Synthesis of Chiral Bifunctional Quaternary Ammonium Salt Catalysts and α-Functionalization Reactions of Masked α-Amino Acid Derivatives and β-Ketoesters
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Synthesis of Chiral Bifunctional Quaternary Ammonium Salt Catalysts and α-Functionalization Reactions of Masked α-Amino Acid Derivatives and β-Ketoesters
The present thesis is divided into three chapters. Chapter I deals with the development of synthesis strategies for the preparation of bifunctional phase-transfer catalysts based on quaternary ammonium salts. In this way, advantageous properties of both hydrogen bond donor moieties and ammonium ion functionalities are combined to design valuable catalysts with great potential for asymmetric transformation reactions. A synthesis strategy is investigated to prepare urea-containing bifunctional ammonium salt catalysts based on isophorone diamine. Their catalytic performance in the course of α-heterofunctionalization reactions of β-ketoesters and isoindolinones has been described. In chapter II masked amino acid substrate compounds are applied in a variety of α-functionalization reactions. The α-fluorination of azlactones has been successfully performed, whereby nucleophilic ring opening with amines accessed small acyclic α-fluoro α-amino acid derivatives. In addition, azlactones have been used as substrate molecules for enantioselective α-selenation using chiral cinchona alkaloid-derived catalysts. Furthermore, this α-selenation procedure has been found to be applicable to small dipeptide-derived azlactones. The asymmetric nucleophilic α-fluorination of 3-EWG isoindolinones is reported within this thesis, giving access to another example of the rare α-fluoro α-amino acid derivatives. Chapter III covers two different possibilities for the α-functionalization of β-ketoesters. The regioselective aryl-aziridine-opening reaction and the enantiospecific deoxyfluorination reaction of α-hydroxy β-ketoesters are discussed. Die hier vorliegende Arbeit ist in drei Kapiteln unterteilt. Kapitel I behandelt die Entwicklung von Synthesestrategien zur Darstellung bifunktioneller Phasentransferkatalysatoren auf Basis von quaternären Ammonium-Ionen. Auf diese Weise können einerseits die Vorteile von Wasserstoffbrückendonoren und andererseits jene von Ammonium-Ionen kombiniert werden, was die Entwicklung wertvoller Katalysatoren mit großem Potential für asymmetrische Reaktionen ermöglicht. Diese stellten ihre Anwendbarkeit bereits im Zuge einer asymmetrischen α-Trifluormethylthiolierung von Isoindolinonen unter Beweis. Eine Synthesestrategie wurde entwickelt, um weitere bifunktionelle Katalysatoren herzustellen, welche auf Isophorondiamin basieren und Harnstoff-Gruppen, sowie quaternäre Ammonium-Salze enthalten. Ihre katalytische Wirksamkeit wurde im Zuge von α- Heterofunktionalisierungen von β-Ketoestern und Isoindolinonen untersucht. In Kapitel II werden maskierte α-Aminosäure-Derivate in einer Vielzahl an α-Funktionalisierungen angewandt. Die α-Fluorierung von Azlactonen konnte erfolgreich gezeigt werden, wobei außerdem die nucleophile Ringöffnung mit Aminen kleine, azyklische α-Fluor-α-Aminosäuren zugänglich macht. Zusätzlich wurden Azlactone als Startmaterialien für die enantioselektive α-Selenierung unter Verwendung chiraler, Chinolin-basierender Katalysatoren eingesetzt. Darüber hinaus zeigte dieses α-Selenierungs-Protokoll Anwendbarkeit auf kleine, von Dipeptiden abgeleitete Azlactone. Die asymmetrische nucleophile Fluorierung von 3-EWG Isoindolinonen wird in der vorliegenden Arbeit diskutiert und ermöglicht die Synthese eines weiteren Beispiels für die seltenen α-Fluor-α- Aminosäure-Derivate. Kapitel III umfasst zwei unterschiedliche Möglichkeiten für die α-Funktionalisierung von β- Ketoestern. Es werden die regioselektive Aryl-Aziridin-Öffnungsreaktion und die Deoxyfluorierung von α-OH-β-Ketoester diskutiert. submitted by Dipl.-Ing.ⁱⁿ Victoria Haider, BSc Dissertation Universität Linz 2022
