Novel Rearrangements of Vinylaziridines: Aza-[2,3]-Wittig Rearrangements and [1,5]-Hydrogen Shifts

Abstract

A route from epoxy alcohols to cis- and trans-trisubstituted vinylaziridines has been developed. The vinylaziridines have been used as substrates in the base induced aza-[2,3]-Wittig rearrangement to substituted 1,2,3,6-tetrahydropyridines. The influence of the anion-stabilising group on the reaction outcome has been investigated and it was found that tert-butyl ester enolate promotes a clean conversion to the cis-2,6-disubstituted tetrahydropyridine whereas the use of a TMS-alkyne as anion-stabilising group gives a poor trans-2,6-selectivity. A study on the rearrangement outcome when using disubstituted alkenes as substrates was perused and it was found that the stereochemical information in the substrate alkene moiety is transmitted to C3 in the 2,3,6-trisubstituted tetrahydropyridine product. The scope and limitations of this transformation has been investigated. The mechanism of this reaction has been probed to some extent and it reveals a complicated picture. Enantioselective total synthesis of (-)-indolizidine alkaloids 209B and 209D with the aza-[2,3]-Wittig rearrangement as key transformation is described. Vinylaziridines undergoes a thermal homodienyl-[1,5]-hydrogen shift to the corresponding allylic imine. The scope and limitations of this rearrangement has been investigated. The rate of the rearrangement is influenced by the N-substituent and the substitution on the alkene moiety of the substrate. The result of these rearrangements could be explained by invoking a chair-like transition structure for this reaction.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Den organiska kemin har spelat en viktig roll i samhällsutvecklingen. Förmågan att på ett kontrollerat sätt kunna syntetisera substanser är en nyckelkunskap för vetenskap och industri. Utvecklingen har idag kommit så långt att man även för kommersiellt bruk kan syntetisera mycket avancerade molekyler som t. ex. läkemedel. På senare år har den organiska syntesen fått en ny stor utmaning, nämligen att syntetisera kirala molekyler i enantiomert ren form. Utvecklingen drivs av insikten att optiskt rena substanser kan ha andra egenskaper i biologiska system än dess racemat. Ett tragiskt exempel på detta är thalidomid (den aktiva substansen i Neurosedyn), där den ena enantiomeren har önskad effekt medan den andra är fosterskadande. Utvecklingen idag inom läkemedelsindustrin går mot en kraftigt ökad framställning av optiskt rena substanser. En nyligen gjord prognos säger att optiskt rena syntetiskt framställda läkemedel kommer att öka sin andel av försäljningen från 1990 års värde på 9% till 34% år 2000. Även inom andra områden ökar behovet av optiskt rena substanser t. ex. inom materialforskningen. Detta har lett till ett kraftigt ökande behov av nya transformationer av organiska molekyler som tillåter effektiv syntes av biologiskt aktiva substanser i höga enantiomera överskott. Alkaloiderna är en klass av cykliska kväveinnehållande föreningar av vilka många har intressant biologisk aktivitet. Den basinitierade [2,3]-omlagringen av allyliska etrar, [2,3]-Wittig-omlagringen, har rönt mycket uppmärksamhet och är idag ett uppskattat verktyg inom den organiska kemin. Motsvarande omlagring av allyliska aminer, aza-[2,3]-Wittigomlagring, har visat sig mycket svårare att genomföra och när vår studie inleddes fanns bara ett oomstritt exempel i litteraturen på denna transformation, nämligen omlagring av 1-bensyl-4-vinylazetidon. Vi inledde en studie med syfte att syntetisera och studera vinylaziridiner som substrat i aza-[2,3]-Wittigomlagringen till motsvarande tetrahydropyridiner. Vinylaziridinerna syntetiserades från motsvarande epoxialkoholer och vi undersökte hur resultatet av omlagringen påverkas av den anionstabiliserande gruppen och alkenens substitutionsmönster. Med aza-[2,3]-Wittigomlagring av vinylaziridiner som nyckelsteg har vi fullföljt enantioselektiv totalsyntes av indolizidinalkaloiderna 209B och 209D som är isolerade ur skinnsekret från pilgiftsgrodor. Vinylaziridiner är också utmärkta substrat för homodienyl-[1,5]-hydridskift och vi har undersökt hur denna reaktion påverkas av N-substituenten och alkenens substitutionsmönster.

• author: Åhman, Jens
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Rein, Tobias, Organisk Kemi, KTH, 100 44 Stockholm
• publishing date: 1996
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Organic Chemistry
• keywords: 6-tetrahydropyridines, 3, 2, substituted 1, indolizidine alkaloid synthesis, 5]-hydrogen shift, homodienyl-[1, 3]-Wittig rearrangement, vinylaziridine synthesis, aza-[2, N-alkylation of aziridines, allylic imines, 1-pyrrolines., Organic chemistry, Organisk kemi
• pages: 62 pages
• defense location: Chemical Center Lecture Hall F
• defense date: 1996-09-20 13:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUTKDH/(TKOK-1039)/1-62(1996)
• ISBN: 91-268-2179-2
• language: English
• LU publication?: no
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Organic chemistry (S/LTH) (011001240)
• id: 6af3eab6-a7cc-452e-b72b-a0db2af023a4 (old id 28608)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:31:46
• date last changed: 2018-11-21 20:59:17