Enantioselektive Katalyse von Cycloadditionen und Carbonylreaktionen durch chirale, kationische Wasserstoffbrücken-Donoren

Die Lewis-Säure-Katalyse stellt ein wichtiges Grundelement in der organischen Synthese dar und ist auf verschiedene Reaktionen anwendbar. Besonders chirale Lewis-Säuren haben die Entwicklung der enantioselektiven Synthese enorm beeinflusst. Eine Erweiterung der elektrophilen Aktivierung von Substraten bildet die Wasserstoffbrückenbindung durch dipolare funktionelle Gruppen. Während einzelne Wechselwirkungen oft zu schwach sind, führt die konvergente Anordnung von mehreren Wasserstoffbrücken-Donoren zu hoch reaktiven und selektiven Katalysatoren. Dieses Prinzip wird auch von Enzymen genutzt. So wird die Hydrolyse von reaktionsträgen Amiden in der Oxoanionen-Bindungstasche von Serinproteasen durch simultane Wasserstoffbrückenbindungen katalysiert. Im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit gelang die Synthese C2-symmetrischer Bisamidine, welche in drei unterschiedlichen Protonierungsgraden vorliegen können. Die entsprechenden monokationischen Verbindungen wurden in Form von Enamin-Imin Tautomeren erhalten, die durch ihre Konjugation eine nahezu planare Konformation mit der konvergenten Orientierung von zwei N-H Gruppen einnehmen. Durch die Komplexierung von Ketonen, Aldehyden und Nitroverbindungen an diese gerichteten Wasserstoffbrücken wird eine Lewis-säureartige Aktivierung erzielt. Auf diese Weise konnten unterschiedliche Diels-Alder-, Hetero-Diels-Alder- und Friedel-Crafts-Reaktionen katalysiert werden. Die beobachteten Reaktionsbeschleunigungen übertreffen die Aktivität literaturbekannter neutraler Wasserstoffbrücken-Donoren wie TADDOLe oder Thioharnstoffe. Im Gegensatz hierzu konnten die neutralen Bisamidine als chirale Brønsted-Basen verwendet werden. Nach Deprotonierung des Substrates koordiniert der entsprechende monokationische Katalysator unter Bildung eines chiralen Kontaktionenpaares an das Substrat-Anion, wodurch Enantiomerenüberschüsse von bis zu 76 % ermöglicht werden. Seit ihrer Entdeckung im Jahr 1991 gehören C2-symmetrische Bisoxazoline zu den wichtigsten Ligandensystemen in der stereoselektiven Synthese. Mit dem Einbau vieler verschiedener Metallionen konnten katalytisch aktive chirale Komplexe aufgebaut werden. Die strukturelle Analogie von neutralen Bisamidinen zu chiralen Bisoxazolinen bestärkte die Absicht, letztere als Katalysatoren in der Diels-Alder-Reaktion zwischen Anthronen und Maleimiden zu nutzen. Trotz ihrer geringen Basizität (verglichen mit neutralen Bisamidinen) konnten exzellente Ausbeuten und Enantioselektivitäten von bis zu 70 % ee erreicht werden. Dieses Projekt beschreibt das erste Beispiel einer asymmetrischen Katalyse unter Verwendung von metallfreien Bisoxazolinen.