Copper catalysis in organic synthesis and the functionalization of heteroarenes

Im Rahmen dieser Dissertation wurden Kupfer-katalysierte Reaktionen und deren Anwendung in der organischen Synthese untersucht. Hierbei wurden neue Methoden zur direkten C-C-, C-S- und C-P-Bindungsknüpfung von Heterozyklen entwickelt, von denen zwei unter metallfreien Reaktionsbedingungen ablaufen. Im ersten Abschnitt „The copper-catalyzed Sonogashira-Hagihara-type cross-coupling reactions“ werden Kreuzkupplungen von Arylhalogeniden mit terminalen Alkinen beschrieben, die durch sub-mol% Mengen an Kupfersalzen katalysiert werden. Im Laufe der Untersuchungen stellten sich alle getesteten Kupfersalze als katalytisch aktiv heraus, und es konnte gezeigt werden, dass die Struktur des Liganden für die erfolgreiche Durchführung der Reaktion entscheidend war. Zusätzlich wurde die Substratbreite und mechanistische Details mittels Kinetikmessungen und DFT (Dichtefunktionaltheorie) untersucht. Im zweiten Forschungsprojekt „Copper-mediated direct oxidative cross-couplings of 1,3,4-oxadiazoles with polyfluoroarenes“ wurde der entscheidende Einfluss von Kupferkatalysatoren auf direkte nach milden Reaktionsbedingungen ablaufende Csp2-H/Csp2-H Kupplungsreaktionen untersucht. Bisher wurden Polyfluoraren-haltige 1,3,4-Oxadiazole durch Zyklisierung von 1-Benzoyl-2-pentafluorobenzoylhydrazine erhalten. Es wurde gezeigt, dass die Bindungsbildung zwischen zwei C-H-Bindungen unter Bildung einer biarylischen Verbindung mit Hilfe eines Kupferkatalysators möglich ist. Hierbei waren Acetonitril als Lösungsmittel und reiner Sauerstoff für den Ablauf der Reaktion wichtig. Eine Vielzahl von biarylischen Substraten konnte in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten werden. Der folgende Abschnitt, mit dem Titel „Transition metal-free direct C-H bond thiolation or phosphorylation of 1,3,4-oxadiazoles and related heteroarenes“, lag die Idee zugrunde, neue Bindungsbildungsreaktionen für die Funktionalisierung von 1,3,4-Oxadiazolen unter übergangsmetallfreien Reaktionsbedingungen zu ermöglichen. Es konnte die C-S bzw. die C-P Bindungsbildung über eine direkte Funktionalisierung von einer Reihe von Heteroarenen ermöglicht werden. Im Speziellen wurden im dritten Forschungsprojekt neben 1,3,4-Oxadiazolen auch Indole, Benzothiazole, N-Phenylbenzimidazol und Koffein thioliert. Die entsprechenden Produkte ließen sich in exzellenten Ausbeuten erhalten. Weiterhin konnte im vierten Forschungsprojekt eine Vielzahl von 2-substituierten Oxadiazolen und verwandte Heterozyklen phosphoryliert und in guten bis exzellenten Ausbeuten erhalten werden. Darüberhinaus wurde eine weitere Kupfer-katalysierte Reaktion „Copper-catalyzed synthesis of alpha-thiophenyl carbonyl compounds through S-S bond cleavage and C-C bond activation“ entdeckt, mit der alpha-Thiophenyl-carbonylverbindungen durch einen Kupfer-katalysierten dualen C-C/S-S-Bindungsbruch entstehen. Trotz einer Vielzahl von C-C- Bindungsbildungsreaktionen durch selektiven C-C-Bindungsbruch, war dies das erste Beispiel für die Bildung einer C-S-Bindung durch selektiven C-C-Bindungsbruch von beta-Diketonen. Acetonitril war erneut entscheidend für den Erfolg der Reaktion. Mit den optimierten Reaktionsbedingungen konnten aus den entsprechenden Diarylsulfiden, beta-Diketonen und beta-Ketoestern verschiedene alpha-Arylthioketone und alpha-Arylthioester synthetisiert werden. Sowohl Alkyl- als auch Aryl- funktionalisierte beta-Diketone/beta-Ketoester, wie auch eine Vielzahl von Diaryldisulfiden ließen sich in der Reaktion umsetzen

Robust adaptive constrained backstepping flight controller design for re-entry reusable launch vehicle under input constraint

A nonlinear constrained controller is designed for a reusable launch vehicle during re-entry phase in the presence of model uncertainty, external disturbance, and input constraint, via combining sliding mode control and adaptive backstepping control. Since the complex coupling between the translational and rotational dynamics of reusable launch vehicle, a control-oriented model derived from rotational dynamic is used for controller design. During the virtual control input design procedure, a dynamic robust term is utilized to compensate for the uncertainty. In addition, a filter is applied to handle “explosion of terms” problem during the actual control input design. To reduce the computational burden, adaptive law is used to evaluate the unknown norm bound of the lumped uncertainty. An auxiliary system is constructed to compensate for the input constraint effect. The stability of the closed-loop system is analyzed based on Lyapunov theory. Simulation results demonstrate the validity of the developed controller in providing stable tracking of the guidance command by numerical simulation on the 6-degree-of-freedom model of reusable launch vehicle

8,9-Dihydrocannabidiol, an Alternative of Cannabidiol, Its Preparation, Antibacterial and Antioxidant Ability

Cannabidiol (CBD) from Cannabis sativa is used in cosmetics in North America due to its antibacterial and antioxidant properties, but has been prohibited in many countries except recently; so, finding a non-intoxicating CBD alternative and elucidating the structure–function relationship of CBD analogues is becoming increasingly relevant. Herein, a set of CBD analogues including 8,9-dihydrocannabidiol (H2CBD) was synthesized, and their antibacterial, bactericidal, and antioxidant activity, as well as their structure–function relationship, were studied. The results present a catalytic selectivity near 100% towards H2CBD with a production yield of 85%. Each CBD analogue presented different antibacterial and antioxidant activity. It is revealed that the phenolic hydroxyl moiety is an essential group for CBD analogues to perform antibacterial and antioxidant activities. Among them, H2CBD presented much stronger antibacterial activity than the assayed popular antibiotics. H2CBD and Compound 4 presented very similar radical scavenging activity and inhibition on lipid oxidation to vitamin C, but better thermostability. Moreover, H2CBD presented lower toxicity to human skin fibroblasts at concentrations up to 64-fold higher than its MIC value (1.25 μg/mL) against S. aureus. Above all, in all property experiments, H2CBD presented extremely similar performance to CBD (p < 0.05), including similar time–kill kinetics curves. This research finds H2CBD to be an alternative for CBD with very high potential in the aspects of antibacterial, bactericidal, and antioxidant activity, as well as lower toxicity to human skin fibroblasts