and both double bonds in endocyclic positions was successfully achieved by subsequent Ferrier rearrangement, glycosyloxyselenation, oxidation and elimination. The first Claisen rearrangement of such a derivative lead to a diastereomeric mixture of C-C-linked saccharide dimers with 2-deoxyglycono-1,5-lactone structure 182a/b.

With the objective of generating a cycloheptenone, D-arabinose was converted into a furanose featuring an allyl vinyl ether system. After the rearrangement of the anomeric mixture it turned out that one anomer undergoes the Claisen rearrangement considerably faster than the other one. The structure of the enantiopure target molecule 194 was elucidated by means of coupling constants and NOE experiments and corresponds to a chair conformation of the seven-membered ring with pseudoequatorial orientations of the substituents.

Furthermore, it could be demonstrated in this work that O-atoms of benzyl ether substituents may act as intramolecular nucleophils in functionalised and conformationally flexible eight-membered carbocycles provided that a good leaving group is present and a thermodynamically stable ring system can be formed. The intramolecular ring closure is accompanied by the heterolytic cleavage of the benzyl ether’s O-CH2Ph bond resulting in the elimination of the mesomery-stabilised kation (C7H7)+.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende