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1,3-dipolare Cycloaddition und deren 3D-Visualisierung

Literaturbeispiel [5] von Machetti et al.: Synthese und Röntgenstrukturstudien von Tetrahydrophospholo[2,3-d]isoxazolen

Machetti et al. haben verschiedene Hexahydro- und Tetrahydrophospholo[2,3-d]isoxazole durch 1,3-dopolare Cycloaddition synthetisiert. Der strukturelle Aufbau der Verbindungen wurde röntgenanalytisch untersucht. Die Verbindungen weisen fungizide und herbizide Aktivitäten auf. Nachfolgend sind die Synthesen der Tetrahydrophospholo[2,3-d]isoxazole III, V und VI dargestellt:

Abb.1
Reaktion [5.1]
Abb.2
Reaktion [5.2]
Tab.1
Ausbeuten und Diastereomerenverhältnisse
EduktAusbeute [%]Diastereomerenverhältnis
I58-
IV684 : 1 (V : VI)

Informationen zur Literaturreaktion [5]:

Titel:
Synthese und Röntgenstrukturstudien von Hexahydro- und Tetrahydrophospholo[2,3-d]isoxazolen, eine neue Klasse von Heterocyclen mit potenziell fungizider Wirkung.
Abstract:
Im Hinblick auf ihre interessanten biologischen Aktivitäten wurden u.a. die Titelverbindungen III, V und VI über den Weg der 1,3-dipolaren Cycloaddition synthetisiert. Die biologische Aktivität als Fungizid bzw. Herbizid wird beschrieben.
Literatur:
Machetti, F.; Anichini, B.; Cicchi, S.; Brandi, A.; Wieczorek, W.; Pietrusiewicz, K. M.; Gehret, J. C. (1996): Synthesis and X-Ray Study of Hexahydro- and Tetrahydrophospholo[2,3-d]isoxazoles, a New Class of Heterocycles of Potential Fungicidal Activity. In: J. Heterocycl. Chem.. 33 (4) , 1091-1098

Kommentar zur Reaktion

Die Reaktionen wurden unter inerter Atmosphäre (Stickstoff) und mit trockenen Lösungsmitteln durchgeführt. Die Lösungen von I bzw IV (10,7 mmol) und NEt3 (12,9 mmol) in 4 mL Benzol wurden unter Rückfluss gekocht. Unter starkem Rühren wurde dann eine Lösung von Benzohydroximsäurechlorid (12,9 mmol) in 6 mL Benzol über einen Zeitraum von 2 h tropfenweise hinzugefügt. Nach einer weiteren Stunde Rückfluss und nach Abkühlung wurde der Feststoff abfiltriert und die überstehende Lösung im Vakuum konzentriert. Die Schmelzpunkte der Verbindungen V und VI liegen bei 176 °C und 73-74 °C.

Der Vergleich von Reaktion [5.1] zu [5.2] zeigt, dass der sterische Anspruch des 2,3-Dihydro-phospholo-oxids auf die Regioselektivität und - insofern es sich bei diesem Reagenz um eine chirale Verbindung handelt - auf die Diastereoselektivität der Cycloadditionsreaktion einen wichtigen Einfluss hat. Im Falle der Ethoxy-Gruppe, wie der Phenyl-Gruppe als Substituent des Phospholo-oxid-phosphors, erhält man ausschließlich Produkte, in denen das Phosphor-Atom die C4-Position im Ring einnimmt. Die regioisomeren Ringprodukte, mit dem Phosphor auf der C3-Ringposition, werden bei beiden Cycloadditionsreaktionen nicht erhalten. Anders verhält es sich mit der Stereoselektivität der Reaktionen. Im Fall des Phenyl-Substituenten verläuft die Reaktion diastereospezifisch: ausschließlich das (4R)-Cycloaddukt bildet sich aus dem Angriff des Benzonitriloxids von der Rückseite des Phospholon-Moleküls, so dass sich der Substituent am Phosphor nach vorn in den Raum ausrichtet. Ersetzt man die sterisch anspruchsvolle Phenyl-Gruppe am Phosphor-Atom durch die Ethoxy-Gruppe, so nimmt die Stereoselektivität der Cycloadditionreaktion deutlich ab.

In entsprechenden Tests mit verschiedenen Bakterienkulturen wurde die fungizide und herbizide Wirksamkeit der Phosphoro-Produkte geprüft. So zeigen die Verbindungen z.B. eine gute fungizide Aktivität gegen Plasmopara viticola am Wein sowie gegen Botrytis cinerea an Äpfeln. Die Testergebnisse wurden von den Autoren als positiv bewertet.

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