AA - Asymmetric Aminohydroxylation Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 AA - Asymmetric Aminohydroxylation regioselectivity The Asymmetric Aminohydroxylation involves the conversion of a properly substituted alkene to an amino alcohol. Osmium tetroxide is used as a catalyst and one of the various cinchona ligands is used to enantioselectively deliver the the heteroatoms to the olefin. The cinchona ligands are responsible for not only enantioselectivity, they also improve regio- and chemoselectivity. Water is used as an oxygen source, and there are several possible nitrogen sources. http://www.scripps.edu/chem/sharpless/research/aa.html Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

AA - Asymmetric Aminohydroxylation Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 AA - Asymmetric Aminohydroxylation PHAL AQN The Asymmetric Aminohydroxylation involves the conversion of a properly substituted alkene to an amino alcohol. Osmium tetroxide is used as a catalyst and one of the various cinchona ligands is used to enantioselectively deliver the the heteroatoms to the olefin. The cinchona ligands are responsible for not only enantioselectivity, they also improve regio- and chemoselectivity. Water is used as an oxygen source, and there are several possible nitrogen sources. http://www.scripps.edu/chem/sharpless/research/aa.html Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 AA - Selectivity The ratio of of the two constitutional isomers is dependant largely on the substrate, but the regioselectivity can be controlled to a degree by using the appropriate solvent and ligand. (vide infra) Facial selectivity can be determined using the simple mnemonic adopted from the AD reaction. Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 AA - Mechanism ligand free regioselectivity Various chloramine salts can be used as the nitrogen source. Sulfonamides, amides, carbamates, and various amino-heterocycles can all be used. A good general rule is that the smaller the nitrogen source, the more selective the reaction. Enantiomeric excesses are generally between 60% and 99% for the sulfonamide variant, and between 80% and 99% for the carbamamte and amide variant. It was found that water increases catalytic turnover, thus not only increasing the rate of reaction, but also the enantiomeric excess, as the second, racemic catalytic cycle is largely avoided. Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 AA - Nitrogen Sources 3 equivalents 1.1 equivalents amino-heterocycles Various chloramine salts can be used as the nitrogen source. Sulfonamides, amides, carbamates, and various amino-heterocycles can all be used. A good general rule is that the smaller the nitrogen source, the more selective the reaction. Enantiomeric excesses are generally between 60% and 99% for the sulfonamide variant, and between 80% and 99% for the carbamamte and amide variant. It was found that water increases catalytic turnover, thus not only increasing the rate of reaction, but also the enantiomeric excess, as the second, racemic catalytic cycle is largely avoided. While the sulfonamide variant is easier to run, the ee's are generally lower than the carbamate and amide variants. The smaller the nitrogen source, the higher the enantioselectivity (Chloramine-M > Chloramine-T) Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 5. Hauptgruppe = baddies? Antimon Sb Ph3Sb Polymerisationsadditiv Dentalpolymere Bismuth Bi Ph3Bi Polymerisation Arsen As Ph3As (als Super-Ph3P) Bi: Shigeru Shimada, Masato Tanaka et al Angew. Chem. 2003, 115 (16), 1889-1892 http://dx.doi.org/10.1002/ange.2002502005 Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie Carbene Metallorganische Chemie

Wanzlick Gleichgewicht Verhältnis 1:9 nach 24 h DH° = 13.7 kcal/mol DS° = 30.4 kcal/mol*K Angew. Chem. 2002, 4200 Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Wanzlick Carbene Wanzlick, H.W.; Schikora, E. Chem. Ber. 1961, 94, 2389 The „Wanzlick Equilibrium“ Bohm, V.P.W.; Herrmann, W.A. Angewandte Chemie, IEE 2000, 39(22), 4036 Metallorganische Chemie

Reaktionen freier Carbene elektrophile Addition nukleophile Addition => Ylid Insertion Metallorganische Chemie

Fischer/Schrock Carben Fischer-Carben: nukleophiler 18e Komplexe Schrock-Carben: elektrophiler 10-18e Komplex Metallorganische Chemie

Rückbindung der Metalle s-Bindung p-Rückbindung M: + s-Donor, + p-Donor M: + s-Donor, - p-Donor M: - s-Donor, + p-Donor M: - s-Donor, - p-Donor Metallorganische Chemie

Rückbindung Rückbindung nimmt zu C-Nukleophilie nimmt zu Rh, Cu, Pd, Pt Fischer Schrock Rückbindung nimmt zu C-Nukleophilie nimmt zu Metallorganische Chemie

Rückbindung: Orbitalinteraktion DE gross => starke Rückbindung DE klein => schwache Rückbindung Metallorganische Chemie

Schrock-Carben 16 e Elektronenmangel-Carben Schrock-Carbene: nukleophil am C elektrophil am Metall Carben C: sp2 hybridisiert Doppelbindungsanteil Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Fischer-Carben 18 e Elektronen-Carben Fischer Carbene sind elektrophil am C und nucleophil am Metall Cp- 6e Allyl- 4e Fe2+ 6e Carben 2e Summe 18e 2x Cp- 2x 6e Fe2+ 6e Carben 2e Summe 20e Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Fischer Carbene Carben: sp2 hybridisiert Doppelbindungsanteile: M-C + C-X Metallorganische Chemie

Carben-Komplexe: 13C-NMR d ppm rel. TMS Reaktivität Cp2TaMe(CH2) 224 Nu Cp2NbCl(CHCMe3) 299 Nu 141 El 271 El 399 El cutoff beim Routine13C-NMR stabilisiertes Singulett-Carben unstabilisiertes Triplett-Carben? Metallorganische Chemie

Reaktivität von Carben 1 Heteroatom mit freiem Elektronenpaar Stabilisierung durch p-pHetero Singulett-Carben elektrophiles Fischer- Carben kein Heteroatom keine Stabilisierung durch p-pR Triplett-Carben nukleophiles Schrock-Carben Metallorganische Chemie

Reaktivität von Fischer-Carbenen geringe Elektronendichte am Carben C Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Dötz Reaktion Me3NO -> Me3N Metallorganische Chemie

Dötz Reaktionsmechanismus Me3OBF4 Metallorganische Chemie

Dötz Reaktionsbeispiele Gleichgewicht Alken-p-Komplex Dirigiert die Umlagerung sterisch überfrachtet Benzochinon Metallorganische Chemie

Vitamin K durch Dötz Reaktion Metallorganische Chemie

Dötz Reaktionsbeispiele Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 Hegedus b-Lactame L. Hegedus JOC 1992, 57, 1461 Thermisch erlaubte 2+2 Cycloaddition Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie Carbin-Komplexe LnM(h1-CR) Metallorganische Chemie

Synthese von Carbin-Komplexen Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 Synthese von Carbin-Komplexen Fischer et al. 1973 M = Cr, Mo, W R= Alk, Ar Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie Carbin-Komplexe MO p* C-O Kurze M-C Dreifachbindung Carbin C: sp Hybrid p* C-O Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Carbinkomplexe 13C-NMR dppm rel TMS Reaktivität Nu El -299 El Metallorganische Chemie

Dötz Reaktion Hegedus b-Lactame Nozaki Reaktion Chrom Dötz Reaktion Hegedus b-Lactame Nozaki Reaktion Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 Nozaki Reaktion anti syn syn Das E/Z Alken equilibriert => anti-Produkte dominieren Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie Nozaki Reaktion Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 Nozaki Reaktion Im Gegensatz zu Cupraten und Grignard- Reagentien reagiert Vinylchrom(II) mit Aldehyden nicht durch Chelat-Kontrolle Die Addition erfolgt von der entgegen-gesetzten Seite des Felkin-Ahn Modelles => Anti-Cram Produlkte dominieren Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Nozaki Reaktion Cr kontaminiertes Nickel Metallorganische Chemie

Nozaki-Hiyama-Kishi Reaktion Metallorganische Chemie

Nozaki-Hiyama-Kishi Reaktion Eleutherobin Metallorganische Chemie

Chrom h6-Aren-Komplexe L = MeCN, Py, NH3, CO Metallorganische Chemie

Stereoselektive h6-Aren-Komplexierung Metallorganische Chemie

Chrom h6-Aren-Komplexe Nukleophile Substitution unaktivierter Aromaten Anti-Angriff Metallorganische Chemie

Substitution an h6-Aren-Komplexen 97% meta 0.1% para 0.2% meta 96% para Metallorganische Chemie

Cyclisierung mit h6-Aren-Komplexen Aktivierung für Nukleophile Stabilisierung von Arylanionen Metallorganische Chemie

Aren-Komplexe Cp-Komplexe Fe Aren-Komplexe Cp-Komplexe Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie S.G. Davies Enantiomerenpaar: Trennung durch chirale Auxiliare möglich Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie S.G. Davies Die Vorderseite ist abgeschirmt => diastereotope ÜZs => Enantiodifferenzierung Metallorganische Chemie

1 Auxiliar -> beide Enantiomere Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Metallierte Enzyme Metallorganische Chemie

Porphyrine (purpurfarbige) Retro Einbau Porphin 22e System Planar aromatisch Häm Bestandteil von Hämoglobin Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Hämoglobin Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Hämoglobin Struktur Histidin Fe(III)-OH Histidin Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Hemoglobin Metallorganische Chemie

Porphyrine: Chlorophyll-a Metallorganische Chemie

Chlorophyll Röntgenstruktur 1AIG Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 Katalase Fe Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Bombardierkäfer Chinone Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 Bombardierkäfer Chinone 2 H2O2 2 H2O + O2 Katalase Katalase Beide Reaktionen sind stark exotherm, der Strahl erreicht 100°C, die Chinone sind toxisch (warum?) Metallorganische Chemie H. Hart Organische Chemie 2. Aufl. S. 306 VCH 2002 W. Agosta Bombardier Beetles and Fever Trees 1996 Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 25.03.2017 Katalase Fe Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Vitamin K durch Katalyse MeReO3 H2O2 Metallorganische Chemie

Epoxidation mit MTO Methylrheniumtrioxid: MTO H2O und O2 stabil 83% Methylrheniumtrioxid: MTO H2O und O2 stabil NaOH: instabil -CH4 Metallorganische Chemie

MTO: Chemoselektive Epoxidation Sharpless AE oder V(V) H2O2 Metallorganische Chemie

Vitamin B12 Cobalamin Pauson-Khand Knochel Nicholas Kobalt Vitamin B12 Cobalamin Pauson-Khand Knochel Nicholas Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Vitamin B12 Cobalamin Methyl Kobalt Porphyrin Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Coenzym B12 Adenosyl Welcher Rest wandert? 1° Radikal 2° Radikal Coenzym B12 = TBTH/AIBN Metallorganische Chemie

Oxa-allylradikale Radikaldelokalisation Keine pS- pCO Überlappung Keine Radikaldelokalisation Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Pauson Khand Reaktion Review S. E. Gibson Angew. Chemie 2003, 115 (16), 1844-1854 http://dx.doi.org/10.1002/ange.200200547 Metallorganische Chemie

Pauson Khand Reaktionsmodell Metallorganische Chemie

Pauson Khand: Additive Metallorganische Chemie