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Abstract (German)
Die vorliegende Dissertation handelt von der oxidativen Transformation von Phenolen und Naphtholen. Der Fokus des ersten Teils der Arbeit liegt auf der Laccase-katalysierten Iodierung von p-substituierten Phenolen zu Iodphenolen während sich der zweite Teil der Arbeit mit der Synthese von hochsubstituierten 1-Naphtholen und Versuchen zu ihrer oxidativen Dimerisierung zu entsprechenden Gossypol- bzw. Isogossypolderivaten beschäftigt. Laccasen werden in der organischen Synthese oft zur oxidativen Dimerisierung von Phenolen mit dem ubiquitär vorhandenen Luftsauerstoff als Oxidationsmittel eingesetzt. Hier wird gezeigt, dass sich diese Reaktion nahezu vollständig zugunsten einer Laccase-katalysierten Iodierung von p-substituierten Phenolen mit Kaliumiodid als Iodquelle und Luftsauerstoff als Oxidationsmittel unterdrücken lässt. Dabei geht man davon aus, dass die Laccase bzw. das Laccase-Mediator-System das Kaliumiodid zu Iod oxidiert, das dann die Phenole in einer elektrophilen aromatischen Substitution in die Iodphenole umwandelt. Der dabei entstehende Iodwasserstoff kann wieder Laccase-katalysiert zu Iod reoxidiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass sich mit Hilfe der Laccase-katalysierten Iodierung eine große Anzahl an p-Hydroxyarylcarbonyl- und p-Hydroxyarylcarboxylverbindungen unter milden Bedingungen effizient iodieren lässt. Substrate mit einer Iodierungsposition wurden mit Ausbeuten von bis zu 87 % iodiert. Einige Substrate mit zwei Iodierungspositionen lieferten ausschließlich die diiodierten Produkte, andere hingegen ergaben Gemische aus mono- und diiodierten Phenolen. Das Verhältnis von Monoiodierung zu Diiodierung ließ sich durch Anpassung der Reaktionsbedingungen steuern. Durch Optimierung der Reaktionsbedingungen wurde an ausgewählten Beispielen gezeigt, dass sich die Laccase-katalysierte Iodierung zu einer nachhaltigen Synthesemethode entwickeln lässt, die sich durch hohe Atomökonomie und niedrige E-Faktoren auszeichnet. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Ergebnisse vorgestellt, die das Ziel hatten, einen Zugang zu Gossypol- und Isogossypolderivaten zu etablieren, der auf einer oxidativen Dimerisierung von 1-Naphtholen beruht. Die benötigten 1-Naphthole sind durch eine intermolekulare regiospezifische anionische Anellierung zwischen einem in situ erzeugten Didehydrobenzen und einem ebenfalls in situ generierten Lithiumdienolat zugänglich. Die für die Erzeugung der Didehydrobenzene als Vorläufer benötigten (hoch)funktionalisierten Brombenzene ließen sich nach Literaturvorschriften bzw. durch Adaption von literaturbekannten Methoden aufbauen. Auf diese Weise wurden drei Isohemigossypolderivate und Isohemigossypol sowie ein Hemigossypolderivat hergestellt. Versuche zur oxidativen Dimerisierung ergaben, dass die hergestellten 1-Naphthole eine Laccase-katalysierte Phenolkupplung nicht eingehen. Bei Versuchen mit tert-Butylperacetat als Oxidationsmittel erfolgte in einigen Fällen zwar eine oxidative Dimerisierung, es gelang allerdings nicht, die entsprechenden Dimeren in reiner Form zu isolieren.
Abstract (English)
This dissertation is about the oxidative transformation of phenols and naphthols. The focus of the first part of the work is on the laccase-catalyzed iodination of p-substituted phenols to iodophenols, while the second part of the work deals with the synthesis of highly substituted 1-naphthols and attempts towards their oxidative dimerization to corresponding gossypol or isogossypol derivatives. In organic synthesis, laccases are often used for the oxidative dimerization of phenols using the ubiquitous atmospheric oxygen as the oxidant. Here, it is demonstrated that this reaction can be almost completely suppressed in favor of the laccase-catalyzed iodination of p-substituted phenols using potassium iodide as the iodine source and atmospheric oxygen as the oxidant. It is assumed that the laccase or the laccase-mediator system oxidizes the potassium iodide to iodine, which then converts phenols the iodophenols by means of an electrophilic aromatic substitution. The resulting hydrogen iodide can be reoxidized to iodine in a laccase-catalyzed reaction. It has been demonstrated that a large number of p-hydroxyarylcarbonyl and p-hydroxyarylcarboxyl compounds can be efficiently iodinated by laccase-catalyzed iodination under mild conditions. Substrates with one iodination position were iodinated with yields of up to 87 %. Some substrates with two iodination positions delivered the diiodinated products exclusively, while others gave mixtures of mono- and diiodinated phenols. The ratio of monoiodination to diiodination could be controlled by adjusting the reaction conditions. By optimization of the reaction conditions, it was shown for selected examples that the laccase-catalyzed iodination can be developed into a sustainable synthetic method that stands out for high atom economy and low E-factors. In the second part of the paper, the results which aimed to establish an approach to gossypol and isogossypol derivatives based on oxidative dimerization of 1-naphthols are presented. The required 1-naphthols are accessible by an intermolecular regiospecific anionic annulation between a benzyne generated in situ and a lithium dienolate that was also generated in situ. The (highly) functionalized bromobenzenes required for the production of the benzyne precursors could be obtained according to literature procedures or by adaptation of methods known in the literature. In this way, three isohemigossypol derivatives, isohemigossypol as well as a hemigossypol derivative were synthesized. Experiments towards the oxidative dimerization showed that the synthesized 1-naphthols do not undergo a laccase-catalyzed phenolic coupling. In experiments with tert-butyl peracetate as the oxidant, oxidative dimerization occurred in some cases, but it was not possible to isolate the dimers in pure form.
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Faculty of Natural Sciences
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Institute of Chemistry
Examination date
2024-01-17
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German
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Classification (DDC)
540 Chemistry
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Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Sdahl2024,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/17137},
author = {Sdahl, Mark},
title = {Oxidative Transformationen von Phenolen und verwandten Verbindungen},
year = {2024},
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