Regio- and Stereoselective Syntheses of Chiral Heterocyclic Carbohydrate Conjugates. Cesium Fluoride-Celite: A Solid Base for Syntheses of Esters, Ethers, Thioesters, Thioethers and Symmetrical Disulfides

Abstract

Die Doktorarbeit beschreibt die Anwendung von Kohlenhydraten als chirale Synthone für die regio- und stereoselektive Synthese neuer Moleküle. Die Kombination natürlicher Chiralität und inhärenter Topologie bei zyklischen Zuckerderivaten ermöglichte es, eine neue Strategie zur regio- und stereoselektiven Synthese von 3-Halo-3-desoxyzuckern und 2,3-Dihydrobenzo[1,4]dithian-Derivaten zu entwickeln. Weiterhin wird in dieser Doktorarbeit Cäsiumfluorid-Celit als Festphase zur bequemen, effizienten und kostengünstigen Herstellung von Ethern, Estern, Thioethern, Thioestern und symmtrischen Disulfiden eingesetzt. Kapitel I beschreibt die Synthese der Benzyl-2,3-anhydro-4-O-triflylribo-pyranoside als Ausgangsstoffe aus L- und D-Arabinose. In Kapitel II wird eine einfache regio- und stereoselektive Synthese von 3-Halo-3-desoxyzuckern unter Verwendung von Titantetrahalogeniden vorgestellt. Um die Stereochemie der Syntheseprodukte zu bestätigen, wurde die Struktur von Benzyl-3-desoxy-3-chlor--L-xylopyranosid röntgenkristallographisch bestimmt. Kapitel III beschreibt eine neue Methode zur Eliminierung von Halogen-wasserstoff und p-Toluolsulfonsäure aus Zuckerderivaten durch NaH/HMPA bei Raumtemperatur. NaH/HMPA ist in vielerlei Hinsicht NaH/DMF überlegen: Eliminierugen finden selbst bie sterisch gehinderten Ausgangsstoffen unter großen Ausbeuten statt. Auch Tosylate lassen sich umsetzen. In Kapitel IV wird eine leicht realisierbare und neue Methode für die stereoselektive Synthese von chiralem 2,3-Dihydrobenzo[1,4]dithianen und 2,3-Dihydromethylbenzo[1,4]dithianen aus Anhydrozuckern beschrie-ben. In Kapitel V wird die Synthese von Thioethern und Thioestern aus aliphatischen, aromatischen und heterozyklischen Thiolverbindungen durch Reaktion mit Alkyl-, Acyl-, Benzyl- oder Benzoylhalogeniden in Acetonitril mit Hilfe von Cäsiumfluorid-Celit erreicht. Auf diesem Weg können Verbindungen wie Ethanthiol, 1-Pentanthiol, Thiophenol, 4-Methoxythiophenol, 4-Nitrothiophenol, 2-Mercaptobenzoxazol, 2-Mercap-tobenzothiazol oder 2-Mercapto-2-thiazolin erfolgreich alkyliert, acyliert, benzyliert oder benzoyliert werden. Dieses Verfahren ist für die Darstellung von Thioethern und -estern effizient, praktisch und einfach durchführbar. In Kapitel VI werden Kopplungsreaktionen verschiedener Alkohole und Phenole mit Alkyl-, Acyl- oder Benzoylhalogeniden in Acetonitril in Gegenwart von Cäsiumfluorid-Celit durchgeführt, ein Verfahren durch welches Ether und Ester in einfacher Weise zugänglich sind. In Kapitel VII wird über die oxidative Kopplung aliphatischer, aromatischer und heteroaromatischer Thiole zu Disulfiden unter Verwendung von CsF-Celit berichtet, welche die effektive Darstellung symmetrischer Disulfide erlaubt.

This thesis describes the application of carbohydrates as “chiral synthons” for the regio- and stereoselective syntheses of new classes of compounds. Combination of the natural chirality and inherent topology of cyclic sugar derivatives allowed to design a strategy for the regio- and stereoselective synthesis of 3-halo-3-deoxy sugars and 2,3-dihydrobenzo-[1,4]-dithiane derivatives. Furthermore, in this thesis, cesium fluoride-Celite is used as a solid base for convenient, efficient, inexpensive and novel syntheses of ethers, esters, thioethers, thioesters and symmetrical disulfides. Chapter I describes synthesis of starting materials benzyl 2,3-anhydro-4-O-triflylribopyranosides via benzyl 2,3-anhydroribopyranosides from L- and D-arabinose. In chapter II, a rapid, easy, regio- and stereoselective synthesis of 3-halo-3-deoxy sugars using titanium tetrahalides is described. To fully confirm the stereochemistry of the synthetic products, the X-ray sturcture of benzyl 3-chloro-3-deoxy--L-xylopyranoside was determined. Chapter III describes a new method for the elimination of hydrogen halides and p-toluenesulfonic acid from sugar moieties using sodium hydride (NaH) in hexamethylphosphoric triamide (HMPA) at room temperature. NaH/HMPA has several advantages compared to NaH/DMF: elimination products are produced in high yields even from sterically hindered starting materials and not only from halides, but also tosylates. In chapter IV, a convenient and novel method for the stereospecific synthesis of chiral 2,3-dihydro-benzo[1,4]dithiane and 2,3-dihydro-methylbenzo[1,4]dithiane from anhydrosugars is described. In chapter V, syntheses of thioethers and thioesters of aliphatic, aromatic and heterocyclic compounds, bearing thiol groups are accomplished by reacting alkyl, acyl, benzyl or benzoyl halides in acetonitrile in the presence of cesium fluoride-Celite. In this manner, compounds like ethanethiol, 1-pentanethiol, thiophenol, 4-methoxythiophenol, 4-nitrothiophenol, 2-mercaptobenzoxazole 2-mercaptobenzothiazole or 2-mercapto-2-thiazoline can be successfully alkylated, acylated, benzylated or benzoylated. This procedure is convenient, efficient and practical for the preparation of thioethers and thioesters. In chapter VI, coupling reactions of a number of alcohols and phenols with alkyl, acyl or benzoyl halides in acetonitrile in the presence of cesium fluoride-Celite are described. It has been found that CsF-Celite combinations provide an efficient, convenient and practical method for syntheses of both, ethers and esters. In chapter VII, oxidative couplings of aliphatic, aromatic and heteroaromatic thiols to disulfides using cesium fluoride-Celite is reported. CsF-Celite provides an efficient, convenient and practical method for the syntheses of symmetrical disulfides.