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Synthesis and transformations of 2-thiocarbohydrates

Synthese und Transformationen von 2-Thiokohlenhydraten

  • I. Ceric ammonium nitrate (CAN) mediated thiocyanate radical additions to glycals In this dissertation, a facile entry was developed for the synthesis of 2-thiocarbohydrates and their transformations. Initially, CAN mediated thiocyanation of carbohydrates was carried out to obtain the basic building blocks (2-thiocyanates) for the entire studies. Subsequently, 2-thiocyanates were reduced to the corresponding thiols using appropriate reagents and reaction conditions. The screening of substrates, stereochemical outcome and the reaction mechanism are discussed briefly (Scheme I). Scheme I. Synthesis of the 2-thiocyanates II and reductions to 2-thiols III & IV. An interesting mechanism was proposed for the reduction of 2-thiocyanates II to 2-thiols III via formation of a disulfide intermediate. The water soluble free thiols IV were obtained by cleaving the thiocyanate and benzyl groups in a single step. In the subsequent part of studies, the synthetic potential of the 2-thiols was successfully expanded by simple syntheticI. Ceric ammonium nitrate (CAN) mediated thiocyanate radical additions to glycals In this dissertation, a facile entry was developed for the synthesis of 2-thiocarbohydrates and their transformations. Initially, CAN mediated thiocyanation of carbohydrates was carried out to obtain the basic building blocks (2-thiocyanates) for the entire studies. Subsequently, 2-thiocyanates were reduced to the corresponding thiols using appropriate reagents and reaction conditions. The screening of substrates, stereochemical outcome and the reaction mechanism are discussed briefly (Scheme I). Scheme I. Synthesis of the 2-thiocyanates II and reductions to 2-thiols III & IV. An interesting mechanism was proposed for the reduction of 2-thiocyanates II to 2-thiols III via formation of a disulfide intermediate. The water soluble free thiols IV were obtained by cleaving the thiocyanate and benzyl groups in a single step. In the subsequent part of studies, the synthetic potential of the 2-thiols was successfully expanded by simple synthetic transformations. II. Transformations of the 2-thiocarbohydrates The 2-thiols were utilized for convenient transformations including sulfa-Michael additions, nucleophilic substitutions, oxidation to disulfides and functionalization at the anomeric position. The diverse functionalizations of the carbohydrates at the C-2 position by means of the sulfur linkage are the highlighting feature of these studies. Thus, it creates an opportunity to expand the utility of 2-thiocarbohydrates for biological studies. Reagents and conditions: a) I2, pyridine, THF, rt, 15 min; b) K2CO3, MeCN, rt, 1 h; c) MeI, K2CO3, DMF, 0 °C, 5 min; d) Ac2O, H2SO4 (1 drop), rt, 10 min; e) CAN, MeCN/H2O, NH4SCN, rt, 1 h; f) NaN3, ZnBr2, iPrOH/H2O, reflux, 15 h; g) NaOH (1 M), TBAI, benzene, rt, 2 h; h) ZnCl2, CHCl3, reflux, 3 h. Scheme II. Functionalization of 2-thiocarbohydrates. These transformations have enhanced the synthetic value of 2-thiocarbohydrates for the preparative scale. Worth to mention is the Lewis acid catalyzed replacement of the methoxy group by other nucleophiles and the synthesis of the (2→1) thiodisaccharides, which were obtained with complete β-selectivity. Additionally, for the first time, the carbohydrate linked thiotetrazole was synthesized by a (3 + 2) cycloaddition approach at the C-2 position. III. Synthesis of thiodisaccharides by thiol-ene coupling. In the final part of studies, the synthesis of thiodisaccharides by a classical photoinduced thiol-ene coupling was successfully achieved. Reagents and conditions: 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone (DPAP), CH2Cl2/EtOH, hv, rt. Scheme III. Thiol-ene coupling between 2-thiols and exo-glycals. During the course of investigations, it was found that the steric hindrance plays an important role in the addition of bulky thiols to endo-glycals. Thus, we successfully screened the suitable substrates for addition of various thiols to sterically less hindered alkenes (Scheme III). The photochemical addition of 2-thiols to three different exo-glycals delivered excellent regio- and diastereoselectivities as well as yields, which underlines the synthetic potential of this convenient methodology.show moreshow less
  • I. Cerammoniumnitrat (CAN) vermittelte Thiocyanat Radikaladditionen an Glycale In dieser Dissertation wurde ein einfacher synthetischer Zugang zu 2-Thiokohlenhydraten und dessen Transformationsprodukten entwickelt. Zu Beginn wurden CAN vermittelte Funktionalisierungen von Kohlenhydraten mit Thiocyanat durchgeführt, um die notwendigen Ausgangsverbindungen (2-Thiocyanate) für die weiteren Studien zu erhalten. Im Folgenden wurden diese 2-Thiocyanate mit entsprechenden Reagenzien unter geeigneten Reduktionsbedingungen zu den Thiolen reduziert. Das Screening der Substrate, der stereochemische Verlauf und der Reaktionsmechanismus wird kurz diskutiert (Schema I). Schema I. Synthese der 2-Thiocyanate II und Reduktionen zu den 2-Thiolen III & IV. Es wurde ein interessanter Mechanismus für die Reduktion der 2-Thiocyanate II zu den 2-Thiolen III via Bildung von Disulfid-Zwischenstufen vorgeschlagen. Die wasserlöslichen freien Thiole IV wurden durch Spaltung der Thiocyanat- und Benzylgruppen in einem Einzelschritt freigesetzt. ImI. Cerammoniumnitrat (CAN) vermittelte Thiocyanat Radikaladditionen an Glycale In dieser Dissertation wurde ein einfacher synthetischer Zugang zu 2-Thiokohlenhydraten und dessen Transformationsprodukten entwickelt. Zu Beginn wurden CAN vermittelte Funktionalisierungen von Kohlenhydraten mit Thiocyanat durchgeführt, um die notwendigen Ausgangsverbindungen (2-Thiocyanate) für die weiteren Studien zu erhalten. Im Folgenden wurden diese 2-Thiocyanate mit entsprechenden Reagenzien unter geeigneten Reduktionsbedingungen zu den Thiolen reduziert. Das Screening der Substrate, der stereochemische Verlauf und der Reaktionsmechanismus wird kurz diskutiert (Schema I). Schema I. Synthese der 2-Thiocyanate II und Reduktionen zu den 2-Thiolen III & IV. Es wurde ein interessanter Mechanismus für die Reduktion der 2-Thiocyanate II zu den 2-Thiolen III via Bildung von Disulfid-Zwischenstufen vorgeschlagen. Die wasserlöslichen freien Thiole IV wurden durch Spaltung der Thiocyanat- und Benzylgruppen in einem Einzelschritt freigesetzt. Im darauf folgenden Teil der Arbeit wurde das synthetische Potenzial der 2-Tiole erfolgreich durch einfache synthetische Transformationen erweitert. II. Transformationen der 2-Thiokohlenhydrate Die 2-Thiole wurden für die Ausführung praktischer Transformationen eingesetzt, die Sulfa-Michael Additionen, nukleophile Substitutionen, Oxidationen zu Disulfiden und Funktionalisierungen an der anomeren Position beinhalten. Die mannigfaltigen Funktionalisierungen der Kohlenhydrate an den C-2 Positionen mittels der Schwefel Gruppe ist das hervortretende Merkmal dieser Arbeit. Reagenzien und Reaktionsbedingungen: a) I2, Pyridin, THF, rt, 15 min; b) K2CO3, MeCN, rt, 1 h; c) MeI, K2CO3, DMF, 0 °C, 5 min; d) Ac2O, H2SO4 (1 Tropfen), rt, 10 min; e) CAN, MeCN/H2O, NH4SCN, rt, 1 h; f) NaN3; ZnBr2; iPrOH/H2O, Rückfluss 15 h; g) NaOH (1 M), TBAI, Benzol, rt 2 h; h) ZnCl2, CHCl3, Rückfluss, 3 h. Schema II. Funktionalisierungen von 2-Thiokohlenhydraten Daraus eröffnet sich die Möglichkeit, den Nutzwert von 2-Thiokohlenhydraten auf biologische Studien auszuweiten. Diese Transformationen haben den synthetischen Wert von 2-Thiokohlenhydraten für den präparativen Maßstab gesteigert. Hervorzuheben ist hier der Lewis Säure katalysierte Austausch der Methoxygruppe durch weitere Nukleophile und die Synthese von (2→1) Thiodisacchariden, die mit quantitativer β-Selektivität erhalten wurden. Zusätzlich wurde zum ersten Mal ein Zucker gebundenes Thiotetrazol über eine (3+2) Cycloaddition an der C-2 Position synthetisiert. III. Synthese von Thiodisacchariden durch Thiol-En-Kopplungen Im letzten Teil der Arbeit gelang die Synthese von Thiodisacchariden durch eine klassische Thiol-En-Kopplung. Reagenzien und Reaktionsbedingungen: 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone (DPAP), CH2Cl2/EtOH, hv, rt. Schema III. Thiol-En-Kopplungen zwischen 2-Thiolen und exo-Glycalen. Im Verlauf der Untersuchungen wurde aufgezeigt, dass die räumlische Hinderung bei der Addition von sterisch anspruchsvollen 2-Thiolen an endo-Glycale eine wichtige Rolle spielt. Dazu erprobten wir geeignete Substrate zur Addition von 2-Thiolen an sterisch wenig anspruchsvolle Alkene (Schema III). Die photochemische Addition der 2-Thiole an drei verschiedene exo-Glycale lieferte exzellente Regio- und Diastereoselektivitäten und Ausbeuten, was das synthetische Potenzial dieser bequem durchführbaren Methodik unterstreicht.show moreshow less

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Metadaten
Author:Prashant PavasheORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-397739
Subtitle (English):a practical approach for functionalization of thiosugars
Subtitle (German):ein Praktischer Zugang zur Funktionalisierung von Thiozuckern
Advisor:Torsten Linker
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2017
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2017/06/26
Release Date:2017/07/17
Tag:2-Thiodisaccharide; Cer Ammonium Nitrat (CAN); Kohlenhydrate; Photochemie; Radikalreaktionen
2-Thiodisaccharides; Ceric Ammonium Nitrate (CAN); carbohydrates; photochemistry; radical reactions
Pagenumber:xi, 132
RVK - Regensburg Classification:VK 5507
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie
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