Jahresbericht 2007 - Leibniz-Institut für Katalyse

Themenleiter:
Dr. Marko Hapke
Tel.: (0381) 1281 - 213
Fax: (0381) 1281 - 51213
marko.hapke@catalysis.de
Kooperation:
Dr. Barbara Heller
Cycloadditionen Cycloadditionen
R=Ph: ‚NAPHEP’
Cycloadditionen
Zielsetzung
Die Schwerpunkte der Untersuchungen lagen in der Darstellung von
axial-chiralen Biarylderivaten und deren Einsatz in stereoselektiven
Reaktionen, der Synthese von chiralen Pyridylalkoholen und
Untersuchung neuer Substrate für Cycloadditionsreaktionen. Im
Rahmen einer Kooperation wurden auch Hydroheterofunktionalisierungsreaktionen
von polaren Substraten an Acetylenen untersucht.
Ergebnisse
CHIRALE PYRIDINE UND AXIAL-CHIRALE BIARYLE
Chiralität in ihren vielfachen Spielarten bildet eine der Grundlagen
allen Lebens. Axial-chiralität als Stereoelement in rotationsgehinderten
Biarylen hat seit ihrer Entdeckung als „chemische Kuriosität“ bis
zur ihrer Anerkennung als wichtige stereochemische Funktion
in natürlichen und synthetischen Biarylen ein weitestgehendes
„Nischendasein“ geführt. Seit erkannt wurde, dass die
Konfiguration an der Biarylachse der entscheidende Faktor für die
pharmakologischen Eigenschaften einer bioaktiven Verbindung sein
kann und dass Axial-chiralität die Grundlage für nützliche Reagentien
und Katalysatoren in der asymmetrischen Synthese bildet, nimmt das
Interesse sowohl der pharmazeutischen als auch der akademischen
Forschung an axial-chiralen Biarylen beständig zu.
Im Verlaufe unserer Untersuchungen konnten wir neben der
asymmetrischen Synthese von axial-chiralen 2-Arylpyridinen [1]
auch eine neuartige effektive 2-Schritt-Synthese zu axial-chiralen
Biarylen aufzeigen [2]. Dabei gelingt es über asymmetrische
Kreuz-Cyclotrimerisierungen axial-chirale Biphenyle herzustellen,
die eine Phosphoryl-Einheit tragen, welche über eine einfache
nachfolgende Reduktion in die entsprechenden Phosphine
transformiert wird. Durch detaillierte Untersuchungen konnten wir
die Enantioselektivität der Cyclotrimerisierungsreaktion optimieren
und mit der Hilfe von Kreuzexperimenten erste Hinweise zur Natur
der katalytisch aktiven Metallacyclopentadien-Spezies geben. Wir
haben so einen atomökonomisch sehr günstigen Zugang zu chiralen
Molekülen aufgezeigt, die wiederum in anderen Synthesen als
axial-chirale einzähnige N- oder P- oder auch als zweizähnige N,Ooder
P,O-Liganden genutzt werden können.
Daneben haben wir eine zweistufige Synthese von chiralen
Pyridylalkoholen entwickelt, die ausgehend von Aldehyden
durch asymmetrische Cyanierung und anschließende
[2+2+2]-Cycloaddition einen einfachen Zugang zu chiralen
Pyridylalkoholen bietet. Die im ersten Schritt eingeführte Chiralität wird
durch die milden Bedingungen im zweiten Schritt vollständig erhalten
[3]. Die Einführung von achiralen Pyridinringsystemen in Synthesen
von Vitamin B6-artigen Molekülen u. a. durch photokatalysierte
Cycloaddition wurde ebenfalls weiterentwickelt [4]. Die präparativen
Anwendungen und die mechanistischen Feinheiten beim Einsatz der
übergangsmetallkatalysierten Cycloadditionsreaktionen zur Synthese
von Pyridinderivaten wurden in einem Übersichtsartikel dargestellt
[5].
HYDROHETEROFUNKTIONALISIERUNGSREAKTIONEN AN
ACETYLENEN
Im Rahmen einer Industriekooperation zur Erkundung neuer
Möglichkeiten zur Darstellung von interessanten Additionsprodukten
von ungesättigten Substraten wurde die Hydroheterofunktionalisierung
von Acetylen bearbeitet. Hierbei spielt die durch späte
Übergangsmetallkomplexe katalysierte Anlagerung von polaren
Substraten eine bedeutende Rolle. Die Gewinnung interessanter
Ausgangsstoffe für weitere Umsetzungen lässt sich so auch in
größerem Maßstab realisieren.
Literatur
[1] A. Gutnov, B. Heller, C. Fischer, H.-J. Drexler, A. Spannenberg, B.
Sundermann, C. Sundermann, Angew. Chem. 2004, 125, 3883-3886; Angew.
Chem. Int. Ed. 2004, 43, 3795-3797.
[2] B. Heller, A. Gutnov, C. Fischer, H.-J. Drexler, A. Spannenberg, D.
Redkin, C. Sundermann, B. Sundermann, Chem. Eur. J. 2007, 13, 1117-1128.
[3] B. Heller, D. Redkin, A. Gutnov, C. Fischer, W. Bonrath, R. Karge, M.
Hapke, Synthesis 2008, 69-74.
[4] A. Gutnov, V. Abaev, D. Redkin, C. Fischer, W. Bonrath, B. Heller,
Synlett 2005, 1188-1190.
[5] B. Heller, M. Hapke, Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1025-1196.
Kooperationspartner:
DSM Nutritional Products Ltd.
Basel (Schweiz):
Dr. W. Bonrath, Dr. R. Karge
Grünenthal GmbH, Aachen:
Dres. C. und B. Sundermann,
Dr. Saskia Zemolka, Dr. Sven
Frormann
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