Im Rahmen dieser Dissertation wurde die säurekatalysierte Tandem-Aldol-MPV-Reaktion zur Darstellung von 1,3-Diolethern als Eintopfverfahren entwickelt. Dabei konnte ein Syntheseprotokoll entwickelt werden, das durch geschickte Wahl der Reaktionspartner, eines Katalysatorsystems aus LiClO4/ Trifluoressigsäure und geeigneter Reaktionsbedingungen ermöglichte, die klassische dreistufige Synthese von 1,3-Diolethern auf ein effizientes Eintopfverfahren zu reduzieren. Die Kombination mit umfangreichen mechanistischen Untersuchungen ermöglichte erstmals die Entwicklung einer asymmetrischen Variante der Tandem-Aldol-MPV-Reaktion. Dabei hat sich eine Kombination von chiralem Menthol und Methanol bewährt, wodurch die Reaktion mit hoher Chemoselektivität und ohne Konkurrenzreaktionen abläuft. Mit Hilfe dieser neuen Reaktionsbedingungen der asymmetrischen Tandem-Aldol-MPV-Reaktion gelang erstmals die Synthese von chiralen 1,3-Diolethern mit sehr guter Regio- und guter bis sehr guter Diastereo- und Enantioselektivität. Bemerkenswert ist die Möglichkeit der Steuerung der asymmetrischen Synthese und damit des selektiven Zugangs zu jeweils einem Enantiomer durch Variation zwischen (-)- bzw. (+)-Menthol. Als Erweiterung gelang erstmals eine intramolekulare Tandem-Aldol-MPV-Reaktion mit der Synthese verschieden substituierter pentacyclischer 1,3-Diolether. Auch hier gelang die Synthese ausgehend von zuvor synthetisierten Dialdehyden in einer Eintopfreaktion mit sehr hoher Diastereoselektivität. Auf dem zweiten großen Gebiet der Dissertation konnte eine neue innovative Syntheseroute zu Verbindungen in der Thiochromanreihe mit völlig neuartigem Substitutionsmuster entwickelt werden. Es gelang die Entwicklung einer milden Eintopfsynthese, die die Synthese hochsubstituierter anti-konfigurierter Thiochromane ermöglicht. Dabei gelang die Synthese eines Thiochromans ausgehend von racemischen Edukten, in dem stereoselektiv drei benachbarte Stereozentren aufgebaut wurden. / In this thesis, the acid-catalyzed tandem-aldol-Meerwein-Ponndorf-Verley-reaction for the preparation of 1,3-diolethers was developed. By handy choice of the reactants, the LiClO4/ trifluoroacetic acid catalyst system and appropriate reaction conditions an efficient one-pot-reaction protocol has been established. The development of an asymmetric execution was enabled by employing extensive mechanistic examinations. Consequently, a combination of chiral menthol and methanol leads to products with high chemoselectivities and without occurrence of competitive reactions. For the first time, by employing the novel optimized synthetic scheme for the asymmetric tandem-aldol-MPV reaction, chiral 1,3-diolethers have been prepared with very high regio- and moderate to very high diastereo- as well as enantioselectivity. Moreover, an opportunity for controlling asymmetric synthesis by variation of (-)- and (+)-menthol was developed. Hence, a selective access to the desired enantiomer is given. In continuative work an intramolecular tandem-aldol-MPV-reaction for the preparation of highly substituted penta-cyclic 1,3-diolethers was developed. Also in this case, the reaction was realized as an one-pot reaction with high anti-diastereoselectivity. The second chapter of this thesis describes a new innovative synthesis of thiochromans with completely unknown substitution pattern. We were able to establish a mild one-pot synthesis of highly substituted anti-configured thiochromans. As a special highlight we suceeded in the steroeselective synthesis of a thiochroman with three adjacent stereogenic centers starting from racemic educts.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Reaktivität von außergewöhnlich Lewis-sauren festen Katalysatoren: Aluminiumchlorofluorid (ACF) und high-surface Aluminiumfluorid (HS-AlF3) unter moderaten Reaktionsbedingungen untersucht. Die Katalysatoren konnten erfolgreich für die Aktivierung von C-F- und C-Cl-Bindungen (CH3F, CH2F2, CHF3, CH3Cl, CH2Cl2 und ClCH2-CH2Cl) in der Anwesenheit von Silanen eingesetzt werden. Bei Hydrodehalogenierungsreaktionen in Batch-Reaktoren (NMR-Röhrchen) wurden höhere Umsätze mit ACF als mit HS-AlF3 erreicht. Dieser Befund lässt sich mit sterischen Effekten erklären. Die kleineren Mikroporen des ACFs sind besser geeignet für die Aktivierung von kleinen Molekülen als die Mesoporen von HS-AlF3. Die sterischen Aspekte wurden mit Hilfe von FTIR-Experimenten ausführlich untersucht. Unterschiedliche Beobachtungen wurden gemacht, wenn ein zusätzliches Substrat anwesend war, z.B. C6D6 zur Synthese des Friedel-Crafts-Produktes. HS-AlF3 führte zu höheren Umsätzen bei fluorierten Substraten, während bei chlorierten Substraten ACF sich als der bessere Katalysator erwies. Die Herausforderung bestand darin, die Katalysatoren unter sehr anspruchsvollen Bedingungen wie kurze Kontaktzeiten im Flow-Reaktor zu testen. Die Aktivierung von fluorierten und chlorierten Substraten war möglich. Der Unterschied in der Reaktivität der Katalysatoren war nicht so ausgeprägt wie bei Reaktionen in Batch-Reaktor. Aufgrund der kurzen Kontaktzeiten können nur kurze Diffusionswege ausgenutzt werden, was zu ähnlichen Reaktivitäten führt. Mit Hilfe von Experimenten im Flow-Reaktor als auch MAS NMR-, EA-, NH3-TPD-, XRD-, FTIR-, PulseTA®-Experimenten konnte der Mechanismus aufgeklärt werden. Der Katalysator muss zunächst mit Silan gesättigt werden, welcher eine Schutzfunktion hat und die Fluorierung des Katalysators unterdrückt. Ausserdem konnten die Katalysatoren erfolgreich für die Hydrosilylierungsreaktionen und weiterhin zu Deoxygenierung von Ketonen eingesetzt werden. / This thesis investigated the reactivity of extraordinarily lewis-acidic solid catalysts under moderate reaction conditions: aluminium chorofluoride (ACF) und high-surface aluminium fluoride (HS-AlF3).The catalysts could be successfully applied in the activation of C-F and C-Cl bonds (CH3F, CH2F2, CHF3, CH3Cl, CH2Cl2 und ClCH2-CH2Cl) in the presence of silanes. Higher conversions were reached for hydrodehalogenation batch-reactions (NMR tubes) with ACF than for HS-AlF3. This finding can be explained by steric effects. The smaller micropores of ACF are better suited for the activation of small molecules than mesopores of HS-AlF3. Steric aspects were examined extensively by FTIR experiments. Different observations were made in cases where an additional substrate was present, for example C6D6 led to the formation of the Friedel-Crafts product. In this case HS-AlF3 showed higher conversions of fluorinated substrates, while for chlorinated substrates ACF was found to be more efficient. The challenge of this work was to optimize conditions under which the catalysts are not only efficient in batch reactors with long contact times but also under short contact times in flow reactors. Experiments demonstrated that fluorinated and chlorinated substrates can be activated under such conditions. The difference in reactivity of both catalysts was not as extensive as for reactions in a batch reactor. Short contact times require short diffusion pathways, thus more similar reactivities. Experiments in a flow reactor, supported by further analyses by MAS NMR, EA, NH3-TPD, XRD, FTIR and PulseTA® led to the elucidation of the catalytic mechanism. The catalyst must first be saturated by silane, which inhibits and protects the catalyst from fluorination. The catalysts were also successfully applied for hydrosilylation reactions and deoxy-genation of ketones.

Der Fokus dieser Dissertation lag in der Untersuchung des Potentials von Aluminium-chlorofluorid (ACF) als Katalysator für die Synthese von fluorierten Verbindungen. Insbesondere die C−F-Aktivierung von verschiedenen polyfluorierten Stoffen wurde untersucht, welches die Effizienz des festen Lewis-Säure-Katalysators für diesen Reaktionstyp zeigte. Das potente Treibhausgas 2-Chlor-1,1,1,2-tetrafluorpropan wurde erfolgreich in das dehydrofluorierte Produkt. Weiterhin wurden Umsetzungen von Pentafluorpropan-Isomeren wie z.B. 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 1,1,1,2,2-Pentafluorpropan und 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan mit ACF als Katalysator untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung der primären CH2F-Gruppe in schnell stattfindet und dabei keine Wasserstoffquelle erfordert. Im Kontrast dazu, wurde für die Aktivierung von CF2-Gruppen eine Wasserstoffquelle wie etwa HSiEt3 benötigt und resultierte in der Bildung eines Produktgemischs. Alternativ wurden Hydrofluorierungsreaktionen von mehreren Substraten durch die Synthese und den Einsatz eines neuen Materials erreicht, welches auf der Immobilisierung von HF auf der Oberfläche von ACF beruht. Dieses HF-ACF wurde unter der Verwendung von vielfältigen Charakterisierungsmethoden umfassend untersucht. Die innere Struktur des Festkörpers, wurden mit MAS-NMR-Spektroskopie, FTIR, Inelastische Neutronenstreuung, XRD und Thermoanalyse analysiert Dadurch konnte gezeigt werden, dass eine geringfügige Reorganisation des bulks zu einer besser geordneten Matrix und die Bildung einer mit der ACF-Oberfläche wechselwirkenden Polyfluorid-Struktur vorliegt. Zur Bestimmung der Oberflächengröße wurde das BET-Modell genutzt und zur Analyse der Porengröße wurde die NLDFT verwendet. Abschließend wurden verschiedene Probeverbindungen an der Oberfläche des HF-ACFs adsorbiert um die Azidität der Oberfläche zu bestimmen und es konnte gezeigt werden, dass eine signifikante Reduktion der Lewis- und Brønsted-Azidität vorliegt. / The main focus of this thesis lies in the study of the potential of aluminum chlorofluoride (ACF) as a catalyst for the synthesis of fluorinated compounds. In particular, C−F bond activations of various polyfluorinated compounds were studied, showing the efficiency of this solid Lewis acid catalyst for this type of reaction. The potent greenhouse gas 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoropropane was successfully transformed into the dehydrofluorination product 2-chloro-3,3,3-trifluoropropene under mild conditions. Similarly, transformation of pentafluoropropane isomers, such as 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, 1,1,1,2,2- pentafluoropropane and 1,1,1,2,3-pentafluoropropane was also investigated using ACF as a catalyst. It was evidenced that the primary CH2F group present in 1,1,1,2,3-pentafluoropropane was easily activated without the need for a hydrogen source. In contrast, to activate CF2 groups, a hydrogen source such as HSiEt3 was required, generating a variety of products. Alternatively, successful hydrofluorination reactions of several substrates were conducted by synthesizing a new material, based on the loading of hydrogen fluoride (HF) at the surface of ACF. This HF-loaded ACF was deeply studied using a wide range of characterization methods. For the bulk, MAS NMR spectroscopy, Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), Inelastic Neutron Scattering (INS), Powder X-Ray Diffraction (P-XRD), and thermoanalysis were performed, revealing a slight reorganization of the bulk towards a better-ordered matrix and the formation of polyfluoride structure interacting with the surface of ACF. The BET model was used for the surface area determination, and the pore size analysis was established using the non local density functional theory (NLDFT). Finally, various probe molecules were adsorbed at the surface of HF-loaded ACF to determine the acidity of the surface, revealing a significantly reduced Lewis and Brønsted acidity.

Die metallfreie Aktivierung des Treibhasgases SF6 unter Verwendung von elektronenreichen N-heterocyclischen Carbenen (NHCs) resultierte in der Bildung des jeweiligen 2,2- Difluorimidazolins und Imidazolin-2-thions bzw. 2,2-Difluorimidazolidins und Imidazolidin-2-thions. Die Reduktion der NHCs mit SF4 liefert dieselben Produkte. Im Abbau von SF5CF3 mit NHCs werden ebenfalls die zuvor genannten Produkte erhalten, wobei zusätzlich das entsprechende 2-Fluor-2-trifluormethylderivat gebildet wird. Exemplarisch wurde 1,3-Dimesityl-2,2-difluorimidazolidin [SIMes(F)2] als Fluorierungsreagenz von Aldehyden unter Bildung von Acylfluoriden sowie als Deoxyfluorierungsreagenz eingesetzt. In einem one-pot-Prozess kann zudem die Aktivierung von SF6 mit der Deoxyfluorierung von 1-Oktanol zu 1-Fluoroktan kombiniert werden. Des Weiteren konnte 1,3-Dimesityl-2-fluor-2-trifluormethylimidazolidin [SIMes(F)(CF3)] zur Trifluormethylierung von Me3SiCl und Arenen eingesetzt werden. Der Einsatz von SIMes(F)2 ermöglicht die Darstellung von des NHC-stabilisierten Al(III)- Fluorids [(SIMes)Al(F)(Me)2] durch Monofluorierung von [(SIMes)AlMe3]. Durch Variation des Fluorierungsmittels (SF4, SF6, Me3SnF) kann ein höherer Fluorierungsgrad erreicht und [(SIMes)Al(F)3] synthetisiert werden. Dieser Al-Komplex konnte durch Halogenaustausch mit Me3SiCl in [(SIMes)Al(Cl)3] überführt werden. / The metal-free activation of the greenhouse gas SF6 using electron-rich N-heterocyclic carbenes (NHCs) furnished 2,2-difluoroimidazolines or 2,2-difluoroimidazolidines and 2- thio derivatives of the NHC precursors. The NHCs can reduce SF4 as well to give same products. A complete degradation of an another greenhouse gas SF5CF3 also gave 2,2- difluoro- and 2-thio- derivatives along with the 2-fluoro-2-trifluoromethyl- derivative of the NHC precursors. The 1,3-dimesityl-2,2-difluoroimidazolidine [SIMes(F)2] was taken as an exemplary substrate to be applied in deoxyfluorination reactions and acyl fluorination of aldehydes via aldehydic C(sp2)–H bond activation. Additionally, the activation of SF6 and the fluorination of 1-octanol into 1-fluorooctane can be coupled in a one-pot process. Furthermore, trifluoromethylation of Me3SiCl and arenes was observed with the 1,3-dimesityl-2-fluoro-2- trifluoromethylimidazolidine [SIMes(F)(CF3)]. SIMes(F)2 was also used for the fluorination of complex [(SIMes)AlMe3] to synthesize the NHC stabilized Al(III) fluoride [(SIMes)Al(F)(Me)2]. Various alternative reaction routes have been developed to synthesize the NHC stabilized Al(III) fluorides [(SIMes)Al(F)(Me)2] and [(SIMes)Al(F)3] through the fluorination of [(SIMes)AlMe3] with SF4, SF6 and Me3SnF. The complex [(SIMes)Al(F)3] was successfully employed for a F/Cl exchange reaction by treating it with Me3SiCl to yield [(SIMes)Al(Cl)3] and Me3SiF.