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Titelaufnahme

Titel
Studies into fundamentals of ortho-quinone methide chemistry / eingereicht von Stefan Böhmdorfer
VerfasserBöhmdorfer, Stefan
Begutachter / BegutachterinGille, Lars ; Potthast, Antje
GutachterRosenau, Thomas
Erschienen2009
Umfang217 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2009
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)ortho-Chinonmethid / Oxidation / Tocopherol / Tocopheramin / Zwitterion / Isotopenmarkierung / NMR-Spektroskopie / ESR-Spektroskopie / quantenchemische Berechnungen / Aromatizität
Schlagwörter (EN)ortho-quinone methide / oxidation / tocopherol / tocopheramine / zwitterion / isotopic labeling / NMR spectroscopy / ESR spectroscopy / computational chemistry / aromaticity
Schlagwörter (GND)Vitamin-E-Gruppe / Oxidation / Chinonmethide / NMR-Spektroskopie / Elektronenspinresonanzspektroskopie / Computational chemistry
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-16917 Persistent Identifier (URN)
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Studies into fundamentals of ortho-quinone methide chemistry [3.25 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Durch Oxidation entstehen aus Tocopherolen ("Vitamin E") komplexe Substanzgemische, das ortho-Chinonmethid ist dabei ein Schlüsselintermediat. Der Übergang vom bisher nur vermuteten intermediären aromatischen Zwitterion zum olefinischen ortho-Chinonmethid sollte lediglich an eine Drehung um eine Einfachbindung gekoppelt sein. Anhand spezieller Tocopherolderivate konnte nun die zwitterionischen Stufe spektroskopisch (NMR) eingehend untersucht und erstmalig direkt nachgewiesen werden. Durch dieses Ergebnis müssen bisherige Lehrmeinungen zur Entstehung und Chemie von ortho-Chinonmethiden revidiert werden. Erst kürzlich wurde durch mögliche chemotherapeutische Anwendungen großes Interesse an der Stoffklasse der Tocopheramine die phenolische OH-Gruppe der Tocopherole ist hierbei durch eine Aminogruppe ersetzt geweckt. Das Wissen um das Reaktionsverhalten und um die Reaktionsprodukte dieser Verbindungen ist eine Vorraussetzung für jede Art von Anwendung. Daher wurde erstmal systematisch das Reaktionsverhalten der Tocopheramine in Einelektronen- und Zweielektronen-Oxidationsprozessen erforscht, wobei methodisch ESR und Abfangreaktionen zur Anwendung kamen. Die Bromierung von Tocopherolen kann nach zwei unterschiedlichen Mechanismen verlaufen: entweder es erfolgt eine klassische elektrophile Substitution am Aromaten, oder das Tocopherol wird über ein ortho-Chinonmethid oxidiert. Anhand der Produktverhältnisse und durch quantenchemische Berechnungen wurden die Aktivierungsenergien bestimmt und der jeweils bevorzugte Reaktionsmechanismus erklärt. Die Bromierungsprodukte aller vier Tocopherole wurden synthetisiert und vollständig charakterisiert, um eine verlässliche Grundlage für zukünftige Studien zu bilden. In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, daß die traditionellen Lehrmeinungen zur Oxidationschemie der Tocopherole teilweise falsch und mißverständlich sind. Einige Oxidationsprodukte, die mit Reaktionen des Tocopherylradikals erklärt wurden, entstehen in Wirklichkeit aus dem ortho-Chinonmethid. Ebenso wurde der detaillierte Bildungsmechanismus der ortho-Chinonmethide revidiert. Um den derzeitigen Stand des Wissens darzustellen und die neuen Entwicklungen einzubinden, wurde im Rahmen der Arbeit ein umfassender Review verfasst.

Zusammenfassung (Englisch)

Oxidation of tocopherols ("vitamin E") produces complex mixtures of compounds, with the ortho-quinone methide being a key intermediate. The conversion of the hitherto hypothetical aromatic zwitterion to the olefinic ortho-quinone methide would simply be controlled by bond rotation. In the present work, special tocopherol derivatives were synthesized that allowed detailed spectroscopic studies (NMR) on the zwitterionic intermediate, and thus a direct proof of its existence for the first time. Conventional, decade-old teaching on formation and chemistry of ortho-quinone methides will now have to be revised. Most recently the almost completely neglected class of tocopheramines tocopherols that bear an amino group instead of the phenolic hydroxyl group have undergone a surge of interest due to their potential in chemotherapy. A comprehensive knowledge about their chemistry, reactivity and products is a prerequisite to any application. Making use of EPR spectroscopy and chemical trapping, for the first time the one-electron and two-electron oxidation chemistry of tocopheramines was established. The bromination of different tocopherols can proceed, in principle, according to two different mechanisms, either by a classical electrophilic substitution at the aromatic core or by an oxidation-addition sequence leading to a bromomethyl derivative. The bromination behaviour of all four tocopherols was thoroughly studied. Based on the product ratios and computational studies, activation energies were calculated and the preferred pathways were identified. All bromination products were synthesized and fully analytically characterized, clarifying contradictory data in the pertinent literature and providing a reliable set of standard compounds for future studies. Over the past several years, some traditional teaching on the oxidation chemistry of tocopherols has proved to be erroneous. Oxidation products that so far have been explained based on tocopheroxyl radical chemistry are actually formed involving the ortho-quinone methide as key intermediate. The general mechanism of ortho-chinone methide formation was revised as well. To update the current knowledge of ortho-quinone methide chemistry related to tocopherols, also considering the new results of the present thesis, this topic was comprehensively reviewed.