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M. Spettel:
"Quartäre Ammoniumsalze als Alkylierungsreagenzien mittels C-H Aktivierung";
Betreuer/in(nen): M. Schnürch; Institut für Angewandte Synthesechemie, 2017; Abschlussprüfung: 08.06.2017.

Diese Arbeit fokussierte vorallem auf Rh(I)-katalysierte C-H Alkylierungs Reaktionen. Übergangsmetall katalysierte C-H Alkylierungs Reaktionen von benzylischen Aminen mit Alkylhalogeniden oder Olefinen wurde bereits von unserer Gruppe untersucht. Erste Resultate zeigten jedoch, dass es möglich ist, quartäre Ammonium Salze als Alkylierungs Reagenzien in dieser Reaktion zu nutzen. Das Olefin wird dann in-situ durch eine Hofmann Eliminierung generiert. Die C-H aktivierte Alkylierungs Reaktion kann dann dieses Olefin als Alkylquelle nutzen, um benzylische Amine an ebendiesem m benzylischen Kohlenstoffatom mit Unterstützung einer 3dirigierenden Gruppe, in diesem Fall 3-substituierten Pyridin-2-yl, dirigierenden Gruppe zu alkylieren.
Olefine werden in der organischen Cchemie oft genutzt. Jedoch vor allem kurzkettige Olefine wie Ethen, Propen und Buten sind gasförming bei Raumtemperatur und zudem noch leicht entflammbar. Diese Nachteile können überwunden werden, wenn das Olefin durch quartäre Ammonium Salze ausgetauscht wird. Diese sind fest bei Raumtemperatur, billig und nicht besonders schädlich. Deshalb kann mit diesen Salzen im Labor einfach gearbeitet werden im Labor.
Im Zuge der Arbeit, konnte ein neues Protokoll entwickelt werden, welches quartäre Ammonium Salze as Alkylierungsreagenzien nutzt. Weiters wurden die Reaktionsparameter optimiert, welches uns erlaubt, auch länger-kettige Salze zu verwenden, was bis zum Tetraoctylammoniumsalz gezeigt wurde. In diesem Fall entsteht dabei Wwährend der Elimierung entsteht dabei 1-Octen in der Reaktionsmischung. Weiters konnte eine Reihe von verschieden substituierten benzylischen Aminen erfolgreich alkyliert werden.
Diese neue C-H Alkylierungsmethode wurde auch an bereits Literatur bekannten C-H Alkylierungsreaktionen getestet, welche Olefine als Alkylierungsreagenzien nutzt. Verschiedene Substrate und Katalysatoren konnten auf diese Weise mit unserer Methode getestet werden. Dies zeigte, dass diese Reaktion potentiell breite mehr Anwendungen auf dem Feld der C-H Alkylierungschemie finden kannt.
Zudem wurden mehrere Experimente durchgeführt um diese Reaktion und deren Konditionen besser zu verstehen. Ein Temperaturprofil für den Hofmann Eliminierungsschritt zeigte ab welcher Temperatur die Elimination effizient ist. Auch wurden eine Reihe von Versuchen angestellt in Kooperation mit dem Institut für Chemische Technologien und Analytikum, um weitere Hinweise in Richtung der katalytisch aktiven Spezies zu erhalten. Mit diesen Experimenten konnten weitere Hinweise für den vorgeschlagenen Reaktionmechanismus dieser Rh(I)-katalysierten C-H Alkylierungsreaktion gefunden werden.

This thesis focuses mainly on Rh(I)-catalyzed C-H alkylation reactions. Transition metal catalyzed direct alkylation Creactions of benzylic amines -H activation reactions of benzylic amines using alkyl halides and olefins were already investigated in our group. Preliminary results showed, that it is possible to use quaternary ammonium salts as alkylating reagents in this reaction. The olefin is generated in-situ by Hofmann elimination. The formed olefin is able to undergo a direct C-H alkylation reaction of benzylic amines at the benzylic carbon atom directed by 3-substituted pyridin-2-yls.
Olefins as alkylating agents are often used in organic chemistry, however short chained olefins like ethylene, propylene or butylene are gaseous at room temperature and highly flammable. Overcoming these drawbacks by substituting olefins with quaternary ammonium salts was the goal of this thesis. Quaternary ammonium salts are solid at room temperature, not particular dangerous and cheap. Therefore this compounds are easy to work with in the organic lab.
In the progress of this thesis, we managed to find a working protocol exploiting quaternary ammonium salts as alkylating agents. Furthermore, the reaction conditions were optimized allowing us to perform this reaction with longer chained salts up to C8, generating in that case 1-octene in the reaction mixture upon elimination. Furthermore, a scope of different substituted benzylic amines could be successfully alkylated.
Moreover we tried our newly developed method with other literature known C-H alkylation reactions using olefins as alkylating agents. Different substrates and catalysts could be successfully alkylated by our method, showing that this reaction has more applications in the field of direct C-H alkylation reactions.
Additional studies to gain a deeper understanding of this reaction were conducted. Kinetic studies into the Hofmann elimination step gained insight on the needed conditions to perform an efficient elimination. Also, experiments towards the correct catalytic active species were performed in cooperation with the Institute of Chemical Technologies and Analytics. Giving us further hints towards proposed reaction mechanism of this Rh(I)-catalyzed alkylation reaction.

http://publik.tuwien.ac.at/files/publik_268044.pdf