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Anorganische Chemie
Prof. Dr. Werner R. Thiel
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Chirale Liganden
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1.
Enzymatische Synthese von Pyrazolylhexanolen
Zur
Erzielung hoher Stereoselektivitäten bei metallkatalysierten enantioselektiven
Reaktionen müssen die verwendeten Liganden i. A. bestimmte strukturelle
Voraussetzungen erfüllen:
Ein
starres Ligandrückgrat, das die Beweglichkeit des Liganden einschränkt
und die Komplexbildungskonstante erhöht. Dies wird normalerweise durch
Ankopplung der chiralen Fragmente an ein aromatisches Ringsystem erreicht.
Im Fall von chiralen Ferrocendiyl-Liganden legt das Rückgrat auch
die Stereochemie fest.
Voluminöse
Gruppen am chiralen Zentrum, die das Substrat in eine vorgegebene Konformation
zwingen. Voluminöse Gruppen am chiralen Zentrum, die das Substrat
in eine vorgegebene Konformation zwingen.
Ziel
unserer Arbeiten ist es, eine Synthese für chirale Liganden mit einem
starren aliphatischen Rückgrat zu entwickeln. Zusätzlich sollten
diese Liganden folgende Eigenschaften beinhalten:
Beide
Enantiomere der Liganden sollten einfach zugänglich sein.
Sie
sollten einfach in ihren sterischen und elektronischen Eigenschaften variierbar
sein.
Sie
sollten Startverbindungen für eine ganze Familie neuartiger Liganden
darstellen.
Die
Synthese chiraler aliphatischer Pyrazol-Liganden gelang durch die Umsetzung
substituierter Pyrazole mit Epoxicycloalkanen.
Die
(1R,2R)-Enantiomere der so erhaltenen Pyrazolylcyclohexanole
lassen sich enzymatisch
verestern
(Lipase B, candida antarctica), die (1S,2S)-Enantiomere
reagieren nicht.
Die
Gemische aus enantiomerenreinem Ester und Alkohol konnten getrennt werden.
Die absolute Konfiguration der vom Enzym nicht acetylierten (1S,2S)-Enantiomere
wurde mit Hilfe eines Äpfelsäure-Derivates röntgenographisch
bestimmt.
Lipase
B von c. antarctica akzeptiert eine ganze Reihe unterschiedlicher Substituenten
am Pryazol und ergibt ausgezeichneten Enantiomerenüberschüssen
in den Produkten (90-98 % ee). Einzig Pyrazole mit sehr großen Resten
(z. B. 3-Ferrocenyl) werden nicht mehr umgesetzt. Enantiomerenreine Produkte
(ee > 99 %) können durch fraktionierte Kristallisation erhalten werden,
da die racemischen Pyrazolylcyclohexanole in Form wasserstoffverbrückter
Dimere, die enantiomerenreinen Verbindungen in helikaler Anordnung kristallisieren.
Nur das Ferrocenyl-Derivat bildet eine intramolekulare H-Brücke.
Ausgehend
von den Pyrazolylcyclohexanolen waren über stereokontrollierte Reaktionen
eine Reihe neuartiger zwei- und dreizähniger Ligand-Systeme zugänglich.
2.
Enantioselektive Katalyse
Zur
Überprüfung unseres Konzeptes untersuchten wir die enantioselektive
Alkylierung von Benzaldehyd mit Diethylzink in Gegenwart unterschiedlich
substituierter Pyrazolylcyclohexanole.
Wir
erhielten quantitative Ausbeuten und Enantiomerenüberschüsse
von bis zu 80% mit sterisch
anspruchsvollen
Substituenten am Pyrazolyl-Rest.
Verfolgt
man die Zunahme von Ausbeute und Enantiomerenüberschuss mit zunehmendem
sterischen Anspruch der Reste R1 und R2, so erkennt
man, dass hohe Ausbeuten bereits mit relativ kleinen Resten, hohe Enantiomerenüberschüsse
aber erst mit relativ voluminösen Substituenten erreicht werden. Dies
ist ein weiterer Beleg für den von Noyori postulierten zweistufigen
Mechanismus, bei dem der Aminoalkohol mit ZnEt2 zu einem stabilen,
katalytisch inaktiven, dimeren Produkt abreagiert. Erst die Aufspaltung
in das entsprechende Monomer erlaubt die Aktivierung eines weiteren Moleküls
ZnEt2 und des Aldehyds.
3.
Chirale Metall-Komplexe
Die
Pyrazolylcyclohexanol-Liganden bilden Komplexe mit den Elementen der ersten
Übergangsmetallreihe in den Oxidationsstufen +II und + III, von denen
mehrere strukturchemisch charakterisiert wurden.
Als
ausgezeichnet geeignet für die Komplexierung von Übergangsmetallen
erwiesen sich die vom Pyrazolylcyclohexanol abgeleiteten Schiff-Base-Liganden.
Bei der Synthese
der Schiff-Base-Liganden, ist tritt als Zwischenstufe ein Pyrazolylcyclohexanazid
auf. Diese Verbindung ist in Gegenwart von Cu2+ und Pd2+,
welche als Katalysatoren für die Zersetzung von Organoaziden bekannt
sind, stabil. So konnten die ersten Übergangsmetallorganoazid-Komplexe
strukturell charakterisiert werden, bei denen das Azid mit dem alkylierten
Stickstoffatom das Übergangsmetallion koordiniert.
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4.
Chirale Carben- und Phosphanliganden
Die
nucleophile Öffnung von Epoxicycloalkanen gelang ebenfalls mit Imidazol
und verschiedenen P-Nucleophilen. Auf diese Weise waren neuartige chirale
Carben- und Phosphan-Liganden zugänglich.
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W. R. Thiel, 30.09.2004 stat
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