Moderne Strategien in der Organokatalyse Sebastian Motsch Andreas Kapf Seminar zur Vorlesung OC07 28.11.2012

Inhalt Allgemeines Grundlegende Mechanismen Historische Entwicklung Moderne Anwendungen 28.11.2012

Allgemeines Organokatalyse: Katalyse chemischer Reaktionen mit Hilfe kleiner, metallfreier organischer Moleküle Etablierte Katalysatoren: Metallkomplexe Enzyme Kleine organische Moleküle Entdeckung der Organokatalyse als breit anwendbare Alternative erst in den letzten Jahren Entwicklung asymmetrischer organokatalytischer Verfahren Berkessel, H. Gröger, Asymmetric Organocatalysis, WILEY-VCH-Verlag, 2005. P. Dalko, Enantioselective Organocatalysis, WILEY-VCH-Verlag, 2007. 28.11.2012

Vorteile Organokatalysatoren Stabilität unter aeroben Bedingungen Kostengünstig Leicht zugänglich Geringe Toxizität „Green Chemistry“ Immer mehr Prozesse in der Industrie basieren auf Organokatalyse Berkessel, H. Gröger, Asymmetric Organocatalysis, WILEY-VCH-Verlag, 2005. P. Dalko, Enantioselective Organocatalysis, WILEY-VCH-Verlag, 2007. 28.11.2012

Grundlegende Mechanismen Nicht-kovalente Katalyse Substrat-Katalysator-Addukte durch H-Brückenbindungen Protonentransferreaktionen Kovalente Katalyse Bildung kovalenter Addukte zwischen Substrat und Katalysator Berkessel, H. Gröger, Asymmetric Organocatalysis, WILEY-VCH-Verlag, 2005. 28.11.2012

Historische Entwicklung 1832: Benzoinkondensation (J. v. Liebig, F. Wöhler) Erste organokatalytische Reaktion 1912: Asymmetrische HCN-Addition (G. Bredig, P. S. Fiske) Erste asymmetrische organokatalytische Reaktion F. Wöhler, J. Liebig, Ann. Pharm. 1832, 3, 249-282. G. Bredig, P. S. Fiske, Biochem. Z. 1912, 46, 7. 28.11.2012

Historische Entwicklung 1971: Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert-Reaktion Intramolekulare asymmetrische Aldolkondensation Erste organokatalytische Reaktion hoher Stereoselektivität Ab 2000: Verstärkter Einsatz von Organokatalysatoren für die stereoselektive Synthese U. Eder, G. Sauer, R. Wiechert, Angew. Chem. int. Edit. 1971, 10/7, 496 – 497. Z. G. Hajos, D. R. Parrish, J. Org. Chem. 1974 ,39/12, 1615 – 1621. 28.11.2012

Moderne Anwendungen Stereoselektive Varianten klassischer Reaktionen: Aldol-Reaktionen, Cycloadditionen, Michael-Additionen, etc. Klassifizierung der Katalysatoren: Sekundäre Amine: Enamin/Iminiumion-Aktivierung N-Heterocyclische Carbene: Aktivierung durch Umpolung Thioharnstoffderivate: Aktivierung durch Wassterstoffbrückenbildung Zusätzlich: Kombination der Katalysatoren möglich P. R. Schreiner, R. C. Wende, Green Chem. 2012, 14, 1821 – 1849. 28.11.2012

Sekundäre Amine Prinzip: Aktivierung von Carbonylverbindungen durch Bildung von Iminiumion- oder Enaminderivaten Iminiumion-katalysiert: Diels-Alder Reaktionen, Friedel-Crafts-Reaktionen, Michaeladditionen, etc. P. R. Schreiner, R. C. Wende, Green Chem. 2012, 14, 1821 – 1849. 28.11.2012

Sekundäre Amine Enamin-katalysiert: Aldolreaktionen, Mannichreaktionen, Michaeladditionen etc. P. R. Schreiner, R. C. Wende, Green Chem. 2012, 14, 1821 – 1849. 28.11.2012

Sekundäre Amine Beispiele: Asymmetrische Aldolreaktion (List et al.) Asymmetrische Diels-Alder Reaktion (MacMillan et al.) B. List, R. A. Lerner,C. F. Barbas, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395-2396. K. A. Ahrendt, C. J. Borths, D. W. C. MacMillan, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4243-4244. 28.11.2012

Sekundäre Amine Mechanismus: Asymmetrische Aldoladdition B. List, R. A. Lerner, C. F. Barbas, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395-2396. 28.11.2012

Sekundäre Amine Mechanismus: Asymmetrische Diels-Alder Reaktion K. A. Ahrendt, C. J. Borths, D. W. C. MacMillan, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4243-4244. 28.11.2012

N-Heterocyclische Carbene Prinzip: Umpolung des Carbonyl-C-Atoms Addition an Elektrophile P. R. Schreiner, R. C. Wende, Green Chem. 2012, 14, 1821 – 1849. 28.11.2012

N-Heterocyclische Carbene Beispiele: Benzoinkondensation (Enders et al.) Stetter-Reaktion (Rovis et al.) D. Enders, U. Kallfass, Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41/10, 1743 – 1745. M. S. Kerr, J. R. de Alaniz, T. Rovis, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10298-10299. 28.11.2012

Thioharnstoffderivate Prinzip: Nicht-kovalente Katalyse H-Brücken zwischen Katalysator und Substrat Folgereaktionen werden durch LUMO-Aktivierung erleichtert P. R. Schreiner, R. C. Wende, Green Chem. 2012, 14, 1821 – 1849. 28.11.2012

Thioharnstoffderivate Beispiele: Diels-Alder Reaktion (Ricci et al.) C. Gioia, A. Hauville, L. Bernardi, F. Fini, A. Ricci, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9236 –9239. 28.11.2012

Thioharnstoffderivate Mannich-Reaktion (Wenzel et al.) A. G. Wenzel, E. N. Jacobsen, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 12964-12965. 28.11.2012

Kombinationsmöglichkeiten Kopplung der katalytischen Strategien: Verschiedene Organokatalysatoren BrØnstedsäuren und –basen Phasentransferkatalysatoren Polymere Viele Variationsmöglichkeiten Kombination zu Eintopfreaktionen P. R. Schreiner, R. C. Wende, Green Chem. 2012, 14, 1821 – 1849. 28.11.2012

Kombinationsmöglichkeiten Beispiel: Kopplung sekundärer Amine mit N-Heterocyclischen Carbenen (Cordova et al.) G.-L. Zhao, A. Cordova, Tetrahedron Lett. 2007, 48, 5976–5980. 28.11.2012

Kombinationsmöglichkeiten Mechanismus: G.-L. Zhao, A. Cordova, Tetrahedron Lett. 2007, 48, 5976–5980. 28.11.2012

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 28.11.2012