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The [4 + 2] cycloadditions of singlet oxygen to 9,10-diphenylanthracene (1) and the meta and para isomers of 9,10-dipyridylanthracene (2m/p) and 9,10-methoxyphenylanthracene (3m/p) have been studied by density functional calculations in the gas phase at the UB3LYP/6-31G* level and for the first time in solvents at the conductor-like polarizable continuum model (CPCM) UM062X/6-31G* level. The differences in calculated transition state (TS) energies derived from this method are in line with experimentally observed reactivity orders in solution. For the gas-phase reaction, the first TS of the stepwise pathway (TS1) has biradical character, and its energy lies below the energy of the TS of the concerted path (TSconc). In contrast, in the solvent acetonitrile, TS1 resembles a zwitterion and lies significantly higher than the TSconc. Thus, a concerted mechanism applies in solvents, and the energy gap between the TS of the two processes decreases with decreasing polarity. A change from a pyridyl against a methoxyphenyl substituent in the para position causes a maximal reduction of the activation barrier by approximately 1.7 kcal/mol, resulting in a fivefold increased reactivity.
Untersuchungen an neuartigen sauerstoffsubstituierten Donoren und Akzeptoren für Singulettsauerstoff
(2019)
Im Verlauf dieser Arbeit wurden Aromaten wie Naphthaline und Anthracene mit Singulettsauerstoff, einer reaktiven Form des gewöhnlichen Sauerstoffs, zu sogenannten Endoperoxiden umgesetzt. Die hier eingesetzten Systeme wurden mit funktionellen Gruppen modifiziert, die über eine Sauerstoffbrücke mit dem Aromaten verknüpft sind. Die daraus entstandenen Endoperoxide sind meist besonders labil und konnten in dieser Arbeit isoliert und umfassend untersucht werden.
Hierbei wurde zum einen das Reaktionsverhalten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Aromaten in Abhängigkeit ihrer funktionellen Gruppen unterschiedlich schnell mit Singulettsauerstoff reagieren. Die so ermittelten Reaktivitäten wurden zusätzlich durch theoretische Berechnungen gestützt.
Die resultierenden Endoperoxide wurden unter verschiedenen Bedingungen wie erhöhter Temperatur oder einem sauren bzw. basischen Milieu auf ihre Stabilität hin untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die auf Naphthalinen basierenden Endoperoxiden den gebundenen Singulettsauerstoff in guten Ausbeuten oft schon bei sehr niedrigen Temperaturen (−40 bis 0 °C) freisetzen. Diese Verbindungen können daher als milde Quellen dieser reaktiven Sauerstoffspezies eingesetzt werden. Weiterhin konnten bei den Anthracenendoperoxiden Zerfallsmechanismen aufgeklärt und andere reaktive Sauerstoffspezies wie Wasserstoffperoxid oder Persäuren nachgewiesen werden.
Zu den Modifikationen der Aromaten gehören auch Glucosereste. Dadurch könnten sich die hier hergestellten Endoperoxide als vielversprechende Verbindungen in der Krebstherapie herausstellen, da Krebszellen deutlich stärker als gesunde Zellen kohlenhydratreiche Verbindungen für ihren Stoffwechsel benötigen. Bei der Spaltung von Endoperoxiden mit Glucosesubstituenten werden ebenfalls reaktive Sauerstoffspezies frei, die so zum Zelltod führen könnten.