Universität zu Köln

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden bedeutende Fortschritte bei der organokatalytischen asymmetrischen Transferhydrierung von Alkenen erzielt. Inspiriert von Enzymen haben Chemiker katalytische Strategien entwickelt, bei denen kleine organische chirale Moleküle als Katalysatoren und biomimetische Wasserstoffdonatoren als Reduktionsmittel eingesetzt werden, um eine hohe Enantioselektivität zu erreichen. Über klassische sterische und elektronische Effekte hinaus ist heute allgemein anerkannt, dass nichtkovalente Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen, Ionenpaarbildung und London-Dispersion eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Reaktivität und Selektivität spielen. Dieses Verständnis hat neue Wege für das rationale Katalysatordesign in asymmetrischen Transferhydrierungsreaktionen eröffnet. Der erste Teil dieser Dissertation befasst sich mit dem ersten Bericht über asymmetrische Gegenanion-vermittelte Katalyse (asymmetric counteranion-directed catalysis, ACDC), in dem die Transferhydrierung von α,β-ungesättigten Aldehyden beschrieben wird. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Rolle nichtkovalenter Wechselwirkungen, insbesondere der London-Dispersion, bei der Steuerung der Stereokontrolle gelegt. Computergestützte Studien zeigten, dass eine Isopropylgruppe im Reduktionsmittel an wichtigen Dispersionswechselwirkungen beteiligt ist und erheblich zur Enantioselektivität beiträgt. Auf dieser Erkenntnis aufbauend wurde ein Katalysator der zweiten Generation entwickelt, der analoge Dispersionsenergiedonatoren in das Katalysatorgerüst integriert. Dieses modifizierte System überwand die Einschränkungen des Originals, und eine mechanistische Analyse bestätigte, dass die verbesserte Enantioselektivität direkt auf die beabsichtigten Dispersionswechselwirkungen zurückzuführen war. Der zweite Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung einer enantioselektiven Reduktion von α-Alkylstyrolen. Während aktivierte Alkene wie Enale, Enone, Nitroolefine und α-(2-Hydroxyphenyl)styrole mit etablierten organokatalytischen Methoden enantioselektiv reduziert werden können, sind analoge asymmetrische Umwandlungen von weniger funktionalisierten Substraten noch unterentwickelt. Hier wurde eine Brønsted-Säure-katalysierte, chemo- und enantioselektive ionische Hydrierung von α-Alkylstyrolen unter Verwendung von Silanen in Kombination mit Benzoesäure etabliert. Mechanistische Untersuchungen stützen einen Reaktionsweg über ein stabilisiertes Carbokation-Intermediat und eine vorübergehende silylierte Katalysatorspezies, wobei der Katalysatorumsatz von der Anwesenheit eines protischen Additivs abhängt. Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen heben wichtige nichtkovalente Wechselwirkungen hervor, darunter Kation-π-Wechselwirkungen, die die Enantioselektivität bestimmen.

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