Synthese des 1-[8-(Carbazol-9-yl)-dibenzofuran-2-yl]-1,5-diphenyl-1,2,4-

Für die Synthese des 8-(Carbazol-9-yl)-dibenzofuran substituierten Triazols 10 wurde ein alternativer Syntheseweg eingeschlagen, der weniger Syntheseschritte als die Route über den Ringschluss mit der Hydrazinverbindung umfasst (Abbildung 4.20). Bei diesem Syntheseweg wurde zunächst in einer Ringschlussreaktion unter Eliminierung von Wasser aus Benzoesäurehydrazin und Benzonitril 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 hergestellt. Bei Versuchen, das 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 durch eine Suzuki-Kupplung zwischen 3,5-Dibrom-1H-1,2,4-triazol und zwei äquivalenten Benzol-boronsäure zu synthetisieren, konnte auch durch Variation des Katalysatorsystems lediglich eine maximale Ausbeute von 15% erzielt werden. Anschließend wurde mittels

- MeOH

- H2O

DBFTaz

einer Ullmann-Kupplung das 2-Brom-8-(carbazol-9-yl)-dibenzofuran 9 mit der Triazolverbindung 8 zum 1-[8-(Carbazol-9-yl)-dibenzofuran-2-yl]-1,5-diphenyl-1,2,4-triazol 10 umgesetzt.

Abbildung 4.20: Syntheseschema des Matrixmaterials 10. Reaktionsbedingungen: i) Rückfluss, 40 h;

ii) 1) n-BuLi, RT, 30 min; 2) CuI, Ligand, Cs₂CO₃, DMAc, Rückfluss, 96 h.

Ringschlussreaktion zum 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8

Durch Umsetzung von Benzoesäurehydrazid mit Benzonitril wurde in einer Zyklisierungsreaktion das 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 nach Vlahakis et al.^[163]

hergestellt. Zunächst wird durch einen nukleophilen Angriff der primären Amingruppe des Hydrazids am Nitrilkohlenstoff die offene Zwischenstufe gebildet. Durch einen nukleophilen Angriff des entstandenen Imins auf den Carbonylkohlenstoff entsteht der Triazolheterozyklus, der abschließend unter Wasserabspaltung das 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 bildet (Abbildung 4.21).

Abbildung 4.21: Mechanismus der Ringschlussreaktion zwischen Benzoesäurehydrazid und Benzonitril zum 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8.

Als Lösungsmittel wurde das Edukt Benzonitril verwendet und das in der Reaktion entstandene Wasser über einen Wasserabscheider aufgefangen. Nach Umkristallisation in Isopropanol wurde das 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 in einer Ausbeute von 60% erhalten.

8

9 i

ii

10

8 -H2O

Ullmann-Kupplung zum 1-[8-(Carbazol-9-yl)-dibenzofuran-2-yl]-1,5-diphenyl-1,2,4-triazol 10

In einer Ullmann-Reaktion wurde die Halogenverbindung 2-Brom-8-(carbazol-9-yl)-dibenzofuran 9 mit dem 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 zum 1-[8-(Carbazol-9-yl)-dibenzofuran-2-yl]-1,5-diphenyl-1,2,4-triazol 10 gekuppelt. Der Reaktionsmechanismus der kupferkatalysierte Ullmann-Kupplung ist noch nicht vollständig geklärt, läuft aber wahrscheinlich über eine der beiden Pfade in Abbildung 4.22 ab.^[164,165]

Abbildung 4.22: Kupferkatalysierte Zyklen bei der Reaktion von Nukleophilen (Nu) mit Arylhalogeniden (Ar-X) bei der Ullmann-Kupplung.

In Pfad A wird zunächst das Arylhalogenid durch eine oxidative Addition an den aktiven Kupferkatalysator angeknüpft. Durch eine nukleophile Substitution wird das Nukleophil an den Kupferkomplex addiert und im abschließenden Schritt wird durch eine reduktive Eliminierung des Kupplungsproduktes Ar-Nu der Katalysator zurückgebildet.

Im Gegensatz dazu wird im Pfad B zunächst das Nukleophil an das Cu^I unter Basenkatalyse addiert. Durch oxidative Addition des Arylhalogenids entsteht ein Cu^III -Komplex, indem sich das Kupferatom in die Kohlenstoff-Halogen-Bindung einschiebt.

Abschließend entsteht durch eine reduktive Eliminierung das Kupplungsprodukt und das Kupferkatalysatorsystem L2CuX wird zurückgewonnen. Monnier und Taillefer^[164]

nehmen dabei an, dass Pfad B der wahrscheinlichere Fall ist.

In der von mir betreuten Bachelorarbeit von Martin Meyer wurden die besten Reaktionsbedingungen für die Ullmann-Kupplung an der Modellverbindung TTaz bei der Reaktion von 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 mit Brombenzol untersucht. Getestet wurden eine Variation des Lösungsmittels und der Base, sowie die Zugabe eines

Pfad A Pfad B

oxidative Addition

oxidative Addition reduktive

Eliminierung

reduktive Eliminierung

Liganden, der den Kupferkatalysator chelatieren soll. Der Einfluss des Lösungsmittels und der Base liegt vermutlich darin, dass sie an das aktive Kupferzentrum koordinieren und somit die Reaktion unterstützen.^[164] Als Solvens wurden die hochsiedenden Lösemittel DMSO und DMAc untersucht. Dabei fiel die Wahl auf DMAc, da sich DMSO bei Temperaturen von 160 °C teilweise zersetzt hat, was sich durch einen stechenden Geruch bemerkbar gemacht hatte. Cäsiumcarbonat erwies sich im Vergleich mit Kaliumcarbonat als die bessere Base, weil es die größere Löslichkeit in organischen Lösemitteln besitzt.^[166] Jedoch konnten in den „ligandfreien“ Systemen nur Ausbeuten im Bereich von 1% bis 4% erzielt werden. Im nächsten Versuch wurde durch den vierzähnigen Chelatliganden rac-trans-N,Nʹ-Bis(2-pyridylmethyliden)-1,2-diamino-cyclohexan (Abbildung 4.23) das Kupferzentrum komplexiert. Der Ligand erhöht einerseits die Löslichkeit des Kupferzentrums und bewirkt durch den elektronischen Einfluss eine Erhöhung der Reaktivität des Kupferkatalysators. Die koordinative Bindung über den Imin-Stickstoff unterstützt die nukleophile Substitution, indem er aus dem Kupferzentrum Elektronendichte zieht. Der Pyridin-Stickstoff erhöht die Elektronendichte im Kupfer und begünstigt dadurch die oxidative Addition.^[164] Die Kombination der elektronenziehenden und elektronenschiebenden Gruppen macht den Liganden für den Einsatz in der Ullmann-Kupplung ideal.

Abbildung 4.23: Strukturformel des Liganden rac-trans-N,Nʹ-Bis(2-pyridylmethyliden)-1,2-diaminocyclohexan für den Kupferkatalysator der Ullmann-Kupplung.

Mit der Verwendung des Liganden konnte die Ausbeute auf 7% gesteigert werden. Die geringen Umsätze beruhen wahrscheinlich auf der Reaktionsträgheit des Eduktes 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazols 8, da bei einer Ullmann-Kupplung des unsubstituierten 1H-1,2,4-Triazols mit Iodbenzol eine hohe Ausbeute von 94% erzielt werden konnte.

Um die Nukleophilie des Eduktes 8 zu erhöhen, wurde es deshalb vor der Ullmann-Kupplung mit n-Buthyllithium umgesetzt. Das entstandende Nukleophil sollte bedeutend nukleophiler sein und die Lithium-Stickstoff-Bindung bereits ionischen Charakter besitzen. Alternativ kann die nukleophile Substitution in diesem Fall als

Transmetallierung zum edleren Kupfer angesehen werden. Die Erhöhung der Reaktivität von 1H-1,2,4-Triazolen durch Umsetzung mit Alkalimetallen wird auch von Ley und Thomas^[167] beschrieben. Mit dieser Anpassung des Systems konnte eine Verbesserung der Ausbeute auf 12% erreicht werden.

Die nun ermittelten Reaktionsbedingungen wurden auf die Synthese des Matrixmaterials 10 übertragen. Durch Umsetzung von 3,5-Diphenyl-1H-1,2,4-triazol 8 mit n-BuLi in DMAc wurde zunächst die lithiumorganische Verbindung als Nukleophil erhalten, das anschließend zu einem Gemisch aus 2-Brom-8-(carbazol-9-yl)-dibenzofuran 9, Kupferiodid, Ligand und Cs2CO3 in DMAc zugetropft wurde.

Die Aufarbeitung erfolgte durch Säulenchromatographie und ergab eine Ausbeute von 3%, das auf die geringe Reaktivität des Eduktes 8 zurückgeführt werden kann.

4.3.4 Synthese des 1-[8-(Carbazol-9-yl)-dibenzofuran-2-yl]-5-phenyl-1,2,4-triazols