AA - Asymmetric Aminohydroxylation

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1 AA - Asymmetric Aminohydroxylation
Metallorganische Chemie TU Darmstadt 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. Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

2 AA - Asymmetric Aminohydroxylation
Metallorganische Chemie TU Darmstadt 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. Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

3 Metallorganische Chemie TU Darmstadt
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

4 Metallorganische Chemie TU Darmstadt
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

5 Metallorganische Chemie TU Darmstadt
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

6 Metallorganische Chemie TU Darmstadt
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), Metallorganische Chemie Prof. Boris Schmidt

7 Metallorganische Chemie
Carbene Metallorganische Chemie

8 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

9 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

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

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

12 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

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

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

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

16 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

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

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

19 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

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

21 Metallorganische Chemie
Dötz Reaktion Me3NO -> Me3N Metallorganische Chemie

22 Dötz Reaktionsmechanismus
Me3OBF4 Metallorganische Chemie

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

24 Vitamin K durch Dötz Reaktion
Metallorganische Chemie

25 Dötz Reaktionsbeispiele
Metallorganische Chemie

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

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

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

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

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

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

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

33 Metallorganische Chemie
Nozaki Reaktion Metallorganische Chemie

34 Metallorganische Chemie TU Darmstadt
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

35 Nozaki Reaktion Cr kontaminiertes Nickel Metallorganische Chemie

36 Nozaki-Hiyama-Kishi Reaktion
Metallorganische Chemie

37 Nozaki-Hiyama-Kishi Reaktion
Eleutherobin Metallorganische Chemie

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

39 Stereoselektive h6-Aren-Komplexierung
Metallorganische Chemie

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

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

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

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

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

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

46 1 Auxiliar -> beide Enantiomere
Metallorganische Chemie

47 Metallorganische Chemie
Metallierte Enzyme Metallorganische Chemie

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

49 Metallorganische Chemie
Hämoglobin Metallorganische Chemie

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

51 Metallorganische Chemie
Hemoglobin Metallorganische Chemie

52 Porphyrine: Chlorophyll-a
Metallorganische Chemie

53 Chlorophyll Röntgenstruktur 1AIG
Metallorganische Chemie

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

55 Bombardierkäfer Chinone
Metallorganische Chemie TU Darmstadt Bombardierkäfer Chinone 2 H2O 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

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

57 Vitamin K durch Katalyse
MeReO3 H2O2 Metallorganische Chemie

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

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

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

61 Metallorganische Chemie
Vitamin B12 Cobalamin Methyl Kobalt Porphyrin Metallorganische Chemie

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

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

64 Metallorganische Chemie
Pauson Khand Reaktion Review S. E. Gibson Angew. Chemie 2003, 115 (16), Metallorganische Chemie

65 Pauson Khand Reaktionsmodell
Metallorganische Chemie

66 Pauson Khand: Additive
Metallorganische Chemie