Organocatalytic Approaches to Asymmetric Oxidation: Epoxidation of α-Branched Enals and α-Benzoyloxylation of Carbonyl Compounds

Lifchits, Olga (2012). Organocatalytic Approaches to Asymmetric Oxidation: Epoxidation of α-Branched Enals and α-Benzoyloxylation of Carbonyl Compounds. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

This work describes the development of enantioselective oxidation reactions of carbonyl compounds using covalent organocatalysis. In the first part, asymmetric epoxidation of α-branched α,β-unsaturated aldehydes with aqueous hydrogen peroxide is presented. An exceptionally synergistic combination of a primary cinchona alkaloid-derived amine and a chiral BINOL-derived phosphoric acid was found to promote the reaction with excellent enantiocontrol for a wide variety of α,β-disubstituted and α-monosubstituted enals. Conformational analysis of catalytically relevant intermediates using NMR and computational techniques enabled the rationalization of the absolute stereochemistry of products. The second part of this thesis describes a highly efficient direct catalytic asymmetric α-benzoyloxylation of cyclic ketones. The same primary amine paired with an inorganic acid was found to be an effective catalyst for a wide range of substrates. The methodology was applied to the first asymmetric synthesis of (+)-2β,4-dihydroxy-1,8-cineole, a predicted terpenoid metabolite in mammals. Preliminary investigations on the α-benzoyloxylation of α-branched aldehydes and α-branched enals using this catalytic system demonstrated significant potential of the method for the enantioselective formation of oxygenated quaternary stereocenters.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

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Abstract

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Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung enantioselektiver Oxidationsreaktionen von Carbonylverbindungen durch kovalente Organokatalyse. Der erste Teil behandelt die asymmetrische Epoxidierung von α-verzweigten α,β-ungesättigten Aldehyden mit wässrigem Wasserstoffperoxid. Unter Einsatz eines äußerst kooperativen Katalyatorsystems, bestehend aus einem primären Amin mit Cinchona-Grundgerüst und einer BINOL-Phosphorsäure, verläuft die Reaktion mit exzellenter Enantioselektivität und hoher Variabilität der Ausgangsverbindungen. Durch Konformationsanalyse der katalytisch relevanten Intermediate mittels NMR-Spektroskopie und DFT-Berechnungen wurde die absolute Konfiguration der Produkte nachvollzogen. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Entwicklung der katalytischen asymmetrischen α-Benzoyloxylierung von cyclischen Ketonen beschrieben. Hierbei ermöglicht das selbe primäre Amin als Katalysator einen direkten Zugang zu den wertvollen Benzoyl-geschützten 2-Hydroxyketonen. Die entwickelte Methode wurde in einer asymmetrischen Totalsynthese von (+)-2β,4-dihydroxy-1,8-Cineol angewendet. Eine Übertragung dieser Methode auf die α-Benzoyloxylierung von α-verzweigten Aldehyden und α-verzweigten Enalen zeigte ein hohes Potenzial für die enantioselektive Herstellung oxygenierter quarternärer Stereozentren.

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