Universität zu Köln

Biphenylbisfenchol-Phosphan-Systeme (BIFOPs): Synthesen, strukturelle Studien & Einsatz in enantioselektive Katalyse

Kop-Weiershausen, Kristina Tina (2006) Biphenylbisfenchol-Phosphan-Systeme (BIFOPs): Synthesen, strukturelle Studien & Einsatz in enantioselektive Katalyse. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    1. ZUSAMMENFASSUNG Der Bedarf an enantiomerenreinen Substanzen (Pharmaka, Feinchemikalien,...) erfuhr in den letzten Jahren ein ständiges Wachstum. Metall-Ligand-Komplexe und Organo-Katalysatoren ermöglichen einen Zugang zu enantiomerenreinen Substanzen. Der Bedarf an neuen, hocheffizienten chiralen Liganden ist folglich gestiegen. Die chiralen Phosphor-Liganden liefern aufgrund ihrer Donor- (Übergangssmetall-Katalyse) und Akzeptor-Eigenschaften (Lewissäuren) ein breites Spektrum in der Anwendung der enantioselektiven Katalyse. In der vorliegenden Arbeit werden Synthesen und Charakterisierung von chiralen, auf C2-Biaryl-Rückgrat basierenden, neutrale, nukleophile und elektrophile Biphenylbisfenchol-Phosphor-Liganden (M-BIFOPs) und deren Einsatz in der enantioselektiven Katalyse vorgestellt. Halogenphosphite sind hochreaktive Intermediate und reagieren in der Regel in situ schon bei tiefen Temperaturen mit Alkoholen oder Aminen zu den entsprechenden Phosphor-Liganden. Hier vorgestellte Halogenphosphite M BIFOP-Cl 1 und M BIFOP Br 2 konnten dagegen isoliert und erstmals röntgenspektroskopisch charakterisiert werden. Weitere Reaktionen (unter drastischen Bedingungen) von Chlorophosphit 1 führt zu dem Hydridophosphit (M BIFOP-H 3), den Phosphoniten (M BIFOP-Et 4, M BIFOP-nBu 5 und M BIFOP-OPh 6) und dem Phosphoramidit (M BIFOP-NEt2 7). Alle BIFOPs wurden als M (Minus)-Konformere hinsichtlich der Biaryl-Achse röntgenspektroskopisch charakterisiert. Die geometrischen Merkmale wurden mit den berechneten P (Plus) Isomeren verglichen und diskutiert. Die katalytische Wirkung der M-BIFOPs (1-10) wurde zunächst in der Kupfer(I)-katalysierten 1,4 Addition von Diethylzink an 2 Cyclohexen-1-on getestet (Umsätze bis 98%, bis 65% ee). Das erstmalig in einer enantioselektiven Katalyse eingesetzte Hydridophosphit M-BIFOP-H 3 lieferte den höchsten Enantiomerenüberschuss von 65%. Bei den trivalenten M-BIFOPs (1-7) wurden deutlich niedrigere Enantioselektivitäten beobachtet (7-16% ee). Diese geringe Selektivität lässt sich durch die sehr hohe sterische Hinderung vom Phosphoratom durch Phenyl- und Fenchyl-Reste in dem chiralen Gerüst erklären. Weiterhin wurde durch den Substituenten X (Cl, Br, H, Et, nBu, OPh, NEt2) an dem Phosphoratom noch zusätzliche sterische Hinderung hervorgerufen. Als eine weitere Reaktion, die M-BIFOPs 1-9 auf ihre katalytische Aktivität zu testen, wurde die Palladium-katalysierte allylische Substitution von 1-Phenylallylacetat mit Natrium-Dimethylmalonat als Nukleophil durchgeführt. Aufgrund des unsymmetrischen Substrats konnte sowohl die Regio- als auch die Enantioselektivität untersucht werden. Auch in dieser enantioselektiven Katalyse lieferte das Hydridophosphit M-BIFOP-H 3 die besten Enantioselektivitäten (65% ee). Diese relativ hohe Enantioselektivität wurde erstmalig, für den Einsatz von monodentaten P-Liganden in allylischen Substitutionen mit 1-Phenylallylacetat als Substrat beobachtet. Die normalerweise gegenüber Nukleophilen sehr reaktiven Halogenphosphite sind in den BIFOP-Systemen M-BIFOP-Cl 1 und M-BIFOP-Br 2 überraschend stabil und wurden hier erstmalig, als Liganden in einer enantioselektiven Katalyse erfolgreich eingesetzt (bis 39 % ee; in der Cu-katalysierten 1,4-Addition reagierten diese mit ZnEt2). Weiter wurde versucht chirale Phosphor-Nukleophile und -Elektrophile herzustellen. Diese sehr reaktiven und luftempfindlichen Nukleophile M-BIFOPΘ 11 und M-BIFOP(O)Θ 12 wurden durch Deprotonierung von M BIFOP-H 3 und M BIFOP(O)-H 8 mit n-Butyllithium hergestellt. Die Isolierung bzw. Charakterisierung dieser Nukleophile erfolgte indirekt durch Hydrolyse mit Deuterium-Oxid und führten zu den Liganden M-BIFOP-D 13 und M-BIFOP(O)-D 14). Die Deprotonierung von M BIFOP H 3 erfolgte nur unter drastischen Bedingungen. Eine äquivalente Menge von n-Butyllithium führte zu der Koordination von M BIFOP H 3 an das n-Butyllithium. Die Deprotonierung von M BIFOP(O) H 8 mit n-Butyllithium erfolgte vollständig schon bei Raumtemperatur. Die Chlorid-Anion-Eliminierung aus M BIFOP Cl 1 und M BIFOP(O) Cl 3 (Abbildung 4 B) konnte auch mit starken Lewissäuren wie Aluminiumchlorid oder Me3SiOTf unter extremen Bedingungen (Überschuss an Reagenz und hohen Temperaturen) nicht eindeutig nachgewiesen werden, hier wurden harzartige Produkte gebildet.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    SUMMARY The requirement for enantiomerically pure substances (pharmaceuticals, fine chemicals, etc.) has been growing continuously during the past years. Metal-ligand-complexes or organo-catalysts afford access to pure enantiomeric substances in enantioselective catalyses. Consequently, investigation of new highly efficient chiral ligands has also been getting more importance. Due to their donor (transition metal catalysis) and acceptor probabilities chiral phosphorus ligands offer a broad spectrum for usage in enantioselective catalysis. This work shows synthesis and characterisation of chiral, C2 diol backbone based, neutral, nucleophilic and electrophilic bisphenyl bisfenchole phosphorus ligands (M-BIFOPs) and their usage in enantioselective catalysis. Halogen phosphites are highly reactive intermediates, usually reacting in situ even at low temperatures with alcohols or amines under formation of the corresponding phosphorus ligands. The halogen phosphite M-BIFOP-Cl 1 and M-BIFOP-Br 2 presented here however could be isolated and characterised for the first time by using X-ray spectroscopy. Further reaction (under harsh conditions) of chorophosphite 1 yielded the hydridophosphite (M BIFOP-H 3), the phosphonite (M BIFOP-Et 4, M BIFOP-nBu 5 as well as M BIFOP-OPh 6) and the phosphoramidite (M BIFOP-NEt2 7). All BIFOPs were formed as M (minus) conformers with respect to their biaryl axis. M-BIFOPs were characterised using X-ray spectroscopy and their geometric properties were compared with their computed P (plus) isomers. Catalytic properties of M-BIFOPs (1-10) were firstly tested by using the copper (I) catalysed 1,4-addition of diethyl zinc on 2-cyclohexene-2-one as model reaction (up to 98% yield, up to 65% ee). The highest enantiomeric excess of 65% was observed by using hydridophosphite M-BIFOP-H 3 whose usage for this purpose is described in this work for the first time. The trivalent M-BIFOPs (1-7) did not show sufficiently high enantioselectivities (7 � 16% ee). Steric shielding of the phosphorus atom caused by phenyl and fenchyl residues in the chiral cage is an explanation for this observation. Furthermore, substituent X causes additional steric hindering. Secondly, the palladium catalysed allylic substitution of 1-phenyl allyl acetate using sodium dimethyl malonate as nucleophilic agent was used for testing the catalytic properties of M-BIFOPs 1-9. Due to the asymmetry of the substrate, regioselectivity as well as enantioselectivity could be investigated. Like in the first reaction, hydridophosphite M-BIFOP-H 3 showed the highest enantioselectivity (65% ee). Less steric hindering of the small residue X = H is an explanation for this observation. This relatively high enantioselectivity was observed for the first time using monodenate phosphorus ligands with 1-phenyl allyl acetate as substrate. Halogen phosphites M-BIFOP-Cl 1 and M-BIFOP-Br 2 also showed catalytic activity (up to 39% ee). Chiral halogen phosphites 1 and 2, whose analoges are known to be highly reactive intermediates, were for the first time successfully employed in this work as ligands in enantioselective catalyses. Finally, syntheses of chiral phosphorus nucleophiles and electrophiles were attempted. Syntheses of these highly reactive and air sensitive nucleophiles was achieved via deprotonation of M BIFOP-H 3 and M BIFOP(O)-H 8 using n-butyl lithium. The formation of 11 and 12 was proved indirectly by hydrolysis with deuterium oxide and lead to the formation of ligands M-BIFOP-D 13 and M-BIFOP(O)-D 14. Deprotonation of M BIFOP H 3 took place only under harsh conditions. Equivalent quantities of n-butyl lithium lead only to coordinative bondage of M BIFOP H 3 on n-butyl lithium. As expected, deprotonation of M BIFOP(O) H 8 by using n-butyl lithium took place quantitatively at room temperature. Elimination of chloride from M BIFOP Cl 1 and M BIFOP(O) Cl 3 (figure 4 B) could not be proved unequivocally, even in the presence of strong Lewis acids like aluminium chloride or Me3SiOTf under extreme conditions (excess of the acid and high temperature), as complex product mixtures were formed.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Kop-Weiershausen, Kristina Tinatinakop-weiershausen@gmx.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-17146
    Subjects: Chemistry and allied sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    enantioselektive , Katalyse , Phosphor , Liganden , PalladiumGerman
    enantioselective , catalysis , phosphorus , ligands , palladiumEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Organische Chemie
    Language: German
    Date: 2006
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 15 February 2006
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 04 Apr 2006 09:04:14
    Referee
    NameAcademic Title
    Goldfuß, BerndProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1714

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