Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Techn. Hochsch., Diss., 2002--Aachen.

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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4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazoles are postulated to be key intermediates in the synthesis of ketones from alkenes on an industrial scale, alkylation of DNA in vivo, decomposition of N-nitrosoureas (potent carcinogens), and are also a subject of great interest for theoretical chemists. In this thesis, formation of the parent compound and decay into secondary products has been studied by NMR monitoring analysis. The elusive properties and the intermediacy of the parent compound, 4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazole, in the decomposition of suitably substituted N-nitrosoureas using Tl(I) alkoxides as bases, have been confirmed by the characterisation of its decay products viz., ethylene oxide, acetaldehyde, and especially diazomethane, at very low temperatures by 1H NMR, 13C NMR, 15N NMR, and relevant 2D NMR methods. Moreover, it has been shown that the methylation of nucleophilic molecules by 3-methyl-4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazolium salts, which are considered to be activated forms of β−hydroxyalkylnitrosamines, does not involve 4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazole as an intermediate, as has been reported in literature; instead, nucleophilic substitution leading to synthesis of open-chain products dominates the reaction. / 4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazole wurden als Schlüsselintermediate in der industriellen Synthese von Ketonen aus Alkenen, der in vivo Alkylierung von DNA und der Zersetzung von N-Nitrosoharnstoffen (potente Karzinogene) postuliert. Sie sind ebenso von großem Interesse in der theoretischen Chemie. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bildung der Stammverbindung und deren Zersetzung in sekundäre Produkte mittels NMR-Verfolgung studiert. Die ausgesprochene Kurzlebigkeit der Stammverbindung 4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazol wurde durch die Charakterisierung der Produkte bei der Zersetzung geeignet substituierter N-Nitrosoharnstoffe mit Tl(I)-Alkoxiden bestätigt. Die Zersetzungsprodukte Ethylenoxid, Acetaldehyd und besonders Diazomethan wurden bei sehr niedrigen Temperaturen mittels 1H-NMR, 13C-NMR, 15N-NMR und relevanten 2D-NMR-Methoden charakterisiert. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Methylierung nucleophiler Spezies mit 3-Methyl-4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazoliumsalzen, welchen als aktivierte Äquivalente der β−Hydroxyalkylnitrosamine verstanden werden, nicht zur Bildung von 4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazol als Intermediat führt, so wie dies in der Literatur berichtet wurde. Stattdessen wird die Bildung offenkettiger Produkte durch nukleophile Substitution bevorzugt.

4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazoles are postulated to be key intermediates in the synthesis of ketones from alkenes on an industrial scale, alkylation of DNA in vivo, decomposition of N-nitrosoureas (potent carcinogens), and are also a subject of great interest for theoretical chemists. In this thesis, formation of the parent compound and decay into secondary products has been studied by NMR monitoring analysis. The elusive properties and the intermediacy of the parent compound, 4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazole, in the decomposition of suitably substituted N-nitrosoureas using Tl(I) alkoxides as bases, have been confirmed by the characterisation of its decay products viz., ethylene oxide, acetaldehyde, and especially diazomethane, at very low temperatures by 1H NMR, 13C NMR, 15N NMR, and relevant 2D NMR methods. Moreover, it has been shown that the methylation of nucleophilic molecules by 3-methyl-4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazolium salts, which are considered to be activated forms of β−hydroxyalkylnitrosamines, does not involve 4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazole as an intermediate, as has been reported in literature; instead, nucleophilic substitution leading to synthesis of open-chain products dominates the reaction. / 4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazole wurden als Schlüsselintermediate in der industriellen Synthese von Ketonen aus Alkenen, der in vivo Alkylierung von DNA und der Zersetzung von N-Nitrosoharnstoffen (potente Karzinogene) postuliert. Sie sind ebenso von großem Interesse in der theoretischen Chemie. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bildung der Stammverbindung und deren Zersetzung in sekundäre Produkte mittels NMR-Verfolgung studiert. Die ausgesprochene Kurzlebigkeit der Stammverbindung 4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazol wurde durch die Charakterisierung der Produkte bei der Zersetzung geeignet substituierter N-Nitrosoharnstoffe mit Tl(I)-Alkoxiden bestätigt. Die Zersetzungsprodukte Ethylenoxid, Acetaldehyd und besonders Diazomethan wurden bei sehr niedrigen Temperaturen mittels 1H-NMR, 13C-NMR, 15N-NMR und relevanten 2D-NMR-Methoden charakterisiert. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Methylierung nucleophiler Spezies mit 3-Methyl-4,5-dihydro-1,2,3-oxadiazoliumsalzen, welchen als aktivierte Äquivalente der β−Hydroxyalkylnitrosamine verstanden werden, nicht zur Bildung von 4,5-Dihydro-1,2,3-oxadiazol als Intermediat führt, so wie dies in der Literatur berichtet wurde. Stattdessen wird die Bildung offenkettiger Produkte durch nukleophile Substitution bevorzugt.

Ziel der vorgestellten Arbeit war die Synthese von Nucleolipiden zur Lipophilisierung von Oligonucleotiden sowie deren Untersuchung im Hinblick auf ihre Wechselwirkung und Duplex-Bildung an horizontalen Lipidmembranen und verschiedenen Phasengrenzen zur Entwicklung eines neuartigen Bio-Chips für die RNA/DNA-Analyse. Mit der Synthese N(3)-prenylierter und 2’,3’-O-ketalisierter Pyrimidinbasen Uridin und Methyluridin wurden Nucleolipid-Bausteine dargestellt, die auch als terminale Kopfgruppen eines Oligonucleotid-Dodecamers den lipophilen Charakter dieser Oligonucleotid-Sequenz erhöhten. Für den Einsatz solcher LONs (Lipo-Oligonucleotide) in einer vereinfachten RNA/DNA-Analytik wurde eine Vielzahl von Lipo-Oligonucleotiden mit diversen Nucleolipid-Kopfgruppen synthetisiert und auf ihr Einlagerungsverhalten in künstliche Lipid-Bilayer untersucht. Fluoreszenz-spektroskopische Untersuchungen zeigten, dass alle Lipo-Oligonucleotide in der Lage sind, sich in künstliche Lipid-Bilayer einzulagern. Abhängig von der Struktur, der Länge und der Anzahl der C-Atom-Ketten dieser lipophilen Anker-Bausteine wurden die Geschwindigkeit und die Festigkeit der Verankerung im Lipid-Bilayer beeinflusst. Des Weiteren wurde die Hybridisierung von LONs mit komplementären Oligomeren an Lipidmembranen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die im Bilayer verankerten Lipo-Oligonucleotide mit komplementären Oligomeren DNA-Duplexe bilden. Die hybridisierte DNA wurde nicht nur über einen kovalent gebundenen Cy5-Fluorophor am Gegenstrang nachgewiesen, sondern auch über den DNA-Interkalator SYBR Green I (SG). Am Beispiel von zwei Lipo-Oligonucleotiden (LON 20 und 23), die sich schnell und fest in der Bilayermembran verankern, konnte eine spontane Akkumulation dieser LONs an CHCl3/H2O sowie H2O/n-Decan Grenzflächen direkt nach der Probenzugabe beobachtet werden. Diese und andere Ergebnisse stützen den Einsatz von Lipo-Oligonucleotiden als Ziel-Oligomere in einem neuartigen RNA/DNA-Nachweisverfahren an Phasengrenzen.