General aspects of organocatalytic cyclizations

Ring-forming reactions are an essential part of synthetic chemistry and allow access to a range of useful natural products and biologically important molecules. The applications of organocatalysis to the synthesis of functionalized, enantiopure structures really begins where organocatalysis itself begins; with the Hajos-Parrish reaction in the 1970s for the synthesis of steroids using proline. This chapter then will review the uses of organocatalysts in cyclization methodology – from the initial Hajos-Parrish discovery to current advances in the field.

Energy profiles for ketene cyclizations. interconversion of 1,3-oxazin-6-ones, mesoionic 1,3-oxazinium olates and acylketenes, imidoylketenes, oxoketenimines, and cyclization products

The energy surface connecting oxazinium olates 9, several possible conformers of ketenes 10 and 11, and the final cyclization products 12, 13 and 14, as well as the isomeric 1,3-oxazine-6-ones 15, ring opening of the latter to N-acylimidoylketenes 16, and subsequent rearrangement of 16 to oxoketenimines 17, azetinones 18, and the cyclization products 19 and 20 are evaluated computationally at the B3LYP/6-31G* and B3LYP/6-311+G*//B3LYP/6-31G* levels. The cyclizations of ketenes to oxazinium olates 9 and oxazines 15 have the characteristics of pseudopericyclic reactions. Plots of the energy vs internal reaction coordinate for the cyclization of transoid acylketenes such as 10 to 9 (via TS1) and 16 to 15 (via TS7) feature two inflection points and indicate that the part of the energy surface above the lower inflection points describe internal rotation of the acyl function in the ketene moiety, and the part below this point describes the cyclization of the cisoid ketene to the planar mesoionic oxazinium olate 9 or oxazinone 15. The 1,3-shifts of the OR group that interconvert ketenes 16 and ketenimines 17 via four-membered cyclic transition states TS8 behave similarly, the first portion (from the ketenimine side) of the activation barrier being due largely to internal rotation of substituents, and the top part being due to the 1,3-shift proper.

Medium ring ethers by ring expansion-ring contraction: Synthesis of lauthisan

[GRAPHICS] A new general method for the construction of medium ring ethers has been developed. This involves the ring expansion of halo-O,S-acetals followed by a Ramburg-Backlund ring contraction reaction with concomitant extrusion of the sulfur atom. This methodology has been utilized for the synthesis of cis- and trans-lauthisan.

Totalsynthese der Brevicomine und Studien zum Aufbau von hexacyclischen Hopan-Triterpenen

Cyclizations, Lewis acids, silicon, terpenoids, total synthesis, desymmetrization, enantiselective desymmetrization, ringclosing metathesis, asymmetric ring-closing metathesis, Brevicomin

Intramolekulare Cyclisierungen chiraler, "C-zentrierter" Propargylsilane und enantioselektive Synthesen anellierter Azepine zum Aufbau des BD-Grundgerüstes von Cephalotaxin

Chiral auxiliaries, cyclizations, Lewis acids, Sakurai reaction, annulations, asymmetric induction, azepines, radical cyclization, spiro compounds

Regio- and stereoselective microwave-assisted synthesis of 5-alkyl-4-alkenyl-4-phenyl-1,3-oxazolidin-2-ones

Chiral symmetrical alk-2-yne-1,4-diols have been stereoselectively transformed into 5-alkyl-4-alkenyl-4-phenyl-1,3-oxazolidin- 2-ones, which are precursors of quaternary α-amino β-hydroxy acids. The key step was the cyclization of the bis(tosylcarbamates) of 2- phenylalk-2-yne-1,4-diols, easily obtained from the starting chiral diols. These cyclizations were accomplished with complete regioselectivity and up to 92:8 dr in the presence of catalytic amounts of Ni(0) or Pd (II) derivatives under microwave heating.

Enantiodivergent chemoenzymatic synthesis of codeine

The present thesis describes our latest results in the chemistry of morphine alkaloids. An enantiodivergent synthesis of codeine utilizing a cis-cyclohexadiene diol derived from microbial whole cell oxidation of ~-bromoethylbenzene,as starting material is discussed. The total synthesis of (+)-codeine in 14 steps featuring a Mitsunobu inversion and two intramolecular Heck cyclizations is presented. Investigation of a regioselective nucleophilic opening of a homochiral vinyl oxirane, which led to a total synthesis of the natural isomer of codeine, is detailed. Furthermore, described herein are novel methodologies designed for the transformation of naturally occurring opiates into medicinally relevant derivatives. Two studies on the conversion of thebaine into the commercially available analgesic hydrocodone, two novel ·transition metal catalyzed N-demethylation procedures for opioids, and the development of a catalytic protocol for N-demethylation and Nacylation of morphine and tropane alkaloids are presented. In addition, reactions of a menthol-based version of the Burgess reagent with epoxides are discussed. The synthetic utility of this novel chiral derivative of the Burgess reagent was demonstrated by an enantiodivergent formal total synthesis of balanol. ii

Azabicycloalkanone synthesis by transannular cyclization

Une stratégie de synthèse efficace de différents composés de type azabicyclo[X.Y.0]alkanone fonctionnalisés a été développée. La stratégie synthétique implique la préparation de dipeptides par couplage avec des motifs vinyl-, allyl-, homoallyl- et homohomoallylglycine suivi d’une réaction de fermeture de cycle par métathèse permettant d’obtenir des lactames macrocycliques de 8, 9 et 10 membres, qui subissent une iodolactamisation transannulaire menant à l’obtention de mimes peptidiques bicycliques portant un groupement iode. Des couplages croisés catalysés par des métaux de transition ont été développés pour la synthèse d’acides aminés ω-insaturés énantiomériquement purs à partir de l’iodoanaline. L’étude du mécanisme suggère que l’iodure subit une attaque du coté le moins stériquement encombré de la lactame macrocyclique insaturée pour mener à l’obtention d’un intermédiaire iodonium. La cyclisation se produit ensuite par une route minimisant les interactions diaxiales et la tension allylique. L’iodolactamisation des différentes lactames macrocycliques insaturées a mené à l’obtention regio- et diastéréosélective d’acides aminés 5,5- et 6,6-iodobicycicliques. De plus, une imidate azabicyclo[4.3.1]alkane pontée de type anti-Bredt fut synthétisée à partir d’une lactame macrocyclique insaturé à neuf membres. Les analyses cristallographiques et spectroscopiques des macrocycles à 8, 9 et 10 membres, du composé iodobicyclique 5,5 ainsi que de l’imidate pontée, montrent bien le potentiel de ces dipeptides rigidifiés de servir en tant que mimes des résidus centraux de tours β de type I, II’, II et VI.

Dinâmica metabólica em Piper gaudichaudianum: estudo das etapas de ciclização estereosseletiva do ácido gaudichaudianico

Pós-graduação em Química - IQ

Synthesis of Macrocyclic Polymers Formed via Intramolecular Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

The synthesis of cyclic polystyrene (Pst) with an alkoxyamine functionality has been accomplished by intramolecular radical coupling in the presence of a nitroso radical trap Linear alpha,omega-dibrominated polystyrene, produced by the atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene using a dibrominated initiator, was subjected to chain-end activation via the atom transfer radical coupling (ATRC) process under pseudodilute conditions in the presence of 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP). This radical trap-assisted, intramolecular ATRC (RTA-ATRC) produced cyclic polymers in greater than 90% yields possessing < G > values in the 0.8-0.9 range as determined by gel permeation chromatography (GPC). Thermal-induced opening of the cycles, made possible by the incorporated alkoxyamine, resulted in a return to the original apparent molecular weight, further supporting the formation of cyclic polymers in the RTA-ATRC reaction. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) provided direct confirmation of the cyclic architecture and the incorporation of the nitroso group into the macrocycle RTA-ATRC cyclizations carried out with faster rates of polymer addition into the redox active solution and/or in the presence of a much larger excess of MNP (up to a 250:1 ratio of MNP:C-Br chain end) still yielded cyclic polymers that contained alkoxyamine functionality.

BODIPY-Porphyrazin-Hybride als panchromatische Lichtsammelsysteme für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

In farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC) spielen Chromophore, die als Lichtsammel- und Energie-/Elektronentransfersysteme fungieren, eine zentrale Rolle. Phthalocyanine mit ihren intensiven Absorptionsbanden um 400 nm und 700 nm besitzen großes Potential für die effektive Sensibilisierung von Solarzellen. Trotz ihrer vielversprechenden physikochemischen Eigenschaften und intensiver Bemühungen erreichen Phthalocyanin-sensibilisierte Solarzellen nicht die Effizienzen, die bisher mit anderen Chromophorklassen erzielt werden konnten. In der vorliegenden Dissertation wurde die Entwicklung effizienter Lichtsammelsysteme für DSSC auf der Basis von Aza-substituierten Phthalocyaninen, sogenannten Pyrazinoporphyrazinen, verfolgt. Ein besonderer Fokus lag dabei auf einer Verbesserung der Absorptionseigenschaften der Chromophore im Bereich ihrer intrinsischen Absorptionslücke zwischen den Maxima um 400 nm und 700 nm. Um diese optische Lücke zu schließen wurden komplementär absorbierende BODIPY-Farbstoffe kovalent an synthetisch maßgeschneiderte Porphyrazine gebunden. Insgesamt wurden sechs neue Porphyrazin-Sensibilisatoren synthetisiert und photophysikalisch sowie elektrochemisch charakterisiert. Alle in dieser Arbeit untersuchten Porphyrazine tragen sterisch anspruchsvolle Tri(p-tolyl)propinyl-Gruppen um Agglomerationen zu vermeiden. Darüber hinaus wurden die Porphyrazine peripher entweder mit Hydroxy- oder Carboxygruppen als Bindungsstellen für oxidische Materialien ausgestattet sowie mit sechs BODIPY-Auxiliarfarbstoffen funktionalisiert, deren Substitutionsmuster variiert wurden. Zur Darstellung der komplexen Porphyrazine wurde eine Syntheseroute erarbeitet, die statistische Cyclisierungen unterschiedlicher Dinitril-Vorstufen beinhaltete und es ermöglichte, funktionelle Gruppen erst am vorgeformten Makrocyclus einzuführen. Die photophysikalische Untersuchung der hochfunktionalisierten Farbstoffe erfolgte über UV/Vis- und Fluoreszenzspektroskopie. Im Fall der BODIPY-Porphyrazin-Hybride schließt die zusätzliche Absorptionsbande der peripheren BODIPY-Einheiten die intrinsische Absorptionslücke der Porphyrazine. Die Hybride zeigen somit eine breite Absorption über den gesamten sichtbaren Spektralbereich mit hohen Extinktionskoeffizienten von ca. 4·10^5 M^−1cm^−1. Mittels Fluoreszenz- und Anregungsspektren wurde ein photoinduzierter Energie-transfer von den BODIPY-Einheiten auf den Porphyrazinkern nachgewiesen. Das elektrochemische Verhalten der BODIPY- und Porphyrazin-Verbindungen wurde mittels Cyclo- und Square-Wave-Voltammetrie untersucht. Die Effizienzen der Lichtenergieumwandlung wurden mit Hilfe von selbst-hergestellten und standardisierten farbstoffsensibilisierten Solarzellen bewertet. Alle Solarzellen zeigten eine messbare Photoaktivität unter Bestrahlung. Die Wirkungsgrade der Zellen lagen jedoch alle unter 1 %. Generell führten die Carboxyl-funktionalisierten Porphyrazine zu besseren Wirkungsgraden als die analogen, mit der tripodalen Ankergruppe ausgestatteten Derivate. Die mit Hilfe von Adsorptionsisothermen ermittelten Bindungskonstanten der Adsorption der Farbstoffe auf der TiO2-Oberfläche zeigten, dass beide Hafteinheiten eine feste Verankerung der Chromophore auf den TiO2-Elektroden ermöglichten. Insgesamt wirkte sich die Präsenz der peripheren BODIPY-Farbstoffe positiv auf die Wirkungsgrade der Solarzellen aus, jedoch nur in geringem Maß. Dieses Ergebnis wurde hauptsächlich auf die geringe Energiedifferenz zwischen der Leitungsbandkante des TiO2 und den LUMO-Energieniveaus der Chromophore zurückgeführt. Zusätzlich scheinen konkurrierende Prozesse wie die direkte Photoelektroneninjektion von den BODIPY-Einheiten in das TiO2 eine wichtige Rolle zu spielen. Neben der Anwendung in DSSC wurde die Wechselwirkung der Porphyrazine mit Graphen untersucht. Hierzu wurden A3B-Porphyrazine mit Pyrenyl-Seitenketten ausgestattet, die eine nicht-kovalente Verankerung des Chromophors auf Graphen ermöglichen. UV/Vis- und Fluoreszenzmessungen gaben u.a. erste Hinweise auf eine elektronische Kommunikation zwischen den beiden Hybridpartnern.