Nachhaltige Organische Synthese und Katalyse
Pro-aromatische Heterocyclen bilden eine privilegierte Klasse redoxaktiver Reagenzien, bei denen die thermodynamische Triebkraft der Rearomatisierung die kontrollierte Freisetzung eines Hydrids, eines Elektrons oder eines Radikals ermöglicht. Nicotinamidadenindinukleotid (NADH) und der Hantzsch-Ester veranschaulichen dieses Designprinzip in der Biologie beziehungsweise der synthetischen Chemie. Aufbauend auf diesem Vorbild entwickelt unsere Gruppe neue pro-aromatische Heterocyclen, die für die irreversible, einelektronen-induzierte Freisetzung von Alkylradikalen konzipiert sind, und erwartet für diese Reagenzienklasse Anwendungen sowohl innerhalb als auch außerhalb der klassischen synthetischen organischen Chemie.
Eine zentrale Anwendung liegt in der Erzeugung von Alkylradikalen für die Alkyl-Kreuzkupplung. Alkylgruppen gelten in der Kreuzkupplungschemie nach wie vor als notorisch schwierig, bedingt durch eine träge oxidative Addition und die konkurrierende β-Hydrid-Eliminierung. Da unsere heterocyclischen Vorläufer das benötigte Alkylradikal unabhängig von einem metallvermittelten oxidativen Additions- oder Transmetalierungsschritt erzeugen, umgehen sie diese Limitierung.
Pro-Aromatizität als Designprinzip
Die Freisetzung eines Hydrids, Elektrons oder Radikals aus einem pro-aromatischen Heterocyclus wird thermodynamisch durch die Rearomatisierung angetrieben, demselben Prinzip, das auch dem Hydridtransfer aus NADH und dem Hantzsch-Ester zugrunde liegt. Wir übertragen dieses Konzept auf Heterocyclen, die gezielt für die Freisetzung von Einzelelektronen und Radikalen konzipiert sind.
Ein strukturell kodierter Auslöser für die Radikalfreisetzung
Die systematische Variation des Substitutionsmusters unserer Dihydropyrimidin-Plattform (DHPym) moduliert die Aromatisierungstriebkraft und damit das Redoxpotential, das zur Auslösung der irreversiblen C−C-Bindungshomolyse erforderlich ist, und erlaubt so eine präzise Kontrolle über die Radikalfreisetzung.
Alkylradikal-Vorläufer für die Nickel-katalysierte Kreuzkupplung
Durch die Erzeugung von Alkylradikalen ermöglichen unsere heterocyclischen Vorläufer eine effiziente Radikalabfangreaktion und C−C-Bindungsknüpfung unter Nickelkatalyse und umgehen so den klassischen Engpass der Alkylelektrophil-Aktivierung.
Enantioselektive Synthese von Radikalvorläufern
N-Hydroxyphthalimidester (NHPI-Ester) haben sich zu zentralen Vorläufern für die Erzeugung von Alkylradikalen in der modernen Synthesechemie entwickelt. Wir entwickeln organokatalytische Methoden unter Einsatz chiraler N-heterocyclischer Carbene (NHC) und Isothioharnstoffe (ITU) für die enantioselektive Synthese dieser redoxaktiven Ester.
Ein Werkzeugkasten für nachhaltige Katalyse
Unsere heterocyclische Radikalplattform wird mit Photoredox-, Elektro-, Übergangsmetall- und Organokatalyse kombiniert, um komplexe Zielstrukturen aus erneuerbaren, biogenen Rohstoffen zugänglich zu machen, ohne auf Edelmetallkatalysatoren angewiesen zu sein.
Untersuchung der Reaktivität mittels Elektrochemie und Spektroskopie
Cyclovoltammetrie, UV/Vis- und Fluoreszenzspektroskopie geben direkten Einblick in die Redoxpotentiale unserer pro-aromatischen Heterocyclen und erlauben deren gezielte Optimierung für die Radikalerzeugung und die synthetische Anwendung.
