Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von amid- und esterfunktionalisierten Aminen. Dabei steht vor allem die Verwendung dieser Verbindungsklasse als Ionophore in der chemischen Sensorik im Vordergrund. Durch geeignete Voruntersuchungen, wie die Bestimmung der Lipophilie und UV/Vis-Spektroskopie, war es möglich, eine Selektion der Vielzahl von synthetisierten Ionophoren durchzuführen. Dennoch war es nur durch systematische Untersuchungen erreichbar, die für den Einsatz in der ISE am besten geeigneten Ionophore zu bestimmen. Die Anwendung als Katalysatorträgermoleküle für die Suzuki-Miyaura-Reaktion wurde nur von den ferrocenfunktionalisierten Molekülen in Betracht gezogen. Diese wurden an Palladiumallylchlorid koordiniert und auf ihr katalytisches Verhalten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit Zunahme der funktionellen Endgruppen im Molekül ein negativer dendritischer Effekt auftritt.

In der vorliegenden Arbeit werden Synthesen von sterisch anspruchsvollen sekundären wie auch tertiären Aminen und Enaminen untersucht. Ein Großteil der Arbeit befasst sich mit der Darstellung von N-Chloraminen, die im weiteren Verlauf zu sek. und tert. Aminen und Enaminen, mit Hilfe von metallorganischen Reagenzien und N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin (TMEDA), umgesetzt werden. Die dabei resultierenden Amine werden, auf Grund ihrer gehinderten Rotation, NMR-spektroskopisch untersucht. Dabei werden diverse dynamische Effekte bei verschiedenen Temperaturen beobachtet und gedeutet. So lassen sich auf diese Weise Rotationsbarrieren berechnen und vergleichen. Das gibt Aufschluss über die sterische Hinderung von verschiedenen Alkylgruppen. Weiterhin wird eine Eliminierung von Olefinen bei tert. Aminen beobachtet, welche der Hofmann-Eliminierung ähnelt. Diese verläuft anders als in Lehrbüchern beschrieben. Außerdem werden die Aktivierungsenergie und Isotopeneffekte der Eliminierung untersucht. Diese Zersetzung erfolgt auch mit Alkalimetallen als Katalysatoren. Eine Herstellung von neuartigen Enaminen aus 'turbo'-Amiden und gespannten Verbindungen wie Cyclooctin wird ebenfalls beschrieben. Die Enamine werden durch NMR-Spektroskopie auf ihren Olefincharakter untersucht. Eine neue Synthese von hochsubstituierten Pyrrolidinen und entsprechenden Iminiumsalzen, aus sek. tert-Octylaminen, wird vorgestellt. Diese Darstellung ist eine Erweiterung der Hofmann-Löffler-Freytag-Reaktion, welche eine radikalische Ringschlussreaktion beinhaltet. Die Darstellung der Iminiumsalze erfolgt metallfrei, durch die Oxidation mit N-Bromsuccinimid (NBS).:Abkürzungsverzeichnis VIII Abbildungsverzeichnis XII 1 Einleitung 1.1 Bedeutung von Aminen 1.2 Alkylierung von N -Haloaminen 1.3 Sterische Hinderung und Dynamische NMR-Spektroskopie 1.4 Zielstellung 2 Ergebnisteil 2.1 Darstellung neuer, sekundärer Amine als Vorstufen weiterer Synthesen 2.2 Darstellung tertiärer Amine 2.2.1 Darstellung diverser N -Chloramine für die elektrophile Aminierung 2.2.2 Reaktionen an N,N-Dichloraminen 2.2.3 Alkylierungen am tert-Butyl-tert-octylamin 2.2.4 Elektrophile Aminierungen an weiteren N-Chloraminen 2.2.4.1 Cycloalkylierung zu tert. Aminen 2.2.4.2 Isopropylierung am Stickstoff 2.2.4.3 Einführung der Neopentylgruppe 2.2.4.4 Versuche der Einführung tertiärer Gruppen 2.2.5 Synthese von tertiären Enaminen 2.2.6 Reaktion zwischen gespannten Verbindungen und Metallamiden 2.2.7 Acylierungen von sterisch anspruchsvollen Aminen 2.2.8 Synthese von tertiären Aminen aus Amiden 2.2.9 Ringschlussreaktionen zu möglichen CAAC-Vorläufern 2.3 Untersuchungen zur Hofmann-Eliminierung bei tertiären Aminen 2.3.1 Untersuchung der Aktivierungsenergie der Eliminierung 2.3.2 Hofmann-Eliminierung katalysiert durch Alkalisalze 2.3.3 Untersuchungen zum Isotopeneffekt 2.3.4 Zersetzungen von tertiären Aminen durch Methanol 2.4 Dynamische NMR-Spektroskopie bei tertiären Aminen 2.4.1 Rotamere in der C2V -Symmetrie 2.4.2 Rotamere in der C2H-Symmetrie 2.4.3 Komplexe dynamische Rotamere 3 Zusammenfassung und Ausblick 4 Experimenteller Teil 4.1 Experimentelles Arbeiten 4.1.1 Arbeiten unter inerten Bedingungen 4.1.2 Umkondensation 4.1.3 Säulenchromatographie 4.2 Analytisches Arbeiten 4.2.1 NMR-Spektroskopie 4.2.2 GC-MS 4.2.3 Analytischer Gaschromatograph 4.2.4 HRMS 4.3 Elementaranalyse 4.4 Röntgeneinkristallstrukturanalyse 4.5 Synthesevorschriften 4.5.1 Synthese von tert-Butyl-diisopropylamin (2) 4.5.2 Synthese von tert-Butyl-diisopropylamin (2) und Di-tert-Butylamin (14) 4.5.3 Synthese von N -(1-Adamantyl)-N-tert-octylamin 23 4.5.4 Synthese von N -tert-Octyl-tritylamin 24 4.5.5 Synthese von N -(2,6-Dimethylheptan-2-yl)acetamid (26) 4.5.6 Synthese von 2-Amino-2,6-dimethylheptan (27) 4.5.7 Synthese von 2-Azido-2,6-dimethylheptan (28) 4.5.8 Synthese von N -Isopropyl-2,6-dimethylheptan-2-amin (29) 4.5.9 Synthese von N -(1-Adamantyl)-2,6-dimethylheptan-2-amin (32) 4.5.10 Synthese von 4-Chlor-3,3,5,5-tetramethylmorpholin (34a) 4.5.11 Synthese von 2,2'-(Chlorimino)bis(2-methylpropan-1-ol) (34b) 4.5.12 Synthese von N -tert-Butyl-N -chlorcyclohexylamin (34c) 4.5.13 Synthese von N -Chlor-N -isopropyl-N -tert-octylamin (34d) 4.5.14 Synthese von N -(1-Adamantyl)-N -chlor-N -tert-octylamin 34e 4.5.15 Synthese von N -(1-Adamantyl)-N -chlor-2,6-dimethylheptan-2-amin (34f) 4.5.16 Synthese von 8-Chlor-7,7,9,9-tetramethyl-1,4-dioxa-8-azaspiro- [4.5]decan (34g) 4.5.17 Synthese von 4-Chlor-3,3,5,5-tetramethylmorpholin-2-on (34h) 4.5.18 Synthese von N -Chlor-N -tert-butyl-N -tritylamin (34i) 4.5.19 Synthese von Di-tert-butyldiazen (37) 4.5.20 Synthese von N -(1-Adamantyl)-neopentylamin (38d) 4.5.21 Synthese von N -tert-Butyl-N -cyclohexyl-N -tert-octylamin (40b) 4.5.22 Synthese von N -tert-Butyl-N -cyclopentyl-N -tert-octylamin (40c) 4.5.23 Synthese von N -tert-Butyl-N -isobutyl-N -tert-octylamin (40d) 4.5.24 Synthese von N -tert-Butyl-N -sec-butyl-N -tert-octylamin (40e) 4.5.25 Synthese von N,N -Diisopropyl-tert-octylamin (40f) 4.5.26 Synthese von N 1,N 4-Di-tert-butyl-2,2,4-trimethyl-N 1-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)pentan-1,4-diamin (43) 4.5.27 Synthese von 8-Cyclohexyl-7,7,9,9-tetramethyl-1,4-dioxa-8-azaspiro[4.5]decan (44a) 4.5.28 Synthese von N -Cyclopentyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidin (44b) 4.5.29 Synthese von N,N -Di-tert-butylcyclohexylamin (44c) 4.5.30 Synthese von Di-tert-butyl-cyclopentylamin (44d) 4.5.31 Synthese von N -tert-Butyl-N,N -dicyclohexylamin (44e) 4.5.32 Synthese von 8-Isopropyl-7,7,9,9-tetramethyl-1,4-dioxa-8-azaspiro[4.5]decan (46a) 4.5.33 Synthese von 4-Isopropyl-3,3,5,5-tetramethylmorpholin-2-on (46b) 4.5.34 Synthese von N -(1-Adamantyl)-N -isopropyl-N -tert-octylamin (46c) 4.5.35 Synthese von N -(1-Adamantyl)-N -isopropyl-2,6-dimethylheptan2-amin (46d) . 4.5.36 Synthese von 8-Neopentyl-7,7,9,9-tetramethyl-1,4-dioxa-8-azaspiro [4.5]decan (47a) 4.5.37 Synthese von N -Neopentyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidin (47b) 4.5.38 Synthese von 4-Neopentyl-3,3,5,5-tetramethylmorpholin (47c) 4.5.39 Synthese von N,N -Di-tert-butyl-neopentylamin (47d) 4.5.40 Synthese von N -tert-Amyl-N -tert-butyl-neopentylamin (47e) 4.5.41 Synthese von 1,1,3-Triethyl-1H -isoindol (49) 4.5.42 Synthese von (E)-4-(Di-tert-butylamino)but-3-en-1-ol (51) 4.5.43 Synthese von N -tert-Butyl-N -tert-octyl-N -prop-1-en-2-ylamin (58a) 4.5.44 Synthese von N,N -Di-tert-butylprop-1-en-2-amin (58b) 4.5.45 Synthese von 2,2,6,6-Tetramethyl-1-(prop-1-en-2-yl)piperidin (58c) 4.5.46 Synthese von (E)-N,N -Diisopropylcyclooct-1-enamin (60a) 4.5.47 Synthese von (E)-N -(tert-Butyl)-N -isopropylcyclooct-1-enamin (60b) 4.5.48 Synthese von (E)-1-(Cyclooct-1-en-1-yl)-2,2,6,6-tetramethylpiperidin (60c) 4.5.49 Synthese von 1,2:3,4:5,6-tris(hexamethylen)benzol (61) 4.5.50 Synthese von (Z)-2-(Diisopropylammonio)-3-oxocyclooct-1-enolat (62) 4.5.51 Synthese von N -(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)acetamid (66a) 4.5.52 Synthese von 2-Phenyl-N -(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)acetamid (66b) 4.5.53 Synthese von Di-tert-butyl-ethenylamin (69) 4.5.54 Synthese von 1-(1-Methoxyvinyl)-2,2,6,6-tetramethylpiperidin (71) 4.5.55 Synthese von N -tert-Butyl-N -isobutyl-N -isopropylamin (75) 4.5.56 Synthese von 1-tert-Butyl-2,2,4,4-tetramethyl-3,4-dihydro-2H-pyrroliumchlorid (77a) 4.5.57 Synthese von 1-tert-Butyl-2,2,4,4-tetramethyl-3,4-dihydro-2H-pyrroliumbromid (77b) 4.5.58 Synthese von 1-(1-Adamantyl)-2,2,4,4-tetramethyl-3,4-dihydro-2H-pyrroliumbromid (77f) 4.5.59 Synthese von 1-(tert-Butyl)-5-butyl-2,2,4,4-tetramethylpyrrolidin (79c) 4.5.60 Synthese von 1-(tert-Butyl)-2,2,4,4,5-pentamethylpyrrolidin (79d) 4.5.61 Synthese von 5-(Dibrommethyl)-2,2,4,4-tetramethyl-3,4-dihydro-2H-pyrrol (80) 4.5.62 Synthese von 1-(1-Adamantyl)-2,2,4,4,5-pentamethylpyrrolidin (85) 4.5.63 NMR-Daten von 2,2'-(tert-Butylazadiyl)bis(2-methylpropanal) (101)

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Post-combustion CO2 capture is a promising approach for complementing other strategies to mitigate climate change. Liquid absorption is currently used to capture CO2 from post-combustion flue gases. However, the high energy cost required to regenerate the liquid absorbents is a major drawback for this process. As a result, solid sorbents have been investigated extensively in recent years as alternative media to capture CO2 from flue gases. For example, metal organic frameworks (MOFs) are nanoporous materials that have high surface areas, large pore volumes, and flexible designs. A large number of MOFs, however, suffer from 1) low CO2 adsorption capacity at low pressure, which is the typical condition for flue gases, 2) degradation upon exposure to water present in flue gases, and 3) low selectivity of CO2 when present in a mixture of gases. Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) are heavily investigated MOFs for CO2 sorption applications because they have better selectivity for CO2 compared to other MOFs and are resistant to degradation in water due to their hydrophobic nature. However, ZIFs (e.g., ZIF-8) investigated for CO2 sorption applications are typically produced using toxic solvents and their CO2 sorption capacity is drastically lower than other types of MOFs. Post-synthesis modifications with amine functional groups have been known to increase CO2 sorption capacity and selectivity within nanoporous materials. For ZIFs, previous research showed that sufficient loading with linear polyethyleneimine increased their CO2 sorption capacity. Therefore, the objectives of this research were to a) investigate the CO2 sorption capacity of ZIF-8 synthesized by solvothermal methods that use more eco-friendly solvents (e.g., methanol and water) and b) introduce post-synthetic modifications to ZIF-8 using branched polyethyleneimine (bPEI) to enhance its sorption capacity. A custom quartz crystal microbalance (QCM) system was assembled and used to measure the CO2 sorption capacity of unmodified and bPEI-modified ZIF-8 sorbent. The tests were conducted at 0.3 - 1 bar. The results showed that the unmodified ZIF-8 synthesized in methanol (ZIF-8-MeOH) had comparable crystal structure, thermal stability, surface area, and chemical properties to that of literature (Ta et.al 2018). ZIF-8-MeOH had a surface area of 1300 m2/g and a CO2 sorption capacity of 0.85 mmol CO2/g ZIF-8 @ 1 bar. This surface area and sorption capacity are comparable to those of ZIF-8 made in dimethylformamide (DMF). Therefore, ZIF-8-MeOH proved to be a worthy candidate MOF for replacing the ZIF-8 made in DMF for CO2 capture research. Water-based ZIF-8 was also synthesized in this study; however, its CO2 sorption capacity was not tested because it exhibited a significantly lower surface area (732 m2/g) compared to that of ZIF-8-MeOH. Modification of the ZIF-8-MeOH with bPEI resulted in a decrease in its CO2 sorption capacity. This undesired outcome is likely a result of insufficient bPEI load (mass attached), on ZIF-8-MeOH (~ 10% w/w) combined with the surface area lost (~ 770 m2/g) due to bPEI blocking some of the ZIF-8-MeOH pores. Therefore, the bPEI load attained in this study was not enough to compensate for the loss of surface area of the modified ZIF-8 and thus, the CO2 sorption capacity decreased. Future investigations should enhance the post-synthetic modification by increasing the loading of amine functional groups onto the eco-friendlier ZIF-8-MeOH used in this study.

Diazonium salts are intermediates that are widely used in organic synthesis. They are typically obtained by in-situ generation of a nitrosonium ion from sodium nitrite and an acid, or by a nitrosyl transfer from an organic nitrite. Unlike extensively used aryl diazonium salts, alkyl diazonium intermediates are much less studied, due to their lower stability, and their general carcinogenicity. They usually decompose into the corresponding carbocation, affording the alcohol, halide and/or elimination product. Despite the large range of reactivity of these intermediates, diazonium salts are generally under-used, as they are potentially dangerous, especially on large scale. Solutions have been found to overcome this drawback, namely in situ formation of the diazonium species. Continuous flow is a powerful technology to handle hazardous compounds. Such a technology was recently used by our group to perform the continuous flow esterification of carboxylic acids via the diazotisation of alkylamines. The reaction proceeds in 20 minutes and is compatible with a large range of functional groups. The nitrite used in the reaction is propane-1,3-dinitrite. Notably, the reaction is compatible with hydroxy-substituted carboxylic acids. These substrates led us to study the synthesis of hydroxyesters from carboxylic acids and amino alcohols. The reaction was described in continuous flow in 30 to 60 min at 70 to 100 °C. In addition, a batch procedure in t-BuOH at 80 °C with reaction time varying from 6 h to overnight was developed. Alkyl diazonium intermediates were also used in the etherification of aryl alcohols. We developed a base-free etherification of electron-poor phenols. The reaction proceeded in batch with moderate to high yields within one hour. 2-, 3-, and 4-hydroxypyridines were also successfully reacted, as well as hydroxyquinoline and hydroxypyrimidine derivative, leading to the O-alkylated ether as the major product. Finally, N-alkylation of 5-substituted-1H-tetrazole was also achieved, and the 2N-alkylated tetrazole was obtained as a major product. A one-pot sequential 1,3-dipolar cycloaddition -diazotisation was optimized, enabling the synthesis of 2,5-disubstituted tetrazoles from nitriles, TMSN3, and alkylamine. Furthermore, different parameters governing the ratio of formation of the 1,5- and the 2,5- isomers were studied. / Les sels de diazonium sont des intermédiaires largement utilisés en synthèse organique. Ils sont généralement obtenus par génération in situ d'un ion nitrosonium à partir de nitrite de sodium et d'un acide, ou par transfert de nitrosyle à partir d'un nitrite organique. Contrairement aux sels de diazoniums d’aryle, largement utilisés, les intermédiaires diazoniums d’alkyle sont beaucoup moins étudiés, en raison de leur stabilité moindre et de leur caractère cancérigène. Ils se décomposent généralement pour former des produits résultant de la formation d’un carbocation en donnant l'alcool, l'halogénure et/ou le produit d'élimination. Malgré les différentes possibilités de réactivité de ces intermédiaires, les sels de diazonium sont généralement sous-utilisés, car ils sont potentiellement dangereux, surtout à grande échelle. Des solutions ont été trouvées pour surmonter cet inconvénient, à savoir la formation in situ des espèces de diazonium. Par ailleurs, la chimie en flux continu est une technologie puissante pour manipuler les composés dangereux. Cette technologie a récemment été utilisée par notre groupe pour réaliser l'estérification en flux continu d'acides carboxyliques via la diazotation d'amines aliphatiques. La réaction se déroule en 20 minutes et est compatible avec une large gamme de groupement fonctionnels. Le nitrite utilisé dans la réaction est le propane-1,3-dinitrite. Notamment, la réaction est compatible avec les acides carboxyliques substitués par des groupement alcool. Ces substrats nous ont conduit à étudier la synthèse d'hydroxyesters à partir d'acides carboxyliques et d'aminoalcools. La réaction a été décrite en flux continu en 30 à 60 min avec des températures allant de 70 à 100 °C. De plus, une procédure batch dans du t-BuOH à 80 °C avec un temps de réaction variant de 6 h à toute la nuit a été développée. Les intermédiaires diazoniums d’alkyle ont également été utilisés pour l'éthérification des alcools aromatiques. Nous avons développé une éthérification sans base de phénols pauvres en électrons. La réaction s'est déroulée en batch avec des rendements modérés à élevés en une heure. Les 2-, 3-, et 4-hydroxypyridines ont également été utilisées avec succès, ainsi que des dérivés d'hydroxyquinoléine d'hydroxypyrimidine, conduisant à l'éther O-alkylé comme produit majoritaire. Enfin, la N-alkylation du 1H-tétrazole 5-substitué a également été réalisée, et le tétrazole 2Nalkylé a été obtenu comme produit majoritaire. Une cycloaddition 1,3-dipolaire - diazotisation séquentielle à un pot a été optimisée, permettant la synthèse de tétrazoles 2,5-disubstitués à partir de nitriles, de TMSN3 et d'amine aliphatique. En outre, différents paramètres régissant le ratio de formation des isomères 1,5- et 2,5- ont été étudiés.

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