RETROSYNTHESE und...

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Syntheseplanung - W. Stadlbauer 1

RETROSYNTHESE und SYNTHESEPLANUNG

(Masterstudium Chemie/NAWI Graz) 1.33 WST

Diese Vorlesung wurde von mir in dieser Form zuletzt im SS 2013 gehalten.

Der Unterschied zum damaligen Skriptum liegt hauptsächlich darin, dass verschiedene Formelteile abgedeckt waren und erst nach Beantwortung durch das Auditorium gezeigtwurden.

Diese Abdeckungen wurden im vorliegenden Skriptum entfernt und die Antworten z.T. rot gefärbt

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 2

Vorlesung mit gelegentlichen Übungsbeispielen

Auflösung der Blanks während der Vorlesung

Zur Halbzeit eine kleine schriftliche Zwischenklausur (ca. 6 Strukturen, ein paar allgemeine Fragen)

Am Ende der Vorlesung eine schriftliche Endklausur(ca. 12 Strukturen, ein paar allgemeine Fragen)

Weitere schriftliche Tests (Kombination der beiden Klausuren) nach Vereinbarung

1. Aufbau der Lehrveranstaltung

Skriptum als Download UNIGRAZonline bzw. TUGonline

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 3

A) Vorlesung "Grundlagen der Organischen Chemie"(Faber/Breinbauer)

B) Organisch-chemische LV aus dem Master-Studium

Lehrbücher

Alle gängigen Lehrbücher der Organischen Chemie

vorzugsweise:- Clayden, Greeves, Warren, Wothers

Vorkenntnisse

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Syntheseplanung - W. Stadlbauer 4

" Arrow-Pushing in Organic Chemistry " (Levy; Wiley-V.)

"Advanced Organic Chemistry "(March; Wiley-V.)

"Namen- und Schlagwortreaktionen der Organischen Chemie"(Laue, Plagens; Teubner-V.).

"Name Reactions and Reagents in Organic Synthesis" (Mundy, Ellerd; Wiley-V.)

"Reaktionen der Organischen Chemie"(Krauch, Kunz; Hüthig-V.)

"Organic Syntheses Based on Name Reactions and UnnamedReactions"(Hassner, Stumer; Pergamon-V.).

Nachschlagewerke

1

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 5

Als Lernunterlagen:

"Syntheseplanung in der Organischen Chemie„ (Willis, Wills; VCH).= english: „Organic Synthesis“ (Willis, Wills; Oxford Science Publications).

"Organische Retrosynthese" (Warren; Teubner-V.)= english: „Designing Organic Synthesis“ (Warren, Wiley-V.)

Für Naturstoffsynthesen und kompliziertere Beispiele:

"Organic Synthesis Workbook" (Gewert at al., Wiley-VCH)

"Syntheseplanung - aber wie"(Wirth; Spektrum-V.),

"Elements of Synthesis Planning"(Hoffmann; Springer-V.),

Lehrbücher zur Syntheseplanung:

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Syntheseplanung - W. Stadlbauer 6

Synthese = zentrales Betätigungsfeld in der Organischen Chemie

- Kunst der organischen Synthese = Wissenschaft, die Vorstellungskraft, Kreativität und Erfindungsgabe

erfordert (dazu noch Wissen und logische Analyse)

- Synthese = intuitiv-induktiv (heuristisch)

- Analyse: logisch-deduktiv (bereits existent)

2. Warum Synthese

1

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 7

Synthese einer bestimmten Verbindung aus kommerziell erhältlichen Ausgangsprodukten

- unvorstellbar viele Wege möglich ...... persönliche Auslegung

(wie Schachspiel: Regeln sind einfach, wirksame Anwendung erfordert lange Übung)

- Entwurf von Strategien und Richtlinien für eine effiziente Synthese

Ziele der Syntheseplanung

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 8

auf das Zielmolekül hin orientiert

methodenorientiert

Naturstoffe Designermoleküle Materialwissenschaften Biologisch wirksam Theoretisch interessant

Enwicklung von:Synthesestrategien Reagenzien Katalysatoren

Orientierung der Organischen Synthese

1

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 9

Harnstoff (Wöhler, 1828)

Essigsäure (Kolbe, 1845)

Glucose (Fischer, 1890)

Campher (Komppa, 1903; Perkin, 1904)

O

NH2 NH2

OOH

OH OHOH

OH

O

CH3

O

OH

3. HistorischesTotalsynthesen von Naturstoffen

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 10

Hämin (Fischer, 1929)

Chinin (Woodward, Döring 1944)

Taxol (1994)

FeN

N N

N

COOHHOOC

++

N

O

OHH

OHO

O

OHOO

O

O

OHO

O

NH

O

OH

Totalsynthesen von Naturstoffen

1

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 11

Nobelpreisträger für Organische Synthese (1)

1902 Emil Fischer Zucker- und Pyransynthesen

1905 Adolf von Baeyer Organische Farbstoffe und Hydroaromaten

1910 Otto Wallach Alicyclen

1912 Victor Grignard Grignard-ReagenzienPaul Sabatier Hydrierung von Organischen Verbindungen

1928 Adolf Windaus Sterole

1930 Hans Fischer Hämin, Chlorophyll

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 12

Nobelpreisträger für Organische Synthese (2)

1937 Walter Haworth KohlenhydratePaul Karrer Vitamin C, Carotine, Flavine, Vitamin A und B2

1939 Leopold Ruzicka Polymethylene und Terpene

1947 Robert Robinson Pflanzeninhaltsstoffe, Alkaloide

1950 Otto Diels, Kurt Alder Diensynthese

1955 Vincent de Vigneaud biochem.wichtige S-VerbindungenSynthese eines Polypeptidhormons

1963 Karl Ziegler, Guilio Natta Technologie von Hochpolymeren

1

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 13

1965 Robert B. Woodward Fortschritte in der Kunst derorganischen Synthese

1969 Derek H.R. Barton, Odd Hassel Anwendung vonKonformationskonzepten in der Synthese

1975 Vladimir Prelog, John W. Cornforth Stereochemie von organ.Molekülen u. Reaktionen

1979 Herbert C. Brown Borverbindungen in der OrganischenSynthese

Georg Wittig Phosphorverb. in der Organischen Synthese

1981 Roald Hoffmann , Kenichi Fukui Theoretische Behandlung von chemischen Reaktionen

Nobelpreisträger für Organische Synthese (3)

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 14

1984 R. Bruce Merrifield Chemische Synthese auf Festphasen

1987 Donald J.Cram, Jean-Marie Lehn, Charles J.PedersenMoleküle mit strukturspezifischen Wechselwirkungen hoher Selektivität

1990 Elias J. Corey Theorie und Methodologie der Organ. Synthese

2001 K. Barry Sharpless, William S. Knowles und Ryoji NoyoriChiral katalysierte Oxidationen und Reduktionen

2010 Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi und Akira SuzukiPalladium-katalysierte Kreuzkupplungs-reaktionen in der organischen Chemie

Nobelpreisträger für Organische Synthese (4)

1

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 15

Auch in kovalenten Bindungen durch Elektronegativität der Atome …. ungleichmäßige Elektronenverteilung

Induktive Effekte Höchste Elektronegativität: rechts oben im PSE (O, N, Cl) .......C elektropositivSi, Metalle: elektropositiver als C ........C elektronegativ

Polarität von Bindungen

C O C Siδ+ δ−

δ− δ+

4. Grundlagen für die Syntheseplanung

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 16

mesomere Effekte

Übertragung von Bindungspolarisierungen auf entfernte Molekülteile

N,O können freies Elektronenpaar dafür zur Verfügung stellen

NH2 NH+

-O

δ+

δ−

δ+

δ−

Polarität von Bindungen

1

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 17

Elektronentransfer zwischen positiv und negativ geladenem Atom. Bewegung von Elektronen durch gebogenen Pfeil symbolisieren.

Pfeilrichtung: in eine Richtung - Fließen der Elektronen

richtig

falsch

Jede Spitze = 1 Elektron

Radikale: Ein-Elektronen-transport- Pfeile zeigen aufeinander

. .

BrH

HH

δ+

δ−

OHH

HH

+ Br-

OH -

Symbole für Polarität und Elektronentransfer

curly arrow

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 18

1) Aufbau des Zielmoleküls: erforderliches C-Gerüst + funktionelle Gruppen richtige Regiochemie und Stereochemie

2) kürzester Syntheseweg10-stufige Synthese mit jeweils 80% Ausbeute = 10.7% Gesamtausbeute

3) Selektive Synthesenur gewünschtes Produkt sollte entstehen, Trennungen vermeiden

5. Allgemeiner Syntheseplan

1

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Syntheseplanung - W. Stadlbauer 19

Retrosyntheseschritt = gedankliches Zerlegen eines Zielmoleküls - Bindungsbruch - Umwandlung von funktionellen Gruppen - Endpunkt: ein realistisches (leicht zugängliches) Ausgangsprodukt

= Gegenteil einer chemischen Reaktion

Symbole: RetrosynthesepfeilZickzacklinie für Stelle des Bindungsbruches

C X

5.1 Retrosynthetische Analyse

Symbole

wavy line

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 20

Zielmolekül, ZM, (engl: target, TGT, TM)= Endprodukt der Synthese = Ausgangspunkt der Retrosynthese

FGI: Functional Group Interconversion, Umwandlung einer funktionellen Gruppe durch ein Gedankenexperiment

= Vorbereitung eines Retrosyntheseschrittes

FGA, FGR: Functional Group Addition, Functional Group Removal =Abwandlungen von FGI

Retrosynthetische Analyse - Begriffe

1

11

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 21

Synthon: durch Retrosynthese gebildetes Molekülfragment (Molekülteil, Ion)... oft nicht stabil

Synthetisches Äquivalent: Ersatz für instabiles Synthon

Retron: strukturelle Untereinheit, die in einer bestimmten Transformation vorhanden sein muss

Retrosynthetische Analyse - Begriffe

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 22

Zerlegung des Moleküls in ein …stabiles Kation und ein ….stabiles Anion

(schlüssiger Mechanismus, stabile Zwischenprodukte)

OH OH Brë

Å

5.2 Vorgangsweise

5.2.1: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

1

FGI

12

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 23

5.2.2: Beispiele:Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

5.2.2a: Retrosynthese von Alkyl-Malonestern

COOMe

COOMeCOOMe

COOMe

+ ëÅ

Was ist das jeweilige SynthonWas ist das synthetische Äquivalent

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 24

COOMe

COOMe

Cl

CH2

COOMe

COOMe

COOMe

COOMeH

COOMe

COOMeHNa

NaOMe

- NaCl

- MeOH

Å

ë

5.2.2a: Synthese -Alkylierung von Malonester zu Benzylmalonester

Synth. Äquivalent?Synthon mitpos. Partialladung

5.2.2: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

1

TGT,ZM

Synthon mitneg. Partialladung

Synth. Äquivalent?

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Syntheseplanung - W. Stadlbauer 25

OHC N OH C N+

ëÅ

5.2.2b: Retrosynthese von α-Hydroxycarbonsäurederivaten

Welches Synthon verbirgt sich im „tert. Alkohol“

5.2.2: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 26

OHC NO

C N

NH2

COOH

OH C N

NaH+

ëÅ

5.2.2b: Synthese von2-Hydroxy-2-methylpropionitril

5.2.2: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

für Aminosäuren

Strecker-Synthese

1

Cyanhydrin

C- => C+ …… Umpolung

14

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 27

5.2.2c: Retrosynthese von tertiären Alkoholen

OHOH Me+

ëÅ

5.2.2: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 28

OHO

OH

MgI

Et2O

ëMeÅ

Me

5.2.2c: Synthese von 2-Phenyl-propan-2-ol

5.2.2: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

1(Dimethylphenylcarbinol)

15

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 29

5.2.2d: Retrosynthese von Propargyl-Alkoholen

OHC C H C C HOH +

ëÅ

5.2.2: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 30

OHC C H

O

C C HH-C C H

C C H

OH

Na

ë

Å

fl. NH3

Na

5.2.2d: Synthese von 2-Phenyl-but-3-in-2-ol

5.2.2: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen durch Kation/Anionbildung

1

(Propargylalkohol)

16

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 31

Pericyclische Reaktion mit Elektronenverschiebungen

OH

OH

COOMe

COOMe

COOMe

MeOOC

FGI

+

5.2.3. Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

DA

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 32

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

5.2.4a: Retrosynthese von Cyclohexen-Derivaten aus Butadien

COOEt COOEt

+

1

DA

17

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 33

COOEtCOOEt+

r.t.

5.2.4a: Synthese von Cyclohex-3-en-carbonsäureester

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 34

OHO

+FGI

5.2.4b: Retrosynthese von Cyclohexen-Alkohol

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

DA

18

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 35

OH

OO

+

NaBH4

r.t.

FGI

5.2.4b: Synthese von Cyclohex-3-enyl-methanol aus Butadien

Natriumborhydrid greift Aldehyde, Ketone an, aber nicht EsterLithiumaluminiumhydrid reduziert alle CarbonylverbindungenKeines greift isolierte Doppelbindungen an

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 36

5.2.4c: Retrosynthese von anellierten Heterocyclen aus Butadien

O

O

OO

O

O

+

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

DA

19

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 37

O

O

O

O

O

O

+r.t.

5.2.4c: Synthese von 3a,4,7,7a-Tetrahydro-isobenzofuran-1,3-dion

(Tetrahydrophthalsäureanhydrid)

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 38

5.2.4d: Retrosynthese von Bicyclo-Derivaten aus Acrolein

O

O

OO

+

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

DA

20

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 39

O

O

OO

+r.t.

5.2.4d: Synthese von Bicyclo[2.2.1]8-oxaheptan-2-carbaldehyd

5.2.4: Beispiele: Aufbau von einfachen Molekülen mit pericyclischen Reaktionen

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 40

ZM (TGT) ist dieser Alkohol

An diesem Beispiel werden Wege und Irrwege durchprobiert

1) Erkennen von Strategische Bindungen (mehrere Möglichkeiten für Bindungsbrüche)

2) Ladungszuordnung an Fragmente (jeder Bindungsbruch: 2 mögliche Ionen) - Polarität am Kohlenstoff beachten

3) Ziel: leicht zugängliches Ausgangsprodukt bzw. Synthetisches Äquivalent suchen - Chemikalien-Kataloge für kommerziell erhältliche Reagenzien

OH

5.3 Bindungsbruch-Alternativen suchen

1

21

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 41

OH

OH OH

Br BrMgO

???

Åë Åë

ZM (Zielmolekül)

Synthetische Äquivalente (Reagenzien)

Synthone

5.3.1 Retrosynthetische Analyse (1)

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 42

Grignardreaktion

OBrMg

O MgBr+

ZM

Aus der Analyse (Ermittlung der Synthons) folgt Synthesemöglichkeit:

1

22

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 43

2) alternative Grignard-Verbindung

OH

Mg-BrO

O

BrMg

(2) (3)

+

+

5.3.2 Zwei weitere Möglichkeiten:

3) Epoxid + Grignard-Verbindung

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 44

OH O

CH2

O

O

Br

FGI

Åë

Zuerst FGIFGI(Reduktion eines Ketons zum Alkohol)

5.3.3. Retrosynthetische Analyse mit FGI

1

23

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 45

1) Carbanionbildung aus dem Keton2) Alkylierung der CH-aciden Verbindung 3) Reduktion zum Alkohol

OBr

O1.Base

LiAlH4

ZM

2.FGI

Aus der Analyse (Ermittlung der Synthons) folgt Synthesemöglichkeit:

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 46

FGI ..... z.B. ungesättigte Ketone + Grignard-Vb.

5.3.4 Weitere Möglichkeiten

OH

O

O

LiCu

LiCu+

+

δ+

δ+

oder ungesättigte Ketone + Cuprate

1

24

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 47

5.3.4.1a: Retrosynthese: Alkylierung zu einem cyclischen 2-Alkylketon

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

O O

+ÅMeë

Nebenprodukt?

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 48

O CH3 I OOO

O

O

N NN

Base

ÅMeë

Base

+

5.3.4.1a : Synthese -Alkylierung von Cyclohexanon zu 2-Methylcyclohexanon

- Bildung von Nebenprodukten

Keto-Enol-Tautomerie

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

1

Stork-Reaktion

25

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 49

5.3.4.1b: Retrosynthese -Bildung eines 3-Alkyl-Cyclohexanols aus einem Alkylanion /FGI

OH O OFGI

EtÅ

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 50

OHOO

Et

O

LiAlH4Et2CuLi

ëÅ

FGI

5.3.4.1b : Synthese von 3-Ethylcyclohexanol über 3-Ethylcyclohexanon und FGI

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

1

Achtung: bei EtLi als NP 1,2-Addition

Gilman-Cuprat

26

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 51

5.3.4.1c: Retrosynthese – Bildung eines Carbinols aus Alkyl-Anion

OH OH

Å

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 52

OH

O

MgBr

OH

Et2O

ëÅ

5.3.4.1c : Synthese von 2-Methyl-1-phenyl-propan-2-ol

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

1(Benzyl-dimethylcarbinol)

27

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 53

5.3.4.1d: Mehrstufige Retrosynthese: aus Alkylanionen und FGI-Schritt

O

O

O OH

OHC

+

+

ë

ë

ëë

Å Å

FGI

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 54

5.3.4.1d : Mehrstufen-Synthese zu 3-Phenyl-1-(2-phenylethyl)propyl-kohlensäureethylester

O

O

O

OH

MgBr

O

O

OCH2MgBrOH

Cl O

O

MgBr

O

1. HBr2. Mg

Base

ë

ë

ë

FGI

5.3.4.1: Retrosynthetische Analyse, Formulierung der Synthons

2

28

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 55

Synthon Synthetisches Äquivalent

Partielle positive Ladung am C-Atom:

durch elektronegative Substituenten

6.1 Synthone - Synthetische Äquivalente(Kationen)

Me S O-RO

O

R R

OH

R R

O

R

OHO

R

R

OH

R

O

R R-Hal,

(R= Alkyl R # Aryl)

Å

Å

Å

Å

Br+ (->Br2), Cl+ (->Cl2), RS+ (->RSCl)-OH+ (OsO4)

X Å

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 56

R

O

R CH3

O

R

O

OEt

O

O

EtO CH3

O

EtO

O

OEt

O

EtO

CH CH

CH NR PPh3

R R-Mg-Br, R-Li, LiCuR2ë

ë

ë

R=PPh3

COOHë

ë Å

Synthon Synthetisches Äquivalent

Partielle negative Ladung am C-Atom: - durch Metallsubstituenten, Wittig-Ylid, Cyanid- durch CH-acide Verbindungen

6.2 Synthone - Synthetische Äquivalente(Anionen)

2

29

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 57

1. Schlüssiger Mechanismus:keine ungewöhnlichen Intermediate mit hohem Energieinhalt

2. stärkste Vereinfachung:Intermediate müssen gut zugänglich sein, keine kompliziert herstellbaren Verbindungen: oft gibt die Zerlegung in der Mitte die größte Vereinfachung

3. Praktikable Reaktionsbedingungen geringer apparativer Aufwand, hohe Ausbeuten, keine komplizierten Reinigungsschritte

4. Funktionelle Gruppenam Ende der Reaktionssequenz einführen

6.2.1 Auswahl der "besten" Methode

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 58

1. Geringe Anzahl von SynthesestufenVorzug von konvergenter Synthese gegenüber linearer Synthese

Linear:A −> B −> C −> D −> ZM........4 Stufen

bei 90% pro Schritt:(0.9^4)= 66% Gesamtausbeute bei 70% pro Schritt:(0.7^4)= 24% Gesamtausbeute

Konvergent: A −> BC −> D ZM längster Weg = 2 Stufen

bei 90% pro Schritt:(0.9^2)= 81% Gesamtausbeute bei 70% pro Schritt:(0.7^2)= 49% Gesamtausbeute

6.2.2 Synthesestufen

2

30

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 59

1. Computerunterstützte SyntheseplanungLHASA, CAMEO, WODCA, EROS, AIPHOS, CASP, CHAOS

2. ReaktionsdatenbankenBEILSTEIN REAXYS - ReactionsSCIFINDER SCHOLAR (Chemical Abstracts, Medline...)REACCS ISIS-Reaktionsdatenbank

3. Chemikalienkatalogeauch auf CD-ROM, oder im Internet

6.2.3 Hilfsmittel zur Auswahl

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 60

- Substitution am gesättigten C (SN oder SE)

- Substitution am Aromaten (SE, SN)

- Oxidation - Reduktion

- Eliminierung - Addition

7. Synthesewege zu den wichtigsten organischen Strukturelementen

- Cycloaddition- Pericyclische Reaktionen

- Carbonylreaktionen- Carboxylreaktionen

- Reaktion an Kryptobasen

- Katalyt. C-C-Verknüpfungen

Reaktionstypen

2

31

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 61

- Alkane, Cycloalkane- Alkene- Alkine

- Aromaten

- Aromat. Amine, - Diazonium-Verb. - Halogenverb., Grignard

7. Synthesewege zu den wichtigsten organischen Strukturelementen

- Alkohole, Ether, Glykole - Phenole

- Amine

- Aldehyde, Ketone

- Carbonsäuren

- CH-acide Verbindungen

Strukturtypen und Strukturelemente

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 62

7.1 Kohlenwasserstoffe

2

Alkane, CycloalkaneAlkeneAlkineAromaten

C-C-VerknüpfungFGI: Oxidation

ReduktionAdditionEliminierung

Oxidationsstufe 0 und 1

32

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 63

7.1.1 Alkane

C C

2

Oxidationsstufe 0

C-C – Verknüpfung oder Reduktion von C=C

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 64

7.1.2a Alkane (Hydrierung von C=C)

C C

C C OH C C X

C C

- H2O

HX

- HX

H2Kat

2

… FGI

… FGI

33

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 65

7.1.2b Alkane (Reduktion von C-O)

C C

C C O

O

SMeC C OS

O

R

O

nBu3SnH

AIBNLiAlH4

2

Barton

…FGI

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 66

7.1.2c Alkane (Reduktion von C=O)

C C

C CO

Zn/HCl/Hg

C CO

N2H4/KOHClemmensen

Wolff-Kishner

2

…FGI

34

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 67

7.1.3 Alkane (Subst., Eliminierung)

C C

C C MgX C C COOH

H2O ∆T - CO2

2

…FGI

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 68

7.1.4 Alkane (durch C-C-Verknüpfung)

C C

CCuLi

CC X

C X

C Li

C X

22 Na

CuI

Et2O abs

WurtzCorey-House

2

35

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 69

7.1.5a Retrosynthese - Unsymmetrische Alkane

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 +4 7

ë Å

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 70

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11Cu

Cl

Li 7

4 4

Å4ë

7.1.5a Synthese von Undecan

Corey-House-Cuprat-ReaktionGilman-Cuprat

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

36

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 71

7.1.5b Retrosynthese - Symmetrische Alkane

612+

ë

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 72

Cl

NaClNa

- 2 NaCl

ë

Å

7.1.5b Synthese von Dodecan

Wurtz-Alkansynthese

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

37

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 73

7.1.5c Retrosynthese : Alkan durch Hydrierung von C=C

NH

N

OH

N

OH+

FGI

ëÅ

FGI

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 74

7.1.5c Synthese von 2-Propylpiperidin

N

N

NH

O

N

OH

N Me

OH

Base

Pt/H2

ConiinSchierlingsgift

H+

-H2O

ë Å

FGIFGI

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

Coniin-SyntheseLadenburg

2

38

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 75

7.1.5d Retrosynthese – Monoalkyl-Aromaten über FGI

OFGI

Åë

+

Åë

+

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 76

OCl

O

Cl

O

AlCl3 Zn/HCl

AlCl3

Å FGI

7.1.5d Synthese von n-Propylbenzen

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

Friedel-Crafts Reaktion

39

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 77

7.1.5e Retrosynthese – Verzweigte Alkylaromaten

FGI

+ Åë

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 78

ClCC

Na

H2 - Pd/C

ë Å

NaOEt

FGI

7.1.5e Synthese von (3,3-Dimethyl-butyl)-benzen

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

40

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 79

7.1.5f/g Retrosynthese – Monoalkyl-Aromaten über FGI

O

OHO

FGI FGI

+

+

Å

ë

A B

ÅëÅ

FGI

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 80

7.1.5f Synthese von n-Pentylbenzen

Br PPh3

O

PPh3

PPh3Base

H2, Pd/C

- HBr

- Ph3P=O

Å ë

Weg A

Åë

FGI

Wittig-Reaktion

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

2

41

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 81

7.1.5g Synthese von n-Pentylbenzen

OCl

O

O

AlCl3

Zn/HCl

ÅWeg B

FGI

Friedel-Crafts

7.1.5 Beispiele zu Alkansynthesen

Acylierung

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 82

( )n

7.2 Cycloalkane

2

Oxidationsstufe 0

C-C - Verknüpfung(Reduktion wie bei Alkananen)

42

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 83

X X

( )n

( )n

COOEt

COOEt

X

X

( )n

n = 0-3

2 Na

Wurtz

-Na+

- CO2

n = 0-4

7.2.1 Cycloalkane (Synthese durch Subst.)

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 84

( )n

C

H

H

CH2I2

n = 0

7.2.1 Cycloalkane (Synthese durch Add.)

Simmons-Smith

2

43

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 85

7.2.2.a: Retrosynthese von Cyclopentan

7.2.2 Beispiele zu Cycloalkansynthesen

Åë

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 86

Br

Na

Br

Br Na

ë

Å

7.2.2a Synthese – Ringschluss zu Cyclopentan

Wurtz-Synthese

7.2.1 Beispiele zu Cycloalkansynthesen

2

44

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 87

7.2.2b Retrosynthese zu Cyclohexancarbonsäure

COOH COOR

Akz+ ëë

ÅÅ

7.2.1 Beispiele zu Cycloalkansynthesen

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 88

COOEt

COOEt

Br

BrCOOEt

COOEt

COOH

COOHCOOH

Na2CCOOEt

COOEt

COOR

Akz

NaOEt

Temp.

1. NaOH2. HCl

-2 NaBr

- 2 EtOH

- CO2

ëë

Å

Å

7.2.2b Synthese von Cyclohexan-carbonsäure

7.2.1 Beispiele zu Cycloalkansynthesen

2

45

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 89

7.2.2c Retrosynthese von Cyclopropan

CH

H+

7.2.1 Beispiele zu Cycloalkansynthesen

2

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 90

CH

H

CI

I H

H Zn

7.2.2c Synthese von Cyclopropan

7.2.1 Beispiele zu Cycloalkansynthesen

Simmons-Smith-Reaktion

2

46

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 91

7.3 Alkene

3

Oxidationsstufe 1

Addition, Eliminierung

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 92

H X

X X

N+

RR

R

OH-

-HXOH-

-NHR3

Zn

-ZnX2

7.3.1a Alkene (Synthese durch Eliminierung)

Hofmann

3

…FGI

47

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 93

H OHH O TosH+

- H2O

Temp

- TosOH

7.3.1b Alkene (Synthese durch Eliminierung)

3

…FGI

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 94

H H Kat.

- H2

H2Kat

7.3.1c Alkene (Synthese durch Add., Elim.)

Lindlar

3

zu cis-Alken…FGI …FGI

48

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 95

OPRR

R

- +-R3P=O

+

7.3.1d Alkene (Synthese durch C-C-Verknüpfung)

Wittig-Reaktion

3

Wittig: ohne Aktivierungsgruppe, ohne FGIAlkin: ohne Aktivierungsgruppe (+ nachher FGI) Grignard: ohne Aktivierungsgruppe (+ nachher FGI)Aldol: mit Aktivierungsgruppe (+nachher 2x FGI)

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 96

7.3.2a Retrosynthese von Cyclohexen (FGI)

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

OH OFGIFGI

3

49

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 97

OHO NaBH4

- H2O

H3PO4

7.3.2a Synthese von Cyclohexen durch Reduktion und Eliminierung

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 98

7.3.2b Retrosynthese von Alkyliden-cyclohexan

OH

+

Åë

Å

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

3

50

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 99

OP

PhPh

PhCl P

PhPh

Ph

OH

- Ph3POBase- HCl

Å ë Å

7.3.2b Synthese von(1-Methylpropyliden)cyclohexan

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

Wittig-Reaktion

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 100

7.3.2c Retrosynthese vonsubstituierten unsymmetrischen Alkenen über Eliminierung

X

FGI

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

3

51

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 101

O TosOH

X

TosCl ∆T

Base-HCl

- TosOH

7.3.2c Synthese von 3,3-Dimethyl-but-1-en

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 102

7.3.2d Unsubstituierte unsymmetrische Alkene –Retrosynthese über Eliminierung

N+ N Å+

FGI FGI

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

3

52

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 103

N+

NH2

Me

MeI ∆T

Base -NMe3

Å

7.3.2d Synthese von 1-Buten

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

Hofmann-Eliminierung

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 104

7.3.2e Retrosynthese – Alken über Carbanion

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

O OHOFGI

+ ë

Å

3

53

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 105

O

OOH

HH

O

O

OH

OH

Base

H+

ë

Å

-H2O

7.3.2e Synthese von Zimtaldehyd

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

3

Aldol-AdditionAldol-Kondensation

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 106

7.3.2f Retrosynthese – Alken über Alkylanion + FGI

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

OH+

ëÅFGI

3

54

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 107

OBrMg

OH

OH

H+ -H2O

ë

Et2O

Å

7.3.2f Synthese von Stilben

7.3.2 Beispiele zu Alkensynthesen

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 108

7.3.3a Retrosynthese – Alken über Alkylierung von Dianion + FGI

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

+ +Å Åë ë

FGI

3

55

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 109

7.3.3a Synthese von MuscalurC C HH

C C H

C C

H H

Br

Br

C C HLi

Pd/H2, Lindlar Katalysator

2)

n-BuLi

n-BuLi

Å

1)

Muscalur = Sexpheromon der weiblichen "gemeinen Hausfliege"

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 110

7.3.3b Retrosynthese – Alken/Cycloalken über Cycloaddition und Olefinierung

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

O

O

+

+

δ+

ë

Å

FGI

3

DA FGI

56

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 111

7.3.3b Synthese von[3-(Cyclohex-3-enyl)prop-2-enyl]benzen

Br Ph3P

O

H

O

H

PPh3Base

+

Wittig-Ylid

ë

Base

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

Diels-Alder

Wittig-Olefinierung

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 112

7.3.3c Retrosynthese – Cycloalkenylbenzen über Keton

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

OH

OH

OH+FGI ëÅ

3

57

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 113

7.3.3c Synthese von Cyclohex-1-enyl-benzen

O

MgBrOH

OH

H2, Pd/C

H3PO4

- H2O

ë

Et2O

Å

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 114

7.3.3d Retrosynthese - Alken aus Phenethylanion + FGI

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

OH

OH + ë

FGI

Å

3

58

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 115

7.3.3d Synthese von (3-Methylbut-2-enyl)benzen

MgBrOH

O

OH

H3PO4 - H2O

Åë

Et2O

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 116

7.3.3e Retrosynthese – Allylbromid aus Keton + FGI / Umlagerung

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

Br

OHOH

OH

HHOH

+ oder

Allyl-Kation

+ ë

FGI

FGI

Å

3

59

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 117

7.3.3e: Synthese von Allylbromid

C CH H

OH

CH

OH

Br

O

H

C C HNa

OH

HBr

H2-Pd/CNa, NH3 (liqu.)

Lindlar

ë Å

7.3.3 weitere Beispiele zu Alkensynthesen

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 118

XHOHH

XXHH

HX

H+

X2

H2Pd/C

H2OH+

7.4.1a Alkene (Reaktionen durch Additionen)

3

…FGI

60

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 119

7.4.1b Alkene (Reaktionen durch Oxidat., Subst.)

OH

Br

OOBH3NaOHH2O2

NBS Peroxid

O3

+

Hydroborierung

Allylstellung

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 120

7.4.1c Alkene (Reaktionen durch Oxidationen)

OHOH O

OsO4 oder KMnO4 R-CO3H

Prilezajew

3

61

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 121

7.4.2a: Retrosynthese –Addition von Wasserstoff an die C=C (FGI / Hydrierung)

7.4.2 Beispiele zu Alkenreaktionen

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 122

H2, Pd/C

7.4.2a: Synthese: Hydrierung von Cyclohexen zu Cyclohexan

7.4.2 Beispiele zu Alkenreaktionen

3

62

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 123

7.4.2b: Retrosynthese -Addition von Wasser an die C=C (FGI / Hydroxylierung)

7.4.2 Beispiele zu Alkenreaktionen

OH

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 124

OH

H+/H2O

7.4.2b: Synthese von Isopropanol durch Hydroxylierung der C=C

7.4.2 Beispiele zu Alkenreaktionen

3

(Markownikoff)

63

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 125

7.4.2c: Retrosynthese von cis-Glykolen aus C=C (FGI)

7.4.2 Beispiele zu Alkenreaktionen

OHOH

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 126

OHOHKMnO4 oder OsO4

7.4.2c: Synthese von (1R,2S)-Cyclohexan-1,2-diol

7.4.2 Beispiele zu Alkenreaktionen

3

64

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 127

7.4.1d Retrosynthese –Halogensubstitution in Allylstellung / FGI

7.4.1 Beispiele zu Alkenreaktionen

Br FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 128

Br

N-Br

O

O

7.4.1d Synthese von 3-Bromcyclohexen

7.4.1 Beispiele zu Alkenreaktionen

3

65

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 129

7.4.1e Retrosynthese – Oxidative Spaltung von C=C

7.4.1 Beispiele zu Alkenreaktionen

O

O

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 130

O

O

O3, H2

7.4.1e: Synthese: Oxidative Spaltung von Cyclohexen zu Hexandial

Reduktive Ozonolyse

7.4.1 Beispiele zu Alkenreaktionen

3

66

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 131

7.4.2a: Retrosynthese – Halogenaddition an C=C

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

Br

BrH

H

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 132

Br

BrH

H

Br2 Br+

7.4.2a: Synthese von(1S,2S)-1,2-Dibromo-cyclohexan

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

3

67

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 133

7.4.2b: Retrosynthese – Hydrobromierung von C=C

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

H

Br

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 134

H

Br

HBr

7.4.2b Synthese von 4a-Bromo-decahydro-naphthalen

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

3

68

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 135

7.4.2c: Retrosynthese – Symmetrisches Bromalkan

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

HH

HHCH3

Br CH3

H

H

H

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 136

HH

HHMe

BrMe

Br

HBr

7.4.2c: Synthese von 2-Bromethan

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

Markownikoff-Addition

3

69

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 137

7.4.2d: Retrosynthese – Oxiran-(Epoxid)-bildung

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

OCH3

H H

H

HH

OHHCH3

Br

CH3

H

H

H

FGI

FGI

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 138

OCH3

H H

H

HH

OHHCH3

Br

CH3

H

H

H

NaOH

R-CO3H

7.4.2d: Synthese von Oxiranen (Epoxiden)

Bromhydrin (vic.)

7.4.2 weitere Beispiele zu Alkenreaktionen

Prilezajew

3

70

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 139

C C H

7.5 Alkine

3

Oxidationsstufe 3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 140

C C H

H X

H

X

H

XH

H

H C CC C R

KOH

-HX

NaNH2

- HX

Met

Metallierung

R-X

Ethinylierung

R = Acyl, Alkyl

Met

7.5a Alkin-Synthesen

Reppe3

71

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 141

C C

HO

OR

H X H

H

O

H HH2O oderRXH

Kat.Carbonylierung

HX

H+

Vinylierung

H2O

H2Lindlar-Kat

C=O

7.5b Alkinreaktionen

Reppe

3

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 142

7.5.1a Retrosynthese – Alkinsynthese durch FGI

7.5.1 Beispiele zu Alkinsynthesen

FGI FGI FGI

4

72

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 143

H

Cl

Cl

Cl

H

HCl2 Base

- HCl

Base - HCl

7.5.1a Synthese von Ethinylbenzen aus Styren

7.5.1 Beispiele zu Alkinsynthesen

4

(Phenylacetylen)

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 144

7.5.1b Retrosynthese – Alkinsynthese durch Reppe-Alkinylierung

7.5.1 Beispiele zu Alkinsynthesen

OH

OH

OHH

HOH

H

H+ +ë ë ÅÅ

4

73

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 145

OH

OH

OH

HH

H

OH

H

H

HH

Base

Na

Åë

7.5.1b Synthese von But-2-ine-1,4-diol durch Reppe-Ethinylierung

7.5.1 Beispiele zu Alkinsynthesen

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 146

7.5.2a Retrosynthese – Vinylierung von Alkinen

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

O HH

FGI

4

74

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 147

O

HH

OH

H2O

Vinylierung

7.5.2a Synthese von Acetaldehyd aus Acetylen

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

Reppe

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 148

7.5.2b Retrosynthese – Hydrierung von Alkinen zu Alkenen

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

FGI

4

75

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 149

H2/Pd/CaCO3 (Lindlar-Kat.)

7.5.2b Synthese von (2Z)-But-2-en durch Reduktion von But-2-in

Selektive Reduktion von Alkinen zu cis-Alkenen

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 150

7.5.2c Retrosynthese – Carbonylierung von Alkinen

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

O

NH2

HNH3

+ COëδ+FGI

+

4

76

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 151

O

NH2

HH

+ NH3

(Ni[CO]4-Kat.)

Carbonylierung

CO

7.5.2c Synthese von Acrylamid aus Acetylen

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

Reppe

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 152

7.5.2d Retrosynthese – Alkin als Carbanion

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

OHOH OH

+ ëÅ

FGI

4

77

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 153

OOH

OH

CC

OH

Na

ë

Base

H2/Pd/CCaSO4

Å

Ethinylierung

7.5.2d Synthese von 2-Methyl-1-((E)-propenyl)-cyclohexanol aus Propin

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

Reppe

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 154

7.5.2e Retrosynthese – Cyclisierung von Alkinen

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

HH

4

78

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 155

HH

Ni[CN]2

Cyclisierung

7.5.2e Synthese von Cyclooctatetraen aus Alkin

7.5.2 Beispiele zu Alkinreaktionen

Reppe

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 156

7.6 Aromaten

4

Oxidationsstufe 1

79

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 157

Akz X

Akz

+

Kat.- 2 H2 - HX - H2

+Kat.- H2

7.6.1 Aromaten - Synthese

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 158

7.6.2.a Retrosynthese –Pericyclische Reaktion und Aromatisierung

7.6.2 Beispiele zu Aromaten-Synthesen

OMe

CO2Me

CO2Me

OMe

CO2Me

CO2Me

OMe

OH OMe OMe O

COOMe

COOMe

+

+

FGI

ë

δ+

ÅFGI

4

80

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 159

7.6.2a Synthese eines asymmetrischen Terphenyls

OH

CH2Br

OMe OMe

PPh3

O

H

OMeOMe

CO2Me

CO2Me

OMe

CO2Me

CO2Me

C C CO2MeMeO2CO2

2. Base1. Ph3P

2. Br2, hν

1. (Me)2SO4, Base

- Ph3P=O

7.6.2 Beispiele zu Aromaten-Synthesen

Warum Bromierungphotochemisch?

Wittig

Diels-Alder

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 160

7.6.2.b Retrosynthese von Olivetol

7.6.2 Beispiele zu Aromaten-Synthesen

OH

OH

C5H11 O

OH

C5H11

LG

OHLG

O C5H11

CH2

FGI

ë

ë

δ+

Å

4

81

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 161

O C5H11

CH2

O

OH

C5H11

OBr

H

OMe

OHLG

O

OH

C5H11

O O

OMeOMe

O C5H11

OH

O C5H11O

OH

C5H11

OH

H

OMe

OH

OH

C5H11

DMF

160 °C

1. NaOEt2. HCl

ë

ë

Br2

- HBr

- MeBr

HCl

δ+

Å

- CO2

7.6.2b Synthese von 1,3-Dihydroy-5-pentylbenzen (Olivetol)

7.6.2 Beispiele zu Aromaten-Synthesen

Olivetol ist eine Cannabinol-Vorstufe

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 162

SO3H

OH

NO2 NH2

Br

HNO3

Kat.H2

H2SO4

NaOHBr2

[H]

Grignard

7.7.1 Aromaten – Reaktionen (FGI)

4

82

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 163

ClO

R

OAlkyl

CH2=OHClR-COCl

Alkyl-XPOCl3

DMF

7.7.2 Aromaten – Reaktionen (C-C)

Vilsmeyer

Friedel-Crafts

Friedel-CraftsBlanc

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 164

N N+

R

R

R

Br

R

I

RCu

R

I

R

Alkyl

R

Na

Alkyl-BrNa

7.7.3a Halogenarene, Diazoniumsalze

Wurtz-Fittig

7.7.3 Aromaten – Reaktionen (C-C)

Gomberg-Bachmann

4Ullmann

83

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 165

Br

O

OEtH

H

Et3N, DMF

O

OEtPd(OAc)2

7.7.3b Pd-katalysierte Kupplung von Halogenarenen mit Alkenen

auch mit Vinylhalogeniden, Triflatenals Kat. auch Pd(0)-Komplexereagiert auch enantioselektiv

7.7.3 Aromaten – Reaktionen (C-C Kreuzkupplung)

Heck-Fujiwara-Kupplung

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 166

Cl

C5H11H

CuI, Et2NH

C5H11Pd(PPh3)4

7.7.3c Pd-katalysierte Kupplung von Halogenarenen mit Alkinen

auch mit Vinyl-Halogeniden/OAcfür viele Antibiotika-Synthesen

7.7.3 Aromaten – Reaktionen (C-C Kreuzkupplung)

Sonogashira-Kupplung

4

84

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 167

BOH OH

NH

Br

O NH

O

Pd(PPh3)4

TlOH

7.7.3d Pd-katalysierte Kupplung von Halogenarenen mit Phenylborsäuren

auch mit Vinyl-Boraten, Vinylhalogeniden und Triflatenstatt Borsäuren auch BorsäureesterstereoselektivBasen: Alkoholate, KOH, K3PO4

7.7.3 Aromaten – Reaktionen (C-C Kreuzkupplung)

Suzuki-Kupplung

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 168

OTf

CH3

CH3CH3 SnBu3

CH3

CH3CH3

Pd(PPh3)4

7.7.3e Palladiumkatalysierte Kupplung von Zinnarenen mit Vinyltriflaten

auch mit Vinyl-Halogenidenfür viele Naturstoffsynthesen

dzt. ca. 50% aller Cross-Coupling-Synthesen

7.7.3 Aromaten – Reaktionen (C-C Kreuzkupplung)

Stille-Kupplung

4

85

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 169

CH3CH3

CH3

CH2

HCCH2

CH3CH3

CH3

Å

7.7.4 Beispiele zu Aromatenreaktionen

7.7.4a Retrosynthese – Arylierung/Alkenylierung

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 170

7.7.4a Synthese von Vinyl-Cyclohexen durch C-C-Kreuzkupplung

CH3CH3

CH3

CH2OTf

CH3CH3

CH3

CH2

SnBu3

Pd(PPh3)4

HCCH2

CH3CH3

CH3

LiCl, THF

78%

+

ë

Å

Stille-Kupplung

7.7.4 Beispiele zu Aromatenreaktionen

4

86

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 171

OMe

N

OMe

Å+

7.7.4 Beispiele zu Aromatenreaktionen

7.7.4.b Retrosynthese – Arylierung/Alkenylierung

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 172

7.7.4b Synthese eines 2-Aryl-pyridins

OMe

N

OMe

B(OH)2N

Br Pd(PPh3)4

KOt-Bu

N

OMe

DME 18 h reflux

83%

+

Åë

Suzuki-Kupplung

7.7.4 Beispiele zu Aromatenreaktionen

4

87

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 173

X

XY

X

YX

Y

7.8. Aromaten Elektrophile Zweitsubstitution (FGI)

4

ortho

meta

para

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 174

NO2

NO2

NO2

Cl Cl

NO2

NO2

NO2

ClNO2

HNO3/H2SO4

30% para

HNO3/H2SO4

40 °C82%

HNO3

17% ortho

0 °C65%

100 °C93%

+

+

7.8.1 Aromaten –Richtung der elektrophilen Zweitsubstitution

4

88

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 175

7.8.2a: Retrosynthese – Acylierung von Aromaten

7.8.2 Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

O

MeO MeO

O+

δ−Å

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 176

O

MeOMeO

O

Cl

O

AlCl3

Å

7.8.2a: Synthese – 4-Methoxyacetophenon

7.8.2 Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

Friedel-Crafts-Acylierung

4

89

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 177

7.8.2b: Retrosynthese - Alkylierung an Aromaten über FGI

7.8.2 Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

OMe OMe

O

OMeO

+

δ−

δ−

Å

FGI

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 178

OMe

Cl

O OMe

O

OMe

O

Zn/Hg/HCl

AlCl3

Å

7.8.1b Synthese: 1-Methoxy-4-propylbenzen

7.8.1 Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

Clemmensen-ReduktionFriedel-Crafts-Acylierung4

90

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 179

7.8.2c: Retrosynthese: p-Halogenierung von Halogenaromaten

7.8.2 Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

Cl

Cl

Cl

δ−

+ Cl+

FGI

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 180

7.8.2c Synthese – 1,4-Dichlorbenzen

Cl

Cl

Cl

ClCl

Cl2

65%

35%

-HCl

Cl+

FeCl3

7.8.2 Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

4

91

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 181

7.8.2d: Retrosynthese von 2-Nitrophenol

7.8.2d weitere Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

OHNO2

OH

+ NO2+

δ+δ+

δ+

FGI

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 182

OHNO2

OH HNO3

NO2+

H2SO4

7.8.2d Synthese von 2-Nitrophenol

7.8.2 weitere Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

4

92

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 183

7.8.2e: Retrosynthese: Dreifachnitrierung

7.8.2 weitere Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

NO2O2N

NO2

NO2O2N

NO2

FGI FGI

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 184

NO2O2N

NO2

NO2O2N

NO2

CO2HNO2O2N

NO2

HNO3H2SO4

100 °C

KMnO4

∆T - CO2

7.8.2e: Synthese von TNT und Trinitrobenzen

7.8.2 weitere Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

TNT

4

93

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 185

7.8.2f: Retrosynthese von 3-Aminobenzoesäure

CO2H

NH2

CO2H

NO2

CO2HFGI FGI

7.8.2 Beispiele zur Substitution von Diazoniumsalzen

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 186

CO2H CO2H

NO2

CO2H

NH2

Zn/HClHNO3/H2SO4

7.8.2f: Synthese von 3-Aminobenzoesäure

7.8.2 Beispiele zur Substitution von Diazoniumsalzen

4

94

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 187

7.8.1g: Retrosynthese von 4-Aminobenzoesäure

7.8.1 weitere Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

NH2

CO2H

NO2

FGI FGI FGI

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 188

NH2

CO2H

NO2

CO2H

NO2HNO3H2SO4 KMnO4 Zn/HCl

7.8.1g: Synthese von 4-Aminobenzoesäure

7.8.1 Beispiele zur Substitution von Diazoniumsalzen

4

95

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 189

NH2 N N+NO2 Fe oder Zn/H+ HNO2

7.9 Aromatische Amine

4

Diazoniumverbindung

FGI

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 190

N N+

Cl

HBF4

F

ClCu(I)+

CN

CN-

Cu(I)+

I

KI

7.9.1 Reaktionen v. Diazoniumverbindungen(regioselektive Halogenierung)

Sandmeyer

4

Baltz-Schiemann

96

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 191

N N+

OH H

H

NH-NH2

PhHSnCl4

H2O

7.9.2 Diazoniumverbindungenweitere Reaktionen

Gomberg-Bachmann4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 192

7.9.2a: Retrosynthese – Einführung von Nitrilsubstituenten

7.9.2 Beispiele zur Substitution von Diazoniumsalzen

CN NH2 NO2

FGI

4

97

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 193

NO2 NH2 N2

CN

HNO2/H+

CN-

Zn/HClHNO3H2SO4

+

Cu+

7.9.2a: Synthese von 4-Methylbenzonitril

7.9.2 Beispiele zur Substitution von Diazoniumsalzen

4

Sandmeyer-Reaktion

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 194

7.9.2b: Retrosynthese – 1,3-Dihalogen-Aromaten

Cl

Cl

Cl

NO2 NO2

FGI FGI

7.9.2 Beispiele zur Substitution von Diazoniumsalzen

4

98

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 195

Cl

ClCl

Cl

Cl

Cl

NH2

Cl

NO2NO2

ClCl

Cl

NO2

Cl2

Cl2

HNO3

Zn/HCl1. HNO22. CuCl

FeCl3

7.9.2b: Synthese von 1,3-Dichlorbenzen

7.9.2 Beispiele zur Substitution von Diazoniumsalzen

Sandmeyer-Reaktion4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 196

7.9.2c: Retrosynthese von 3-Nitrophenol

7.9.2 weitere Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

OH

NO2

NH2

NO2

NO2

NO2

FGI FGI

4

99

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 197

NO2

NO2

NH2

NO2 NO2

N2

OH

NO2

OH-

HNO2/H+H2SHNO3H2SO4

+

- N2

7.9.2c Synthese von 3-Nitrophenol

7.9.2 weitere Beispiele zur elektrophilen Zweitsubstitution an Aromaten

4

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 198

Cl

NO2

NO2

Cl

NO2

NO2

OMe

NO2

NO2

OMe

N NNH2

H

N NH2

COO-

N=N+

NH-R

-MeOH

- HCl

NaNH2/NH3

- - NaH

∆T

- CO2- N2

R-NH2

Base

7.10 Aromaten - Nucleophile Substitution

Meisenheimer-Komplex

Tschitschibabin-Reaktion

5

100

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 199

IR

O-R'R

Cu(I)

R CNCuCN

R'-OH

Base

Base

7.10 Aromaten – Nucleophile Substitution

Rosenmund-von Braun

Ullmann

4

mit aromat. Heterocyclen oder desaktivierten Aromaten

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 200

NH

NO2

NO2

CO-NHR

R'

NO2

NO2

HN

CO-NHR

R'

Å

ë

FGI

7.10.1a Retrosynthese: Amin-Substitution am Aromaten(Addition-Eliminierung)

7.10.1 Beispiele zur nucleophilen Substitution an Aromaten

5

101

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 201

F. Sanger (Insulinstruktur: NP 1958, DNA-Sequenz: NP 1980)

F

NO2

NO2

Cl

NO2

NO2

Cl HNO3H2SO4 KF

7.10.1a2 Synthese: Herstellung von 2,4-Dinitro-1-fluorbenzen

7.10.1 Beispiele zur nucleophilen Substitution an Aromaten

Sangers Reagens

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 202

F

NO2

NO2

F

NO2

NO2

N RH H

NH2 R

NO2

O2N

NH

NH

NHO

O

R"

R' R"'

O

OH

NO2

O2N

NH O

R'OH NH2

O

R"OH NH2

R"'

O

OH

- HF

H+

Å

ë

7.10.1a2 Synthese: Aminsubstituierte Dinitroaromaten

7.10.1 Beispiele zur nucleophilen Substitution an Aromaten

Endgruppenbestimmung von Peptiden (Sanger)5

102

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 203

ëÅ

ë

Å

7.10.1b Retrosynthese: Cycloaddition an Aromaten(Eliminierung/Addition)

7.10.1 Beispiele zur nucleophilen Substitution an Aromaten

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 204

7.10.1b Synthese: 9,10-Dihydro-9,10-o-benzeno-anthracen

COOH

NH2

Å

Å

ë

ë

i-C5H11ONO

7.10.1 Beispiele zur nucleophilen Substitution an Aromaten

5

Triptycen

103

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 205

X

7.11 Halogen-Alkane

5

Oxidationsstufe 1

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 206

Br

OH

X XX

NBSHX HXX2

7.12.1 Halogen-Alkane - Synthese

5

104

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 207

X

Nu CN CR3 Mg-X

Nu-

CN- -CR3Mg

Nu = OH, OR, SH, SR, NR2, ONO, N3

7.12.2 Halogen-Alkane - Reaktionen

Grignard-Reagens

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 208

R Mg-X

R1

R2R OH

R1

R

R OH

H

R1

R OH

R COOH

R CH2-OH

R1-CO-R2

CH2=O

R1-COOR2

oderR1-COCl

R1-CH=O

CO2

7.13.1 Grignard – Carbonyl-Reaktionen

5

105

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 209

R Mg-X

R1

RNH

O ROH

R1-CN

H2O

R-H

7.13.2 Grignard - Reaktionen

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 210

BrO

O

BrZnO

O

R R

O

R R

OHOO

Zn

1. Et2O/Toluen2. H+, H2O

7.13.3 Grignard-analoge Reaktionen

Reformatsky-Reaktion

5

106

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 211

R NO

OH

MeR'

Me

R

O

R'R' MgCl

RO

O

Me

Me

N H+, H2O

- MeNH-OMe1. Et2O2. H+, H2O

7.13.4 Grignard-analoge Reaktionen

Weinreb Ketonsynthese

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 212

OH

7.14. Alkohole

5

Oxidationsstufe 1

107

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 213

OH

X

O

O

R

H2O

R2BHH2O2/OH- OH-

OH-

7.14.1 Alkohole – Synthesen Addition, Substitution

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 214

OH

O

OO

OR

4 [H] 2 [H]

R-Mg-X

7.14.2 Alkohole – Synthesen Reduktion von C=O

Grignard

5

108

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 215

7.14.3a: Retrosynthese: Alkohole durch Alkinaddition

OHOH C Cë

+

Å

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 216

O

OHCH CH

OH

CH C

CH C

Li

BuLi

Å

ë

7.14.3a Synthese: 2-Phenyl-but-3-in-2-ol

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

5

109

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 217

7.14.3b: Retrosynthese: Alkohole über Cyanhydrin

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

OH

N

OH C N+ ë

Å

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 218

OH

N

O

OH C N

H+

ëÅ

NaCN

7.14.3b Synthese: 2-Hydroxy-2-methyl-propionitril

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

5

110

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 219

7.14.3c: Retrosynthese: Alkohole über Grignard-R.

OH OH

CH3CH2+ ë

Å

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 220

OH

O

CH3CH2

OH

Et-MgBrEt-Br

Mg

ëÅ

7.14.3c Synthese: 2-Phenyl-butan-2-ol

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

5

111

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 221

7.14.3d: Retrosynthese: tert. Alkohole mit 2 identischen Substituenten über Grignard-R.

OHOH+ 2 Et

ëÅ

Å

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 222

OO

OHMg-Br

O

2

Å

Å

7.14.3d: Synthese: 3-Phenyl-pentan-3-ol

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

5

112

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 223

7.14.3e Retrosynthese: Alkohole durch Reduktion

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

O

OOHO

O+

FGI

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 224

O

O OHO

O+LiAlH4

FGI

7.14.3e Synthese: Cyclohex-3-enyl-methanol

7.14.3 Beispiele Alkoholsynthesen

Natriumborhydrid greift Aldehyde, Ketone an, aber nicht EsterLithiumaluminiumhydrid reduziert alle Carbonylverbindungen

Keines greift isolierte Doppelbindungen an

Diels-Alder

5

113

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 225

R OH

ORR

R-OH

XAlkyl

OR'

O

R

R

H+

PX3oderHX

R'-COCloder (R'CO2)O

H3PO4

7.15.1 Alkohole – ReaktionenSubstitution, Eliminierung

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 226

7.15.2a: Retrosynthese: Ester als FGI-Schritt

O

O

O OHFGI

7.15.2 Beispiele Alkoholreaktionen

5

114

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 227

7.15.2a : Synthese: 3-Phenyl-1-(2-phenylethyl)propyl-kohlensäuremethylester

O

O

OOH

Cl O

O

Base

7.15.2 Beispiele Alkoholreaktionen

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 228

7.15.2b: Retrosynthese: Pyransynthese durch δ-Lactonbildung (cyclischer Ester)

O

O

OH

O

OH

O

OHAkz

OH

OH OHH

HO

O

OH

++

Å

ë

ë ÅFGI

ë

7.15.2 Beispiele Alkoholreaktionen

5

115

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 229

7.15.2b : Synthese: 5,5-Dimethyl-5,6-dihydro-pyran-2-on

OH

H

O

O

OH

O

OHO O

OH O

OH

O

OH

K2CO3 NH3EtOH, 100 °C-CO2

H+

OH

OH

O

OHAkz

OHH

ë

Å

7.15.2 Beispiele Alkoholreaktionen

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 230

R OH

OR

OHR'

O

[O]

[O] [O]

7.15.3 Alkohole – ReaktionenOxidation

z.B. - HCl/ CrO3 / Pyridin(Pyridiniumchlorochromat)

- Pyridiniumdichromat, - Oxalylchlorid/DMSO/Triethylamin

SWERN-Oxidation

K2Cr2O7KMnO4

5

116

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 231

7.15.3a Retrosynthese: Alkohole über Mehrfach-Grignard / Oxidation

7.15.3 Beispiele Alkoholsynthesen/Reaktionen

OHOH

H

OH

H

OH

OH

H

+

+

+ ë

ë

ë

Å

Å

Å

FGI

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 232

7.15.3a Synthese: 1-Cyclopentyl-3-phenyl-propan-1-ol

MgBrOH

O

H

BrMg

OH

OH

H

BrMg

O

Pyridin

HCl, CrO3

Å

CH2=O

1.

2. HBr3. Mg

FGI

7.15.3 Beispiele Alkoholsynthesen/Reaktionen

Was entsteht mit stärkeren Oxidationsmitteln

5

117

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 233

OHOH O OH

OH

Cl

OH

RO

O OH

H2O/H+

KMnO4bzw. OsO4

HOCl

7.16.1 Glykole durch Oxidation

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 234

O

R2R1

R2OHR1

OHR1

R2

O

R2R1

MgO

R2R1

Mg H+

7.16.2 Glykole durch Reduktion

Pinakol Reaktion

5

118

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 235

OH

SO3H

N=N+

Cl

NaOH/∆Toder Cu/H2O

H2ONaOH

7.17a Phenole - Synthese

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 236

OH

OHO

O

3 H2 [O]

7.17b Phenole - Reaktionen

5

119

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 237

R

R OR

OHR

R-OH

HalR

R-ONa

R-OHH+

H+

7.18 Ether

Williamson Ethersynthese

5

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 238

R-CH2-NH2

7.19. Amine

Oxidationsstufe 1

6

120

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 239

N-K+

O

O

NH

O

O

N NCOOEt

EtOOCOHR-CH2HalR-CH2

R-CH2-NH2

1)

2)OH-

bzw. N2H4

PPh3

(DEAD)

N2H4

7.19.1. Primäre Amine durch Substitution

Gabrielsynthese

6

Mitsunobu

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 240

R-CH2 NO2R-CH2 OH

R-CH2 N3R'-CH2 CNR-CH2-NH2

Pd/H2 LiAlH4oderPd/H2

R-Hal

HCNHN3

oder PPh3/H2O

HN3PPh3DEAD

LiAlH4oderPd/H2

7.19.2. Primäre Amine durch N-Reduktion

Mitsunobu

Staudinger

6

121

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 241

R CH

NOH

R CO

NH2

R CH

NH R-CH2-NH2

R-CH=O

Pd/H2

NH3 NH2OH

LiAlH4

LiAlH4

7.19.3. Primäre Amine durch Carbonyl-Reduktion

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 242

7.19.4a: Retrosynthese: gemischte sekundäre Amine aus Amiden

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

R NH

R'R N

H

R'O

R OH

OFGI FGI

6

122

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 243

NHN

H

O

OH

O CH3-NH2 LiAlH4

7.19.4a Synthese von N-Methyl-propanamin aus N-Methylpropanamid

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 244

7.19.4b Retrosynthese von cyclischen Aminen aus Amiden

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

NH

NH

ONH2

O

OH

FGI FGI

6

123

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 245

NH

NH

ONH2

O

OH - H2O

LiAlH4

7.19.4b Synthese von Pyrrolidin aus 2-Pyrrolidon

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 246

7.19.4c Retrosynthese von primären Aminen

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

NH2N

O

O

N

O

O

Åë +

FGI FGI

6

124

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 247

NH2N

O

O

NK

O

O

Cl

OH

NH

O

O

NH2-NH2

Å

DEAD, PPh3

7.19.4c : Synthese von Benzylamin

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

Gabriel-Synthese

6

oder alternativ: Mitsunobu-R.

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 248

7.19.4d: Retrosynthese von Aminen aus Cyanid

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

OHOH

NH2

OHOH

N

OHOH

+ CNë

FGI

Å

6

125

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 249

OHOH

NH2

OHOH

N

OHO

OHOH

HCN

FGI

Base

Å

LiAlH4

7.19.4d: Synthese von 4-(2-Amino-1-hydroxy-ethyl)-phenol durch Reduktion des entspr. Acetonitrils

7.19.4 Beispiele Aminsynthesen

(+-)-Octopamin (Neurotransmitter)6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 250

O OHOH

7.20.1 Aldehyde und Ketone

6

Oxidationsstufe 2

126

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 251

O

H

OH

X

X NR

OHOH

[O]

O3

Pb(OAc)2

H+

H2O

OH-

- H2O

7.20.2 Aldehyde und Ketone - Synthese

6

Substit. Addition

Oxidationen

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 252

O

R

OH

OH

R R

OH

CN

R-MgX

-HCN

7.20.3a Aldehyde und Ketone – C-Addition

Grignard

6

127

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 253

OYR

YR

H

OH

H

H

R-YH

Y = O, SH, NHRed.

Red.

7.20.3b Aldehyde und Ketone – Het-Addition

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 254

OR

RN

R'

RN

OH

H

NH2

ONH2 CN

R'-NH2

H+

- H2ORed R=H

7.20.4 Aldehyde und Ketone – Aminierung

6

Beckmann-Umlagerung

128

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 255

OR

OOH

ORO

[O]

R=H

CF3C(O)OOH

7.20.5 Aldehyde - Ketone – Oxidation/Umlagerung

Bayer-Villiger-Oxidation

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 256

7.20.6a Retrosynthese von Dioxepinen als cyclische Acetale

O

OOH

O

O

OH

OH

C COH

H HOH

H H++

+

ë ë

FGI

Å

Å Å

ë

ë

7.20.6 Beispiele zu Aldehyd/Ketonreaktionen

6

129

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 257

7.20.6a Synthese von 2,2-Dimethyl-4,7-dihydro-1,3-dioxepin

CC

H

H

OH

OH

OH

OH

O

O

O

C

COH

H H

CC

Li

H

OH H+

BaSO4

H2-Pd/C2 CH2=O

ë

ë

Base

Å

BuLi

Å

7.20.6 Beispiele zu Aldehyd/Ketonreaktionen

Corey 1975Intermediat für Maytansin(Antitumormittel) 6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 258

7.20.6b Retrosynthese von ω-Hydroxycarbonsäuren

OHOH

OO

O OFGI

FGI

7.20.6 Beispiele zu Aldehyd/Ketonreaktionen

6

130

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 259

7.20.6b Synthese von 6-Hydroxy-heptansäure

OHOH

OO

OOCF3

O

OOHH+

H2O

Bayer-Villiger Oxidation

7.20.6 Beispiele zu Aldehyd/Ketonreaktionen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 260

RO

OH

7.21 Carbonsäuren

6

Oxidationsstufe 3

131

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 261

RO

OH

R C N

RXX

XR

O

O R'

OH-

OH-

H+ oderOH-

7.21.1 CarbonsäurenSynthese durch Hydrolyse

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 262

RO

OHR

O

HR CH3

CO2

[O]

R-MgXoderR-Li

[O]

R=Ar

7.21.2 CarbonsäurenSynthesen durch Reduktion/Oxidation

6

132

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 263

RO

OHR

O

HR-CH2 OH

Red. Red.

7.21.3a Carbonsäuren – Reduktionen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 264

RO

OH

RO

X

RO

OR'R

O

NH2

R C N

R'-OH

PX3oderPX5

NH3

- H2O

7.21.3b Carbonsäuren – Substitut. Reaktionen

6

133

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 265

RO

XR

O

OR'

RO

NH2

RO

N3

R N C O

R-NH2

R'-OH

NaN3

NH3

∆T

H2O-CO2

Br2OH-

7.21.4a Carbonsäure-Halogenide – Reaktionen(1)

Curtius

6

HoffmannAbbau

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 266

RO

XR

O

CH N2

R CH

C O CH2

O

XR

O

RCH2N2

- N2

H2O

AlCl3

7.21.4b Carbonsäure-Halogenide – Reaktionen(2)

Wolff

Arndt-Eistert

6

Keten

134

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 267

Carbonsäure-Synthesen/Reaktionen - Retrosynthese

7.22.1 Beispiele zu Carbonsäure-Synthesen/Reaktionen

N

OO

OH

OH

Oë+Å

FGI

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 268

N

O

NH

O

OH

OH

BrMg

O H Br

BrMg

HBr

Mg

ë

CO2

7.22.1 Synthese & Reaktion von Carbonsäuren

Grignard

6

135

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 269

R"

HAkz

Akz = CH=O, COOR, NO2, CN, ....

-

R" = H, Alkyl, Aryl, Akz ....

7.23.1 CH-acide Verbindungen:

C-C Kupplungen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 270

RR'

ORR'

OH

R"

HAkz

R

R' R"

Akz

R"

HAkz

Base H+

-H2O

Akz = CH=O, COOR, NO2, CN, ....

+ -

R" = H, Alkyl, Aryl, Akz ....

7.23.1 CH-acide Verbindungen-Aldol-Reaktion, Aldol-Kondensation

6

Aldol

136

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 271

7.23.2 CH-acide Verbindungen -Esterkondensation

R"

HAkzR

O-Et

OR

AkzO

R"

Base+ -

Akz = CH=O, COOR, NO2, CN, ....

R" = H, Alkyl, Aryl, Akz

Claisen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 272

COOEt

COOEt

COOEt

COOEt

COOEt

COOEtR

RCOOH

COOH

R COOH

Base-

R-X

1. OH-

2. H+

∆T

-CO2

7.23.3 CH-acide Verbindungen –Malonester-Synthesen

6

137

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 273

OCOOEt

OCOOEt

OCOOEt

R

O

R

COOEt

R

Base

-

R-X

2. H+, ∆T

1. OH-

- EtOHNaOEt

- MeCOOEt

- CO2

7.23.4 CH-acide Verbindungen –Acetessigester-Synthesen

"Säurespaltung"Retro-Claisen

"Ketonspaltung"Hydrolyse, Decarboxylierung

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 274

7.24.1a Retrosynthese – Aldolkondensation

O

H

O2N

O

O2N

HH O

H+ ë

Å

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

6

FGI

138

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 275

O

H

O2N

O

O2N

HO

H

O

H

O2N

OH

O

HO

O2N

HH

NaOEt

HCl - H2Oë

+

Å

7.24.1a: Synthese –Aldolkondensation zu p-Nitrozimtaldehyd

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 276

7.24.1b Retrosynthese – Esterkondensation

O O O

O

O

+δ+ ë

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

6

139

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 277

O OO

O

O

O

NaOEt

- EtOH

ë

+

7.24.1b: Synthese von Dibenzoylmethan

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

Claisen-Esterkondensation

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 278

7.24.1c Retrosynthese – Cyclo-Aldolkondensation

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

O O

OH

ë

Å

6

140

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 279

O

ONa

O

O

O

O

O

OH

ONaOEt

- H2O

ë

Å

H+

-EtOH

Na

7.24.1c: Synthese von 3-Methyl-cyclopent-2-enon

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 280

7.24.1d Retrosynthese – Cyclanon-carbonsäureester

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

OCO2Et CO2Et

CO2Et

δ+

ë

6

141

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 281

7.24.1d Synthese von 2-Oxo-cyclopentancarbonsäureethylester aus Adipinsäure

OCO2Et

O

O

OEtOEt

CO2EtCO2Et

CO2EtCO2Et

NaOEtδ+

-EtOH

δ+

ë

Na

Dieckmannkondensation

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 282

7.24.1e Retrosynthese von Phenyl-Malonestern

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

CO2Et

CO2EtPh Ph

CO2EtO

EtO X+

ë δ+

6

142

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 283

Ph

CO2Et

HH

O

EtO OEt

PhCO2Et

CO2Et

PhCO2Et

HO

EtO X

O

EtOO

OEt

NaH

ë

δ+

- EtOH

+

oder

(- C=O)

7.24.1e Synthese von Phenylmalonsäurediethylester

7.24.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

6

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 284

R

R' R"

Akz R

R' R"

AkzHNu

NuH

7.25.1 CH-acide Verbindungen –Michael-Addition

Akz: COR, COOR, NO2, CN, ....

NuH: CH-acide Verbindungen, elektronenreiche Hetero-V.

NuMet: Li-Alkyl

Addition an vinyloge akzeptorsubstituierte Verbindungen(z.B. vinyloge Carbonylverbindungen)

7

143

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 285

7.25.1a Retrosynthese von Oxo-alkyl-1,3-Diketonen

7.25.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

O

O

O

O O

O

O

O+ δ+

ë

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 286

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

H

O

NaOEt

Å

+

7.25.1a Synthese von 2-Oxo-1-(3-oxo-butyl)-cyclohexancarbonsäureethylester

Michael-Addition

7.25.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

7

144

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 287

7.25.1b Retrosynthese über Akzeptoren vom Michael-Typ

O O

NO2

OEtEtO

O O

NO2

ONO2

δ+

ë

ë

Å

7.25.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 288

7.25.1b Synthese von 2-(2-Nitro-1-phenyl-ethyl)-malonsäurediethylester

O O

NOO

O

OO O

EtO OEtNO2

O NO2

ONO2

NH2

OHOHO

NOH

OO

O O

ë

Å

NaOEt

LiAlH4H+H2O

ë

7.25.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

Michael-Addition

7

145

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 289

7.25.1c Retrosynthese über Akzeptoren vom Michael-Typ 7.25.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

7

OOÅMeë

Åë

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 290

7.25.1c Synthese von 4,5-Dimethylheptan-3-on

CH3 I

O

N

N

O

O OO

O

OH

O

OOO

CH3 I

Å

LiCuEt2

Etë

ëBase ë

protischzB H2O/NaOH

aprotischzB DMF/K2CO3

Å

LiEt

ë ë

ÅMe

7.25.1 Beispiele zu CH-aciden Verbindungen

Michael-Addition

7

Alkylierung ambidenter Anionen

Gilman-Li-cuprat

Kornblum-Regel

146

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 291

R

R' R"

O R

R' R"

ONH2CH2=O +δ+

δ−NH3 +

Aminomethylierung von CH-aciden Verbindungen

7

7.25.1 CH-acide Verbindungen –Mannich Reaktion

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 292

7.25.2a Retrosynthese von Aminomethyl-cyclohexanonen

7.25.2a Beispiel zur Mannichreaktion

O

N

O

NHN OH+ë Å Å

+FGI

7

147

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 293

O

NO

O

O

NH

CH2OH

CH2=O

Synthon für Michael-Additionen

- N+Me4

Base

MeI, Temp

ë Å

++

7.25.2a: Synthese von 2-Dimethylaminomethyl-cyclohexanon

7.25.2a Beispiel zur Mannichreaktion

Mannich-Reaktion

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 294

Akz Akz

+

7.26 Pericyclische Reaktionen1,4-Cycloadditionen (Diels Alder)

Aufbau von SechsringenC-C-Verknüpfung

7

148

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 295

7.26.1a Retrosynthese - Cycloaddition mit Heterocyclus-Dien

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

OCO2Me

CO2MeO

CO2Me

CO2Me

+

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 296

OCO2Me

CO2MeO

CO2Me

CO2Me

7.26.1a Synthese : Cycloaddition mit Furan als Dien

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

Diels-Alder-Reaktion

7

149

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 297

7.26.1b Retrosynthese: Cyclohexen-bismethanole durch Cycloaddition + FGI

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

OH

OH

CO2Me

CO2Me

CO2Me

MeO2C+

FGI

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 298

OH

OH

CO2Me

CO2Me

CO2Me

MeO2C LiAlH4

7.26.1b Synthese von (1R,6R)-6-(Hydroxymethyl)-3-methylcyclohex-3-en-1-yl]methanol

Diels-Alder-Reaktion

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

7

150

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 299

7.26.1c: Retrosynthese von Akzeptor-substituiertenHexahydro-Naphthalenendionen

H

H

O

O

MeO OO

O

COOMe

+

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 300

H

H

O

O

MeO O

O

OCOOMe

7.26.1c: Synthese von (4aS,8aS)-5,8-Dioxo-1,4,4a,5,8,8a-hexahydro-naphthalen-1-carbonsäuremethylester

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

7

Diels-Alder-Reaktion

151

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 301

O-COMe

NO2

O-COMe

NO2

+δ+

δ−

7.26.1d: Retrosynthese von unsymmetrisch Donor-Akzeptor-substituierten Cyclohexenen

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 302

O-COMe

NO2

O-COMe

NO2

7.26.1d: Synthese von Essigsäure-(4R)-5-ethyl-4-methyl-6-nitrocyclohex-2-en-1-yl-ester

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

Diels-Alder-Reaktion

7

152

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 303

CO2Et

CO2Et

EtO2CCO2Et

+

7.26.1e: Retrosynthese von Bicyclo-Aromaten

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 304

CO2Et

EtO2C

EtO2C

EtO2C

7.26.1e: Synthese von 9,10-Dihydro-9,10-ethenoanthracen-11,12-dicarbonsäurediethylester

7.26.1 Beispiele zu Diels-Alder-Reaktionen

7

153

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 305

Ziel: effizientes + bequemes Verfahren reines Produkt

Regioselektivität: Substituenten an der richtigen Position

Chemoselektivität: Im Molekül reagiert nur eine funktionelle Gruppe

Stereoselektivität : Kontrolle der relativenAnordnung der Substituenten

8. Gesteuerte SyntheseChemoselektivität und Schutzgruppen

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 306

Selektive Reaktion an ähnlichen Gruppen

Wird erreicht durch:

- milde Reagenzien

- funktionelle Gruppen mit unterschiedlicher Reaktivität

8.1 Chemoselektivität

7

154

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 307

(a) - Pyridiniumchlorochromatoder - Pyridiniumdichromat,

oder- mit der SWERN-Oxidation(Oxalylchlorid/DMSO/ Triethylamin)

..... bleibt auf Aldehydstufe stehen

(b) - Chromtrioxid/Schwefelsäureoder - mit K2Cr2O 7

..... gibt sofort Carbonsäure

R OH

R O

R O

OH

(a)

(b)

(b)

8.1.1. Selektive Oxidation von Alkoholen zu Aldehyden

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 308

Natriumborhydrid reduziert nur die Ketogruppe, Lithiumaluminiumhydrid beide Carbonylgruppen zum Alkohol.

Natriumborhydrid in Gegenwart von Cer-Ionen reduziert nur die C=O Gruppe. In Gegenwart von Cu-Ionen wird auch die Doppelbindunghydriert.

OH OH O O

OEt

OH O

OEt

LiAlH4 NaBH4

OH O OHNaBH4, Cu(I)

MeOH

NaBH4, Ce(III)

MeOH

8.1.2. Selektive Reduktion von Oxogruppen

7

155

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 309

OOX

O OO

O

CO2Et

O

CO2Et

O

+

+2. PhCH2-Br

1. Base

"Aktivierung"

1. Base

2. PhCH2-Br

H2O, H+, ∆

-EtOH-CO2

Durch Aktivierung mit Gruppen, die leicht wieder entferntwerden können

8.2 Gesteuerte Synthese

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 310

8.2.1a: Retrosynthese: Aktivierung durch Malonester

8.2.1: Beispiel für Aktivierung

CO2H

CO2Et

CO2Et

CO2Et

CO2Et

CO2Et+

+ CH2COOEtÅ δ−

Å

FGI

FGI

FGI

ë

7

156

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 311

8.2.1a: Synthese von 3-(Cyclohex-3-en-1-yl)propansäure

CO2Et CO2EtOH

CO2Et

CO2Et

CO2H Br

CO2Et

CO2Et

2. H+, ∆

1. OH-

NaOEtCH2(CO2Et)2

PBr3

LiAlH4+

- CO2

Å

ë

8.2.1: Beispiel für Aktivierung

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 312

8.2.1b: Retrosynthese: Aktivierung durch Acetessigester

O O

O

CO2Et

O

CO2Et

O+

+

Åδ− δ−

δ− −

δ− Å

FGI

8.2.1: Beispiel für Aktivierung

7

157

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 313

8.2.1b: Synthese von 4,4-Dimethyl-pentan-2-on

O

CO2Et

O

CO2Et

O

O

CO2Et

2. H+

3. Temp

1. OH-

t-BuClNaOEt

- CO2

ë Å

+

8.2.1: Beispiel für Aktivierung

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 314

Anforderungen: Einfache Einführung der Schutzgruppe

Hohe Ausbeute bei der Einführung

Unter den Reaktionsbedingungen stabil

Einfach = in hoher Ausbeute entfernbar

8.3 Chemoselektivität durch Schutzgruppen

7

158

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 315

Herstellung in Gegenwart eines sauren Katalysators-= Entropie-Vorteil (statt 3 Molekülen nur 2)

Inert gegen - Basen, - Organometallreagenzien, - Hydridreduktionsmittel

Abspaltung mit wässriger Säure

O

R R

OHOH

H+

O OR R

O

R R'

H2O/H+(Reaktion)

R R'

8.3.1. Cyclische Acetale als Schutzgruppen für Ketone und Aldehyde

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 316

Auch Schutzgruppen für Alkohole - gegen Oxidation- gegen Reduktion - gegen Basen

Analog zu MOM-Cl (Methoxymethylchlorid) sind:

R OH

Cl O

O OR R OH

(R-O-MOM)

H2O/H+Base

(MOM-Cl)

Abspaltung durch wässrige Säure

O OOR

O O ClR-OH

Dihydropyran und Methoxymethoxymethylchlorid

8.3.2. Acetale als Schutzgruppen für Alkohole

7

159

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 317

8.3.2.1a Retrosynthese : Selektive Ester-Reaktion durchAcetale als Schutzgruppen

8.3.2.1 Beispiel für Acetale als Schutzgruppen

O OH

Ph

Ph

O O

OEt

OH O

OEtPh

+ 2 Phë

δ++ δ+

FGI (S)

FGI (S)

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 318

O O

OEt

OHOH

O

OEtO O O O OH

PhPh

O OH

PhPh

H+, H2O

2 PhMgBrH+

2 Ph ë

8.3.2.1a: Synthese von 4-Hydroxy-4,4-diphenylbutan-2-on über Schutzgruppenreaktion aus Acetessigester

8.3.2.1 Beispiel für Acetale als Schutzgruppen

7

160

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 319

8.3.2.1b Retrosynthese - Selektive Ester-Reaktion durchAcetale als Schutzgruppen (2)

O

OH

O O

OEt

OH

OH

OH O

OEt

FGIFGI (S)FGI (S)

FGI

δ++ δ+

FGI (sel)

8.3.2.1 Beispiel für Acetale als Schutzgruppen

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 320

8.3.2.1b Synthese von 4-Hydroxybutan-2-on über Schutzgruppenreaktion aus Acetessigester (2) -

O O

OEtO

OEtO O

OHOH

O OOH

O

OH

H+

LiAlH4

H+

8.3.2.1 Beispiel für Acetale als Schutzgruppen

7

161

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 321

8.3.2.1 Beispiel für Acetale als Schutzgruppen

7

O

O O

OEtO

O

OEtO

OH

O

O

FGI(S)

ë

Å

FGI FGI(S)

Frontalin

8.3.2.1c Retrosynthese –Selektive Epoxidierung über Acetale als Schutzgruppen

Insekten-pheromon

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 322

8.3.2.1c Synthese: Selektive Epoxidierung überAcetale als Schutzgruppen (Vorstufe: gesteuerte Synthese)

8.3.2.1 Beispiel für Acetale als Schutzgruppen

7

O

O

OEtO

O

OEtO

OTosOH

O

OEtO

ë

Å

TosCl

Pyridin

NaOEt

KI

1.OH-

2. H+ -CO2

162

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 323

8.3.2.1c Synthese: Selektive Epoxidierung überAcetale als Schutzgruppen

8.3.2.1 Beispiel für Acetale als Schutzgruppen

7

O O

O

O

O

O OO OH

OH

O

O

O

H+

R-COOOH

Base

H+R-COOOH

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 324

Ether schützen vor - Basen - milden Säuren, - Oxidation - Reduktion - Organometallreagenzien.

Abspaltung nicht immer leicht. Daher meist Benzylether - diese werden neutral durch katalytische Hydrogenolyse gespalten.

Abspaltung von t-Butylether durch verdünnte Säuren

R OH O PhR R' OHH2, Pd/C

Ph-CH2Cl

- PhMe

Reaktion

R R'

Base

8.3.3. Ether als Schutzgruppen für Alkohole

7

163

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 325

In manchen Fällen wird auch die Acylierung (zu Estern) als Schutzgruppenreaktion verwendet.

Abspaltung durch Säuren oder Basen

R OH

O

X O

OR R' OH

Reaktion

R R'

OH- oder H+

-MeCOOH

8.3.4. Ester als Schutzgruppen für Alkohole

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 326

8.3.4.1a: Retrosynthese - Ester als Schutzgruppe

OHCOH

HO2COH

HOOC COOH

FGI

FGI (S)

FGI (S)

FGI

8.3.4.1 Beispiel für Ester als Schutzgruppe

7

164

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 327

8.3.4.1a: Synthese von 4-Hydroxymethylbenzoesäure durch Ester als Schutzgruppe

CH2O

HOH

O

Cl

O

H OO

O

OH OO

CH2O

OHOH

H+

KMnO4

- CH3COOH

8.3.4.1 Beispiel für Ester als Schutzgruppe

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 328

Schützen mit TMS-Cl in Gegenwart von Basen Mäßig stabil - gegen Basen, stabil - gegen Oxidation, Reduktion Abspaltung durch wässrige Säuren oder Fluorid-Ionen (aus Tetrabutylammoniumfluorid).

Stabilere Silylether durch sperrige Gruppen

TBDMS oder TBS (= t-butyldimethylsilyl) TIPS (= triisopropylsilyl)

R OH OSiMe3R R' OH

(R-O-TMS)

H2O/H+

(TMS-Cl)

Me3Si-ClReaktion

R R'

Base

8.3.5. Trimethylsilyl-Ether als Schutzgruppen für Alkohole

7

165

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 329

Acylierung von Aminen: Schutz - vor Protonierung, - Reaktion mit Elektrophilen

Abspaltung durch sauer katalysierte Hydrolyse / Decarboxylierung

Acylierung mit - t-Butyloxycarbonyl-anhydrid (BOC)2Ooder

- Benzyloxycarbonylchlorid(Chlorameisensäurebenzylester, CBZ-Cl)

R NH2

Ot-Bu

O

O

Ot-Bu

O

NR

H

O

Ot-Bu

R' NH2

R-NH-BOC

H2O/H+

(BOC)2O

Reaktion

R'R

8.3.6. Carbamate als Schutzgruppen für Amine

7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 330

8.3.6.1a: Retrosynthese - Aufbau einer Peptidkette

8.3.6.1 Beispiel für Carbamate als Schutzgruppe

O

O

R

NH

O

R

NH

n

O

R

NH2

O

R

NH

O

OOHPolymer

7

166

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 331

8.3.6.1a: Synthese einer Peptidkette durch Aufbau am festen Träger

O

O

R

NH

O

R

NH2n

O

R

NH

O

Ot-BuOH

O

O

R

NH

O

R

NH

n

O

R

NH

O

Ot-Bu

O

R

NH2OH

Ot-Bu

O

O

Ot-Bu

O

(Entschützen)H2O/H+

Polymer

- H2O[+ Dicyclohexylcarbodiimid (DCC)]

Polymer

- t-BuOH- CO2

(BOC)2O

8.3.6.1 Beispiel für Carbamate als Schutzgruppe

Merrifield-Verfahren7

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 332

Kriterium: möglichst kurzer Weg

Schutzgruppentechnik erfordert immer 2 zusätzliche Schritte:

- SchützenReaktion

- Entschützen

8.4 Vermeiden von Schutzgruppen

8

167

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 333

a) Schutzgruppentechnik: Alkohol schützen, Grignard, hydrolysieren

b) Alternative: Radikalische Reduktion(AIBN)

Br OH Br O BrMg O

D OD OH

t-BuOH, H+ Mg, Et2O

D2O

H+/H2O

Schützen

Entschützen

n-Bu3SnDAIBN

8.4.1 . Selektive Deuterierung eines Brom-Alkoholsdurch Austausch des Halogens

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 334

COOHCOOH

OOH

OH

COOH

FGI FGI

8.4.2a: Retrosynthese: Selektive Reduktion einer Formyl-Dicarbonsäure

8.4.2 Beispiele für selektive Reaktion identischer Gruppen

8

168

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 335

COOHCOOH

O O

OO

O

OH

OO

OH

OH

COOH

DCC

-H2O

NaBH4

OH-

8.4.2a: Synthese: Reduktion einer Formyl-Dicarbonsäure zu einer 3,2'-Bis-hydroxymethyl-1,3-dimethyl-bi(cyclohexyl)-2-carbonsäure

8.4.2 Beispiele für selektive Reaktion identischer Gruppen

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 336

COOHCOOH

OOCOOH

COOMe

FGI FGI

8.4.2b: Retrosynthese: Selektive Veresterungeiner Formyl-Dicarbonsäure

8.4.2 Beispiele für selektive Reaktion identischer Gruppen

8

169

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 337

COOHCOOH

O O

OO

O

OCOOH

COOMe

DCC

-H2O

NaOMe

8.4.2b: Synthese: Selektive Veresterungeiner Formyl-Dicarbonsäure zu 2'-Formyl-1,3-dimethyl-

bi(cyclohexyl)-2,3-dicarbonsäure-3-methyl ester

8.4.2 Beispiele für selektive Reaktion identischer Gruppen

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 338

COOH

COOH

NH

COOH

OOMe

O

NH2

COOHFGI FGI

8.4.2c: Retrosynthese: Selektive Aminolyse einer Dicarbonsäure; Säureamid-Umlagerung

8.4.2 Beispiele für selektive Reaktion identischer Gruppen

8

170

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 339

O

NH2

COOH

N

CO

COOH

NH

OOMe

COOH

Rearr.

MeOH

O

NHCl

COOH

COOH

COOHO

O

O

NH3DCC NaOCl

- HCl

- H2O

8.4.2c: Synthese von 3-(Methoxycarbonyl)aminoacrylsäure

8.4.2 Beispiele für selektive Reaktion identischer Gruppen

Hoffmann-Abbau

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 340

8.5 Einfach-Reaktionen von Gruppen, die mehrmals reagieren können

Wichtigste Substrate: - AmineMehrfachalkylierung

- AromatenMehrfache elektrophile Substitution

8

171

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 341

NH3

R-NH2

RNH

R

RN

RR

R

O

X

R

O

NH2 R NH2

R-X R-X R-X

LiAlH4

8.5.1 Primäre Amine durch Alkylierung

8.5.1.1 Reduktion von Amiden

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 342

8.5.1 Primäre Amine durch Alkylierung

8.5.1.2 Alkylierung von Phthalimid

NH

O

O

N

O

O

RNHNH

O

O

R NH2

Baseoder Mitsunobu-Reagens

NH2-NH2

+R-X

Gabriel-Synthese

8

Mitsunobu-Reaktion

172

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 343

NH2Et NEtEt

CH=ONHEtEt

NEtEt

Et

CH(OEt)3 H+

Et2SO4

- HCOOH

8.5.2 Sekundäre Amine durch Alkylierung

Formylierung & Alkyl-Umlagerung

Chapman-Umlagerung

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 344

R RR

RR

R

R

O

X O

R R

RR

R

R

R-X

AlCl3

R-X

AlCl3

R-X

AlCl3

AlCl3Zn/HCl

+

8.5.3 Monoalkylierung von Aromaten

Acylierung + Reduktion

Friedel-Crafts8

173

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 345

NO2

NO2 NO2

NO2

H2SO4

< 50 °C

H2SO4

> 50 °C

+

HNO3

HNO3

8.5.4 Mononitrierung von Aromaten

Temperaturkontrolliert

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 346

8.5.5a: Retrosynthese für ein monoalkyliertes Keton

8.5.5 Beispiele für Einfach-Reaktionen

O O

Akz

O O

+ Åδ− −

+ Åδ−δ−

δ−

8

174

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 347

O

COOEt

O

COOEt

Br

O

O

COOEt

NaOEt

NaOH/H+ - EtOH, - CO2

+

Åë

8.5.5a Synthese von 6-Phenyl-hexan-2-on aus Acetessigester

8.5.5 Beispiele für Einfach-Reaktionen

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 348

8.5.5b: Retrosynthese: gesteuerte Monoalkylierung+ Aldolkondensation + Grignardreaktion

8.5.5 Beispiele für Einfach-Reaktionen

OH OOH

+ Me+ ëÅÅ

Å ëë

Reihenfolge beachten Grignard

8

175

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 349

O

O

COOEt

O

BrOO

EtOOC

O OH

EtOOC

OH

O O

MeMgI

NaOEt

1. NaOH2. H+

- EtOH- CO2

Åë

- H2O

Meë

8.5.5b Synthese von 2-Cyclohex-1-enyl-propan-2-ol durch gesteuerte Monoalkylierung + Aldolkondensation/Cyclisierung + Grignardreaktion

8.5.5 Beispiele für Einfach-Reaktionen

Grignard8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 350

8.5.5c: Retrosynthese: Monoalkylierung von Aromaten + Grignard-Reaktion

8.5.5 Beispiele für Einfach-Reaktionen

OH O

Me+ +δ− Å ë

8

176

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 351

OH

O

Cl O

O

MeMgI

Me

Å

ë

AlCl3

8.5.5c: Synthese von 2-Phenyl-pentan-2-ol

8.5.5 Beispiele für Einfach-Reaktionen

GrignardFriedel-Crafts

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 352

FGI (Umwandlung von Funktionellen Gruppen)

Erkennen von Strategischen StrukturelementenStrategischen C-C-Bindungen

Einige Beispiele von - typischen Syntheseschritten - typischen Syntheseelementen

9. Zusammenfassung der Retrosynthese

8

177

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 353

H

HHR

H

HOHR

H

OR

OH

HOHR

OH

OR

OH

OHOHR

OH

O

OH

H

HXR

OH

OH

OH

OH

-2e -2e -2e -2e

Stufe 0 Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4

9.1.1 FGI Zusammenfassung

Wechsel der Oxidationsstufe

C-X (Hal, OR, NR2, SR),

C=C

C=X, CXY, C=C-X, C≡C, Y-C-C-X, Epoxide

COOH, COX, CN, C=C-C=O

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 354

9.1.2 FGI Zusammenfassung

Entfernung von funktionellen Gruppen

FG

C=C , C≡C

OH

C=O

SH

Br

NH2

Reaktionsbedingungen

H2/Pd

TosCl, MesCl – LiAlH4, NaBH4Barton Reaktion (radikalisch mit Bu3SnH)

NaBH4 => OH ... Dort weiter....Wolff-Kishner (Hydrazon)Clemmensen (Zn/Hg/HCl)

Raney Ni

radikalisch mit Bu3SnH

HNO2 (Diazotierung)8

178

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 355

R R'

O

R R'

OH

Nu

Nu ë

9.2. Carbonyl-Reaktivitäten

R R'

O

R R'

O NuNuë

δ+

Elektronen-Akzeptor am C=O

Elektronen-Akzeptor am β-Kohlenstoff des Enons

R R'

O

R R'

O

ER R'

O

E

δ−

Å

ë

ë

Elektronen-Donator am α-Kohlenstoff (über ein Enolat)

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 356

Et

OCN

Et

O

OEt

CN

NO2O

H CH3 NO2

NO2

OHAldol

+

Esterkondensation+

δ+δ−

δ−

δ+

9.2.1 Aldol- und Esterkondensation

Claisen

8

179

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 357

CO2Et

CO2Et

CO2Et

CO2Et

N

OH

CN

N

O

H H CN

Et2NCO2Et CO2Et+Et2NH

Cyanhydrin+

Cycloaddition+

δ+δ−

δ+

δ− δ+

9.2.2 Cyanhydrin-, Diels-Alder- und Michael-Reaktion

Diels-Alder

Michael-Addition 8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 358

OMe

NO2

OMe

OMe

CH=O

OMe

OMe OMe

SE+ HNO3

SE

+ DMF/POCl3

SE

+ MeCOClFGI

9.3.1 Elektrophile Zweitsubstitutionen

Vilsmeyer

Friedel-Crafts8

180

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 359

COOH

CN

CNNH-NH2

CNF

+ HNO3

SN

FGIDiazon. SE

+ H2N-NH2

FGI

9.3.2 Aromaten-Substitutions-Sequenzen

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 360

9.4. Probleme durch Gleichgewichtsreaktionen

Natur: Carbonylbasierte Synthesechemie mit speziellen Katalysatoren

Organische Synthesechemie: Imitation der Natur, aber Rahmenbedingungen fehlen

- schlechte Katalysatoren, - Gleichgewichte, zB Aldol meist endotherm- Zwang zu exothermen Folgereaktionen

8

181

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 361

9.5. Click-Chemistry

Begriff: K. B. Sharpless (Nobelpreisträger 2001 f. Oxidationen)

Schlüssel-Elemente sind:-Olefine-Modulare Blöcke (kleine Einheiten)-„spring-loaded“ Elektrophile (meist gespannte Ringe)-Heteroatom-Verbindungen (C-X-C)-Hohe thermodynamische Kraft

Lösungsmittel: meist Wasser Katalysatoren: Metallkatalysesehr hohe Ausbeuten

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 362

9.5.1 Bildung oxidierter Elektrophile aus Olefinen

N OOH

OH

OH

NHR

Mit z.B. PhNMe3+Br3

-

bzw. H2O2 /Kat.Mit OsO4/Kat./Ko-Oxidansbzw.OsO4/Kat/RN(Cl)Na

8

182

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 363

9.5.2a Retrosynthese: Nucleophile Epoxid-Öffnung.

Cycloaddition eines 1,2-Dielektrophils an ein 1,3-Dinucleophil

NH

NH2

OH

Me

Ph

OH

Me

NN

NH2Ph

N OPh Me

Å

Åδ−

δ−

9.5.2 Reaktionstypen in der Click-Chemistry„gespannte“ Elektrophile

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 364

9.5.2a Synthese von 2-(3-Amino-1H-indazol-1-yl)-1-phenylpropan-1-ol

O Me

Ph

NH

NH2

OH

Me

Ph

F

CN

OH

Me

NN

NH2Ph

N

Me

Ph

MeO

OOH NH2NH2.H2O

Å

Å

9.5.2 Reaktionstypen in der Click-Chemistry - „gespannte“ Elektrophile

8

183

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 365

OH

NN

+

NNC

OH

NNN

CN

9.5.3a Retrosynthese über Hetero-Diels-Alder-Reaktion (Azid-Typ)

9.5.3 Reaktionstypen in der Click-Chemistry - Cycloadditionen

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 366

9.5.3a Synthese von 1-(8a-Hydroxy-1,5,8,8a-tetrahydronaphthalen-4a(4H)-yl)-1H-1,2,3-triazole-

4-carbonitrile

OH

NN

+

N

Cl

CN

OH

NNN

CN

CN

+H2Oreflux

9.5.3 Reaktionstypen in der Click-Chemistry - Cycloadditionen

8

184

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 367

9.5.3b Retrosynthese über 1,3-dipolare Cycloaddition (Non-Azid-Typ)

N+

NR2

N

O

Ar

N

O

O Ph

NR2

O

N N

NPh

O

O

Ar +

9.5.3 Reaktionstypen in der Click-Chemistry - Cycloadditionen

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 368

9.5.3b Synthese von 5-Dimethylamino-2,6,7-triphenyl-tetrahydro-2,3b,6a-triaza-cyclopenta[a]pentalene-1,3,4-trione

O

Cl

N

ONH2 NH2

NH

N

NH

O

N+

N

N

O

H

Ph

NO O

Ph

NO

N N

NPh

O

O

Ph

K2CO3, MeCN Ph-CH=O

H+

Temp

9.5.3 Reaktionstypen in der Click-Chemistry - Cycloadditionen

8

185

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 369

9.5.4 Reaktionstypen in der Click-Chemistry -Carbonylreaktionen vom Nicht-Aldol-Typ

R1 R2

O

S

NR1

NH2

R1 R2

NO R3 R1 R2

OH CNR3O-NH2

CN-Harnstoff-Typ

Cyanhydrin

stabile IntermediatezB für Heterocyclen

8

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 370

10. Beispiele für interessante Strukturen

Reaktionssequenzen für einige biologisch wirksame Molküle- Naturstoffe: Mescalin, Papaverin- Pharmaka: Autan, Cinoxate, Ethinylestradiol, Ethinamat,

Novocain, Veronal, Tamiflu

9

186

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 371

O NEt2

Me

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

Insektenabwehr, RepellentWirkung auf Rezeptoren von Insekten

9

DEET, Autan (Diethyltoluamid)

Seit 1955 (S.C.Johnson)1958 auf dem dt. Markt

(Naturstoff in Mottenart)

wird seit 1998 zT durch Icaridin (Bayer) ersetzt (besser verträglich, auch gegen Zecken)

DEET ist zB in „Anti brumm ® forte“ (2008, TOGAL) enthalten

10.1.1 DEET (Autan)

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 372

10.1.1 Retrosynthese von DEET (Autan)

O NEt2

Me Me

OHO Me

Me

FGI

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

187

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 373

10.1.1 Synthese von N,N-Diethyl-3-methylbenzamid

O NEt2

Me

Me

OHOMe

Me Me

ClO[O] SOCl2

NHEt2

[O]: HNO3

CrO3/AcOH H2SO4

O2

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 374

10.1.2 Cinoxat

MeO O

OOEt

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

Sonnenschutz Wirkung:

Absorption von UV-B und UV-A

9

Cinoxat: seit 1960„SunDare“, „GiveTan“Jetzt nicht mehr in Verwendung

MeO O

O

Alternativ: Octinoxat aus 2-Ethylhexanol (dringt weniger in die Haut ein)

188

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 375

10.1.2 Retrosynthese von Cinoxat

MeO O

OOEt

MeO CHO Me CO2H OH OEt

MeOO

++δ−δ+

δ−

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 376

10.1.2 Synthese von 2-Ethoxyethyl p-Methoxyzimtsäure

MeO O

OOEt

MeO CHO

Me CO2HOH OEt

MeO

OO OEt

O

DMFPOCl3

Base

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

189

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 377

10.1.3 Ethinylestradiol (EE)

H H

HOH

OH

H

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

Orales Contraceptivum(Empfängnisverhütung, „die Pille“)Agonist für Estrogenrezeptoren

9

17α-Ethinylestradiol (EE)Synthese 1938 aus Estron (Inhoffen, Hohlweg; Schering)Markteinführung Europa 1961 (Anovlar)

Norethisteron: Synthese 1951 (Djerassi, Syntex)erste orale „Antibabypille“ (Enovid)ab1957/1960 am US Markt

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 378

10.1.3 Retrosynthese von Ethinylestradiol (EE)

H H

HOH

OH

H

H H

H

OH

O

H

δ+

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

190

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 379

10.1.3 Synthese von 17α-Ethinylestradiol (EE)

H H

HOH

OH

H

H H

H

OH

O

HH

Na/NaNH2

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 380

10.1.4 Ethinamat

HO

O

NH2

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

AntidepressivumSedativum, HypnotikumInhibitor für Kohlensäureanhydrasen

9

Ethinamat (Valamin, Valmid)seit 1957 als Schlafmittel (Schering)nicht mehr im Handel

191

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 381

10.1.4 Retrosynthese von Ethinamat

HO

O

NH2

H

O H

O

Hë+

FGI

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 382

HO

O

NH2

H

O HO HHNH2COOEtBase

10.1.4 Synthese von 1-Ethinylcyclohexyl)carbamat

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

192

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 383

10.1.5 Novocain

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Novocain (Procain)Synthese 1897 (Einhorn, Univ. München) 1905 im Handel (Hoechst)

NH2

O

ONEt2

Lokal-Anaestheticum in der ZahnmedizinJetzt Verwendung in der NeuraltherapieWirkung: Na-Kanalblocker

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 384

10.1.5 Retrosynthese von Procain (Novocain)

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

NH2

O

ONEt2 NH2

O

OHOH

NEt2

O2N MeO

+

FGI

FGI

FGI

FGI

193

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 385

10.1.5 Synthese von 4-Aminobenzoesäure-β-diethylaminoethylester

NH2

O

ONEt2

NH2

O

OHO2N Me

O NEt2OHNHEt2

2. LiAlH4

H+

1. [HNO3]

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 386

10.1.6 Barbital (Veronal)

N

N

O

OO

H

H

Et

Et

Sedativum, Hypnotikumhemmt die meisten Stoffwechselprozesse

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Barbiturate1882 erstmals synthetisiert (H. Emil Fischer)1903 Schlafmittel (Veronal, Merck)Seit 1992 nicht mehr als Schlafmittel zugelassen

194

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 387

10.1.6 Retrosynthese von Barbital (Veronal)

N

N

O

OO

H

H

Et

Et

O

O OEt

OEtEt

EtNH2

NH2 O+

δ−

δ+δ+ δ−

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 388

N

N

O

OO

H

H

Et

Et

O

O OEt

OEtEt

EtNH2

NH2 O

NaOEt

+

10.1.6 Synthese von 5,5-Diethyl-(1H,3H,5H)-pyrimidin-2,4,6-trion

(5,5-Diethylbarbitursäure)

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

195

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 389

10.1.7 Tamiflu (Oseltamivir)

OCOOH

H

H

OHNH

Ac

OHOH

OH

COOEt

NH2

O

NH

O.H3PO4

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

N-Acetylneuraminsäure(Sialinsäure)

9

Alternativ: Relenza(Zanamivir; nicht oral; GlaxoSmithkline)

Tamiflu1995 Synthese (Bischofsberger, Gilead)1999 Markteinführung als Tamiflu (Roche)2004: Einsatz gegen Vogelgrippe (WHO)2012: Zweifel an Wiksamkeit; starke Nebenwirkungen

Oral / virostatischNeuraminidase-Hemmer (hemmt Auflösung der Sialinsäure)

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 390

10.1.7b Retrosynthese von Tamiflu

COOEt

NH2

O

NH

O.H3PO4

O

BocNH

NHBoc

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Vorstufen nach älteren Verfahren: Chinasäure oder Shikimisäure

OH

OH

COOH

OH

OHOH

OH

COOH

OH

(-)-Shikimisäure(-)-Chinasäure

2006/2007 Synthesen ohne Naturstoff-Vorstufen (Shibasaki, Tokio; Fukayama)

Shibasaki-Synthese

196

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 391

10.1.7 Synthese von Oseltamivir-Phosphat

COOEt

N

O

N

O .H3PO4

BocNHNHBoc

N BocNHNHBoc

O

BocNHNHBoc

O CN

BocNHNHBoc

O CN

EpoxidAzid

div. SchutzgruppenRingöffnung

HydroxylierungOxidation

KCN

Red.Ether

HydrolyseAcetylierung

Michael-Add.

10.1 Beispiele für biologisch wirksame Substanzen

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 392

10.2.1. Mescalin

10.2 Beispiele für Naturstoffe

MeO

MeO

MeO NH2

Halluzinogenmit Phenethylamin-StrukturPartialagonist des Serotoninrezeptors

9

MescalinAlkaloid; Rauschgift aus dem Peyote-Kaktusund einigen anderen Kakteenarten1896 Isolierung (Heffter, Univ. Berlin)1919 Strukturaufklärung und Synthese (Späth, Uni Wien)Illegale Droge seit 1971

197

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 393

10.2.1. Retrosynthese von Mescalin

10.2 Beispiele für Naturstoffe

MeO

MeO

MeO NH2

MeO

MeO

MeOO

MeO

MeO

MeO NO2

Me NO2+δ+ δ−

FGI

9

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 394

10.2.1 Synthese von 2-(3,4,5-Trimethoxyphenyl)ethanamin

MeO

MeO

MeO NH2

MeO

MeO

MeOO

MeO

MeO

MeO NO2

Me NO2

1. Base2.

LiAlH4

10.2 Beispiele für Naturstoffe

9

198

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 395

10.2.2 Papaverin

MeO

MeON

H

OMeOMe

O

10.2 Beispiele für Naturstoffe

9

Papaverin: Alkaloid des Opiumsaus Opium (Schlafmohn)1890Strukturaufklärung (Goldschmied,

Uni Wien) 1989 Totalsynthese (Pictet, Gams)

Muskel-Relaxans (Vasodilatator)zB in der HerzchirurgiecAMP Phosphodiesterase-Hemmer

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 396

10.2.2 Retrosynthese von Papaverin

MeO

MeONH2

OMeOMe

O

OH

MeO

MeO

CNMeO

MeO

ClMeO

MeO

MeO

MeON

H

OMeOMe

O

+

10.2 Beispiele für Naturstoffe

9

199

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 397

OH

OH

MeO

MeO

MeO

MeO

Cl

Ar CN

Ar NH2

Ar CO2H

OCl

OClMeO

MeO

COClKOH

LiAlH4

H2O/EtOH

AcOH

CH2O, HCl2. (Me)2SO4

1. Base

NaCN

10.2.2 Synthese von 3,4-Dimethoxy-benzoylchlorid und 3,4-Dimethoxy-phenethylamin

10.2 Beispiele für Naturstoffe

9(Zwischenprodukte bei der Papaverin-Synthese)

Syntheseplanung - W. Stadlbauer 398

MeO

MeON

H

OMeOMe

O

MeO

MeO

NH2

MeO

MeO

COCl

MeO

MeON

H

OMeOMe

O

Cu

10.2.2 Synthese von 6,7-Dimethoxy-1- (3,4-dimethoxybenzyl)isochinolin

10.2 Beispiele für Naturstoffe

9

(2. Reaktionsschritt aus Zwischenprodukt)

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