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II.  Allgemeiner Teil

II.1. Einführung

Die Zahl der Systeme, an denen die Carben-Olefin-Carben-Umlagerung zur Erzeugung von anti-Bredt-Olefinen bisher angewendet wurde, ist relativ überschaubar. Neben den Derivaten eines der ältesten Polycyclen Adamantan 41 [24] und des exotischen Vertreters Cuban 42 [13, 14, 15], ist es vor allem die Reihe der bicyclischen Systeme ohne Null-Brücke vom Typ 43, die Ausgangsverbindungen für die Generierung von Brückenkopf-Olefinen darstellten. Neben den eingangs bereits erwähnten Systemen, dem Carben des kleinsten bicyclischen Molekül ohne Null-Brücke Bicyclo[1.1.1]pentan 44 und dem von Jones untersuchten Norborn-1-yl-carben 45 [22, 23], war es wieder die Arbeitsgruppe um Szeimies, die sich dieser Problematik annahm. Die Arbeiten von Kohl und Ströter beschreiben das Umlagerungsverhalten von Bicyclo[3.1.1]hept-1-ylcarbenen vom Typ 46.[21]

Daneben wurden von Michl eine Reihe von bicyclischen Nitrenen 47 beschrieben. In einer ähnlichen Reaktion führt deren Umlagerung zu gespannten Brückenkopf-Iminen 48.[25, 26, 27]


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Auffällig ist, daß über die Synthese und Folgechemie bicyclo[2.1.1]hexylsubstituierter Carbene nichts berichtet wurde. Der Grund ist wohl in der schwierigen Darstellung brückenkopfsubstituierter Bicyclo[2.1.1]hexane zu suchen. Im Gegensatz zum relativ einfachen Zugang zu ähnlich substituierten Bicyclo[1.1.1]pentanen und Bicyclo[3.1.1]heptanen via Addition an die Zentralbindung der entsprechenden Propellane ist diese Methodik auf die Darstellung vergleichbarer Bicyclo[2.1.1]hexane nicht anwendbar. Tricyclo[1.1.1.01,3]pentan[28] 50 und Tricyclo[3.1.1.01,5]heptan[29] 51 sind nach Szeimies einfach synthetisierbare Verbindungen, die unter Kühlung längere Zeit stabil sind und sowohl radikalische als auch ionische Additionen erlauben.[29, 30, 31, 32]

Tricyclo[2.1.1.01,4]hexan 52 hingegen ist ein äußerst empfindliches Molekül, daß erstmalig im Jahre 1982 von Wiberg und Mitarbeitern generiert wurde. Die Instabilität des [2.1.1]Propellans ist der Grund für die sehr leichte Polymerisation und erlaubt ausschließlich seine Isolation in einer Matrix.[33] Demnach muß nach anderen Möglichkeiten gesucht werden, brückenkopfsubstituierte Bicyclo[2.1.1]hexane zu synthetisieren.


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II.2. Brückenkopfsubstituierte Bicyclo[2.1.1]hexane

II.2.1. Bekannte Synthesen

Das publizierte Material über die Synthesen für substituierte Bicyclo[2.1.1]hexane ist bis heute relativ überschaubar. Ende der 60iger und Anfang der 70iger Jahre rückte der photochemische Zugang zu dieser Verbindungsklasse in das Interesse einiger Chemiker. Hervorzuheben sind hier besonders die Arbeiten von Liu und Hammond. [34] 1967 berichteten sie über die Bestrahlung von acyclischen Trienen. 3-Methylen-7-methyl-1,6-octadien 53 ergab nach Belichtung in Gegenwart eines geeigneten Photosensibilisators 5,5-Dimethyl-1-vinylbicyclo[2.1.1]hexan 54 in einer Ausbeute von gut 2 %. Auch das ausschließlich am Brückenkopf substituierte 1-Vinyl-bicyclo[2.1.1]hexan 56 konnte nach Bestrahlung von 3-Methylen-1,6-heptadien 55 in einer Kreuzcyclisierung erhalten werden. Zwar erlaubt die in 1-Position befindliche Vinylgruppe eine Reihe von Funktionalisierungen, doch ermutigen die Ausbeuten von ebenfalls 2 % nicht zu einem sinnvollen präparativen Zugang.

Sechs Jahre später griffen Bloomfield und Owsley [35] die Methode der Kreuzcyclisierung von 1,4-Dienen erneut auf. Die Bestrahlung von 2,5-Bismethylenadipinsäuredimethylester 57 in Acetonitril ergab in Ausbeuten von 8-38% den gewünschten Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbon-säuredimethylester 58. Dies ist die erste Beschreibung der Darstellung von 1,4-difunktionalisierten Bicyclo[2.1.1]hexanen. Doch auch hier sprechen drei wesentliche Argumente gegen eine synthetische Anwendung: die Photolysebedingungen, die eine sehr kleine Konzentration voraussetzen, die stark schwankenden Ausbeuten sowie die relativ aufwendige Herstellung des Eduktes 57. Eine bekannte Synthese setzt auf die Verwendung von Nickeltetracarbonyl.[33]


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1980 berichtete Warner über einen allgemeinen Zugang zu zweifach brückenkopfsubstituierten Bicyclo[n.1.1]alkanen. Mit einem einfachen Konzept der zweifachen Alkylierung von cyclischen 1,3-Di-Estern gelang es Warner, Bicyclen mit n = 2,3,4 aufzubauen. Deprotonierung in α-Position des einfach zugänglichen Diesters 59 mit Lithiumdiisopropylamid und darauffolgender Alkylierung mit Methyleniodid in Tetrahydrofuran ergab die Iodmethylverbindung 60. Diese cyclisierte nach erneuter Deprotonierung in α’-Position zu Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester mit einer Gesamtausbeute von 28 %.[36]

Die Nachteile dieser Methode liegen im Gebrauch großer Mengen Hexamethyl-phosphorsäuretriamid, einem häufig in der Enolatchemie verwendeten aber stark cancerogenen Cosolvens.[37]

Einen Zugang zu einfach brückenkopfsubstituierten Bicyclo[2.1.1]hexanen durch intramolekulare Barbier-Typ-Reaktionen konnten Molander und Mitarbeiter im Jahre 1990 entwickeln. In einer Samariumdiiodid-vermittelten Reaktion synthetisierten sie aus racemischen 2-Iodmethylcyclopentan-1-on 61 das 1-Hydroxybicyclo[2.1.1]hexan 62 mit Ausbeuten bis zu 66 %.[38]


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Der leichte Zugang zum Iodid 61 sowie die guten Ausbeuten heben diese Methode eindeutig heraus, jedoch setzen die Verwendung von teurem Samariumdiiodid sowie die absehbaren Schwierigkeiten bei der Umfunktionalisierung des Brückenkopf-Kohlenstoffes die Grenzen.

Tab.1: Zusammenfassung der wichtigsten Synthesen substituierter Bicyclo[2.1.1]hexane

 

Hammond und Liu [34]

Bloomfield [35]

Warner [36]

Molander [38]

Ausbeute

bis 2%

8-38%

28%

66%

Vorteile

Leicht zugängliche, kommerziell erwerbliche Edukte, saubere Reaktion

Saubere Reaktion

Leicht zugängliche Edukte

Leicht zugängliche Edukte, gute Ausbeuten

Nachteile

Inakzeptable Ausbeuten

Aufwendige Synthese des Eduktes

Verwendung großer Mengen Hexamethylphosphor-säuretriamids

Eingeschränkte Funktionalisierung der Brückenköpfe


Des Weiteren muß erwähnt werden, daß eine effiziente Synthese zu 1,4-disubstituierten Bicyclo[2.1.1]hexanen mittels zweifacher Alkylierung von Cyclobutan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 65 wohl nicht gegeben ist, da die Darstellung der Ausgangsverbindung mit hohem Aufwand verbunden ist. Einzig Allinger und Tushaus berichteten im Jahre 1965 über die Synthese 1,3-disubstituierter Cyclobutane. Ausgehend vom cyclischen Acetal 63, das durch Kondensation von Benzaldehyd und 2,2-Bis(brommethyl)propan-1,3-diol gewonnen wurde, und Malonsäurediethylester 64 konnte Cyclobutan 65 in 6 Schritten mit einer Gesamtausbeute von rund 6% erhalten werden. [39]

Ob sich der Diester 65 problemlos zweifach alkylieren läßt, kann auch nicht mit Sicherheit gesagt werden. Bekannt ist nur, daß die Enolisierung von Kleinringverbindungen (Cyclopropan, Cyclobutan) sehr schwer verläuft. Die in Tabelle 1 noch einmal zusammengefaßten Ergebnisse ermutigen am ehesten zum Aufgreifen der Synthese von Warner. Für diese Variante sprechen der leichte Zugang zum Cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 59 sowie die Anwesenheit der Estergruppen an den Brückenköpfen, die weitere Funktionalisierungen gestatten sollten.


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Von nicht geringem Interesse ist in diesem Zusammenhang auch die Darstellung einfach brückenkopfsubstituierter Bicyclo[2.1.1]hexane. Es stellt sich die Frage, ob diese auch durch intramolekulare Alkylierung von Ester-Enolaten zugänglich sind. Dafür soll eine Synthese zu einfachen Ausgangsverbindungen vom Typ 66 ausgearbeitet werden. Die relative Konfigurationen der Kohlenstoffe C1 und C3 sind hier nicht von Interesse, denn die chirale Information an C1 wird durch die Planarisierung im Enolat 67 aufgehoben.

II.2.2. Darstellung von Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58

II.2.2.1. Darstellung von Cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 59

Für die Darstellung von 58 sollte Cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 59 als Ausgangsverbindung dienen. Dieser wurde, wie schon bei Della beschrieben, durch oxidative Spaltung von 2-Norbornen 69 und anschließende Veresterung mit Methanol gewonnen.[40]

Als Oxidationsmittel wurde Kaliumpermanganat in wässriger Lösung verwendet. Diese Synthese kann selbst in großen Ansätzen in akzeptablen Ausbeuten durchgeführt werden. Lediglich bei der reduktiven Aufarbeitung wurde eine kleine Veränderung gegenüber der Literaturvorschrift vorgenommen. Bei Verwendung von Oxalsäure zur Reduktion des gefällten Braunsteins wurden oft bessere Ausbeuten beobachtet, als dies beim Einsatz von Natriumpyrosulfit der Fall war. Auch wurde die Reaktion dadurch besser beherrschbar, da die Bildung unangenehmer SO2-Dämpfe dadurch vermieden wird. Bei der sauer katalysierten Veresterung der Dicarbonsäure 70 in Methanol konnten die Ausbeuten durch die Verdopplung der Reaktionszeiten etwas verbessert werden. Diester 59 wurde mit Aubeuten bis 88 % isoliert.


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II.2.2.2. Reproduktion der Ergebnisse von Warner

Die publizierten Ergebnisse ließen sich auch bei genauester Einhaltung der von Warner beschriebenen Reaktionsbedingungen nicht reproduzieren.[36] Zum einen ist zu bemerken, daß die Ausbeuten über beide Schritte stark schwankten. Im besten Fall konnte Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58 mit Ausbeuten von 22% erhalten werden, im schlechtesten Fall ließ sich gar nichts von der Zielsubstanz isolieren. Zum anderen ist die Bildung zweier unerwünschter Nebenprodukte festzuhalten. Die genauere Untersuchung der Reaktionsbedingungen sowie der Reaktionsprodukte ergab Aufschluss über die Unzulänglichkeiten dieser zweistufigen Synthese. Diese sind in der Aufarbeitung sowie in der nichterfolgten Isolierung der Iodmethylverbindung 60 zu suchen.

Abb.2: Übersicht über die Konkurrenzreaktionen bei der Darstellung von 58


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Die sich daraus ergebenden Konsequenzen für den weiteren Verlauf der Synthese sind in Abbildung 2 zusammengestellt und werden im einzelnen besprochen. Nach eigenen Untersuchungen erfolgt die Bildung von 58 nach Schritt a nur mit Ausbeuten bis zu 52%. Die Möglichkeiten für diese moderaten Ausbeuten können sehr vielfältig sein. Bei der Verwendung von geminalen Diiodiden als Alkylierungsmittel kann die Beteiligung von Redoxreaktionen des Iod leider nicht ausgeschlossen werden. Als Indiz für das Auftreten verschiedener Oxidationsstufen des Iods könnten die charakteristischen Farbveränderungen beim Zutropfen des Alkylierungsmittel gewertet werden. Aufgrund der geringeren CH-Acidität von Estern im Vergleich zu Ketonen kann auch eine Deprotonierung des Diiodmethans durch das Enolat 71 nicht ausgeschlossen werden. Ob das Lithium-Carbenoid 74 für Folgereaktionen verantwortlich ist oder ob es im Gleichgewicht mit dem freien Iodcarben 75 steht, ist dabei unerheblich. Beide Spezies können eine Reihe von Nebenreaktionen eingehen.[41, 42]

Die unzureichenden Ausbeuten bei dieser Reaktion sowie die Anwesenheit des Edukts und nicht umgesetzten Methyleniodids erfordern eigentlich die saubere Abtrennung der Iodmethyl-Verbindung 60. Erfolgt dies nicht, so ist neben der erwünschten Deprotonierung des eigentlichen Substrates auch die des Diesters 59 zu erwarten. Die Folge ist die erneute Alkylierung des Enolates in α’-Position. Aber auch die weitere Alkylierung des Enolates 71 durch Diiodmethan (Abb. 2, Weg b) kann unter diesen Umständen in Konkurrenz zur gewünschten Cyclisierung (Abb. 2, Weg a) treten. Das beweist die Isolierung von 1,3-Bis(iodmethyl)-cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 72 mit Ausbeuten bis zu 7%. Interessant ist hier die ausschließliche Bildung der cis-Verbindung. In einem Kontrollexperiment konnte die starke Konkurrenz dieser Reaktion bestätigt werden. Deprotonierung von 60 bei –78°C und Behandlung des Enolates mit einem Überschuß Diiodmethan lieferte Verbindung 72 mit einer Ausbeute von 13%. Auch hier konnte wieder nur das cis-Diastereomer nachgewiesen werden. Die Cyclisierung zu 58 wurde nicht beobachtet.


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Die endgültige Bestätigung der Struktur von (1S,2R)1,3-Bis(iodmethyl)-cyclopentan-1,3-dicarbonsäure-dimethylester 72 erfolgte mittels Röntgenstrukturanalyse.

Abb.3: ORTEP-Darstellung von (1S,2R)1,3-Bis(iodmethyl)-cyclopentan-1,3-dicarbonsäure-dimethylester 72

Eine Erklärung für diese beobachtete cis-Selektivität ist möglicherweise die zusätzliche Koordination des Lithiums über die benachbarte Esterfunktion. Die Koordination durch weitere Donormoleküle (Tetrahydrofuran, Hexamethylphosphorsäuretriamid) führt dann möglicherweise zu einer Halbraumdifferenzierung von 60a, was ausschließlich zur Bildung des cis-Isomers 72 führt. Denkbar ist auch eine kompliziertere Aggregatbildung aus Enolat, Cosolvens und Lösungsmittel, die ebenfalls eine Halbraumabschirmung bewirkt.[43, 44, 45] Um allerdings genauere Aussagen über Konstitution und Zusammensetzung möglicher Enolat-Aggregate und deren Einfluß auf das Reaktionsverhalten zu treffen, ist das Heranziehen verschiedener analytischer Methoden wie NMR-Spektroskopie und Röntgenstrukturanalyse unerlässlich.


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Weg b in Abbildung 2

Eine weitere mögliche Konkurrenzreaktion ist der intramolekulare Angriff des Enolats 71 auf die zweite Esterfunktion mit darauffolgender Fragmentierung (Abb. 1, Weg c). Bereits 1985 berichteten Della und Mitarbeiter über diese Nebenreaktion bei der Synthese von 1,5-disubstituierten Bicyclo[3.1.1]heptanen.[40] Daß auch bei der Darstellung von 1,4-disubstituierten Bicyclo[2.1.1]hexanen diese Reaktion als Konkurrenz nicht auszuschließen ist, bestätigen Signale in den 1H- und 13C-NMR-Spektren der Rohprodukte, die auf die Bildung einer exocyclischen Methylengruppe via Fragmentierung der Zwischenstufe 77 hinweisen.

Weg c in Abbildung 2

Der Isolierung und Charakterisierung des möglicherweise gebildeten 3-Methylencyclopentan-1,1-dicarbonsäuredimethylesters 73 wurde nicht weiter nachgegangen. Ganz allgemein muss noch erwähnt werden, daß prinzipiell der Aufbau von Bicyclo[2.1.1]hexanen durch nucleophile Substitution sehr ungünstig ist. Der nach einem Sn2-Muster verlaufende Mechanismus setzt im Übergangszustand 78 eine lineare Anordnung zwischen Nucleophil, Kohlenstoff und Abgangsgruppe voraus, die auch unter starker Verdrillung der Geometrie nur schwer realisiert werden kann.


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II.2.2.3. Versuche zur Verbesserung der Darstellung brückenkopfsubstituierter Bicyclo[2.1.1]hexane

II.2.2.3.1. Vorüberlegungen

Bei den Überlegungen zur Verbesserung der Darstellung von Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58 sollten zwei Herangehensweisen in Betracht gezogen werden. Zum einen sollte versucht werden, die Effizienz der von Warner beschriebenen zweistufigen Sequenz zu verbessern. Zum anderen sollte aber auch die Generierung von 58 durch ein Eintopf-Verfahren nicht von vornherein ausgeschlossen werden. Für die Synthese von 58 in zwei Schritten ist die saubere Abtrennung der Iodmethylverbindung 60 unabdingbar. Aufgrund des deutlichen Unterschieds zwischen den Molmassen von Edukt und Produkt und auch der zu bewältigenden Gesamtmenge sollten destillative Trennmethoden herangezogen werden. Möglicherweise kann durch die Variation der Abgangsgruppen X und Y die Reaktion sauberer gestaltet werden. Des Weiteren sollten der Einfluss von Lösungsmittel und Cosolvens auf die Reaktion untersucht werden.

Über die Anwendung von Eintopf-Verfahren auf zweifache Alkylierungen wurde Unterschiedliches berichtet. Zwar teilte Warner bereits 1980 am Rande mit, daß bei Behandlung des Edukts 59 mit einem Überschuß Base (z.B. Lithiumdiisopropylamid) und anschließender Alkylierung mit Methyleniodid mit sehr schlechten Ausbeuten bzw. mit einem kompletten Versagen der Reaktion zu rechnen sei, jedoch wurde dem Problem auch nicht weiter nachgegangen.[36] Ganz im Gegenteil zu Della, der fünf Jahre später über die erfolgreiche Darstellung von Bicyclo[2.2.1]heptan-1,4-


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dicarbonsäuredimethylester 80 berichtete. Nach Behandlung der selben Ausgangsverbindung 59 mit 2.5 Äquivalenten Lithiumdiisopropylamid in Tetrahydrofuran/Hexamethylphosphorsäuretriamid, ließ sich das Bisenolat 79 mit einer guten Ausbeute von 65% in das 1,4-disubstituierte Norbornan 80 überführen. Dabei verwendete er 1-Brom-2-chlorethan als Alkylierungsmittel.[40]

Deswegen sollte versucht werden, diese Methodik auf die Synthese von Bicyclo[2.1.1]heptan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58 zu übertragen. Um eine allzu häufige Verwendung des Cosolvens Hexamethylphosphorsäuretriamid (HMPT) 81 zu vermeiden, soll zum einen ein Verzicht, zum anderen ein Ersatz durch das von Seebach eingeführte Reagenz N,N-Dimethylpropylidenharnstoff[46] (DMPU) 82 in Erwägung gezogen werden.


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II.2.2.3.2. Zweistufige Synthesen

Zunächst wurden durch Verwendung verschiedener Alkylierungsmittel die Halogenmethylverbindungen 60a, 60b, 60c (a = I, b = Br, c = Cl) synthetisiert. Diese wurden als Diastereomerengemische im Verhältnis 1:1 gewonnen. Dies sind nur Näherungswerte, die sich nach Integration aus den 1H-NMR-Spektren abschätzen ließen. Dabei wurde Diester 59 bei -78°C durch LDA in THF deprotoniert und anschließend mit dem entsprechenden Dihalogenmethan umgesetzt. Hierbei wurden jeweils zwei Äquivalente verwendet. In allen Fällen wurden die Produkte durch Destillation im Hochvakuum isoliert, Versuche zur Trennung der Diastereomerengemische wurden nicht unternommen. Tabelle 2 gibt eine Übersicht über die verwendeten Alkylierungsmittel und die erzielten Ausbeuten.

Tab.2: *4.0 Äquivalente

Verbindung

Alkylierungsmittel

Ausbeute in % bei Verwendung von HMPT*

Ausbeute in % ohne Verwendung von HMPT

1-(Chlormethyl)cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 60a

Bromchlormethan

92

41

1-(Brommethyl)cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 60b

Dibrommethan

54

44

1-(Iodmethyl)cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 60c

Diiodmethan

52

50

Die Alkylierung von 59 mit 2.0 Äquivalenten Bromchlormethan verlief in Gegenwart von 4.0 Äquivalenten HMPT glatt. 1-(Chlormethyl)cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 60a konnte mit einer sehr guten Ausbeute von 92% erhalten werden. Die Reaktionsführung ohne das Cosolvens HMPT hatte drastische Einbußen der Ausbeuten zur Folge. In diesem Fall wurden nur 41% isoliert. Im Gegensatz zur Verwendung von Diiodmethan als Reagenz konnten hier keine farblichen


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Veränderungen beim Zutropfen beobachtet werden. Ebenso zeigten die NMR-Spektren der Rohprodukte entschieden weniger nicht zu identifizierende Signale. Dies ist ein weiterer Hinweis auf konkurrierende Redoxreaktionen bei Verwendung von organischen Diiodiden. Die Tendenz, höhere Oxidationsstufen einzunehmen, ist bei leichteren Halogenen wie Chlor wesentlich geringer ausgeprägt. Die Darstellung der höheren Alkylhalogenide verlief mit geringeren Ausbeuten. Daran konnten auch der Einsatz von 8 Äquivalenten Alkylierungsmittel nichts ändern. Der Verwendung von HMPT als Cosolvens kommt mit steigender Molmasse des Halogenids eine geringere Bedeutung zu. Offenbar ist besonders bei geringerer Qualität der Abgangsgruppe die Anwesenheit eines ionenseparierenden Lösungsmittels notwendig.

Die Methylhalogenide 60a-c wurden in ähnlichen Ansätzen durch Lithiumdiisopropylamid deprotoniert. Die wichtigsten Ergebnisse der Cyclisierungen zu 58 sind in Tabelle 3 zusammengefasst.

Tab.3: Ergebnisse der Cyclisierung verschiedener Methylhalogenide

Verbindung

Ausbeute in % bei Verwendung von 4.0 Äquivalenten HMPT

Ausbeute in % ohne Verwendung von HMPT

1-(Chlormethyl)cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 60a

0

0

1-(Brommethyl)cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 60b

22

0

1-(Iodmethyl)cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 60c

82

41

Die besten Resultate konnten erwartungsgemäß bei der Ringschlussreaktion des Iodids 60c verzeichnet werden, und dies auch nur in Gegenwart von HMPT. Während das Bromid 60b ausschließlich bei Anwesenheit von HMPT reagierte, zeigte Verbindung 60a überhaupt keine Tendenz zu cyclisieren. Selbst nach Erhitzen des Reaktionsgemisches wurde nach wässriger Aufarbeitung


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ausschließlich Edukt isoliert. Im Vergleich zur Cyclisierung zum höheren Homologen 80, bei der auch das Chlorid im zweiten Schritt als Nucleofug agierte (Seite 20), soll hier noch einmal an das Modell des cyclischen Übergangszustandes erinnert werden. Wenn auch nicht ideal, so läßt sich die lineare Anordnung in 83 auf Grund einer zusätzlichen CH2-Einheit besser realisieren. Dies läßt auch die Verwendung weniger guter Abgangsgruppen, wie Chlorid, zu.

In Anlehnung an diese Experimente wurde auch einer Reaktion mit Formaldehyd als Reagenz nachgegangen. Sollte sich der Alkohol 84 in guten Ausbeuten darstellen lassen, könnte die Hydroxygruppe nach Reaktion mit p-Toluensäurechlorid in eine gute Abgangsgruppe umgewandelt werden. Der Einsatz von Formaldehyd als Alkylierungsreagenz war leider erfolglos. Dieser wurde durch thermische Zersetzung von para-Formaldehyd erzeugt und in die Lösung des Enolats bei –78°C eingeleitet. Nach Erwärmen auf Raumtemperatur wurde hydrolytisch aufgearbeitet. Es wurde keine Bildung des Alkohols 84 beobachtet. Statt dessen konnten 90% des Ausgangsmaterials wiedergewonnen werden. Weitere Versuche zur Herstellung des Alkohols wurden nicht unternommen.


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II.2.2.3.3. Eintopf-Verfahren

Aufgrund der unter Abschnitt II.2.2.3.2 beschriebenen nicht zufriedenstellenden Ergebnisse wurde der Schwerpunkt bei der Darstellung von disubstituierten Bicyclo[2.1.1]hexanen auf die Ausarbeitung eines brauchbaren Eintopf-Verfahrens gelegt. Dabei sollte zunächst unter den von Della [40] berichteten Bedingungen gearbeitet werden. Allerdings wurde nur mit einem sehr geringen Überschuß Base gearbeitet, um eine unnötige Deprotonierung des Alkylierungsmittels zu vermeiden. Diester 59 wurde bei –78°C langsam zu einer Lösung von 2.1 Äquivalenten frisch bereitetem LDA in wasserfreiem Tetrahydrofuran gegeben. Es wurden 2.0 Äquivalente HMPT verwendet. Anschließend ließ man die Lösung auf 0°C erwärmen und bei dieser Temperatur bis zu 30 Minuten rühren, um die vollständige zweifache Deprotonierung des Substrates zu erzielen. Wieder auf –78°C gekühlt wurde die Lösung langsam mit 2.0 Äquivalenten Diiodmethan versetzt. Leider konnte die Bildung von Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58 nur in Spuren beobachtet werden. Daneben zeigten die NMR-Spektren des Rohproduktes die typischen Signale des zweifachen Alkylierungsproduktes 72 sowie eine Reihe von Signalen im Bereich zwischen 3.5 bis 3.7 ppm im 1H-NMR-Spektrum.

Die unbefriedigenden Ergebnisse der ersten Versuche wurden zum Anlaß genommen, weitere Experimente durchzuführen. Bei diesen Versuchen wurden verschiedene Parameter (Lösungsmittel, Cosolvens, Reaktionstemperatur etc.) variiert. Die Ergebnisse unter II.2.2.3.2 zeigen, daß im zweiten Schritt der Reaktion einzig Iodid als Abgangsgruppe brauchbar ist, um genügende Ausbeuten zu erzielen. Da auch beim Eintopf-Verfahren von einer sukzessiven und nicht von einer konzertierten zweifachen Alkylierung ausgegangen werden muß, und bei der Verwendung gemischter Methylhalogenide im ersten Schritt wohl immer das bessere Nucleofug substituiert wird, wurde in den folgenden Experimenten einzig Diiodmethan als Alkylierungsmittel verwendet. Zuerst wurden das Lösungsmittel und das Cosolvens variiert, um zumindest eine Tendenz aus den Experimenten


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abzulesen. Als Lösungsmittel wurden Diethylether sowie t-Butylmethylether (MTBE) verwendet. Um den weiteren Einsatz von HMPT zu umgehen, wurde das schon eingangs besprochene DMPU in die Experimente mit einbezogen. Die äußeren Bedingungen wurden konstant gehalten. Bei allen Versuchen wurde mit den gleichen Konzentrationen bei –78°C gearbeitet. Es wurden jeweils 2.5 Äquivalente LDA als Base sowie 2.0 Äquivalente des Cosolvens verwendet. Auch die Menge des zugegebenen Reagenzes wurde konstant gehalten, es wurde die zweifache Menge Diiodmethan eingesetzt. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der verschiedenen Versuche.

Tab.4: *geringe Signale im 1H-Spektrum des Rohproduktes

  

A

B

C

  

THF

MTBE

Et2O

1

kein Cosolvens

0

0

0

2

HMPT

Spuren*

bis 19 %

Bis 24 %

3

DMPU

Spuren*

bis 15 %

bis 21 %

Aus den Daten von Tabelle 4 läßt sich eine eindeutige Abhängigkeit von der Kombination aus Lösungsmittel und Cosolvens ablesen. Bei Verwendung des Lösungsmittels Tetrahydrofuran konnte sowohl bei Variation als auch bei Verzicht des Cosolvens keine Bildung von Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58 beobachtet werden. Die besten Ergebnisse ließen sich bei Reaktion in Diethylether in Gegenwart von 2.0 Äquivalenten HMPT erzielen (Tab. 4, Experiment 2C). Unabhängig von den Lösungsmitteln und Cosolventien wiesen alle Reaktionen mit positivem Ergebnis auch die gleichen Symptome an unerwünschten Nebenreaktionen auf. Die NMR-Spektren der Rohprodukte zeigten nach sorgfältiger Entfernung der flüchtigen Bestandteile wie Lösungsmittel und Diisopropylamin und nach Auswaschen des Cosolvens mit gesättigter Lithiumchlorid-Lösung wieder das Vorhandensein der oben schon beschriebenen Di(iodmethyl)verbindung 72 sowie einer Reihe von nichtidentifizierbaren Signalen im Bereich zwischen 3.5 bis 3.7 ppm im 1H-NMR-Spektrum. Dies sind typische Verschiebungen für Methylestergruppen. Des Weiteren wurden eine Reihe von nicht diskreten Signalen zwischen 1.5 bis 2.8 ppm beobachtet. Daneben ein typisches Singulett bei 3.9 ppm, das nichtumgesetztem Diiodmethan zuzuordnen ist. Nach Aufarbeitung der Reaktionen verblieb in allen Fällen eine braune hochviskose Flüssigkeit, die mehrfach (bis zu sechsmal) mit einem Gemisch aus Petrolether/Diethylether (10:1) extrahiert wurde. Die überstehende Lösung wurde dekantiert und nach Entfernen der Lösungsmittel erneut spektroskopiert. Abtrennen ließen sich im wesentlichen der Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58, die Di(iodmethyl)-Verbindung 72 sowie Diiodmethan. Einer Isolierung von 72 wurde nicht nachgegangen. Jedoch ergab die Abschätzung der Intensitäten aus den 1H-NMR-Spektren, daß der Anteil an 72 bei den


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Experimenten 2C und 3C (Tabelle 4) am geringsten war. Das nach dem Extrahieren mit Petrolether/Diethylether verbliebene Öl zeigte ausschließlich die oben beschriebenen nichtzuzuordnenden Signale. Es liegt die Vermutung nahe, daß es sich dabei um oligomeres Material 85 handelt, das durch intermolekulare Alkylierung zwischen den Enolaten 71 entstanden sein könnte.

Abb.4: Schematische Darstellung der intermolekularen Reaktion zwischen den Enolaten 71

In Abbildung 4 ist nur eine prinzipielle Darstellung der Verknüpfung der Enolate 71 dargestellt. Wahrscheinlicher sind wohl hauptsächlich die Alkylierungen innerhalb höherer Aggregate, in denen die Enolate 71 offenbar eine definierte Position zueinander einnehmen. Über eine Anzahl der monomeren Einheiten in 85 kann keine Aussage getroffen. Weitere Untersuchungen zur Bildung solcher Oligomere waren aus zeitlichen Grüden im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich.

Bezüglich der Bildung des zweifach alkylierten Esters 72 liegt die Vermutung nahe, daß dieser durch die zu schnelle Zugabe des Alkylierungsmittels Diiodmethan entstanden sein könnte. Bei allen Versuchen wurde das Reagenz über einen Zeitraum von ca. 10-15 Minuten zugetropft. Um der Bildung des Bicyclus’ 58 mehr Zeit zu geben wurde das Alkylierungsmittel über einen Zeitraum von eineinhalb Stunden mit Hilfe einer Spritzenpumpe zugetropft. Die anderen Bedingungen wurden wie unter 2A gewählt (Tab. 4). Leider konnte keine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit von der Zugabe des Reagenz’ festgestellt werden. 58 wurde mit einer Ausbeute von 22% isoliert.

Hinsichtlich des Experimentes 2C (Tab. 4) wurden allerdings einige Verbesserung erarbeitet. Eine Abhängigkeit von der Menge des verwendeten Alkylierungsmittels Diiodmethan konnte nicht beobachtet werden, insofern mehr als 2.0 Äquivalente eingesetzt wurden. Jedoch wurde eine Abhängigkeit von der Menge des verwendeten Cosolvens´ festgestellt. Die besten Ergebnisse zeigten


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sich bei Gebrauch von 4.0 Äquivalenten HMPT. Eine Erhöhung darüber hinaus brachte keine signifikanten Verbesserungen mehr und wurde aus gesundheitlichen Gründen vermieden.

Tab.5: Abhängigkeit von der eingesetzten Menge Cosolvens

Menge an HMPT in Äquivalenten

2.0

4.0

8.0

Ausbeute in %

24

30

32

Wurde das Alkylierungsmittel Diiodmethan bei Temperaturen oberhalb –78°C zugegeben, konnte ebenfalls eine Verbesserung der Ausbeuten erzielt werden. Die besten Resultate wurden in einem Temperaturbereich zwischen –25 bis 0°C erhalten. Die weitere Erhöhung der Reaktionstemperatur hatte wieder eine Verschlechterung der Ausbeute zur Folge.

Tab.6: Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur

Temperatur bei Zugabe

von Diiodmethan in °C

-78

-25 - 0

Raumtemperatur

Ausbeute in %

30

37

19

Die deutlichste Abhängigkeit bei der Eintopf-Cyclisierung zeigte sich bei Variation der eingesetzten Menge Substrat. Wie aus Tabelle 7 hervorgeht, zeigt diese Reaktion ein eindeutiges upscaling-Problem. Sind die verwendeten Mengen deutlich größer als 1.0 g, sinkt die Ausbeute der Reaktion auf inakzeptable Werte. Bei allen Versuchen wurden die anderen Bedingungen konstant gehalten. Für die Bildung des Bisenolates 79 wurden 2.1 Äquivalente LDA und 4.0 Äquivalente HMPT verwendet. Die Zugabe des Alkylierungsmittels erfolgte bei 0°C. Alle Versuche wurden mehrfach durchgeführt. Die in Tabelle 7 angegebenen Werte sind die Maximalwerte bei Konstanz aller anderen Bedingungen. Bei Verwendung von 2 g Substrat wurde bei einem Versuch eine Ausbeute von 58% erzielt. Dieser Ausreißer konnte allerdings nicht wieder reproduziert werden.

Tab.7: Abhängigkeit von der Menge Substrat, * einmaliger Versuch

Menge an eingesetztem Substrat in g

0.5

1

2

4

8

Ausbeute in %

46

39

37

(58)*

18

< 10


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Die Ergebnisse der Tabellen 4 bis 7 zeigen, daß die Generierung von Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 58 durch die zweifache Alkylierung eines Bisenolates generell möglich ist. Sie zeigen aber auch, daß es sich hierbei um eine Reaktion handelt, die sehr empfindlich auf die Änderung vieler Parameter reagiert. Der größte Nachteil ist dabei in dem kleinen Maßstab zu suchen, in dem auschließlich akzeptable Ausbeuten erreicht werden.

II.2.3. Versuche zur Darstellung einfach substituierter Bicyclo[2.1.1]hexane

Wie eingangs erwähnt, sollte ebenfalls die Darstellung einfach substituierter Bicyclo[2.1.1]hexane Teil dieser Arbeit sein. Auch hier wurde die Strategie der intramolekularen Alkylierung von Ester-Enolaten gewählt. Dazu war die Synthese des Iodids 66 notwendig.

Die Darstellung von 66 ist in Abbildung 5 wiedergegeben. Hierbei konnte ebenfalls wieder auf den in großen Mengen erhältlichen Cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 59 zurückgegriffen werden. Diester 59 wurde mit einem Äquivalent KOH mit Ausbeuten bis 76% in Methanol partiell verseift. Der Halbester 86 wurde in genügender Reinheit als Diastereomerengemisch isoliert, daß er direkt in der nächsten Synthese eingesetzt werden konnte. Um Carbonsäuren in Gegenwart von Carbonsäureestern chemoselektiv zu reduzieren ist die Umsetzung mit dem Boran-Dimethylsulfid-Komplex die Methode der Wahl. Initialschritt ist hier die Bildung eines Triacylborats 87 in einer Säure-Base-Reaktion. Dieses gemischte Anhydrid zeigt eine höhere Carbonylaktivität und kann von einem weiteren Äquivalent Boran selektiv reduziert werden. Der Alkohol 88 wurde mit Ausbeuten bis zu 76% als Diastereomerengemisch isoliert. Eine spontane Reaktion des syn-Isomers zum Lacton 89 wurde bei dieser Reaktion nicht beobachtet.


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Im letzten Schritt wurde aus dem Alkohol 88 das Iodid 66 generiert. Die Umsetzung mit Iod und Triphenylphosphan in Methylenchlorid ergab das Iodid mit moderaten Ausbeuten bis 46%. Diese konnten auch durch Verlängerung der Reaktionszeit nicht verbessert werden. Die Verbindung wurde als Diastereomerengemisch nach Säulenchromatographie isoliert. Eine Trennung der Isomere war nicht notwendig, da die Chiralität am Kohlenstoff C1 durch die Enolat-Bildung aufgehoben wird. Die Synthese von 66 ist in Abbildung 5 wiedergegeben.

Abb.5: Synthese von 3-(Iodmethyl)cyclopentan-1-carbonsäuremethylester 66

Die Cyclisierung des Enolats 67 nach Deprotonierung von 66 mit 1.2 Äquivalenten LDA in Diethylether blieb leider erfolglos. Daran konnte auch die Zugabe von 4.0 Äquivalenten HMPT nichts ändern. In beiden Fällen wurde leicht verunreinigtes Edukt 66 zurückgewonnen. Verglichen mit den Ergebnissen zur Darstellung des Bicyclus´ kann evtl. das Fehlen der zweiten Esterfunktion für den Mißerfolg verantwortlich gemacht werden. Möglicherweise kann durch diese zweite Gruppe das Enolat in einer Konformation stabilisiert werden, die die Cyclisierung begünstigt.


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II.3. Darstellung von 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.1.1]hexan 90 als geeigneter
Vorläufer carbenoider Umlagerungen

Wie schon von Herpich [20] und Ströter [21] gezeigt, bieten sich geminale Dihalogenide als Vorläufer für Carbenoide an. Die Acidität des Dihalogenmethylprotons ist hoch genug und zur Metallierung bieten sich vor allem Amidbasen an. Ziel war es, ein entsprechendes Dihalogenid in α-Position zum Brückenkopfatom aufzubauen. Wie zu Anfang bereits erwähnt, ist die Darstellung solcher Dihalogenide via radikalischer Addition nicht möglich. Retrosynthetisch betrachtet können geminale Dihalogenide aus Ketonen bzw. Aldehyden erhalten werden. Während für Ketone Chlorierung und Bromierung gleichermaßen etabliert ist, gestaltet sich bei Aldehyden die Chlorierung ungleich schwieriger. Aber auch für die Bromierung sind nur wenige Methoden mit genügenden Ausbeuten bekannt.[47]

Die Möglichkeiten Aldehyde aus Estern zu gewinnen sind vielfältig und sollen hier nicht im einzelnen besprochen werden.

Die Vorteile, in Position C1 ein Bromatom einzuführen, liegen auf der Hand: geringere Flüchtigkeit vereinfachen die Synthesen der Zwischenstufen, ein zusätzliches Schweratom begünstigt zum einen die Kristallisation und Strukturlösung möglicher Abfangprodukte, vereinfacht zum anderen die Kopplungsmuster der 1H-NMR-Spektren. Des Weiteren kann ein in 4-Position befindliches Halogen aufgrund der besonderen Struktur des Bicyclo[2.1.1]hexans einen negativ induktiven Einfluss geltend machen. Dieses Phänomen wurde vor allem am Bicyclo[1.1.1]pentan und seinen Derivaten untersucht und diskutiert. Gleiter und Szeimies konnten mittels Photoelektronenspektroskopie an speziell substituierten Bicyclo[1.1.1]pentanen zeigen, daß die unmittelbare Nachbarschaft der Brückenköpfe zu einer Aufspaltung der Orbitalniveaus ihrer Substituenten führt. Wird sie bei größeren Bicyclen wie Bicyclo[2.2.1]heptan und Bicyclo[2.2.2]octan nur noch in geringfügigerem Maße gefunden, sollte sie beim Bicyclo[2.1.1]hexan noch recht deutlich vorhanden sein.[48] Der Abstand der Brückenköpfe ist hier mit durchschnittlich 1.98 Å nur um 0.11 Å länger als im Bicyclo[1.1.1]pentan.


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Die Konsequenz aus der geringeren Distanz zwischen den Brückenköpfen ist eine deutliche Wechselwirkung “through-space“, d. h. ein elektronegativer Substituent wie Brom übt seinen negativ induktiven Effekt durch den Raum aus und bewirkt dadurch eine stärkere Polarisation am carbenoidischen Zentrum. Resultat ist eine leichtere α-Eliminierung der Salzkomponente MBr (M = Li, Na) sowie eine höhere Partialladung und damit eine erhöhte Elektrophilie des Carbenszentrums.

Zur Decarboxylierung von Carbonsäuren unter Aufbau neuer Funktionalitäten hat sich die Barton-II-Reaktion bewährt. Der radikalische Abbau von Thiohydroxamsäureestern, initialisiert durch die Photolabilität der N-O-Bindung und forciert durch Aromatisierung des Pyridins und Entropieerhöhung, gestattet die Einführung einer ganzen Reihe von neuen Substituenten.[49, 50]

Neben den Elementen Wasserstoff, Chlor, Brom und Iod lassen sich ebenfalls Hydroxygruppen, Schwefel- und Selenether einführen.[51] Selbst bei der Homologisierung von Carbonsäuren wird die Barton-II-Reaktion in den letzten Jahren immer häufiger verwendet. Mit der Einführung eines Bromsubstituenten stellt die Barton-Decarboxylierung eine echte Alternative zur Hunsdiecker-Reaktion[52] dar, welche aufgrund der oft mäßigen Ausbeuten heute nur noch eine geringe Anwendung in der organischen Synthese findet.


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Schlüsselschritt der gesamten Synthese ist die Aufhebung der Symmetrie im bifunktionellen Bicyclo[2.1.1]hexan 58. Bei einem Diester mit geringem Abstand der funktionellen Gruppen zueinander bietet sich die partielle Verseifung eines Esters an. Diese wurde bereits von Michl [53] erfolgreich bei der Herstellung von Bicyclo[1.1.1]pentan-1,3-dicarbonsäure-1-methylester 95 angewendet. Bei Gebrauch von nur 1.0 Äquivalenten Kaliumhydroxid ließ sich der Monoester 95 mit einer Ausbeute von 86% erhalten.

In analoger Weise wurde mit dem Diester 58 verfahren. Durch langsame Zugabe einer Lösung von 1.0 Äquivalenten Kaliumhydroxid in Methanol mittels einer Spritzenpumpe konnte 58 in den Halbester 93 überführt werden. Die Ausbeute der Halbverseifung betrug 78 %. Das Vorhandensein einer negativen Ladung verhindert, vorausgesetzt die Zugabe der Base erfolgt langsam, die Verseifung der zweiten Estergruppe durch ein weiteres Hydroxid-Ion.

Der Halbester 93 wurde nach Aktivierung durch Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) unter Lichtausschluß mit N-Hydroxypyridinthion in den Barton-Ester 94 überführt. Die extreme Lichtempfindlichkeit der
N–O-Bindung erfordert einen raschen Umsatz dieser Verbindungsklasse. Der Barton-Ester 94 wurde in Gegenwart von Bromtrichlormethan unter Belichtung mit einer 250 W-Wolframlampe zum Bromid 92 abgebaut. Die charakteristische tiefgelbe Farbe des Esters 94 verblasste mit fortschreitender Reaktion, was als Indiz für das Abklingen der Reaktion zu werten ist.


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Die Reduktion des 4-Brombicyclo[2.1.1]hexan-1-carbonsäuremethylesters 92 mit Lithium-aluminiumhydrid in Diethylether ermöglichte die Generierung des Carbinols 95 in Ausbeuten bis zu 96%. Da es sich beim Reaktionszentrum um eine Neopentylposition handelt, war ein ein- bis zweistündiges Erhitzen der Suspension am Rückfluss erforderlich. 4-Brombicyclo[2.1.1]hexan-1-carbinol 95 ließ sich durch Oxidation mit dem Dess-Martin-Periodinan-Reagenz[54] mit guten Ausbeuten in den Aldehyd 91 überführen. Die geringe Beständigkeit des Aldehyds erforderte den unverzüglichen Einsatz in der nächsten Reaktion. Im finalen Schritt, der geminalen Dibromierung, wurde auf eine in den 90iger Jahren von Hoffmann und Bovicelli entwickelte Methode zurückgegriffen.[55] Mittels Triphenylphosphit und Brom konnte aus dem Aldehyd 91 mit guten Ausbeuten bis zu 75 % 1-Brom-4-(dibrommethyl)bicyclo[2.1.1]hexan 90 gewonnen werden.


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Die Struktur von 1-Brom-4-(dibrommethyl)bicyclo[2.1.1]hexan 90 konnte durch eine Röntgenstrukturanalyse gesichert werden.

Abb.6: ORTEP-Darstellung von 1-Brom-4-(dibrommethyl)bicyclo[2.1.1]hexan 90

II.4. Erzeugung und Folgereaktion von 4-Brom-1-(dibrommethylnatrium)-bicyclo[2.1.1]hexan 104

II.4.1. Einführung

Über die Darstellung des ersten 1-Norbornens berichteten Keese und Krebs bereits im Jahre 1971 (Abb. 5).[56, 57] Ausgehend von verschiedenen 1,2-dihalogenierten Bicyclo[2.2.1]heptanen 96a-c gelang den Autoren nach Alkyllithium-induziertem Halogen-Metall-Austausch die β-Eliminierung zum Bicyclo[2.2.1]hept-1-en 97. In Gegenwart von Furan als Dien konnte dieses als Diels-Alder-Addukt in Form der Stereoisomeren 98a und 98b mit Ausbeuten zwischen 16 bis 62% isoliert werden. Durch elektrochemische Reduktion von 1,2-dihalogenierten Norbornanen gelang der Arbeitsgruppe um Keese ebenfalls der Nachweis der Existenz dieser hochreaktiven Spezies. Auch in diesem Fall konnte die Generierung dieses instabilen anti-Bredt-Olefins durch [4+2]-Cycloaddition mit Furan nachgewiesen werden. Es wurden ebenfalls die Diastereomere 98a und 98b isoliert. Beiden Experimenten ist die Beobachtung höhermolekularer Verbindungen der Summenformel C14H20 unbekannter Struktur gemeinsam. Über die Aufklärung dieser Verbindungen wurde in den darauffolgenden Jahren leider nichts berichtet, jedoch liegt die Vermutung nahe, daß es sich dabei um Dimere des 1-Norbornens handelt, die formal durch [2+2]-Cycloaddition entstanden sein könnten. Eine differenzierte Strukturaufklärung dieser Nebenprodukte gelang leider nicht. Die wichtigsten Arbeiten von Keese und Mitarbeitern sind in Abbildung 7 zusammengetragen.


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Abb.7: Darstellung von 1-Norbornen nach Keese et al. [56, 57]


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II.4.2. Theoretische Vorbetrachtungen

Bei Erzeugung von Carbenzentren in Nachbarschaft zu unsymmetrischen Brückenkopfatomen, d. h. zu Brückenköpfen, von denen unterschiedlich lange Brücken ausgehen, wie es bei Carben 99 der Fall ist, müssen unterschiedliche Ringerweiterungen in Erwägung gezogen werden. Abschätzungen bezüglich der Stabilität der resultierenden Brückenkopf-Olefine gestatten nur unzureichende Vorhersagen. Als wesentlich zuverlässiger gelten Berechnungen der relativen Energie einschließlich der durchlaufenen Übergangszustände. Das Energieprofil nach Rechnungen von Szeimies auf B3LYP/6-311G(d,p)//B3LYP/6-311G(d)-Niveau ist in Abbildung 8 wiedergegeben.[58] So wurden im Falle des Bicyclo[2.1.1]hexylcarbens 99 für die Aktivierungsenergie der Erweiterung des Vierrings (Weg a ) zum 1-Norbornen 101 2.3 kcal/mol erhalten. Die Barriere für die Bildung eines Bicyclo[3.1.1]hept-1(2)-ens 100 nach Weg b liegt um ca. 5 kcal/mol höher. Wenn auch beide Reaktionspfade mit -39.3 bzw. -34.2 kcal/mol stark exotherm sind, scheint Weg a bevorzugt zu sein.

Abb.8: Energieprofil der Umlagerung von Carben 99 auf Basis von B3LYP/6- 311G(d,p)//B3LYP/6-311G(d)-Niveau[58]

Des Weiteren stellt sich bei Kenntnis der Arbeiten von Szeimies und Jones, die in der Einleitung kurz besprochen wurden[18, 22, 23], die Frage nach dem weiteren Verhalten von 1-Norbornen 101. Wird es sich ausschließlich in einer gezielten Abfangreaktion nachweisen lassen, werden eine Stabilisierung durch Umlagerung und entsprechende Folgereaktionen zu beobachten sein, oder wird sogar die Bildung von Dimeren der Summenformel C14H20, wie schon von Keese erwähnt, stattfinden? Eine theoretische Einschätzung des Verhaltens von 1-Norbornen 101 bezüglich der Möglichkeiten einer intramolekularen Reaktion konnte vier Jahre zuvor Szeimies geben.[58] Dem Brückenkopf-Olefin 101


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(Abb. 9) stehen zwei Wege der Umlagerung zur Verfügung. Mit einer Aktivierungsenergie von 22.3 kcal/mol sollte die Umlagerung zum Bicyclo[2.2.1]hept-2-ylidencarben 103 einseitig bevorzugt sein. Der Weg zum Bicyclo[3.1.1]hept-2-ylidencarben 102 hingegen führt über einen Übergangszustand von 42.5 kcal/mol. Die Bildung dieses Carbens mit einer relativen Energie von 24.6 kcal/mol ist stark endotherm.

Abb.9: Energieprofil der Umladerung von 1-Norbornen auf B3LYP/6-311G(d,p)// B3LYP/6-31G(d)-Niveau[58]

Dennoch sollten mit den oben gezeigten Aktivierungsbarrieren die Olefin-Carben-Umlagerungen erst bei extremen Reaktionsbedingungen, z. B bei denen einer Gasphasenpyrolyse, ermöglicht werden. Typische Reaktionstemperaturen für das Arbeiten mit Amidbasen liegen im Bereich von
–78°C bis Raumtemperatur. In Anlehnung an die Ergebnisse von Keese [56, 57] ist es wahrscheinlich, auch unter diesen Bedingungen keine sekundären Umlagerungsprodukte zu beobachten.


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II.4.3. Erzeugung und Folgechemie von 2,4-Dibrombicyclo[2.2.1]hept-1(2)-en 106

Das Tribromid 90 wurde bei –25°C in wasserfreiem Diethylether vorgelegt und langsam mit 1.2 Äquivalenten einer Lösung von Natriumhexamethyldisilazid zu 104 metalliert. Nach Bildung des
(4-Brombicyclo[2.1.1]hexyl)bromcarbens 105 und Ringerweiterung zu 2,4-Dibromnorborn-1(2)-en 106 wurden in Gegenwart von Diphenylisobenzofuran 107 die diastereomeren Diels-Alder-Addukte 108a und 108b mit einer Gesamtausbeute von 44% erhalten (Abb. 10).

Abb.10: Umlagerung von (4-Brombicyclo[2.1.1]hexyl)bromcarben 105


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Das Verhältnis der isolierten Stereoisomere 108a und 108b betrug 3.3 : 1. Die Strukturen der Addukte 108a und 108b konnten durch zweidimensionale NMR-Spektroskopie sowie durch Röntgenstrukturanalyse eindeutig aufgeklärt werden.

Abb.11: ORTEP-Darstellung der Diels-Alder-Produkte 108a (links) und 108b (rechts)

Von entscheidender Bedeutung ist die Stellung des Brom-Substituenten an Position C-6 der Norbornan-Käfigs von 108a und 108a. In beiden Fällen ist dies die endo-Position, wie aus den Röntgenstrukturen in Abbildung 11 eindeutig ersichtlich. Dies steht in Übereinstimmung mit dem Resultat der Rechnungen von Szeimies. Einzig die endo-Konfiguration 109endo des pyramidalisierten Brückenkopf-Olefins stellt ein Minimum auf der Hyperfläche dar.[58]


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Mit diesen ausschließlich isolierten Verbindungen 108a und 108b kann ebenfalls das Übereinstimmen von Rechnungen und Experiment gezeigt werden. Wie in den Vorbetrachtungen diskutiert, wurde keine Ringerweiterung zum anti-Bredt-Olefin 100 beobachtet. Eine weitere Umlagerung zum 1,4-Dibrombicyclo[2.1.1]hept-2-yliden, einem Derivat von 103, sowie das Auftreten der von Keese beschriebenen Dimeren der Summenformel C14H20, konnten ebenfalls nicht bestätigt werden. Die Strukturen dieser Diels-Alder-Addukte gestatten die Diskussion von longrange-Kopplungen (auch W-Kopplungen genannt) im Norbornan-Gerüst anhand der entsprechenden 1H-NMR-Spektren. So erfährt das Signal des endo-ständigen Protons an C-7 eine Aufspaltung von 13.7 Hz durch die geminale Kopplung zum exo-ständigen Proton. Eine weitere Aufspaltung resultiert aus der longrange-Kopplung zum exo-Proton an C-11. Diese Kopplung ist wesentlich kleiner und beträgt 3.8 Hz. Charakteristisch für das endosubstituierte Benzofuran 108b ist die Verschiebung des Signals des einen an C-11 befindlichen endo-Protons. Wie aus Abbildung 12 ersichtlich ist, erfährt das Protonensignal, beeinflusst durch den Ringstrom des Phenylrings, eine deutliche Hochfeldverschiebung in den Bereich von 0.6 ppm. Im Vergleich dazu ist das 1H-Signal des exosubstituierten Diels-Alder-Adduktes 108a ohne diesen Einfluß bei 2.3 ppm zu finden.

Abb.12: Ausschnitt aus dem aliphatischen Bereich des 1H-NMR-Spektrums von 108b


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II.5. Erzeugung und Folgechemie Bicyclo[2.1.1]hexyl-substituierter Tosylhydrazone

II.5.1. Vorbetrachtungen

In Anlehnung der in Abschnitt II.4 diskutierten Ergebnisse ergibt sich zwangsläufig die Frage nach dem Verhalten eines unter den Bedingungen der Gasphasenpyrolyse erzeugten Bicyclo[2.1.1]hexyl-substituierten Carbens vom Typ 110.

Als Ausgangsverbindungen bieten sich hier ebenso Tosylhydrazone 111 an, wie sie schon bei den Experimenten zur Umlagerung von Bicyclo[1.1.1]pentylcarbenen Verwendung fanden. So war es Wiberg, der bereits 1990 nach Zersetzung des Tosylhydrazons 112 in siedendem Ethanol Ringerweiterungen beobachten konnte.[30] Er isolierte die Produkte 113 und 114 sowie ein unbekanntes isomeres Nebenprodukt. Ob die Umlagerung über ein exocyclisches Carben, wie von Wiberg postuliert oder aber nach Protonierung der Diazoverbindung und anschließender kationischer Reaktion verlief, konnte nicht eindeutig terminiert werden. Gegen eine Umlagerung die über Brückenkopf-Kationen verläuft, spricht allerdings die Tatsache, daß sich derartige von ihrer ursprünglichen Geometrie verzerrte Kationen via Öffnung zu monocyclischen Kationen stabilisieren. Das Auftreten solcher Produkte konnte von Wiberg jedoch nicht beobachtet werden. Dennoch ließ sich anhand der bei dieser Reaktion identifizierten Produkte keine eindeutige Aussage über das Stattfinden einer Carben-Olefin-Umlagerung treffen. Auch das Auftreten eines sekundären Carbens 115, wie bereits von Eaton 1987[13, 14, 15] berichtet, konnte nicht verifiziert werden.


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Erst durch die Arbeiten von Jarosch und Szeimies Ende der neunziger Jahre gelang es, das Wesen der Carben-Olefin-Carben-Umlagerung von brückenkopfsubstituierten Bicyclo[1.1.1]pentyl-Carbenen besser zu verstehen.[17, 18] Durch verschiedene Experimente zur Gasphasenpyrolyse unterschiedlich substituierter Diazoverbindungen 116a-c konnte gezeigt werden, daß auch bei diesen Reaktionen die anti-Bredt-Olefine vom Typ 117 eine Rolle spielen. Unterstützt wurden die Untersuchungen durch
DFT-Rechnungen der gesamten Reaktionskaskaden.

Ist bei der Erzeugung von bicyclo[2.1.1]hexyl-substituierten Carbenen 37 unter Bedingungen der Gasphasenpyrolyse auch die über Brückenkopfolefine 118 verlaufende Umlagerung zu einem endocyclischen Carben 119 zu beobachten? Welche Möglichkeiten der Stabilisierung hat dieses sekundäre Carben 119? Da aufgrund der unter Gasphasenbedingungen herrschenden geringen Konzentrationen wird wie auch schon bei den Experimenten von Jarosch [17, 18] die Möglichkeit der Dimerisierung der Carbene auszuschließen sein. Wird einzig ein 1,2-H-shift zum 2-Norbornen 121 eintreten, oder wird anteilig oder sogar bestimmend die Insertion des Carbens 119 zum Nortricyclan 120 zu beobachten sein?

Abb.13: Mögliche Stabilisierungen des Sekundärcarbens 119


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Letzteres würde im Einklang mit den Experimenten von Barton und Yeh aus dem Jahre 1987 stehen. So konnten sie nach thermisch-induzierter Eliminierung von 1-(1,1-Dimethylsilyl)-7,7-dimethylbicyclo[2.2.1]heptan-2-ol 122 bei Temperaturen oberhalb 700°C die Bildung des 7,7-Dimethyltricyclo[2.2.1.02,6]heptans 123 beobachten. Dies steht in Übereinstimmung mit den Erwartungen, daß auch in diesem Fall die Umlagerung des Olefins 124 zum endocyclischen Carben 125 stattfindet, welches in die C-H-Bindung des 6-Hendo insertiert.[59]

Aufgabe war es nun, Bicyclo[2.1.1]hexyl-substituierte Tosylhydrazone zu synthetisieren und diese den Bedingungen der Pyrolyse im Hochvakuum zu unterwerfen. Für die Wahl des Restes R (Abb. 13) konnte auf die Erfahrungen von Jarosch zurückgegriffen werden. Bei Erzeugung der Carbene aus den Hydrazonen stehen bei Anwesenheit einer Methyl- bzw. t-Butylgruppe in α’-Position dem Carben alternative Reaktionen zur Verfügung. Wie von Jarosch berichtet, führte die Zersetzung des Tosylhydrazons 116b neben dem Olefin 126 auch zum substituierten Ethylen 127. Ob dafür die Insertion des Carbens in eine benachbarte C—H-Bindung oder eine zu schnelle Zugabe der Alkyllithiumverbindung und damit verbundene zweifache Deprotonierung im Sinne einer Shapiro-Reaktion verantwortlich ist, wurde nicht näher geklärt. Eindeutiger hingegen lässt sich das Nebenprodukt der Metallierung und Pyrolyse des Hydrazons 116c interpretieren. Cyclopropan 129 entstand sehr wahrscheinlich durch Insertion des Carbens in die C—H-Bindung einer der benachbarten Methylgruppen.


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Um etwaige Nebenreaktionen auszuschließen, wurden einzig die Tosylhydrazone mit den Resten Wasserstoff 130 und Phenyl 131 zu den Versuchen herangezogen. Die Anwesenheit des Brom-Substituenten am anderen Brückenkopfatom ergab sich aus der Wahl des Eduktes für die Darstellung der Hydrazone (Abschnitt II.5.2).

Aus den Tosylhydrazonen lassen sich durch die sogenannte Bamfort-Stevens-Reaktion die korrespondierenden Diazoverbindungen erzeugen. Deprotonierung des aziden Hydrazon-Wasserstoffs mittels einer geeigneten Metallbase in aprotischen Lösungsmitteln und anschließender Eliminierung des Metallsulfinats ergibt das Diazoalkan, das beim Erhitzen Stickstoff verliert.

II.5.2.  Synthese von N’1-[1-(4-Brombicyclo[2.1.1]hex-1-yl)methyliden]-4-methyl-1- benzensul-fonsäurehydrazid 130

Für die Synthese des Tosylhydrazons 130 wird auf den bereits beschriebenen Aldehyd 91 als Edukt zurückgegriffen. Die Synthese wurde bereits unter Abschnitt II.3 diskutiert. Deswegen wird auch das


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in 4-Position vorhandene Bromatom toleriert, wie schon bei den obenstehenden Hydrazonen 130 und 131 gezeigt. Durch Reaktion des Aldehyds 91 mit Tosylhydrazin in methanolischer Lösung ließ sich Tosylhydrazon 130 ohne Probleme darstellen. Dieses konnte mit einer Ausbeute von 62% nach dreitägiger Reaktion isoliert werden.

II.5.3. Pyrolyse von 131

Die Deprotonierung und Pyrolyse des Hydrazons 130 im Vakuum erbrachte keine positiven Ergebnisse. Das Hydrazon wurde in wasserfreiem Diethylether bei 0°C mit 1.0 Äquivalenten Methyllithium deprotoniert und anschließend das Lösungsmittel im Wasserstrahlvakuum entfernt. Dann wurde das Salz 132 im Hochvakuum getrocknet. Bei Drücken kleiner 5*10-4 mbar und Temperaturen von 150-180°C wurde das Lithiumsalz pyrolysiert und die leichter flüchtigen Produkte in einer Kühlfalle aufgefangen.


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Die Analyse der Auffangprodukte in der Kühlfalle ergab keinen Aufschluß über das Vorhandensein eines Carben-Insertions-Produktes. Weder die Existenz eines 2-Norbornens 137, entstanden durch den 1,2-H-Shift des endocyclischen Carbens 136, noch die Bildung eines Nortricyclans 138 konnte beobachtet werden. Die NMR-Spektren der Rohprodukte zeigten eine Reihe von nicht zuzuordnenden Signalen. Einzig das Auftreten einer gelben bis leicht roten Verfärbung im Destillationsbogen und in der Kühlfalle sind als Indiz für die Entstehung von 133 zu werten. Diazoalkane zeichnen sich durch eine orange bis intensiv rote Farbe aus. Ein direkter Nachweis oder Isolation der Diazoverbindung 133 war nicht möglich. Anhand dieser Ergebnisse kann spätestens ab Bildung des Diazoalkans 133 keine zuverlässige Aussage über das Auftreten einer Carben-Olefin-Carben-Umlagerung gegeben werden. Auch die nochmalige Durchführung des Pyrolyse-Experimentes führte zu keinen anderen Ergebnissen. Ein möglicher Fehler kann in der nicht ausreichenden Kühlung der Vorlage liegen, in der die Produkte aufgefangen wurden. Der Siedepunkt eines 1-Bromtricyclo[2.2.1.03,5]heptans ist zwar nicht bekannt, jedoch gestattet der Vergleich mit seinem Isomeren 139 die Abschätzung des Siedepunktes. 2-Bromnortricyclan siedet bei im Bereich zwischen 77-79°C (27 mbar). Es ist durchaus denkbar, daß bei Drücken kleiner 1*10-3 mbar eine ausreichende Kühlung zum Auffangen des Produktes nicht gegeben war.

II.5.4.  Synthese von N’1-[1-(4-Brombicyclo[2.1.1]hex-1-yl)-1-phenylmethyliden]- 4-methyl-1-benzensulfonsäurehydrazid 131

Für die Darstellung des Tosylhydrazons 130 wurde als Edukt das unter II.3 bereits beschriebene Bromid 92 gewählt. In einer einfachen Addition von kommerziell erhältlichem Phenyllithium an die Esterfunktion sollte nach hydrolytischer Aufarbeitung das Keton 140 erhalten werden. Bromid 92 wurde in Diethylether vorgelegt und bei –78°C langsam mit 1.1 Äquivalenten einer Lösung von Phenyllithium versetzt. Vorteil dieser Variante liegt, trotz der relativ schwachen Reaktivität der Esterfunktion, in der erst bei höheren Temperaturen (> 0°C) einsetzenden 1,2-Eliminierung der tetraedrischen Zwischenstufe 141. Somit verlaufen Reaktionen von Nucleophilen meist ohne unerwünschte Zweifachaddition, wie sie durchaus bei Verwendung der reaktiveren Säurechloride beobachtet werden.

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Trotz allem konnte bei der Umsetzung des Bromids 92 mit Phenyllithium Keton 140 nur in mäßigen Ausbeuten erhalten werden. Auch die Wiederholung der Reaktion führte zu keiner Verbesserung der experimentellen Ergebnisse. Die Ausbeuten dieser Reaktion lagen bei 44%. Als Alternative dazu wurde die Alkylierung der Carbonsäure 142 gewählt. Diese konnte durch Verseifung des Esters 92 gewonnen werden. Nach langsamer Zugabe von 1.5 Äquivalenten einer methanolischen Kaliumhydroxid-Lösung ließ sich nach dreistündiger Reaktion die Carbonsäure 142 als farbloser Feststoff mit einer Ausbeute von 81% isolieren.

Selbige Carbonsäure wurde in Diethylether mit 2.0 Äquivalenten Phenyllithium zur Reaktion gebracht. Nach Zugabe der Metallbase bei –78°C und langsamem Erwärmen über einen Zeitraum von 2 h konnte nach hydrolytischer Aufarbeitung und Säulenchromatographie gewünschtes Keton 140 mit einer Ausbeute von 73% isoliert werden. Die Synthese des Tosylhydrazons erfolgte in Analogie zu Abschnitt II.5.2. Rühren einer Lösung aus Keton 140 und 1.3 Äquivalenten Tosylhydrazin in methanolischer Lösung bei Raumtemperatur führte nach 72 Stunden zum Hydrazon 130, das mit einer Ausbeute von 68% isoliert wurde.


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II.5.5. Pyrolyse von 130

Bei der Pyrolyse des Tosylhydrazons wurde ähnlich wie unter II.5.2 vorgegangen. Auch hier wurde das Lithiumsalz 143 des Tosylhydrazons 130 durch die Verwendung von 1.0 Äquivalenten Methyllithium in wasserfreiem Diethylether erzeugt. Wenn auch die Flüchtigkeit der sich bildenden Umlagerungsprodukte durch die Anwesenheit eines Phenylsubstituenten deutlich herabgesetzt wird, wurden für das Auffangen der Produkte sichere Bedingungen gewählt. Die Gasphasenpyrolyse wurde im Gegensatz zu den Experimenten unter II.5.3 bei etwas höheren Drücken und entsprechend höheren Temperaturen durchgeführt (4-5*10-2mbar, 180-220°C). Die Produkte wurden in einer Kühlfalle bei –105°C aufgefangen. Als Hauptprodukt der Reaktion ließ sich 1-Phenyl-4-bromtricyclo[2.2.1.02,6]heptan 149 in der Vorlage nachweisen.


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Neben den Signalen des Tricyclans 149 zeigten die NMR-Spektren des Rohgemisches wenige Signale geringer Intensität, die nicht identifiziert werden konnten. Hierbei handelte es sich um polare Bestandteile, die nach Säulenchromatographie auf dem Kieselgel verblieben. Tricyclan 149 wurde mit einer Ausbeute von 22 % isoliert. Die Bildung eines 1-Phenyl-4-brombicylo[2.2.1]hept-2-ens 148 wurde nicht beobachtet. Die Insertion des sekundären Carbens 147 in die endo-ständige ß-C-H-Bindung scheint gegenüber einem 1,2-H-shift des 3-exo-Protons energetisch bevorzugt.

Dies steht in Übereinstimmung mit den Rechnungen von Hadad et al. Rechnungen auf BHandHLYP/DZP-Niveau ergaben für die Bildung zum Tricylan eine Aktivierungsbarriere von 5.2 kcal/mol. Der Weg zum Norbornen hingegen führt über einen Übergangszustand, für den eine Energie von 11.9 kcal/mol aufgebracht werden muß.[60]

Die Isolierung des Tricyclans 149 sichert nicht nur das Auftreten der oben gezeigten Kaskaden-Umlagerung an Bicyclo[2.1.1]hexyl-carbenen unter den Bedingungen der Gasphasenpyrolyse, sondern ist auch der erste Zugang zu 1,4-disubstituierten Nortricyclanen. Das Vorliegen der Struktur von 149 wurde mittels zweidimensionaler NMR-Spektroskopie und der Anfertigung einer Röntgenstrukturanalyse gesichert (Abb. 14). Die Kristalle wurden durch Kristallisation aus Methanol/Wasser (50:1) bei tiefen Temperaturen gewonnen.

Abb.14: ORTEP-Darstellung von 4-Brom-1-Phenyltricyclo[2.2.1.02,6]heptan 149


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Als sehr interessant erweist sich das 1H-NMR-Spektrum des 4-Brom-1-phenyl-tricyclo[2.2.1.02,6]heptans 149. Bei der vorliegenden Struktur handelt es sich um ein Molekül mit CS-Symmetrie. Abbildung 15 zeigt einen Ausschnitt aus dem H,H-COSY-Spektrum von 149.

Abb.15: Ausschnitt aus dem H,H-cosy-Spektrum von 4-Brom-1-phenyltricyclo[2.2.1.02,6]heptan 149


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Abb.16: Ausschnitt aus dem 1H-NMR-Spektrum von 149

Abgebildet ist hier ausschließlich der Bereich der aliphatischen Protonen. Das Signal um 1.95 ppm mit der relativen Intensität von 4 erweist sich als das der an C3 und C5 befindlichen 4 Protonen. Es handelt sich hierbei nicht wie auf den ersten Blick vermutet um ein Quartett, sondern um zwei Dupletts mit der Kopplungskonstante von J 2 = 9.98 Hz (Abb. 16). Dies sind die getrennten Signale der magnetisch nicht äquivalenten endo- und exo-Protonen mit einem stark ausgeprägten Dacheffekt. Leicht hochfeldverschoben erscheint das Signal der endo-ständigen Protonen. Verifiziert werden kann das an der schwach ausgeprägten long-range-Kopplung zum Signal der Protonen am Kohlenstoff C7 bei 2.05 ppm. (Abb. 15) Die exo-Protonen hingegen bilden keine starre W-Anordnung zu diesen Wasserstoff-Atomen. Ebenfalls zu den Protonen 2-H und 6-H ist eine Kopplung vorhanden. Aufgrund der Diederwinkels von 58° (Hendo) bzw. 67° (Hexo) ist diese Kopplung schwächer ausgeprägt. Die Diederwinkel wurden aus den Daten der Röntgenstrukturanalyse ermittelt und dienen nur als Richtwert. Diese und die long-range-Kopplungen sind allerdings so schwach, daß sie sich nur durch die cross-peaks im zweidimensionalen Spektrum verifizieren lassen. Für eine Visualisierung im einfachen 1H-NMR-Spektrum sind in der Regel höhere Feldstärken notwendig.

II.5.6. Theoretische Analyse der Umlagerungskaskade des Bicyclo[2.1.1]hexyl-
(phenyl)carbens 151

Für Carbene existieren zwei mögliche elektronische Zustände. Von den vier Orbitalen niedriger Energie (2s, 2px, 2py, 2pz) werden vom Carben-Kohlenstoff zwei für die kovalenten Bindungen zu den


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Substituenten benötigt, die anderen dienen der Verteilung der nichtbindenden Elektronen. Diesen stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Gemäß der Hundschen Regel verteilen sich die Elektronen bei energetischer Gleichwertigkeit der Orbitale auf diese beiden. Sind die Orbitale energetisch unterschiedlich, besetzen beide Elektronen unter Spinpaarung das energieärmere. Einfluß auf die energetische Lage dieser Orbitale haben die Substituenten am Carbenzentrum. Im allgemeinen nehmen Dihalogencarbene einen Singulett-Grundzustand ein, während Carben selbst und arylsubstituierte Carbene Triplett-Grundzustände aufweisen. Bei der Beschäftigung mit Carbenen des Typs 150 müssen demnach auch Triplett-Beteiligungen in Erwägung gezogen werden.

Abb.17: Schematische Darstellung des Triplett- und Singulett-Zustandes

Den Wigner-Wittmer-Regeln der Spin-Erhaltung folgend, besitzen Carbene, die durch intramolekulare Reaktionen aus Edukten mit Singulett-Grundzustand entstehen, zunächst ebenfalls Singulett-Charakter, und dies unabhängig von deren Substituentenmuster. Bei der Stickstoff-Extrusion aus Diazoverbindungen, wie im Fall der Pyrolyse von 140 geschehen, entstehen demnach primär Singulett-Carbene. Anschließend können die Carbene aus diesem Zustand heraus reagieren oder ein Intersystem Crossing zum möglicherweise stabileren Triplett-Zustand eingehen. Welches Verhalten im Experiment sichtbar wird, hängt von den Substituenten und von den Reaktionsbedingungen ab.[61, 62]

Theoretische Betrachtungen können helfen, im konkreten Fall die Energien der unterschiedlichen elektronischen Zustände abzuschätzen. Im Fall der Pyrolyse des Tosylhydrazons 131 konnten die Rechnungen wichtige Beiträge zum Verständnis der Multiplizitäts-Problematik leisten. Vergleichende DFT-Rechnungen der verschiedenen Grundzustände am Beispiel des und der von ihnen ausgehenden Umlagerungen zum 2-Phenylnorborn-1-en zeigen ein energetisch günstigeres Triplettcarben. Die Ergebnisse der Rechnungen sind in Abbildung 18 gegenübergestellt.


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Abb.18: Energiediagramm mit der Gegenüberstellung der Umlagerungen des Triplett- 151T und des Singulett-Carbens 151S

Die Reaktionskaskade der Umlagerung aus dem Singulett-Grundzustand wurde mit dem ub3pw91/6-311G(d,p)-Verfahren, die der Umlagerung aus dem Triplett-Grundzustand mit der ub3lyp/6-311G(d,p)-Methode berechnet. Die Energie des Singulett-Carbens 151S liegt relativ zum Triplettcarben 151T um 8.56 kcal/mol höher. Die Umlagerung des Carbens aus dem Triplett-Zustand zum 1-Norbornen 153T verläuft allerdings über einen Übergangszustand, der eine Aktivierungsenergie von über 50 kcal/mol erfordert. Selbst die bei der Pyrolyse von 143 vorhandenen Reaktionstemperaturen von bis zu 200°C machen diesen Reaktionsweg nicht sehr wahrscheinlich. Die Ringerweiterung aus dem Singulett-Zustand heraus verläuft über den Übergangszustand TS152S mit einer Barriere von 5.6 kcal/mol. Dies spricht bei den für die Gasphasenpyrolyse typischen Bedindungen für eine schnelle Ringerweiterung zum 2-Phenyl-1-norbornen 153S. Die geringe Aktivierungsenergie macht ein Intersystem Crossing ebenso unwahrscheinlich. Mit -71.2 bzw. -42.9 kcal/mol relativ zu den Übergangszuständen sind die Bildungen der Brückenkopf-Olefine stark exotherm. Der relative Unterschied der anti-Bredt-Olefine im Triplett- 153T und Singulett-Zustand und 153S, von 8.6 kcal/mol soll in Abschnitt II.5.7.3 besprochen werden. Das gesamte Energieprofil der Umlagerung des Carbens 151S aus dem Singulett-Grundzustand zum 1-Phenylnortricyclan 157S, berechnet auf ub3pw91/6-311G(d,p)-Niveau, gibt Abbildung 19 wieder.


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Abb.19: Energieprofilschema der Umlagerungskaskade des Singulett-Carbens 151S zum 1-Phenylnortricyclan 157

In Abbildung 19 beziehen sich die Energien der an der Umlagerung beteiligten Zwischenstufen und Übergangszustände auf die relative Energie des Norbornens 153S, welche willkürlich auf 0.00 kcal/mol gesetzt wurde. 153S stellt ein lokales Minimum auf der Energiehyperfläche dar. In Abwesenheit eines Reaktionspartners stellt die Umlagerung zum sekundären Carben 155S mit einer Barriere von 23.5 kcal/mol die einzige Möglichkeit einer chemischen Umwandlung dar. Im Gegensatz zu den Berechnungen von Jarosch (Abb. 20) zur Umlagerung von Bicyclo[2.1.1]hex-1-en 158, bei dem die Umlagerung zum sekundären Carben 160 exotherm verläuft, stellt die Umlagerung zum 1-Phenylbicyclo[2.2.1]hept-2-ylidencarben 155S einen endothermen Prozess dar.[17, 18] Zurückzuführen ist diese Tatsache auf die stärkere Entkopplung der Doppelbindung in 158, die zu einer energetisch ungünstigeren Positionierung des Brückenkopf-Olefins relativ zu seinem sekundären Umlagerungsprodukt führt. Allerdings muß auch die Anwesenheit des Phenyl-Substituenten hier berücksichtigt werden. Er bewirkt durch einen mesomeren Effekt eine Stabilisierung des Olefins 153, die im kleineren Homologen durch den Wasserstoff-Substituenten nicht vorhanden ist
(Abb. 20).


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Abb.20: Vergleichende Energiediagramme zur Umlagerungen der Olefine 153S und 158

Stabilisierung findet das Carben 155S in einer Reaktion, die deutlich exotherm verläuft. Es erfolgt eine Insertion in die Bindung des ß-ständigen exo-Wasserstoffs zum Tricyclan 157S. Die relative Energie der Rechnung auf ub3pw91/6-311G(d,p)-Niveau kennzeichnet TS156S im eigentlichen Sinne nicht als Überganszustand, da er keinen Sattelpunkt auf der Potentialhyperfläche darstellt. (Abb.19)
Zum einen handelt es sich bei den 16.0 kcal/mol bereits um einen um die Nullpunktsenergie korrigierten Wert, zum anderen liegt eine Differenz von kleiner 0.1 kcal/mol in den Fehlergrenzen der Rechnung. Dies zeigt aber auch, daß die Aktivierungsbarriere für die C,H-Insertion sehr klein sein muß. Nach dem Hammond-Postulat muß dieser frühe Übergangszustand dem Edukt ähnlicher sein als dem Produkt. Tatsächlich nähern sich Carben 155S und TS156S in ihren strukturellen Eigenschaften stark einander an, wie im nächsten Abschnitt noch besprochen wird.


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II.5.7. Diskussion der Strukturen

II.5.7.1. Strukturen der Primär-Carbene 151S und 151T

In Abbildung 21 sind die Strukturen und einige ausgewählte Strukturparameter der Carbene 151S und 151T dargestellt sowie in Tabelle 7 aufgelistet.

Abb.21: Strukturen der Primär-Carbene 151S (ub3pw91/6-311G(d,p)) und 151T (ub3lyp/6-311G(d,p))

Tabelle 7: Ausgewählte Strukturparameter der Primär-Carbene 151S und 151T

Aus der Geometrie des Singulett-Carbens 151S ist eine starke Wechselwirkung des leeren p-Orbitals am Carben-Kohlenstoff C7 mit den σ-Bindungen des Bicyclo[2.1.1]hexan-Käfigs erkennbar. Diese Wechselwirkung ist für die Abweichung des Moleküls von der C2-Symmetrie verantwortlich. Die Rotation des Carben-Kohlenstoffs C7 führt zu einer optimalen Überlappung mit einer der σ-Bindungen des Käfigs, in diesem Fall die Bindung C1-C6, deren Länge mit einem Abstand von 1.595 Å am deutlichsten gestreckt ist. Ganz ideal ist diese Wechselwirkung allerdings nicht. Der Diederwinkel C1-


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C7-C8-C9 beträgt 42.0°. Die Abweichung vom Idealwinkel 0° ist wohl auf die Abstoßung des ortho-Protons mit dem exo-Proton von C-6 zurückzuführen. Der Abstand zwischen den Protonen beträgt etwa 2.58 Å. Aus dieser Abweichung resultiert die schwächere Überlappung des π-Systems mit dem p-Orbital am Carbenzentrum, die Bindung C7-C8 verkürzt sich kaum. Auch deutlich ersichtlich wird die Verkleinerung des Winkels C6-C1-C7 auf 107°, die durch die Wechselwirkung zur C1-C6-σ-Bindungen hervorgerufen wird. Der Winkel C5-C1-C7 hingegen vergrößert sich auf 132.9°.

Beim Triplett-Carben 151T hingegen sind die Wechselwirkungen mit den Käfigbindungen aufgrund der Besetzung des im Singulettzustands freien p-Orbitals stark abgeschwächt. Hauptsächlich sterische Faktoren dominieren die Geometrie des Triplett-Carbens 151. Aufgrund fehlender Wechselwirkungen zu den Bindungen des Käfigs sind die Winkel C5-C1-C7 und C6-C1-C7 fast gleich. Einzig die Verkürzung der σ-Bindung C7-C8 weist auf eine Stabilisierung des Carbens durch den Phenyl-Substituenten hin.

II.5.7.2. Strukturen der Übergangszustände TS152S und TS152T

Charakteristisch für die Übergangszustände sind, verglichen mit den Bindungsparametern der Primär-Carbene, die fortschreitende Verlängerung der Bindung C1-C6 auf über 1.8 Å, die drastische Verkleinerung der Abstände zwischen C6 und C7 auf (vorher: 2.4 Å (S), 2.6 Å (T)) sowie die Verkürzung der Bindung C1-C7. Diese fällt erwartungsgemäß beim Triplett-Übergangszustand wesentlich geringer aus, da hier keine Ausbildung einer echten Doppelbindung erfolgt, wie später noch aus den Parametern des 1-Norbornen eindeutig ersichtlich wird. Die Geometrien der Übergangszustände TS152S und TS152T sind in Abbildung 22 wiedergegeben, wichtige Strukturparameter in Tabelle 8 zusammengestellt.


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Abb.22: Strukturen der Übergangszustände TS152S (ub3pw91/6-311G(d,p)) und TS152T (ub3lyp/6- 311G(d,p))

Tab.8: Ausgewählte Strukturparameter der Übergangszustände TS152S und TS152T

 

C1-C7

[Å]

C7-C8

[Å]

C1-C6

[Å]

C6-C7

[Å]

C6-C1-C7

[°]

TS152S

1.386

1.463

1.814

1.755

64.9

TS152T

1.429

1.412

1.801

1.836

68.2

II.5.7.3. Strukturen der Bicyclo[2.2.1]hept-1(2)-ene 153S und 153T

Beide Strukturen der Brückenkopf-Olefine stellen lokale Minima auf der Energiehyperfläche dar. Die Bindungslänge der C1-C2-Doppelbindung im Singulett-Norbornen 153S ist mit 1.380 Å wesentlich kürzer als die des nächst kleineren Homologen, 2-Phenylbicyclo[2.1.1]hex-1(2)-en. Jarosch berechnete hier für die Länge der Bindung C1-C2 einen Wert von 1.492 Å (b3lyp/6-311G(d,p)).[17] Im Vergleich dazu beträgt die Doppelbindungslänge im Ethen 1.34 Å. Das läßt erkennen, daß die Entkopplung der Doppelbindung wesentlich geringer ausgeprägt und der Grad der Überlappung größer ist, als in dem von Jarosch berechneten System. Trotz alledem wird die bessere Überlappung durch die starke Pyramidalisierung der p-Orbitale ermöglicht. Dies hat eine deutliche Herausbewegung des Phenyl-Substituenten aus der Ebene C1-C2-C3-C4 zur Folge. In Abbildung 23 ist diese Verzerrung der Geometrie im direkten Vergleich zum Triplett-Norbornen 153T noch einmal dargestellt. Bei diesem hingegen kann von einer vollständigen Entkopplung der Doppelbindung


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gesprochen werden. Dies geht aus dem deutlich verlängerten Abstand zwischen den Kohlenstoff-Atomen C1 und C2 hervor. Die Pyramidalisierung an C2 ist komplett aufgehoben, d.h. der Phenyl-Substituent ist kaum aus der Ebene C1-C2-C3-C4 herausgedreht. Die Bindungen C2-C3 und C5-C6 liegen nahezu parallel zueinander (Abb. 24).

Abb.23: Strukturen der Brückenkopf-Olefine 153S (ub3pw91/6-311G(d,p)) und 153T (ub3lyp/6-311G(d,p))

Tab.9: Ausgewählte Strukturparameter der Brückenkopf-Olefine 153T und 153S

 

C1-C2

[Å]

C2-C8

[Å]

C2-C3

[Å]

C3-C4

[Å]

C4-C5

[Å]

C5-C6

[Å]

C6-C1

[Å]

C4-C7

[Å]

C1-C2-C8

[°]

C1-C2-C8-C9

[°]

153S

1.380

1.449

1.533

1.561

1.575

1.595

1.517

1.527

124.7

153.7

153T

1.491

1.408

1.525

1.554

1.553

1.578

1.528

1.560

128.5

179.3

Mit einer Länge von 1.408 Å ist die Bindung zum Phenyl-Substituenten stark verkürzt und zeigt damit deutlich, daß eine Konjugation zum aromatischen Substituenten vorhanden ist. Wie aus Abbildung 24 hervorgeht, führt die geringere Pyramidalisierung an C1 zu einer Wechselwirkung des back lobe des p-Orbitals mit der σ-Bindung C4-C7. Deren Abstand verlängert sich somit auf 1.560 Å.

Abb.24: Brückenkopf-Olefine 153S und 153T


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II.5.7.4. Weitere Strukturen der Umlagerung zum Nortricyclan 157

Die Umlagerung zum sekundären Bicyclo[2.2.1]heptyliden 155S verläuft über den Übergangszustand TS154S. Signifikant für dessen Struktur ist die Verlängerung des Abstandes zwischen C1 und C2, was mit dem Bruch der Doppelbindung einhergeht. Der Abstand zwischen C1 und C6 vergrößert sich ebenfalls, während sich der Abstand zwischen C2 und C6, d. h. die sich ausbildende neue Bindung, stark verkürzt. Hier beträgt der Abstand 1.968 Å (vgl. 1-Norbornen, 2.421 Å ).

Abb.25: Geometrie des Übergangszustandes TS154S (ub3pw91/6-311G(d,p))

Tab.10: Ausgewählte Strukturdaten von TS154S

 

C1-C2

[Å]

C2-C6

[Å]

C1-C6

[Å]

TS154S

1.408

1.968

1.824

Die Geometrie des 1-Phenylbicyclo[2.2.1]heptylidens 155S ist in Abbildung 26 wiedergegeben. Charakteristisch für die Struktur ist Streckung der C1-C2-Bindung auf 1.620 Å , einer Folge der Wechselwirkung zwischen dem freien p-Orbital des Singulett-Carbens mit der σ-Bindung zwischen C1 und C2. Auch für die leichten Verlängerungen der 2-Hendo- und der 5-Hexo-Bindung ist die Wechselwirkung mit dem freien p-Orbital verantwortlich. Die bereits verkürzte Distanz zwischen C2 und C6 deutet die Insertion in die 2-Hendo-Bindung an.


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Abb.26: Struktur des 1-Phenylbicyclo[2.2.1]heptylidens 155S (ub3pw91/6-311G(d,p))

Tab.11: Ausgewählte Strukturparameter des 1-Phenylbicyclo[2.2.1]heptylidens 155S

 

C1-C2

[Å]

C1-C6

[Å]

C2-C6

[Å]

C1-C7

[Å]

C2-H endo

[Å]

C5-H exo

[Å]

C6-2H endo

[Å]

C1-C6-C5

[°]

C6-C1-C2

[°]

155S

1.620

1.471

2.110

1.545

1.103

1.104

2.056

102.5

85.9

Wie schon beim Bicyclo[2.2.1]heptyliden 155S deutlich wurde, verkürzt sich im Übergangszustand TS156S der Abstand zwischen C2 und C6 weiter auf 1.930 Å . Die Bindung des an C2-Position befindlichen endo-Wasserstoffs verlängert sich auf 1.149 Å . Der Abstand zwischen diesem Wasserstoff und C6 beträgt 1.631 Å . Der Winkel C6-C1-C2 verkleinert sich von 85.9° auf 77.9°. Die Struktur ist in Abbildung 27 dargestellt.

Abb.27: Struktur des Übergangszustands TS156S (ub3pw91/6-311G(d,p))


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Tab.12: Ausgewählte Strukturparameter des Übergangszustandes TS156S

 

C1-C2

[Å]

C1-C6

[Å]

C2-C6

[Å]

C1-C7

[Å]

C2-H endo

[Å]

C5-H exo

[Å]

C6-2H endo

[Å]

C1-C6-C5

[°]

C6-C1-C2

[°]

TS156S

1.584

1.486

1.930

1.539

1.149

1.100

1.631

102.4

77.9

Die Struktur des 1-Phenylnortricyclans 157 bedarf keiner weiteren Erklärungen. Die Verbindung besitzt C s -Symmetrie und die Längen der Bindungen C1-C2, C1-C6 sowie C2-C6 sind mit 1.517 Å identisch. Der Phenyl-Substituent nimmt eine exakt orthogonale Position zur Spiegelebene des Tricyclans ein; vermutlich sind bei diesem Rotamer die Repulsionswechselwirkungen zwischen den ortho- und den Cyclopropyl-Protonen am schwächsten. Ausgewählte Strukturparameter sind in Tabelle 13 zusammengestellt.

Abb.28: Struktur des Nortricyclans 157 (ub3pw91/6-311G(d,p))

Tab.13: ausgewählte Strukturparameter des Nortricyclans 157

 

C1-C2

[Å]

C1-C6

[Å]

C2-C6

[Å]

H ortho -H2

[Å]

C7-C1-C8

[°]

C8-C1-C6

[°]

157

1.517

1.517

1.517

2.858

121.6

123.9


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II.6. Darstellung von 1,4-disubstituierten Bicyclo[2.1.1]hexanen

II.6.1. Synthese von Bicyclo[2.2.1]heptan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 80

Die erstmalig von Della eingeführte Methode der Generierung und zweifachen Alkylierung von Bisenolaten[40] in einem Schritt wurde bereits unter Abschnitt II.2.2.3.1 besprochen. Diese konnte zur Darstellung von Bicyclo[2.2.1]heptan-1,4-dicarbonsäuredimethylester 80 mehr als erfolgreich reproduziert werden. Nach Generierung des Bisenolates 79 mit 2.5 Äquivalenten LDA in THF/HMPT und zweifacher Alkylierung mit Bromchlorethan ließ sich 80 mit Ausbeuten bis zu 92% gewinnen (Della 51%). Erstaunlicherweise zeigt die Qualität dieser Reaktion keine signifikante Abhängigkeit von den eingesetzten Stoffmengen. Selbst bei Ansatzgrößen von 10 g Cyclopentan-1,3-dicarbonsäuredimethylester 59 ließ sich 80 mit immer noch guten Ausbeuten von 86% synthetisieren. Wie unter II.2.2.3.3 wurde auf den Ersatz des HMPT durch das weniger gesundheitsschädlichere DMPU zurückgegriffen.

Tab.14: Abhängigkeit der Ausbeute von der Wahl des Cosolvens

 

THF/HMPT

THF/DMPU

Unter Verwendung von 5.3 g Edukt

92%

73%

Unter Verwendung von 10 g Edukt

86%

68%

Trotz der etwas schlechteren Ausbeuten wurde dieser Variante aus gesundheitlichen Gründen eindeutig der Vorzug gegeben. Wie bei der Verwendung von HMPT konnte ebenfalls keine starke Abhängigkeit von der Ansatzgröße beobachtet werden, wie es unter II.2.2.3.3 der Fall war. Beiden Varianten ist jedoch eines gemeinsam: Verglichen mit der Synthese des niederen Homologen 58 liefern diese Reaktionen kaum verunreinigte Rohprodukte, die eine Reinigung durch Destillation nicht unbedingt notwendig machen. Der Anteil an Nebenreaktionen ist demzufolge sehr klein.


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II.6.2. Darstellung von 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 165

Die Herstellung von 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 165 erfolgte sehr ähnlich seinem bereits unter Abschnitt II.3 beschriebenen kleineren Homologen 90. Deswegen wird sie nur kurz besprochen. Lediglich einige Abweichungen werden ausführlicher besprochen. Eine Übersicht über die Synthese von 162 gibt Abbildung 29.

Abb.29: Synthese von 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 165

Die partielle Verseifung des Diesters 80 wurde ähnlich wie unter Abschnitt II.3 durchgeführt. Die Anwendung der gleichen Bedingungen erbrachte etwas schlechtere Ausbeuten. Dieses verwundert nicht, denn berücksichtigt man die zunehmenden Abstände der Brückenkopfatome und damit der voneinander zu differenzierenden Esterfunktionen, ist eine entsprechend schlechtere Ausbeute zu erwarten. Bicyclo[2.2.1]heptan-1,4-dicarbonsäure-1-methylester 161 konnte mit einer Ausbeute von 74% nach Aufarbeitung erhalten werden. Einen Überblick über die abnehmende Effektivität der partiellen Verseifung von symmetrischen Diestern gibt Tabelle 24. Das “voneinander nichts Wissen“ der Formalladungen scheint in annähernder Abhängigkeit von der relativen Entfernung der zu unterscheidenden Funktionalitäten zu stehen.


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Tab.15: Vergleich der Halbverseifungen unterschiedlicher Bicyclen

Halbester

Ausbeute in %

Bicyclo[1.1.1]pentan-1,3-dicarbonsäure-1-methylester 95

86[30]

Bicyclo[2.1.1]hexan-1,4-dicarbonsäure-1-methylester 93

79

Bicyclo[2.2.1]heptan-1,4-dicarbonsäure-1-methylester 158

74

Die Generierung des Barton -Esters und dessen Abbau zum 4-Brombicyclo[2.2.1]heptan-1-carbonsäuremethylester 162 gestaltete sich ohne weitere Schwierigkeiten. Bromid 162 wurde über diese zwei Stufen mit einer Gesamtausbeute von 84% nach Säulenchromatographie isoliert. Die zuerst verwendete Methode des oxidativen Abbaus von Carbonsäuren nach Hunsdiecker [52] scheiterte an den nur mäßigen Ausbeuten und an der Trennung des Produktes vom Lösungsmittel. Weder destillativ noch säulenchromatographisch gelang es, 1,2-Dibromethan vollständig abzutrennen. Auf den Einsatz weiterer Trennmethoden sowie auf den Austausch des Lösungsmittels wurde verzichtet.

Die darauffolgende Reduktion zum 4-Brombicyclo[2.2.1]heptylcarbinol 163 verlief mit ähnlichen guten Ausbeuten wie beim unter II.2 beschriebenen kleineren Homologen. Nach Verwendung von 2.2 Äquivalenten Lithiumaluminiumhydrid in wasserfreiem Diethylether ließ sich der Alkohol 163 mit einer Ausbeute von 96% isolieren. Für die Überführung in den Aldehyd 164 wurden neben dem Dess-Martin -Periodinan auch andere Oxidationsmittel eingesetzt. Abbildung 30 gibt einen Überblick über die verwendeten Methoden. Weniger erfolgreich verlief der Versuch einer Oxidation nach Swern .[63] Die Analyse der Roh-NMR-Spektren ergab einen Umsatz von ca. 30 % (geschätzt). Aufgrund der Empfindlichkeit des Aldehyds 164 wurde auf eine Abtrennung verzichtet. Erfolgreich, wenn auch mit etwas kleineren Ausbeuten als die Oxidation nach Dess-Martin , verlief die Oxidation mit Pyridiniumchlorochromat. Der geringere Umsatz wurde jedoch in Kauf genommen, denn gegenüber der Dess-Martin -Oxidation ließ sich der Aldehyd 164 hier mit einer höheren Reinheit gewinnen. Einzig zwei- bis dreifaches Filtrieren der Suspension durch eine Schicht aus Florisil und Kieselgel war nötig, um die polaren Chromrückstände quantitativ abzutrennen. Das Dess-Martin -Periodinan hingegen ließ


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sich auch nach vielfachem Waschen mit einer Lösung aus KHCO 3 /Na 2 S 2 O 3 und anschließendem Extrahieren mit Wasser nicht vollständig entfernen. Bei Einsatz des von Kirschning beschriebenen polymeren Pyridiniumchlorochromats [64] blieb eine Reaktion vollständig aus. Möglicherweise ist hier die Nachbarschaft des quarternären Kohlenstoffes von nachteiliger Bedeutung für die Oxidation an einem polymeren Trägermaterial. Der Alkohol 160 ließ sich doch nahezu quantitativ zurückgewinnen. Die verwendeten Oxidationsmethoden sind in Abb. 30 zusammengefaßt.

Abb.30: Oxidation von 1-Brom-4-(hydroxymethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 163

Tab.16: Ausbeuten der verschiedenen Oxidationen des Alkohols 163, *geschätzt

Variante

Oxidationsmittel

Ausbeute in %

A

Dess-Martin

85

B

Swern

30*

C

Pyridiniumchlorochromat

73

D

Polymeres Pyridiniumchlorochromat

0

Das Tribromid 165 wurde wie unter Abschnitt II.3 durch Verwendung des Triphenylphosphit-Brom-Komplexes in Methylenchlorid gewonnen. 165 konnte mit einer Ausbeute von 71% als farbloser Feststoff erhalten werden. Auch hier konnte die Anfertigung einer Röntgenstrukturanalyse zur endgültigen Sicherung der Struktur hinzugezogen werden (Abb. 31).


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Abb.31: ORTEP-Darstellung von 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 165

II.6.3. Metallierung und Folgereaktion von 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 165

II.6.3.1. Einführung

Das erste Bicyclo[2.2.2]oct-1-en konnten Bickelhaupt und Mitarbeiter im Jahre 1972 darstellen.[65] Aus syn-1-Ethoxy-2-Brombicyclo[2.2.2]octan 166 konnte nach Halogen-Metall-Austausch mit tert-Butyllithium und Eliminierung von Lithiumethanolat das Olefin 168 generiert werden. Dieses wurde natürlich nicht direkt, sondern in Form der Additionsprodukte 169 erhalten. Überschüssiges tert-Butyllithium addierte sich regiounspezifisch an Bicyclo[2.2.2]oct-1-en. Nach hydrolytischer Aufarbeitung ließen sich die Isomere 1- und 2-t-Butylbicyclo[2.2.2]octan 169a und 169b isolieren.


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Erzeugt man jedoch ein Carbenzentrum in α-Position zum Brückenkopf 170, stellt sich auch hier aufgrund unterschiedlicher Brückenlängen die Frage nach dem Brückenkopf-Olefin, welches bevorzugt gebildet wird. Hier verhalten sich ebenfalls zwei Aspekte konträr zueinander. Der Bildung eines Bicyclo[2.2.2]oct-1(2)-ens 168, der die Öffnung des kleineren Rings zugute kommt, steht die Umlagerung zum Bicyclo[3.2.1]oct-1[2]-en 171 gegenüber. Nach dem Konzept von Wiseman entspricht dieses einem trans-Cyclohepten, das somit also energetisch günstiger positioniert sein sollte als das Isomer 168, welches formal mit einem trans-Cyclohexen vergleichbar ist. Auch die Kraftfeldrechnungen (Allingers MM1) von v. R. Schleyer und Maier aus dem Jahre 1981 sagen für 171 eine geringere olefinic strain (OS) voraus, während für das Olefin 168 ein Wert von 40.4 kcal/mol erhalten wurde.[16]

Die Frage nach der bevorzugten Umlagerung stellte sich auch Jones in dem schon in der Einleitung erwähnten Experiment zur Pyrolyse von α-Diazobicyclo[2.2.1]heptan 32.[22, 23] Nach Pyrolyse der Diazoverbindung bei 180°C konnte Jones das Carben 33 erhalten, das erfolgreich den 1,2-shift zum anti-Bredt-Olefin 34 vollzog, welches sich wiederum durch eine retro-Diels-Alder-Reaktion zum Trien 35 stabilisierte. Daß es sich hierbei auch um die Öffnung der 1-Brücke handelte und nicht etwa ein Bicyclo[3.2.1]oct-1-en 36a durchlaufen wurde, dessen retro-Diels-Alder-Reaktion zum selben Trien führt, konnte durch die Deuterierung des Primärgerüstes am Kohlenstoff C-7 nach Auswertung des Kopplungsmusters im 1H-NMR bestätigt werden. Hinweise auf die Bildung des isomeren Brückenkopf-Olefins 36a waren nicht vorhanden. Abbildung 32 zeigt noch einmal die Reaktionskaskade.

Diesen scheinbaren Widerspruch zwischen Theorie und Experiment konnten auch Hadad und Geise nicht vollständig klären. Im Jahr 2000 veröffentlichten sie Dichtefunktionalrechnungen zu Carben-Olefin-Umlagerungen verschiedener bicyclischer Systeme auf B3LYP/6-31G*-Niveau.[66] Hadad und Geise berechneten die Aktivierungsenergien für die Gerüstumlagerung zu den entsprechenden Brückenkopf-Olefinen in Abhängigkeit von verschiedenen rotameren Geometrien, die zum einen die Wechselwirkungen des am Carbenzentrum befindlichen freien p-Orbitals mit der wandernden


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Abb.32: Experiment von Jones zur Folgechemie der Diazoverbindung 32a


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Kohlenstoff-Kohlenstoff-σ-Bindung, zum anderen die Stellung des zweiten am Carben sitzenden Substituenten berücksichtigen. Wie aus Abbildung 33 hervorgeht, konnten Hadad und Geise keine signifikanten Unterschiede bei den Aktivierungsenergien finden, welche die bevorzugte Bildung des Olefins 168 erklären. Insbesondere unter den Bedingungen bei Gasphasenpyrolysen können Differenzen von 3 und weniger kcal/mol vernachlässigt werden.

Abb.33: Ergebnisse der Rechnungen von Hadad und Geise zur Umlagerung von 170

Unabhängig von dieser Divergenz zwischen Experiment und Rechnung bleibt nach wie vor die Frage nach der bevorzugten Umlagerung in Lösung. Läßt sich nach Metallierung des geminalen Dibromids 165 in analoger Weise ein Brückenkopf-Olefin erzeugen und wird es sich um ein Bicyclo[2.2.2]oct-1-en 168 oder um ein Bicyclo[3.2.1]oct-1-en 171 handeln? Und wenn ja, läßt sich eines der beiden oder gar alle beide mit einem geeigneten Dien in einer Diels-Alder-Reaktion abfangen oder wird man anteilig oder ausschließlich Dimerisierungsprodukte des Olefins nachweisen? Grund zu dieser Annahme geben die Arbeiten von Kohl und Ströter über die Chemie des substituierten Bicyclo[3.1.1]heptans 172. Nach Halogen-Metall-Austausch mit einem Äquivalent Methyllithium konnte das Olefin 173 generiert werden, das sich durch [2+2]-Cycloaddition zu zwei „Kopf-Kopf“-verknüpften Diastereomeren 174a und 174b stabilisierte.[21, 67]


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II.6.3.2. Metallierung und Folgechemie von 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 165

Aufgrund der bei der Deprotonierung des kleineren Homologen 92 erzielten positiven Resultate wurden zu Anfang auch hier die gleichen Bedingungen gewählt (Abschnitt II.4.3). 4-Brom-1-(dibrommethyl)bicyclo[2.2.1]heptan 165 sollte in einem Temperaturbereich zwischen -15 bis 25 °C in Gegenwart des reaktiven Diens Diphenylisobenzofuran 107 durch Natriumhexamethyldisilazid (NaHMDS) deprotoniert werden. Nach sechzehnstündiger Reaktion in Diethylether bei Raumtemperatur konnte jedoch im Gegensatz zu dem unter II.4 beschriebenen Versuch kein reaktives Brückenkopf-Olefin durch ein entsprechendes Diels-Alder-Addukt nachgewiesen werden. 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie des Rohproduktes ergaben auch keinerlei Hinweise auf mögliche Dimere der Brückenkopf-Olefine. Als einzige im Überschuß vorliegende Verbindung konnte das Edukt 165 identifiziert werden, daneben eine Vielzahl von Signalen, denen sich keine Produkte zuordnen ließen. Die Dünnschichtchromatographie zeigte, daß es sich um ein sehr schwer auftrennbares Gemisch handelte.


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Hierbei konnte die mögliche Zersetzung eines oder mehrerer Produkte auf dem Kieselgel durch zweidimensionale Dünnschichtchromatographie weitestgehend ausgeschlossen werden. Um ein anderes Kation zu verwenden, wurde in den nächsten Versuchen Lithiumdiisopropylamid (LDA) zur Deprotonierung des Tribromids 165 eingesetzt. Dabei wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei der Metallierung mit NaHMDS gearbeitet. Es wurde ebenfalls Diphenylisobenzofuran als Abfänger eingesetzt. Aber auch in diesem Fall zeigten die NMR-Spektren des Roh-Produktes, daß offenbar keine Ringerweiterung zu einem Brückenkopf-Olefin stattgefunden hatte. Neben dem Edukt 165 wurde auch hier wieder ein nichtidentifizierbares und schwer trennbares Produktgemisch erhalten. Eine konkrete Aussage über die Menge des nicht umgesetzten Tribromids 162 kann leider nicht getroffen werden, da sich eine Abtrennung als schwierig erwies. Für weitere Versuche wurde ein anderer Diels-Alder-Abfänger verwendet. Das Arbeiten mit Diphenylisobenzofuran bringt einige Nachteile mit sich. Ein wichtiger Aspekt sind die stark alkalischen Bedingungen beim Entfernen des überschüssigen, nicht umgesetzten Diphenylisobenzofurans. Möglicherweise könnten dabei Produkte zerstört werden, die zu einem besseren Verständnis der Versuche beitragen. Aus diesem Grund wurde Dimethylfuran 144 als Abfänger eingesetzt. Wenn auch 177 kein so reaktives Dien wie Diphenylisobenzofuran ist, so kann Dimethylfuran durch Destillation im Hochvakuum ohne Probleme entfernt werden und verlangt keine zusätzlichen Schritte bei der Aufarbeitung der Reaktion. Die weniger komplexe Struktur dieses Diens sollte darüber hinaus zu einer Vereinfachung der NMR-Spektren führen. Doch auch der Wechsel des Diels-Alder-Abfängers führte zu keiner Verbesserung der Ergebnisse. Wie schon vorher konnte nur ein Gemisch aus nicht umgesetztem Edukt 165 im Überschuß sowie nicht identifizierbarem Material gewonnen werden.

Tab.17: Zusammenfassung der ersten Experimente zur Metallierung von 165

 

Abfänger

Base

Lösungsmittel

Bedingungen

Produkt

A

Diphenylisobenzofuran

NaHMDS

Diethylether

-25°C→ Raumtemp.

Edukt sowie nicht identifizierbares Gemisch

B

Diphenylisobenzofuran

LDA

Diethylether

-25°C→ Raumtemp.

dito

C

Diphenylisobenzofuran

KHMDS

Diethylether

-25°C→ Raumtemp.

dito

D

Dimethylfuran

NaHMDS

Diethylether

-25°C→ Raumtemp.

dito

E

Dimethylfuran

LDA

Diethylether

-25°C→ Raumtemp.

dito

F

Dimethylfuran

KHMDS

Diethylether

-25°C→ Raumtemp.

dito


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Die Ergebnisse der ersten Experimente geben Anlaß zu zwei Vermutungen: Das Tribromid 165 wurde nur zu einem Bruchteil metalliert, so daß ein oder mehrere Produkte von Umlagerungen nur in Spuren vorlagen, deren Signale in den NMR-Spektren der Rohprodukte nicht eindeutig zugeordnet werden konnten. Grund für diese unvollständige Deprotonierung könnte die Qualität der verwendeten Amidbase oder ein Arbeiten unter nicht exakt wasserfreien Bedingungen sein. Um diese möglichen
Fehlerquellen auszuschließen, wurden die Reagenzien überprüft und die Experimente wiederholt. Dies brachte jedoch keine Veränderung der oben schon beschriebenen Ergebnisse. Daß sich die Deprotonierung von 165 aus sterischen Gründen als schwierig gestaltet, sollte weitestgehend ausgeschlossen werden. Die in Abschnitt II.4.3 beschriebenen Ergebnisse der Metallierung des kleineren Homologen 92 waren positiv.

Ein anderer Grund für die bisher gesammelten Ergebnisse könnte in der Reaktionsträgheit der metallierten Spezies 175 liegen, d. h. das Gleichgewicht der Reaktion zwischen Carbenoid 175 und freiem Carben 176 liegt auf der linken Seite.

Verantwortlich für diese Stabilität des Carbenoids 175 kann eine gute Koordination des Metall Ions durch Moleküle des Lösungsmittels sein. Gegebenenfalls könnten sogar komplexere Aggregaten der Carbenoide vorliegen.


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Deswegen wurde versucht, durch die Wahl anderer äußerer Bedingungen das Gleichgewicht zugunsten des freien Carbens 176 zu verschieben. Zum einen wurden die Experimente D und E (Tab. 17) bei höheren Reaktionstemperaturen (Tab. 18, Experimente G und H) wiederholt. Dazu wurde als Lösungsmittel ausschließlich Dimethylfuran eingesetzt. Doch auch das Erwärmen der Reaktion auf über 90°C führte zu keinen anderen Ergebnissen.

Ebenso sehr polare Lösungsmittel wie Tetrahydrofuran oder der in der Enolatchemie oft verwendete Dimethylpropylidenharnstoff (DMPU) wurden eingesetzt, die Eliminierung des Bromids zu forcieren. Bei diesen sowie bei den folgenden Versuchen wurden bewußt ohne reaktive Diene als Abfänger gearbeitet, um die Produktspektren zu vereinfachen und um dadurch evtl. die Bildung von Brückenkopf-Dimeren zu beobachten.

Die Verwendung von DMPU brachte genau so wenig Erfolg wie der Gebrauch anderer Lösungsmittel wie z. B. t-Butylmethylether. Oft konnte ein Großteil des Edukts 165 zurückgewonnen werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 18 zusammengefaßt.

Tab.18: weitere Experimente zur Metallierung und Folgechemie von 162

 

Base

Lösungsmittel

Bedingungen

Produkt

G

NaHMDS

Dimethylfuran

90°C

Edukt

H

LDA

Dimethylfuran

90°C

Edukt

I

NaHMDS

THF

68°C

THF-Addukt

K

LDA

Ether

25°C

Edukt

L

LDA

MTBE

58°C

Edukt

M

LDA

DMPU

150°C

Edukt

N

n-BuLi

Pentan

- 100°C

Carben-Dimer

O

n-BuLi

Pentan/THF 5:1

- 100°C

Carben-Dimer

Unter den Experimenten, die mit Amidbasen durchgeführt wurden, ist Versuch H hervorzuheben. Es ist das einzige Experiment, in dem das Vorliegen eines Carbens durch eine typische Reaktion nachgewiesen wurde. Statt einer Ringerweiterung zum anti-Bredt-Olefin beobachtete man eine C,H-Insertion in die α-Position des Lösungsmittels Tetrahydrofuran.


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Erhalten wurden zwei Diastereomere 179a und 179b im Verhältnis 1:1 mit einer Gesamtausbeute von 38 %, von denen das (2R)-2-[(S)-1-Brom-1-(4-brom-bicyclo[2.2.1]hept-1-yl)-methyl]tetrahydrofuran 179a aus Chloroform kristallisierte. Mit Hilfe der Röntgenstruktur ließ sich die absolute Konfiguration des einen Diastereomeren 179a ermitteln (Abb. 34).

Abb.34: ORTEP-Darstellung von (2R)-2-[(S)-1-Brom-1-(4-brom-bicyclo[2.2.1]hept-1-yl)-methyl]-tetrahydrofuran 179a


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Derartige Insertionsreaktionen in aktivierte C-H-Bindungen sind seit längerem bekannt[68], und können als Nachweis für die Beteiligung freier Carbene gewertet werden. Hierbei kommt die Wechselwirkung des freien p-Orbitals am Singulett-Carben mit der α-C-H-Bindung zum tragen. Die direkte Nachbarschaft des Lösungsmittel läßt sie in Konkurrenz zu anderen Reaktionen des Carbens 176 treten, oder bei vergleichsweise kleinerer Aktivierungsenergie ausschließlich dominieren. Das Fehlen chiraler Information in Reagenz und Substrat führt zum Auftreten beider Diastereomere 179a und 179b im Verhältnis 1:1. Die Entstehung der THF-Adukte bei direkter Beteiligung des Carbenoids 175a könnte nur über einen zweistufigen Mechanismus erklärt werden. Dies würde im ersten Schritt eine Deprotonierung des Tetrahydrofurans durch die metallierte Spezies 175a erfordern. Diesem müßte eine nucleophile Substitution eines Bromid-Ions durch das Tetrahydrofuran-Anion 180 folgen. Dagegen sprechen drei Aspekte: erstens ist die Acidität des Tribromids 165 größer als die des Tetrahydrofurans, des Weiteren verlaufen nucleophile Substitutionen in neopentyl-Position sehr langsam bzw. sind vollständig auszuschließen. Letztlich hätte die Deprotonierung des Tetrahydrofurans die Bildung von Acetaldehyd zur Folge, das neben Ethen via Fragmentierung aus dem Anion 180 entsteht. Für das Auftreten solcher Fragmentierung waren jedoch keine Hinweise vorhanden (Abb.35).

Abb.35: Bildung des THF-Addukts bei direkter Beteiligung von Carbenoid 175a

Um eine weitere Vereinfachung bei der Deprotonierung und Einschränkung der Komponentenvielfalt zu erzielen, wurde ebenso n-Butyllithium als Base verwendet. Eine möglicherweise stattfindende stabilisierende Aggregation der Carbenoide unter Einbeziehung der konjugierten Amine der verwendeten Amidbasen und eine daraus resultierende Beeinträchtigung der Ringerweiterung sollte durch die Wahl des Systems n-Butyllithium/Pentan ausgeschlossen werden. Die bei der Verwendung


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von Lithiumbasen konkurrierenden Prozesse der Deprotonierung und des Halogen-Metall-Austausches lassen sich bei genügend tiefen Temperaturen zu Gunsten erster Reaktion gestalten. Bei -100 °C erwies sich jedoch das Tribromid 165 in reinem Pentan als sehr schlecht löslich, während es im Gemisch Pentan/Tetrahydrofuran 5:1 in Lösung blieb (Tab.18 N, O). In beiden Fällen konnte aber auch unter diesen Bedingungen die Bildung eines Brückenkopf-Olefins nicht nachgewiesen werden. Statt dessen wurde jedesmal das disubstituierte Olefin 183 isoliert, dessen Entstehung auf eine Dimerisierung zweier Carbenoide zurückzuführen ist. Bei diesen Carbenoiden konnte es sich nur um die vom Typ 181 handeln, wie die Substitution der Doppelbindung im Olefin 183 eindeutig zeigt. Es hatte also ausschließlich ein Halogen-Metall-Austausch stattgefunden. Das Olefin 183 konnte mit einer Ausbeute von 43 % in einer sehr sauberen Reaktion gewonnen werden.

Der Prozeß der Dimerisierung von Carbenoiden läßt sich auf deren ambidentes Verhalten zurückführen. Betrachtet man diesen Prozeß im Sinne einer Wurtz-Fittig-Synthese, kann ein Carbenoid ähnlich einem Carbanion am anderen Carbenoid nucleophil angreifen.[41, 42] Unter Ausbildung einer Doppelbindung kann diese Spezies 182 via ß-Eliminierung Natriumbromid verlieren. Voraussetzung für eine Eliminierung ist synperiplanare (182b) oder antiperiplanare Stellung (182a) von Metall und Halogenid. Aus welcher Konformation 179 bevorzugt eliminiert, ist von der Polarität des Lösungsmittels abhängig. In reinem Pentan wird die syn-Eliminierung bevorzugt ablaufen, während in einem Pentan/Tetrahydrofuran-Gemisch auch anteilig anti-Eliminierung auftreten wird. Unabhängig davon zeigt die alleinige Isolierung des E-konfigurierten Olefins, daß eine Eliminierung nur dann erfolgt, wenn ebenfalls die sterisch anspruchsvollen Bicyclo[2.2.1]heptyl-Substituenten anti zueinander stehen.


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Die Konfiguration der Doppelbindung wurde durch die Kopplung der 13C-Satelliten im 1H-NMR-Spektrum bestimmt. Mit einer Kopplungskonstante der Satellitensignale von 16 Hz läßt sich dem Olefin eindeutig die trans-Konfiguration zuordnen.[69]

Abgesehen von den Experimenten mit n-Butyllithium als Base, die den unerwünschten Halogen-Metall-Austausch zur Folge hatte und Versuch H, der Insertion des Carbens in Tetrahydrofuran, war allen anderen Experimenten eines gemeinsam. Es wurde jedesmal zum großen Teil Edukt 165 zurückgewonnen. In allen Fällen wurde mit 1.1 bis 1.2 Äquivalenten Amidbase gearbeitet. Gäbe es eine Reaktion oder mehrere, die ebenfalls Base verbrauchen und sind diese Reaktionen schneller als die Deprotonierung des Substrates 165, dann könnten solche Reaktionen eine deutliche Konkurrenz darstellen. Die Folge dessen wäre die nur unvollständige Metallierung des Substrates, die sich in der Reisolierung dessen zeigt. An dieser Stelle soll noch einmal an die Experimente von Jones erinnert werden (siehe S. 7 und S. 68). Schon ab Pyrolyse-Temperaturen von 100°C beobachtete er die Bildung des acyclischen Produktes 35a. Wenn auch solche retro-Diels-Alder-Reaktionen mit nicht unbeträchtlichen Aktivierungsenergien verlaufen, die sich durchaus erst bei höheren Temperaturen realisieren lassen, wäre das Auftreten einer solchen Reaktion zumindest eine plausible Erklärung für einen hohen Verbrauch an Base. Möglicherweise kann die Anwesenheit der Bromsubstituenten an Position 1 und 3 im Molekül 175 einen positiven Einfluß auf das Herabsetzen der Aktivierungsenergie für eine solche retro-Diels-Alder-Reaktion haben. In Abbildung 36 ist eine solche Kaskade dargestellt, die einen hohen Verbrauch an Base erklären könnte.

Abb.36: Umlagerungskaskade bei retro-Diels-Alder-Reaktion von 178


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Eine retro-Diels-Alder-Reaktion von 178 hätte die Bildung des dibromsubstituierten acyclischen Triens 184 zur Folge. Die Acidität dieses Vinylbromids könnte genügend groß sein, zwei Äquivalente Bromwasserstoff zu eliminieren. Die Konsequenz daraus wäre das Vorliegen eines Moleküls mit zwei terminalen Acetylen-Einheiten 185 mit durchaus hoher C-H-Acidität. Zwei weitere Äquivalente würden zur Deprotonierung von 185 benötigt. Bei höheren relativen Geschwindigkeiten der Schritte b, c, d und e gegenüber Reaktion a hätte dies einen Verlust von 4/5 Base zur Folge. Bei der Verwendung von ca. 1.1 Äquivalenten Base stünde diese nur zu 20 % für die Deprotonierung von 165 zur Verfügung. Dies könnte das Zurückgewinnen von nicht unbeträchtlichen Mengen des Substrates zur Folge haben. Der Nachweis des protonierten Endiins 186 nach hydrolytischer Aufarbeitung wäre vermutlich nicht sehr einfach, da intermolekulare Reaktionen nicht auszuschließen sind.

Das Dianion des 186 ließe sich allerdings nachweisen, wenn bei der Aufarbeitung Trimethylsilylchlorid verwendet würde. Silylsubstituierte Acetylene sind in der Regel stabil und wären auch bei chromatographischen Trennverfahren beständig.

Aus diesen Gründen wurde ein weiterer Versuch zur Metallierung von 165 durchgeführt. In diesem Fall wurden mit 5.0 Äquivalenten NaHMDS gearbeitet und nach Ende der Reaktion mit Trimethylsilylchlorid (TMSCl) aufgearbeitet Als Lösungsmittel wurde wieder Dimethylfuran verwendet, um evtl. doch ein Brückenkopf-Olefin in einer Abfang-Reaktion nachzuweisen. Nach Säulenchromatographie ließen sich 77 % eines polaren Produktes isolieren, welches sich als Pyranol 189 erwies. Edukt 165 wurde nicht gefunden und Hinweise auf trimethylsilylsubstituierte Acetylene waren ebenfalls nicht vorhanden.


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Die Isolation des Pyranols 189 bestätigt allerdings das Auftreten des Carbens 178. Nur war die Insertion in eine C-C-Bindung von 178 wieder nicht bevorzugt. Statt dessen wurde die Addition des Carbens an die Doppelbindung des Dimethylfurans zum Bromcyclopropan-Derivat 187 beobachtet. Derartig substituierte Cyclopropane unterliegen der elektrocyclischen Öffnung unter Ausbildung von Allyl-Kationen. Unter den Bedingungen der wäßrigen Aufarbeitung erfolgt eine Substitution des Bromid- gegen ein Hydroxid-Ion im Molekül 188. Die Folge ist die Bildung des Pyranols 189, das sehr wahrscheinlich im Gleichgewicht mit seinem Pyrillium-Salz 190 steht. Jedenfalls geben die Tieffeldverschiebungen der Protonen am aromatischen Pyranium deutliche Hinweise darauf. Mit Werten größer 7.0 ppm liegen die Protonen im aromatischen Bereich. Die Struktur des Pyranols (Pyrillium-Salzes) wurde mit Hilfe verschiedener zweidimensionaler NMR-Experimente (HMBC, INADEQUATE) gelöst.

Eine Beteiligung des bei der Aufarbeitung verwendeten Trimethylsilylchlorids konnte durch eine Kontrollexperiment ausgeschlossen werden. Allerdings wurden hier auch wieder 5.0 Äquivalente NaHMDS als Base verwendet. Pyranol 189 konnte zu 76% isoliert werden. Verglichen mit den Experimenten in den Tabellen 17 und 18 muß doch angenommen werden, daß die Deprotonierung des Substrates 165 mehr als ein Äquivalent Base erfordert. Wie die Bildung des Pyranols 189 zeigt, ist die Eliminierung zum freien Carben erfolgreich, die Insertion in den Bicyclus findet jedoch aufgrund von Konkurrenzreaktionen nicht statt. Von entgültiger Entscheidung wäre die Realisierung eines Experimentes mit einem Überschuß Base, bei welchem dem Carben 176 keine anderen Reaktionswege zur Verfügung stehen (C,H-Insertion, 1,2-Additionen). Dazu müßte man wieder Diphenylisobenzofuran als Abfänger arbeiten sowie ein Lösungsmittel verwenden, welches keine aktivierten C,H-Bindungen enthält. Mit anderen Worten, Experiment A (Tabelle 17) muß noch mal bei Verwendung von 5.0 Äquivalenten Base durchgeführt werden.


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24.02.2004