Anwendung von 13C-Gelphasen-NMR-Spektroskopie an neuen Linker-Substrat-verknüpften Festphasenpolymeren

Abstract

Es wurde die Anwendbarkeit der herkömmlichen flüssig-13C-NMR-Spektroskopie zur Analyse von Festphasenreaktionen an gequollenen Harzen (Gelphasen-NMR) untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei in einer systematischen Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Qualität der erhaltenen Spektren. Als Hauptkriterium der Analyse wurde die Linienbreite in halber Peakhöhe herangezogen. Es wurden im ersten Schritt eine Reihe von so genannten "Sondenmolekülen" (kleine, leicht NMR-detektierbare Moleküle) synthetisiert und an verschiedene Harze gebunden. Es stellte sich heraus, dass vor allem die Pulstechnik (CPD vs. APT) und die Beschaffenheit des Linkers einen großen Einfluss auf die erhaltenen Linienbreiten haben. Harze mit aufgepfropfter Polyethylenkette (z.B. Tentagel) wiesen die besten Ergebnisse auf. Es wurden mehrere Hundert Gelphasen-Experimente durchgeführt und deren Ergebnisse tabelliert. Es ist nun möglich durch groben Vergleich der Polarität der zu messenden Substanzen eine relativ gute Einschätzung zu treffen, ob eine Messung erfolgreich sein wird. Der zweite Teil der Dissertation befasst sich mit der konkreten Anwendung der oben beschriebenen Messmethode. Hiezu wurde anhand einiger Synthesesequenzen an fester Phase (z.B. Epoxidierung, Michael-Addition, Schutzgruppenabspaltung, Suzuki-Kreuzkupplung) die Anwendung der 13C-Gelphasen-NMR zur on-resin Analytik evaluiert. Weiters wurde ein direkter Vergleich der IR- mit der NMR- Spektroskopie durchgeführt, um den höheren Grad der Aussagekraft zu beweisen. Im dritten Teil der Arbeit wurde eine neue, auf die Gelphasen-NMR optimierte feste Phase synthetisiert. Ein aufgepfropfter Abstandshalter (PEG-Gruppe mit definierter Länge) erhöhte die Beweglichkeit und damit die Messbarkeit der Sondenmoleküle. Durch die oben dargestellte Modifizierung konnten ähnliche Linienbreiten (etwa 12 Hz) wie bei Tentagel-Harzen (etwa 9-10 Hz) bestimmt werden und zusätzlich die Beladung des Harzes deutlich erhöht werden. Ausgehend von den sehr guten Ergebnissen der 13C-Messungen, wurden im letzten Teil der Dissertation Vorversuche zur 29Si-Gelphasen-NMR-Spektroskopie durchgeführt. Es wurden "Traceless"-Linker (über ein Si-Atom verknüpft) dargestellt und die Produkte mittels 29Si-NMR analysiert.<br />

Studies on the applicability of conventional liquid-state NMR spectroscopy for the analysis of solid-phase organic reactions directly on the resin are described. For a systematic investigation small and easily assignable molecules substituted with a chain of varying length were synthesized. In a subsequent step these so-called sensor molecules were attached to commercially available resins. After swelling experiments 13C NMR spectra of the solid phase systems in gel form were recorded using Composite-Pulse Decoupling (CPD) and Attached Proton Test (APT) techniques. The quality of the resulting spectra was analyzed using the half-height line widths of the signals as the most important criterion. Based on these data, the factors of influence for good quality spectra were determined. We found out, that resins containing a poly(oxyethylene) linker are suitable for almost all kinds of bound substrates. By using the APT technique, the quality of gel-phase spectra becomes much better and enables even better peak assignment in the aromatic range. Other factors which affect the achievable line widths include the swelling of the resin, the solvatization of the attached molecule and the mobility of the nuclei at the end of the tether. In addition to a systematic investigation of the factors of influence, examples for monitoring solid phase organic reactions are given (e.g.<br />epoxidation, Michael-addition, cleavage of a protecting group, Suzuki cross-coupling). By comparison of IR and NMR spectroscopy the higher degree of significance of gelphase NMR was proved. In the next part of the work a series of novel polystyrene-oligo(oxyethylene) graft copolymers has been synthesized, subjected to end-group modification and examined concerning their applicability for gel-phase 13C NMR. A strong correlation between the graft lengths and the line widths in the gel-phase spectra was observed. 6 units of oxyethylene are sufficient to obtain results similar to Tentagel. For further tests, the new resins were transformed into chlorides by conversion with thionyl chloride.<br />End-group modification was also examined by preparation of copolymers containing the 4-hydroxymethylphenyl ether (Wang linker). The last part of my thesis was the analysis of silicon-29 gelphase NMR, which is not described in the literature, for monitoring of reactions on a silicon-based traceless linker. A series of Suzuki cross-couplings on a traceless linker is described. The resulting gelphase spectra were analysed and compared with reference substances.