Metallorganik Basics:

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

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

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

4 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

5 Synthese von Metallorganylen
Metallorganische Chemie

6 Synthese von Metallorganylen
Metallorganische Chemie

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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 Lithium-Alkylid Darstellung
Metallorganische Chemie TU Darmstadt 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

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

16 Tägliche Zerfallsraten
Temperatur nBuLi nBuLi (90%) secBuLi 0°C 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

17 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

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

19 Addition an Doppelbindungen
Metallorganische Chemie

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

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

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

23 Metallorganische Chemie TU Darmstadt
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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

33 Natrium: Birch ReduKtion
Tetrahydronaphthalin Metallorganische Chemie

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

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

36 Stereoselektive Keton-Reduktion
Metallorganische Chemie

37 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

38 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

39 Pinakolkupplung Grignard
Magnesium Organyle Pinakolkupplung Grignard Metallorganische Chemie

40 Metallorganische Chemie
Pinakol Kupplung Pinakol Metallorganische Chemie

41 Pinakol Kupplung mit SmI2
Verschwendung von Samarium Metallorganische Chemie

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

43 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 Metallorganische Chemie

44 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

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

46 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

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

48 Inertgastechniken: Ballon
Metallorganische Chemie TU Darmstadt 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

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

50 Inertgas: Doppelnadel
Schutzgaseinlass Metallorganische Chemie

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

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

53 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

54 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

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

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