Diastereoselektive Titanocen(III)-Katalyse – Synthese benzylischer 1,3-Dioxolane und 1,3-Oxazolidine

Abstract

Entwickelt wurde eine atomökonomische Titanocen(III)-katalysierte Reaktion, die ausgehend von Benzylethern und Benzylaminen die Synthese benzylischer 1,3-Dioxolane und 1,3-Oxazolidine in moderaten bis exzellenten Ausbeuten ermöglicht. Hervorzuheben sind die besonders milden Reaktionsbedingungen, die auf der Oxidation der benzylischen Position unter reduktiven Bedingungen beruhen. Ferner weist das katalytische System eine ausgeprägte Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von funktionellen Gruppen in der <em>para</em>- und <em>meta</em>-Position des Aromaten auf. <br /> Die Umsetzung basiert auf einer Katalyse in Ein-Elektronen-Schritten und wird durch die oxidative Addition von Titanocen(III)-mesylat an ein Epoxid initiiert. Über einen 1,5-HAT translokalisiert das β-Titanoxy-Radikal zum benzylisch stabilisierten Radikal. Mithilfe des CREST Codes konnte festgestellt werden, dass bei der Umsetzung von Benzylethern der 1,5-HAT von einer Konformationsrelaxation begleitet wird, die zur Bildung des energetisch günstigsten Konformers führt. Dieses wird durch eine homolytische Substitution der Ti-O-Bindung, die der reduktiven Eliminierung der Titanocen(IV)-Spezies dient und ebenso als organometallischer Oxygen-Rebound verstanden werden kann, in das gewünschte Produkt überführt. Der Aryl-Substituent und das Heteroatom in homobenzylischer Position induzieren für diesen geschwindigkeitsbestimmenden Schritt ein geeignetes polarity matching. <br /> Der experimentell beobachteten, eminent hohen Diastereoselektivität der <em>cis</em>-2-Aryl-4-alkyl-dioxolanbildung, die mit keiner anderen in der Literatur beschriebenen Methode erreicht wird, liegen kinetische Ursachen zugrunde. DFT-Rechnungen bestätigen die Annahme, dass das energetisch günstigste Benzyl-Radikal aufgrund von hyperkonjugativen Wechselwirkungen sowie einer sterisch bedingten Repulsion des Titanocens und der Aryl-Gruppe des Substrats bevorzugt in einer elektronisch stabilisierten Gauche-Konformation vorliegt, aus der nur das <em>cis</em>-substituierte Produkt resultiert. <br /> Bei der Umsetzung von Benzylaminen oder Substraten mit α-Alkylbenzyl-Substituenten wird durch den sterischen Anspruch der <em>N</em>-Me-Gruppe bzw. des zusätzlichen Benzylsubstituenten die repulsive Wechselwirkung zwischen dem Katalysator und der Aryl-Gruppe gestört und in der Konsequenz nur eine sehr geringe Diastereoselektivität beobachtet. <br /> Eine Besonderheit der Reaktion ist das Erhalten von Carbonyl-Verbindungen in moderaten bis guten Ausbeuten nach acider Aufarbeitung der Reaktionslösungen. Für Benzylamine stellt diese Umsetzung die Rückreaktion der reduktiven Aminierung dar und ist damit präparativ sehr interessant