Alkohole als Vorläufer von Kohlenstoffradikalen

Alkohole spielen eine zentrale Rolle in der organischen Synthese, da sie allgegenwärtig sind und in einer Vielzahl von etablierten Transformationen eingesetzt werden können. In C-C-Bindungsreaktionen werden Alkohole jedoch, obwohl sie für die organische Synthese zentral sind, meist indirekt eingesetzt. Viele alkoholbasierte Reaktionen erfordern eine mühsame Vorveränderung der Hydroxygruppe (C-OH) in andere funktionelle Gruppen wie Halogene (z.B. C-Br) vor der Bildung von C-C-Bindungen (Abbildung 1).

Die Entwicklung von einstufigen C-C-Bindungsreaktionen mit Alkoholen ist sehr wünschenswert, da sie den Einsatz von allgegenwärtigen Materialien ohne die Belastung eines mehrstufigen Verfahrens ermöglicht. Ein Weg, dieses Ziel zu erreichen, ist die direkte Umwandlung von Alkoholen in bekannte reaktive Zwischenprodukte, die sofort C-C-Bindungsreaktionen durchlaufen. Wir stellten uns vor, dass wir dies mit niedrig-wertigen Titanreagenzien erreichen könnten. Niedrigwertiges Titan ist ein Ein-Elektronen-Reduktionsmittel und eine hochoxophile Spezies. Aufgrund dieser Eigenschaften wird erwartet, dass niedrig-wertiges Titan ein Sauerstoffatom aus Alkohol extrahieren könnte, indem es die C-O-Bindung in einer Ein-Elektronen-Reduktion spaltet, um den entsprechenden Kohlenstoffrest (C*) zu erzeugen. Das Kohlenstoffradikal ist ein extrem reaktives Zwischenprodukt, das leicht verschiedene Reaktionen durchläuft, einschließlich der Bildung von C-C-Bindungen.

Ergebnisse

Die Behandlung von 2-Naphthalinmethanol mit einem niederwertigen Titanreagenz ergab eine Mischung aus zwei C-O gespaltenen Produkten aus Hydrierung und Dimerisierung (Abbildung 2). Diese Reaktionen selbst waren nicht sehr nützlich, aber sie waren beide Beweise für die Entstehung von Benzylradikalarten. Mit diesem vorläufigen Ergebnis erwarteten wir, dass die Zugabe von Radikalfängern die Koppelprodukte zwischen Benzylradikal und Fangmitteln ermöglichen würde, wodurch die Hydrier- und Dimerisierungsreaktionen unterbrochen würden. Tatsächlich ergab die Zugabe von Acrylnitril als Fangmittel das Kopplungsprodukt zwischen dem Benzylrest und Acrylnitril als Hauptprodukt.

Das beste Ergebnis wurde erzielt, wenn das niederwertige Titanreagenz aus TiCl4(Kollidin) und Manganpulver hergestellt wurde. Diese alkoholbasierte direkte C-C-Bindungsreaktion wurde erfolgreich auf eine Reihe von Benzylalkoholderivaten angewendet. Bemerkenswert ist, dass sowohl Benzylalkohole mit elektronenabgebenden als auch -abziehenden Substituenten am aromatischen Ring für diese Reaktion geeignet waren. Darüber hinaus waren neben den primären Alkoholen auch sekundäre und tertiäre Alkohole trotz der deutlich erhöhten sterischen Behinderung geeignet. Mehrere elektronenarme Alkene außer Acrylnitril waren ebenfalls gute Reaktionspartner. In Bezug auf die Praktikabilität ist diese Reaktion kostengünstig und einfach durchzuführen, zumindest im Labormaßstab. TiCl4(Kollidin) ist während der Lagerung stabil, tolerant gegenüber kurzer Lufteinwirkung und kostet nur etwa 10 JPY/mmol.

Bedeutung und Zukunftsaussichten

Die Bedeutung dieses Verfahrens besteht darin, dass es die direkte Verwendung von Alkoholen als Kohlenstoffradikaläquivalente ermöglicht. Wir haben allgegenwärtige Alkohole mit dem gesammelten Wissen über radikale Reaktionen verknüpft. Wir glauben, dass diese Arbeit die Erforschung anderer alkoholbasierter radikaler Reaktionen in naher Zukunft anregen wird.

Mehr Informationen:
Takuya Suga et al, Low-Valent Titan-Mediated Radical Conjugate Addition Using Benzyl Alcohols as Benzyl Radical Sources, Organic Letters (2018). DOI: 10.1021/acs.orglett.8b02305

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