Goldkatalyse Forschungsarbeit von Frederic Seeger und Alena Romanova mit Unterstützung des Hector-Seminars und der Universität Heidelberg

Goldkatalyse: Forschungsarbeit Betonen, warum Forschung mit Goldkatalyse so wichtig ist und Prof. Hashmi so viele Preise gewonnen hat Warum Katalyse mit Gold? Welche Katalysatoren gibt es noch? Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit Gliederung Problemstellung Syntheseschritte Forschungsergebnis Erfahrungen Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 1. Problemstellung Forschungsgruppe der Universität Heidelberg (Prof. A. S. K. Hashmi): geplant: Realität: Au-Kat. Au-Kat. CH3CN 70°C, 18h Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 1. Problemstellung Spanische Forschungsgruppe (Prof. D. M. González): geplant: → funktioniert Au-Kat. X=OR, NR2, Alkyl Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 1. Problemstellung Substrate der Forschungsgruppen sehr ähnlich, ABER sehr unterschiedliche Produkte Forschungsgruppe Prof. A. S. K. Hashmi Prof. D. M. González Edukt Produkt Warum? Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese Synthese des Eduktes der Heidelberger Forschungsgruppe: + 3 mol% Pd(PPh3) 9 % CuI Et3N Toluol Raumtemp. K2CO3 NIS AgNO3 Aceton Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese + + 3 mol% Pd(PPh3)4 9 % CuI Et3N Toluol Raumtemp. ausgeheiztes Schlenkrohr unter Stickstoffatmosphäre: ortho-Iodtoluol, Trimethylsilylacetylen, Tetrakis, Kupferiodid und Triethylamin in Toluol gelöst und ständig gerührt Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese + K2CO3 Kaliumcarbonat → Entfernung der TMS-Schutzgruppe Extrahierung der Probe und Reinigung vom Lösungsmittel mithilfe des Rotationsverdampfers Weitere Reinigung und Auftrennung durch Säulenchromatographie Rotationsverdampfer Säulenchromatographie Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese + K2CO3 Dünnschichtchromatographie (DC) → Bestimmung der Fraktionen mit Produkt und Vereinigung Fraktionen durch 1H-NMR und GCMS exakt bestimmt und kontrolliert DC-Kontrolle unter UV-Licht Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese + NIS AgNO3 Aceton 250ml-Rundkolben: Edukt 2-Ethynyl-Toluol im Lösungsmittel Aceton gelöst Zugabe von NIS und AgNO3 AgNO3 NIS Edukt Aceton Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese + NIS AgNO3 Aceton Entfernung von Lösungsmitteln und eventuell entstandenen leicht verdampfbaren Nebenprodukten mithilfe des Rotationsverdampfers und im Hochvakuum Produkt mit Celite von Feststoffen gereinigt Nutsche mit Kieselgel zum Reinigen von Feststoffen Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese + NIS AgNO3 Aceton Produkt mit Säulenchromatographie von Nebenprodukten isoliert Entfernung des Lösungsmittels mithilfe des Rotationsverdampfers Edukt für die Goldkatalyse fertig hergestellt Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese Synthese des Eduktes der Spanischen Forschungsgruppe: n-BuLi n-BuBr nächster Schritt wäre Iodieren am Alkinrest gewesen Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese 1) n-BuLi 2) n-BuBr 250ml-Dreihalskolben mit Tropftrichter, Schlenkhahn und Septum: 3,46 Gramm 2-(2-bromphenyl)-1,3,dioxolan in 30ml Diethylether gelöst Kühlung der Reaktion auf -60°C 6,6ml n-BuLi langsam durch eine Spritze hinzugegeben 2,1ml n-BuBr in 20ml Tetrahydrofuran gelöst und hinzugetropft Kältebad entfernt 1molarige Salzsäure dazugegeben unter ständigem Rühren Überprüfung des Reaktionsfortschritts mit GCMS Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese Gaschromatographie mit Massenspektrometrie Trennung der im Gemisch enthaltenen Moleküle, indem sie eine von Stickstoff oder Helium durchströmte (Kapillar)säule durchlaufen Nach dem Durchlaufen der Chromatographiesäule werden im Massenspektrometer die getrennten Moleküle ionisiert und mithilfe von gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern ihre Molekülmasse bestimmt Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese Gaschromatographie mit Massenspektrometrie Aus den Massenzahlen der Peaks kann auf die Struktur- und Summenformel der Verbindungen geschlossen werden n-BuLi n-BuBr Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese GCMS-Kontrolle: Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese n-BuLi n-BuBr Aufreinigung des Produkts: gesättigte NaCl-Lösung hinzugegeben → Phasentrennung organische Phase mit Magnesiumsulfat trocknen Entfernung der Lösungsmittel durch den Rotationsverdampfer gelbes Öl ist entstanden Goldkatalyse: Forschungsarbeit Scheidetrichter

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese gelbes Öl „gesäult“ und die vereinigten Fraktionen des Produkts im Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel gereinigt 1H-NMR-Kontrolle Fraktionen durch DC-Kontrolle Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese Kernspinresonanzspektroskopie Spektroskopische Methode zur Untersuchung der elektronischen Umgebung einzelner Atome und deren Wechselwirkung mit den Nachbaratomen. Mit dieser Methode registriert man die unter bestimmten Bedingungen eintretende Wechselwirkung zwischen Atomkernen mit einem magnetischen Moment (z.B 1H) mit elektromagne-tischer Strahlung (Radiowellenbereich) in einem starken homogenen Magnetfeld. Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese 1H-NMR-Kontrolle: a b c d e f g h i Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese 2-Butylbenzaldehyd in Methanol lösen und kühlen Diethyl-(1-diazo-2-oxopropyl)phosphonat und Kaliumcarbonat dazugegeben Überprüfung des Verlaufs der Reaktion mit GCMS Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 2. Synthese Reinigung: Probe mit Diethylether verdünnen → Auswaschung mit Natriumhydrogencarbonat im Scheidetrichter Trocknen der organischen Phase mit Natriumsulfat und Entfernung des Lösungsmittels am Rotationsverdampfer Produkt durch Säulenchromatographie gereinigt Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 3. Forschungsergebnis DAC-PF6 oder IPrAuNTf2 CH3CN 70°C 18 h Bei den beiden goldkatalysierten Reaktionen unter den selben Bedingungen wie bei Prof. Hashmis Forschungsgruppe entstand hauptsächlich das Dimer → wahrscheinlich liegt der Reaktionsverlauf nicht an der Art des Goldkatalysators Bedingungen des Hashmi-Papers Schlüsse kann man eigentlich noch nicht ziehen Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 3. Forschungsergebnis IPrAuNTf2 DCE 80°C 18 h Beim selben Substrat aber mit den Bedingungen von Prof. González Forschungsgruppe war der wesentliche Unterschied das Lösungsmittel (DCE statt CH3CN) → Ringschluss → das andere Produkt ist entstanden CH3CN Acetonitrit Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 3. Forschungsergebnis DAC-PF6 bzw. IPrAuNTf2 CH3CN 70°C 18 h IPrAuNTf2 DCE 80°C 18 h → verschiedene Reaktionsverläufe liegen (höchstwahrscheinlich) am Lösungsmittel Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit 4. Erfahrungen Neue chemische Verfahren Kennenlernen von Problemstellungen im Fachbereich Chemie (Universität) Vorgehensweise bei der Lösung einer Problemstellung Wissenschaftliche Forschungsarbeit und deren Dokumentation Goldkatalyse: Forschungsarbeit

Goldkatalyse: Forschungsarbeit Wir bedanken uns beim Hector-Seminar und bei der Universität Heidelberg insbesondere bei Herr Professor Hashmi und bei Sarah Bay, die uns durch das Projekt begleitete. Goldkatalyse: Forschungsarbeit