Metallorganik Basics: Sorgfältige Wahl des Kations Sorgfältige Wahl des Lösungsmittels Informationen über pKa/pKb Hart/Weich Prinzip Metallorganische Chemie

Polare, aprotische Donor-Lösungsmittel DMF Dimethylformamid DMA Dimethylacetamid Dioxan Glyme Glycoldimethylether THF Tetrahydrofuran Metallorganische Chemie

Polare, aprotische Donor-Lösungsmittel HMPA (HMPT) Hexamethylphosphorsäuretriamid Toxisch, cancerogen NMP N-Methylpyrrolidon Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Lithium Organyle Lithium nicht Lizium, Lizographie Ionisch/polar => Oligomere/Polymere Superstrukturen B2H6: Nicht einmal BH3 bleibt in der Gasphase allein 2e/2Zentren- 4e/4 Zentren Bindungen tBuLi (destillierbar) Metallorganische Chemie

Synthese von Metallorganylen Metallorganische Chemie

Synthese von Metallorganylen Metallorganische Chemie

Transmetallierung a-Lithiierung von Enolethern ist notorisch schlecht J. E. Baldwin JACS 1974, 96, 7125 Metallorganische Chemie

Synthese von Metallorganylen Reduktiver Halogenaustausch Späne: Mg, Zink Pulver: Mg, Zn Oberflächenaktivierung: I2, ICH2CH2I, Dioxan, Ultraschall Amalgamierung (Hg): Mg, Zn Cu-Paare Mg, Zn Legierung (K) Na (Na/K Smp < 40C) Metallorganische Chemie

Reduktiver Halogenaustausch SET: single electron transfer Mechanismus Radikalkombination Mg + Zn Stabile Radikale Bn-Br Reaktion mit SM: SN / E2 2. SET schnell bei elektropositiven M: Na, Li Metallorganische Chemie

Reduktiver Halogenaustausch 1. SET ist nahezu unabhängig vom Halogen SN2 Kupplung von SM und Produkt ist Halogen-abhängig nBuCl reagiert nur sehr langsam mit nBuLi: nBuCl + nBuLi s1/2 = 40 h Et2O 25°C nBuBr + nBuLi s1/2 = 0.5 h Et2O 25°C nBuI + nBuLi s1/2 = 0.1 h Et2O 25°C Reduktiver Halogenaustausch zu den Li-Organylen (sp3) geht besser mit Chloriden Metallorganische Chemie

Reduktiver Halogenaustausch von Arylhalogeniden 1. SET ist nahezu unabhängig vom Halogen SNAr Kupplung von SM und Produkt ist äusserst selten (Nitro- bzw Akzeptoraromaten werden ohnehin reduziert) Reduktiver Halogenaustausch zu den Li-Organylen (sp2) geht besser mit Bromiden und Iodiden Metallorganische Chemie

Reduktiver Halogenaustausch 1. SET ist abhängig vom Metall SN2/SNAr (via Arenmechanismus) Kupplung von SM und Produkt ist Metall-abhängig Reduktiver Halogenaustausch geht nur mit Lithium gut Na, K zunehmend schlechter Metallorganische Chemie

Lithium-Alkylid Darstellung MeLi 70g (10 mol) Lithium-Stücke und 200 ml Et2O werden im hermetisch luftdicht verschlossenem (Hg-Dichtung/Schlenk) 4 L Kolben intensiv gerührt (kein Teflonrührfisch!) 0.25 L MeCl (5 mol bei -25°C) werden als Gas (Sdp -24.2°C) eingeleitet. Sobald die Mischung trübe wird und das Li glänzt, wird auf 0°C gekühlt und 2 L Et2O portionsweise zugegeben. Nach ca 1 h ist alles MeCl absorbiert und das meiste Lithium abreagiert. 15 min Reflux treiben restliches MeCl aus. Die Lösung wird unter Schutzgas filtriert (Glaswolle): ca 2L 2.0 M salzfreie Lösung in Et2O Wieso kaufe ich das nicht bei Aldrich? 1.) Gibt es nicht bei Aldrich (salzfrei) 2.) maximale Versandgrösse: 1 L pro LKW (CH) Sicherheitsrisiko: selbstentzündlich Wieso nicht? AK Rehan trocknet THF über Na und Magnetrührer Metallorganische Chemie

Lithium-Alkylid Darstellung Metallorganische Chemie TU Darmstadt 27.03.2017 Lithium-Alkylid Darstellung tBuLi eine Suspension von 1% Na in 1 mol Lithiumdispersion in Pentan (1 L) wird rückflussiert, unter intensivem Rühren (und Schutzgas) wird tBuCl (470 mL, 0,4 kg, 0,43 mol) mit 2 mL tBuOH zugetropft. Nach Zugabe von ca 10 ml startet die exotherme Reaktion. Die Heizung wird entfernt und langsam über 3 h zugetropft. 30 min auf RT abkühlen. Unter Schutzgas durch Fritte (4-8 mm) filtrieren und abfüllen: ca 0.3 M Lösung. Pyrophore Lösung, der pyrophore Filterkuchen wird auf Trockeneis gegeben oder mit trockenem Sand vermischt. Molotov Cocktail für Fortgeschrittene Kommerziell: 2 L tBuLi 2.0 M in Pentan ca 200 € Niemals eine Flasche verleihen oder teilen! Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Kommerzielle Lithium-Alkyle nBuLi: Kommerziell 100 mL bis 35.000 L 15-90% in Hexan 20% in Cyclohexan, Toluol secBuLi: Kommerziell 100 mL bis 35.000 L 10% in Isopentan tBuLi: Kommerziell 100 mL bis … 15% in Pentan, Hexan MeLi: CH – 1 L (pro Ladung) 5% in Et2O Metallorganische Chemie

Tägliche Zerfallsraten Temperatur nBuLi nBuLi (90%) secBuLi 0°C 0,00001 0,0005 0,003 5°C 0,0002 0,0011 0,006 35°C 0,017 0,11 0,32 b-Eliminierung Alken und Lithiumhydrid Aufbewahrung bei << 5°C Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie nBuLi Zerfallsraten Ether Temperatur t1/2 Et2O 25°C 6 d Glyme 25°C 5 min THF 0°C 24 h THF -30°C 5 d Metallorganische Chemie

Transmetallierungsodyssee SN Transmetallierung SE front Nur ein Li+ dissoziiert Transmetallierung SET oder 4e 4Z Metallorganische Chemie

Addition an Doppelbindungen Metallorganische Chemie

Addition an Doppelbindungen Keine SN‘ Substitution, sondern Addition/Eliminierung SN‘ SN2 Metallorganische Chemie

Addition an Doppelbindungen Addition/Eliminierung Antiperiplanare Eliminierung Nachbargruppeneffekt Neighbouring group participation Anchimeric assistance Metallorganische Chemie

Addition an Doppelbindungen Synfaciale-Carbomagenesierung 1.) Abbau der Ringspannung „60°“ sp2: 120° sp3 : 109° 2.) Elektrophiles Alken LUMO HOMO Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie TU Darmstadt 27.03.2017 Eliminierungen E1 E2 E1 Der geschwindigkeitsbestimmende Austritt der Fluchtgruppe wird gefolgt von Umlagerung zum stabilen Kation and abschliessender Deprotonierung. Stereochemische Informationen gehen meist verloren. Reaktion 1. Ordnung E1CB E2 Die Deprotonierung durch die Base und Austritt der Fluchtgruppe erfolgen konzertiert. Syn- oder antiperiplanare Anordnung sind möglich. Hochgeordneter Übergangszustand mit starker Entropieabnahme. Reaktion 2. Ordnung E1cb Deprotonierung eines aciden Zentrums liefert die konjugierte Base Im geschwindigkeitsbestimmenden Schritt tritt die Fluchtgruppe aus Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie TU Darmstadt Eliminierungen 27.03.2017 E2 Mechanismen: konzertiert! Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Corey-Fuchs Alkinsynthese Metallorganische Chemie TU Darmstadt 27.03.2017 Corey-Fuchs Alkinsynthese Halogen Metall Austausch Betain Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Metallorganische Chemie Corey-Fuchs Synthese Wittig Reaktion Halogen Metall Austausch a-Eliminierung Metallorganische Chemie Carbenumlagerung

Carbene / a-Haloanionen sp3 und sp Hybride a-Eliminierung Carbeninsertion Metallorganische Chemie

Carbene / a-Haloanionen keine a-Eliminierung sp3 und sp2 Hybride Br: Orbitalüberlappung verhindert sp2 => Retention Metallorganische Chemie

Gesteuerte Ortho-Lithiierung V. Snieckus: DOM Directed ortho metalation Kinetische Acidität Metallorganische Chemie

DOM directed ortho metalation Methoxymethyl: MOM- MOM-Cl: flüchtig, cancerogen Selektive Lithiierung ist möglich, DOM ergänzt die SEAr Metallorganische Chemie

Halogen Dance 4-Pyridyl-H Kinetische Azidität Sterisch gehindert, ortho-dirigierend DOM Aren Metallorganische Chemie

Dissolving metal reduction: Natrium SET single electron transfer Einzige Struktur in der ein Aromat bewahrt wird Metallorganische Chemie

Natrium: Birch ReduKtion Tetrahydronaphthalin Metallorganische Chemie

Dissolving metal reduction: Acyloin Kondensation R. Brückner Reaktionsmechanismen 2. Aufl., VCH 2002S. 786 Bouvault Blanc Reduktion Acyloin Metallorganische Chemie

Keton -> Ketyl Reduktion Absolutieren von THF (Tetrahydrofuran) über Na (K)/Benzophenon entfernt: H2O und O2 Ketylradikal ist blau Metallorganische Chemie

Stereoselektive Keton-Reduktion Metallorganische Chemie

Stereoselektive Reduktion Konkave Seite 1,3-diaxiale Interaktion Kombination aus sterischer Abschirmung und Stereoelektronik: unsymmetrisches C=O Grenzorbital Ungehinderte Konvexe Seite Kleinere Orbitallappen Metallorganische Chemie

Stereoselektive Allylierung Allylierung axial equatorial M = ZnBr 15% 85% Lewis-S./Ladung M = MgBr 55% 45% Lewis-S./Ladung M = Li 65% 35% Orbitalkontr. M = Na 65% 35% Orbitalkontr. M = K 63% 37% Orbitalkontr. Konkave Seite 1,3-diaxiale Interaktion Ungehinderte, konvexe Seite Kleinere Orbitallappen Metallorganische Chemie Lewis Säure assistiert

Pinakolkupplung Grignard Magnesium Organyle Pinakolkupplung Grignard Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Pinakol Kupplung Pinakol Metallorganische Chemie

Pinakol Kupplung mit SmI2 Verschwendung von Samarium Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Heteropinakol mit SmI2 Reduktive N-O Spaltung Metallorganische Chemie

Hetero-Pinakol mit SmI2 9 eq SmI2 notwendig Nur Intramolekular möglich Intermolekular: C=O + C=O Diazonamid A Synthese K.C. Nicolaou Angew. Chem. 2003, 115 (16), 1795 http://dx.doi.org/10.1002/ange.200351112 Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Grignard Darstellung Mg: Oxidative Addition C: Reduktive Metallierung LM: Et2O, THF, Dioxan, DCM Additive: I2, 1,2-Dibromethan, Dioxan, TMEDA, HgCl2 -> Amalgam, Ultraschall Mg 98,5% reicht aus (99,99% tut es aber auch) Pulver: neu, inert gelagert, sonst kontaminiert Späne (wenig kontaminierte Oberfläche) Rieke Mg: MgCl2 + Li/Naphthalin -> Mg + LiCl Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Grignard - Struktur Im Kristall: verzerrter Tetrader Abstände in pm Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Grignard Reaktionen RMgX/RLi Brände Nicht mit CO2 löschen! -> (RCO2)2Mg/RCO2Li Nicht mit H2O löschen (Belgrano)! Reagieren mit Halon! Pulver- oder Schaumlöscher verwenden Feuerlöscher und Sand vorher bereitstellen Metallorganische Chemie

Metallorganische Chemie Grignard Reaktionen Inerte Atmosphere Et2O oder DCM Schutzgasmantel Rückfluss Ballontechnik Bubbler/Doppelnadeltechnik Schlenk-Technik Metallorganische Chemie

Inertgastechniken: Ballon Metallorganische Chemie TU Darmstadt 27.03.2017 Inertgastechniken: Ballon Heavy duty Ballons für die Hydrierung verwenden. Sauerstoff diffundiert in normale Ballons innerhalb von Stunden S. 13 Wakefield Einfach, billig Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Inertgas: Bubbler Schutzgasauslass Schutzgaseintritt Rückschlagvolumen Firestone valve Rückschlagventil € 200 Schutzgaseintritt Rückschlagvolumen Metallorganische Chemie

Inertgas: Doppelnadel Schutzgaseinlass Metallorganische Chemie

Inertgas: Schlenk-Technik Metallorganische Chemie TU Darmstadt 27.03.2017 Inertgas: Schlenk-Technik Inertgas Vakuum Dreiwegehahn Teflon ist nicht Hygroskopisch Teflonschlauch statt Glas! Reaktionskolben Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

Wann ist ein Glaskolben trocken? 2 mg H2O = 0.1 mmol Temperatur t 120°C 24 h 140°C 2h 100°C/2 mbar Minuten Metallorganische Chemie

Schlenk-Gleichgewicht Zugabe von Dioxan fällt MgX2•Dioxan Dominiert X= Br/I und LM = Dioxan Chelatbildner => MgX2•TMEDA Polare Donor-LM Dominiert X= Cl und LM = Et2O/DCM Metallorganische Chemie

Titration von RMgX/RLi Reagentien Aliquot in trockenem THF oder Et2O lösen. Mit 2-Butanol gegen Indikator titrieren N-Phenylnaphthylamin 1,10-Phenanthrolin Metallorganische Chemie

Reaktivität von RMgX Das Keton ist reaktiver als der Ester Weinreb-Amid Mercaptopyridin anchimeric assistance Metallorganische Chemie

Reaktivität von RMgX Weinreb Amid reduziert Reaktivität Mercaptopyridin erhöht Reaktivität Metallorganische Chemie