1. Molekulare Eigenschaften von TriAT-tBu:
TriAT-tBu (Struktur in Abbildung 1 dargestellt) ist ein nicht hygroskopischer kristalliner Feststoff, der weder reizend noch allergen ist. Er bleibt auch nach bis zu einem Jahr Kontakt mit der Luft stabil und ist daher leicht zu lagern und zu handhaben.
Abbildung 1. Struktur von TriAT-tBu
2. Wirkungsmechanismus von TriAT-tBu:
Der Mechanismus von TriAT-tBu ist wie folgt: Am Beispiel der tert-Butylierung von Alkoholen setzt TriAT-tBu in Lösung rasch ein tert-Butylkation frei, das dann auf zwei möglichen Wegen die tert-Butylierung erreicht.
Weg 1: Das tert-Butylkation reagiert direkt mit dem Alkohol und bildet den entsprechenden tert-Butylether, was schnell abläuft.
Weg 2: Das tert-Butylkation abstrahiert ein Proton von einem Protonenakzeptor in der Lösung und erzeugt Isobutylen, das dann langsamer mit dem Alkohol reagiert und den tert-Butylether ergibt.
Kunishimas Team überwachte den Reaktionsprozess kontinuierlich. Während der Phase, als TriAT-tBu noch vorhanden war, war Weg 1 der vorherrschende und schnellere Weg zur Produktbildung. Nachdem TriAT-tBu verbraucht war, wurde Weg 2 zum Hauptweg, der auf Isobutylen angewiesen war, um das tert-Butylkation zu regenerieren, allerdings mit erheblich geringerer Effizienz. Um die Bildung von Isobutylen während der Verwendung zu unterdrücken, wird TriAT-tBu daher am besten langsam als Lösung hinzugefügt, um eine niedrige Reaktionskonzentration aufrechtzuerhalten und die Effizienz zu verbessern.
Abbildung 2. Mechanismus von TriAT-tBu
3. Funktionen von TriAT-tBu:
In Gegenwart eines Säurekatalysators setzt TriAT-tBu tert-Butylkationen frei, die einen effizienten tert-Butylschutz von Alkoholen und Carbonsäuren ermöglichen.
1. Bildung von tert-Butylethern mit AlkoholenBei der Reaktion mit Alkoholen wird die tert-Butylierung in Dichlormethan als Lösungsmittel und in Gegenwart eines Säurekatalysators wie Trifluormethansulfonsäure oder Scandiumtriflat durchgeführt. Etherlösungsmittel (z. B. Tetrahydrofuran) sind keine effektiven Reaktionsmedien. TriAT-tBu zeigt eine hohe Reaktivität gegenüber primären und sekundären Alkoholen, ist mit verschiedenen funktionellen Gruppen wie TBDPS und Boc kompatibel (nur bei Verwendung von Scandiumtriflat als Katalysator) und bewahrt die Stereochemie chiraler Verbindungen. Tertiäre Alkohole reagieren jedoch im Allgemeinen nicht mit TriAT-tBu unter Bildung von tert-Butylethern.
Abbildung 3. tert-Butylierung von Alkoholen durch TriAT-tBu
2. Bildung von tert-Butylestern mit Carbonsäuren. Scandiumtriflat liefert bei der Reaktion mit Carbonsäuren tert-Butylester in moderaten Ausbeuten, während Schwefelsäure die Reaktion effizienter fördert. Sowohl aliphatische als auch aromatische Säuren lassen sich problemlos in die entsprechenden tert-Butylester umwandeln, was eine breite Substratanwendbarkeit belegt.
Abbildung 4. tert-Butylierung von Carbonsäuren durch TriAT-tBu
Zusammenfassend bietet das neuartige tert-Butylierungsreagenz TriAT-tBu hohe Stabilität, ist nicht hygroskopisch und einfach zu handhaben. Unter säurekatalysierten Bedingungen ermöglicht es den tert-Butylschutz von Alkoholen und Carbonsäuren in mittleren bis hervorragenden Ausbeuten. Seine Entwicklung überwindet nicht nur die Einschränkungen traditioneller Reagenzien, sondern bietet auch einen neuen Ansatz zur Einführung von tert-Butylgruppen in der synthetischen Chemie mit erheblichem Forschungs- und Anwendungswert.
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Referenzen:
[1] Yamada, K.; Fujita, H.; Kunishima, M., et al. Entwicklung eines Triazin-basierten tert-Butylierungsreagenzes, TriAT-tBu. Eur. J. Org. Chem. 2016, 23, 4093–4098.
