Pauson-Khand und andere Co-vermittelte Reaktionen
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<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion <strong>und</strong> <strong>andere</strong> <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong> | Christian Maaß & Torben Böhnisch Seite 1<br />
1. Einleitung & Geschichte<br />
Die <strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion (PKR) wird zu den<br />
Multikomponenten-<strong>Reaktionen</strong> gezählt <strong>und</strong> kann<br />
als eine formale [2+2+1]-Cycloaddition eines<br />
Olefins, Alkins <strong>und</strong> Kohlenstoffmonoxid beschrieben<br />
werden.<br />
C O<br />
PKR<br />
1971 gelang <strong>Pauson</strong> <strong>und</strong> <strong>Khand</strong> die erste<br />
Reaktion mit stöchiometrischen Mengen<br />
<strong>Co</strong>2(CO)8. Sie erhielten hierbei immer ein<br />
Gemisch von zwei Regioisomeren.<br />
R 1<br />
R 2<br />
R 3<br />
<strong>Co</strong> 2(CO) 8<br />
O<br />
1 R R R2 3<br />
2 R R1<br />
Bis in die 90er Jahre war <strong>Co</strong>2(CO)8 das einzige<br />
verwendete Reagenz. Unter den Originalbedingungen<br />
gelang mit fast allen Alkinen, aber<br />
nur mit gespannten Olefinen (Ausnahme Ethen)<br />
eine Umsetzung. Die Reaktivität der Olefine<br />
allgemein nimmt wie folgt ab:<br />
gespannt-cycl. > terminal > disubs. >> trisubs.<br />
1981 führte Schore die erste intramolekulare<br />
PKR durch. Die intramolekulare PKR benötigt<br />
keine gespannten Olefine <strong>und</strong> besitzt kein<br />
Regioselektivitätsproblem.<br />
E<br />
E<br />
n=2<br />
2. Mechanismus<br />
O<br />
<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong> <strong>und</strong> <strong>andere</strong><br />
<strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong><br />
"CO" E<br />
"CO"<br />
E<br />
Bis auf einige Intermediate (Alkin-Komplex,<br />
Alken-Koordination) ist der Mechanismus noch<br />
relativ unbekannt. Der angenommene<br />
Mechanismus stützt sich auf die beobachtete<br />
Regio- <strong>und</strong> Stereochemie der Produkte.<br />
n<br />
E<br />
E<br />
O<br />
O<br />
n=1<br />
R 3<br />
O<br />
R S<br />
R L<br />
<strong>Co</strong> 2(CO) 8<br />
R S<br />
R L<br />
Koordination (OC) 3<strong>Co</strong> <strong>Co</strong>(CO) 3<br />
Olefininsertion<br />
R2 Koordination L1 R 1<br />
O<br />
R 1<br />
L 1<br />
R S<br />
OC<br />
<strong>Co</strong><br />
R L<br />
L 1<br />
R 2<br />
R L<br />
<strong>Co</strong>(CO) 3<br />
CO<br />
<strong>Co</strong>(CO) 3<br />
<strong>Co</strong><br />
L 2<br />
R S<br />
CO<br />
R1 R2 -CO<br />
+CO<br />
Substitution<br />
R<br />
Koordination L2 2<br />
CO - Insertion<br />
O<br />
R2 "Reduktive<br />
Elimineriung"<br />
R 1<br />
R 2<br />
R 1<br />
L 1<br />
R 1<br />
O<br />
R S<br />
R L<br />
<strong>Co</strong> <strong>Co</strong>(CO) 3<br />
OC CO<br />
<strong>Co</strong><br />
L 2<br />
R S<br />
<strong>Co</strong>(CO) 3<br />
Die Olefinkoordination bestimmt die<br />
Regioisomerie des Produktes, so dass<br />
unsymmetrisch substituierte Olefine ein<br />
Produktgemisch ergeben. Ebenfalls legt die<br />
Koordination des Olefins die Stereochemie fest.<br />
Der größere Substituent des Alkins steht fast<br />
immer in α-Position zur Carbonylgruppe<br />
(sterischer Effekt). Ausnahmen sind nur möglich<br />
wenn das Alken ausschließlich an der Seite des<br />
Alkins mit dem größeren Substituenten<br />
koordinieren kann:<br />
O<br />
1) <strong>Co</strong> 2(CO) 8<br />
2) NMO<br />
Die Reaktion findet hierbei stets nur an einem<br />
<strong>Co</strong>-Atom statt während das <strong>andere</strong> als Anker<br />
fungiert.<br />
DFT-Berechnungen zum Mechanismus zeigen,<br />
dass die Abspaltung eines CO-Liganden den<br />
geschwindigkeitsbestimmenden Schritt darstellt.<br />
Zudem lässt sich damit erklären, wieso bei der<br />
intermolekularen PKR meist gespannte Olefine<br />
nötig sind. Das Auflösen der Doppelbindung bei<br />
der Insertion ist nämlich ein Energiemaximum im<br />
Mechanismus.<br />
O<br />
CO<br />
R L<br />
R S<br />
RL<br />
O
<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion <strong>und</strong> <strong>andere</strong> <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong> | Christian Maaß & Torben Böhnisch Seite 2<br />
3. Entwicklungen<br />
3.1. Reaktionsbedingungen<br />
Um die PKR auch für <strong>andere</strong> Substrate unter<br />
nicht zu drastischen Bedingungen (hohe<br />
Temperaturen, hohe CO-Partialdrücke) <strong>und</strong> für<br />
eine Vielzahl von Substraten zugänglich zu<br />
machen, wurde viel an der Optimierung der<br />
Reaktionsbedingungen geforscht.<br />
Viele wichtige Entwicklungen sind hier bei den<br />
Promotoren gemacht worden, wobei die<br />
wichtigste Spezies die N-Oxide sind.<br />
Bedeutendste Vertreter der N-Oxide sind<br />
Trimethylamin-N-Oxid (TMANO) <strong>und</strong> N-Methyl-<br />
Morpholin-N-Oxid (NMO). Sie werden hergestellt<br />
über die Oxidation der entsprechenden Amine<br />
(H2O2, Persäuren).<br />
Ihre Wirkung beruht auf der Oxidation eines CO-<br />
Liganden zu CO2, welches nur noch schwach an<br />
das Metall geb<strong>und</strong>en ist <strong>und</strong> damit leicht<br />
dissoziativ entfernt werden kann <strong>und</strong> die<br />
Olefinkoordination vereinfacht.<br />
(CO) nM C O R 3N O<br />
n(OC)M +<br />
O<br />
n(CO)M C<br />
O NR 3<br />
M(CO) n CO 2 NR3<br />
Hierdurch wird die Aktivierungsenergie der<br />
Reaktion herabgesetzt; damit werden viele<br />
<strong>Reaktionen</strong> beschleunigt oder erst möglich<br />
gemacht. Problem der N-Oxide ist ihre<br />
thermische Instabilität, so dass sie nicht für die<br />
katalytische Reaktionsführung geeignet sind.<br />
Weitere Promotoren sind Sulfide, Sulfoxide <strong>und</strong><br />
Amine. Sulfoxide bewirken dabei, ähnlich wie<br />
die N-Oxide, die Oxidation des CO-Liganden.<br />
Sulfide <strong>und</strong> Amine hingegen bewirken eine<br />
Stabilisierung des ungesättigten Komplexes.<br />
Ph<br />
<strong>Co</strong> 2(CO) 6<br />
<strong>Co</strong> 2(CO) 6<br />
Cy-NH 2 (3.5 eq.)<br />
83°C<br />
(79%)<br />
n-BuSMe (3.5 eq)<br />
83°C<br />
(85%)<br />
Bei den Aminen ist zu beachten, dass sie als π –<br />
Donoren stark an den Komplex binden <strong>und</strong> so<br />
schwer wieder zu entfernen sind <strong>und</strong> somit in<br />
Konkurrenz zum Olefin treten können. Aus<br />
diesem Gr<strong>und</strong> sind nur sterisch anspruchsvolle<br />
<strong>und</strong> primäre (elektronenärmere) Amine wie<br />
Aminocyclohexan (Cy-NH2) vorteilhaft.<br />
Ph<br />
O<br />
O<br />
Ph<br />
35°C, 3 Tage<br />
in Et 3N<br />
35°C, 3 Tage<br />
in Et 2NH<br />
35°C, 5 min<br />
in CyNH 2<br />
<strong>Co</strong> 2(CO) 6<br />
<strong>Co</strong> 2(CO) 6<br />
Weitere Forschungen haben die positiven<br />
Wirkungen des Einsatzes von Ultraschall, UV-<br />
Bestrahlung (für CO-Dissoziation), Mikrowellen<br />
sowie des Einsatzes von Molsieben gezeigt.<br />
Je nach Wahl der Atmosphäre ließen sich zudem<br />
unterschiedliche Produkte nachweisen. Man<br />
erhielt so unter H2-Druck Cyclopentanone oder<br />
unter <strong>andere</strong>r Atmosphäre auch Produkte, die<br />
sonst nur Nebenprodukte einer unvollständigen<br />
PKR waren.<br />
3.2. Substrate<br />
Die PKR mit <strong>Co</strong>2(CO)8 toleriert viele funktionelle<br />
Gruppen (Ether, Alkohole, tert. Amine, Acetale,<br />
Ester, Amide, Heterocyclen) <strong>und</strong> läuft meist<br />
problemlos, auch mit Halogeniden sowie<br />
Vinylethern <strong>und</strong> Vinylestern ab.<br />
Nur wenige Enine sind in der intramolekularen<br />
PKR reaktiv. Durch den Einsatz sterisch<br />
anspruchsvoller Substituenten in der Kette kann<br />
die Reaktivität gesteigert werden (Thorpe-Ingold-<br />
Effekt).<br />
E<br />
E<br />
R<br />
R<br />
<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion <strong>und</strong> <strong>andere</strong> <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong> | Christian Maaß & Torben Böhnisch Seite 3<br />
Me<br />
X<br />
R<br />
X<br />
OR<br />
Eine interessante Gruppe von Substraten sind<br />
die Allene. Sie zeigen mit <strong>Co</strong>2(CO)8 zwar keine<br />
Reaktivität wohl aber mit Mo(CO)6.<br />
Je nach Substitution der beiden<br />
Doppelbindungen ergibt sich eine <strong>andere</strong><br />
Reaktivität (Produkt).<br />
R 1<br />
R 2<br />
R 3<br />
O<br />
Mo(CO) 6<br />
R 1 =H<br />
R 2 =H<br />
R 2<br />
C<br />
R 3<br />
Z<br />
Mo(CO) 6<br />
R 1 =H<br />
R 2 =H<br />
Zudem lässt sich mit geeigneten Katalysatoren<br />
die Stereochemie eines Allens sehr gut auf die<br />
Produkte übertragen.<br />
Eine weitere interessante Erweiterung des<br />
Substratspektrums ergibt sich durch die Methode<br />
der „Traceless Tethers“. Hierbei findet zunächst<br />
eine intramolekulare PKR (kein<br />
Regioselektivitäts- <strong>und</strong> Reaktivitätsproblem)<br />
statt, wonach anschließend der Teil der Kette,<br />
der Sauerstoff oder besser Schwefel bzw.<br />
Silizium enthält, reduktiv entfernt wird.<br />
O<br />
Si<br />
4. Katalyse<br />
Ph<br />
R 1<br />
<strong>Co</strong> 2(CO) 8<br />
MeCN, 1%H 2O<br />
Reflux<br />
(74%)<br />
Nachdem die ersten <strong>Reaktionen</strong> mit<br />
stöchiometrischen Mengen <strong>Co</strong>2(CO)8<br />
durchgeführt wurden, wurde aus ökonomischen<br />
<strong>und</strong> praktischen Gründen versucht, die PKR mit<br />
katalytischen Mengen (ca. 5 Molprozent)<br />
durchzuführen. Zu Beginn wurde versucht, dies<br />
mit hohen Temperaturen <strong>und</strong> CO-Drücken zu<br />
verwirklichen, was zur Zersetzung der meisten<br />
Substrate führte.<br />
Die ersten <strong>Reaktionen</strong> mit einem CO-Druck von<br />
1 atm erreichten Livinghouse <strong>und</strong> Krafft Mitte der<br />
90er Jahre.<br />
Livinghouse gelang dies unter Einsatz von UV-<br />
Licht oder Wärme (50-70°C) mit Zusatz der<br />
Lewis-Base Dimethoxyethan (DME). Er<br />
formulierte zudem, dass die Reinheit <strong>und</strong> somit<br />
die richtige Lagerung des Katalysators von<br />
Bedeutung ist für den aktiven Komplex.<br />
Krafft hingegen fügte bei ähnlichen<br />
Temperaturen in DME die Lewis-Base<br />
Aminocyclohexan hinzu <strong>und</strong> erhielt ebenfalls<br />
gute Ausbeuten (94%).<br />
Allgemein stabilisieren Lewis-Basen (wie Amine<br />
<strong>und</strong> Sulfide) den ungesättigten Komplex.<br />
Me<br />
RO<br />
R 1<br />
Ph<br />
R 2<br />
O<br />
R 3<br />
O<br />
O<br />
MeOOC<br />
MeOOC<br />
CO (7 atm), <strong>Co</strong>2(CO)8 (2 mol%) MeOOC<br />
Toluol, 120°C, 10 h<br />
Zusatzstoffe<br />
MeOOC<br />
Zusatzstoffe: 1,2-Dimethoxyethan 8 mol% 94% Ausbeute<br />
Wasser 11 mol% 97% Ausbeute<br />
Später zeigte Jeong die positiven Folgen des<br />
Zusatzes von Phosphanen <strong>und</strong> Phosphiten.<br />
Phosphane lassen sich zudem an Harzen oder<br />
Polystyroloberflächen immobilisieren <strong>und</strong> dienen<br />
somit der heterogenen Katalyse. Durch Ersatz<br />
von CO mit Phosphan-Liganden lässt sich ein<br />
temperaturresistenterer Komplex erzeugen.<br />
4.1. Katalysezyklus<br />
Im Katalysezyklus wird die Bedeutung der Lewis-<br />
Basen deutlich:<br />
R 1<br />
R 2<br />
(OC) 3<strong>Co</strong> <strong>Co</strong>(CO) 3<br />
R 1<br />
R 3<br />
Zyklus 1<br />
CO<br />
L = CO oder LM<br />
R 2<br />
R 4<br />
R 3<br />
OC<br />
L<br />
OC<br />
CO<br />
R 4<br />
O<br />
+<br />
<strong>Co</strong> <strong>Co</strong><br />
CO<br />
R 1<br />
R 2<br />
CO<br />
CO<br />
CO<br />
[<strong>Co</strong>2(CO) 8] + [<strong>Co</strong>4(CO) 12]<br />
Durch die Bildung des inaktiven [<strong>Co</strong>4(CO)12] geht<br />
der Katalysator verloren. Außerdem verläuft die<br />
Reaktion zum Alkin-Komplex nur sehr langsam<br />
<strong>und</strong> somit sehr ineffizient.<br />
R 3<br />
OC<br />
L<br />
OC<br />
R 4<br />
O<br />
+<br />
<strong>Co</strong> <strong>Co</strong><br />
CO<br />
[<strong>Co</strong> 2(CO) 8]<br />
CO<br />
R 1<br />
R 2<br />
+<br />
R 3<br />
CO<br />
CO<br />
CO<br />
CO<br />
R1 R4 Zyklus 2<br />
L = L H<br />
[<strong>Co</strong> 4(CO) 12]<br />
OC<br />
OC<br />
L<br />
OC<br />
OC<br />
OC<br />
+L H<br />
R 2<br />
(OC) 3<strong>Co</strong> <strong>Co</strong>(CO) 3<br />
R 1<br />
<strong>Co</strong> <strong>Co</strong><br />
+<br />
L<br />
<strong>Co</strong> <strong>Co</strong><br />
O<br />
L<br />
L<br />
CO<br />
L<br />
CO<br />
L<br />
R 2
<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion <strong>und</strong> <strong>andere</strong> <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong> | Christian Maaß & Torben Böhnisch Seite 4<br />
Durch den Zusatz der Lewis-Base bilden sich<br />
einerseits stabilisierte ungesättigte Komplexe die<br />
zusätzlich schneller den Alkin-Komplex bilden.<br />
Weiterhin wird der inaktive <strong>Co</strong>-Komplex durch<br />
den Zusatz der Lewis-Base reaktiviert <strong>und</strong> geht<br />
somit nicht verloren.<br />
4.2. Recyclebarer Katalysator<br />
Für die technische Anwendung sind wieder-<br />
verwendbare Katalysatoren von Bedeutung.<br />
Hierbei gibt es momentan drei verschiedene<br />
Methoden.<br />
Die erste Variante erfolgt über eine Zersetzung<br />
von <strong>Co</strong>2(CO)8 über Kieselgel. Anschließend wird<br />
eine heterogene Katalyse unter hohem CO-<br />
Druck ausgeführt, wobei die Ausbeuten für die<br />
ersten vier Zyklen konstant bleiben.<br />
EtOOC<br />
EtOOC<br />
0.1g <strong>Co</strong>/Si<br />
(<strong>Co</strong> 9-10 w%)<br />
CO (20 atm)<br />
130°C, THF<br />
EtOOC<br />
EtOOC<br />
Die nächste Möglichkeit ist die Verwendung von<br />
Aktivkohle mit <strong>Co</strong>balt, welches sich auf Gr<strong>und</strong><br />
seiner großen Oberfläche gut als Katalysator<br />
eignet ist. Das Problem hierbei ist, dass hohe<br />
Temperaturen <strong>und</strong> Drücke notwendig sind.<br />
Die dritte <strong>und</strong> viel versprechende Methode<br />
gelingt über den Einsatz von Nanopartikeln<br />
(Größe: 1µm bis 1nm). Sie besitzen eine große<br />
Oberfläche <strong>und</strong> sind auch bei tieferen Drücken<br />
reaktiv. Mit Nanopartikeln gelang zudem die<br />
erste PKR in wässrigem Medium.<br />
4.3. <strong>Co</strong>2(CO)8 in situ<br />
Auf Gr<strong>und</strong> seiner Eigenschaften (hochtoxisch,<br />
explosiv, leichtentzündlich, luft- <strong>und</strong><br />
hitzeempfindlich), gibt es das Bestreben den<br />
<strong>Co</strong>2(CO)8-Komplex in situ herzustellen. Ein<br />
Beispiel ist die Herstellung aus<br />
[(Indenyl)(cod)<strong>Co</strong>balt(I)] über Reduktion mit CO.<br />
+<br />
Ph<br />
[(Indenyl)(cod)<strong>Co</strong>(I)]<br />
0,01 Äq.<br />
DME, 100°C, 40h<br />
CO (15 atm), 93%<br />
Eine weitere Möglichkeit geht über die Reduktion<br />
[<strong>Co</strong>(acac)2] mit NaBH4, wobei auf Gr<strong>und</strong> der<br />
stark reduzierenden Bedingungen nicht viele<br />
funktionelle Gruppen toleriert werden.<br />
R<br />
<strong>Co</strong>(acac) 2/NaBH 4<br />
CO (30-40 atm)<br />
CH 2Cl2, 100°C, 48h<br />
H<br />
H<br />
O<br />
O<br />
Ph<br />
O<br />
R<br />
4.4. Andere Metalle<br />
Die stöchiometrische PKR wurde bisher mit<br />
vielen Metallen beobachtet (Zr, Ni, Fe, Ti, W, Mo<br />
etc.). Auch heterobimetallische Komplexe (<strong>Co</strong>-<br />
Mo oder <strong>Co</strong>-W) sind aktiv <strong>und</strong> besitzen eine<br />
Bedeutung in der asymmetrischen Katalyse. Die<br />
größte Bedeutung (neben <strong>Co</strong>) in der Katalyse<br />
besitzen jedoch Titan <strong>und</strong> besonders Rhodium.<br />
So besitzt Ti(Cp2)(CO)2 z.B. eine gute Toleranz<br />
gegenüber funktionellen Gruppen. Der davon<br />
abgeleitete chirale Komplex (S,S)(EBTHI)Ti(CO)2<br />
ergibt zudem gute ee-Werte.<br />
X<br />
Cat (5 mol%)<br />
CO (18 psi)<br />
toluene 90°C<br />
R<br />
X=O, (EtO 2C) 2, CH 2 , R=H, Arryl, Alkyl<br />
OC<br />
OC<br />
Ti<br />
Katalysator<br />
X<br />
(S,S)EBTHI)Ti(CO) 2<br />
R<br />
Ausbeute % ee %<br />
Cp 2Ti(CO)2 83-95 -<br />
(S,S)EBTHI)Ti(CO) 2 80-93 75-96<br />
Es gibt viele Rhodium-Katalysatoren (wie z.B.<br />
den Wilkinson-Katalysator), die für die PKR-<br />
Katalyse eingesetzt werden können.<br />
RhCl(PPh 3) 3<br />
1<br />
Ph<br />
Cl P<br />
Rh<br />
Ph3P P<br />
Ph<br />
4<br />
Cl<br />
Rh<br />
PPh3 Ph3P 2<br />
CO<br />
Ph<br />
Ph<br />
[RhCl(CO) 2] 2<br />
5<br />
Cl<br />
P<br />
Ph 2<br />
Rh<br />
Ph 2<br />
P<br />
CO<br />
Cl<br />
Rh<br />
PPh2 P<br />
Ph2 3<br />
CO<br />
Einige müssen hierbei durch Zusatz von<br />
Silbersalzen (�AgCl) aktiviert (siehe Tabelle)<br />
werden.<br />
4.5. CO in situ<br />
Durch den Einsatz <strong>andere</strong>r Metalle als <strong>Co</strong>balt<br />
ergibt sich eine Möglichkeit, ohne CO-<br />
Atmosphäre zu arbeiten.<br />
Kohlenstoffmonoxid selbst ist ein toxisches<br />
Atemgift, was zudem explosiv mit Sauerstoff<br />
reagieren kann. Mit diversen Ir-, Ru- <strong>und</strong> Rh-<br />
Komplexen lässt sich die direkte Nutzung<br />
vermeiden, indem aus aromatischen Aldehyden<br />
CO direkt auf das Metall übertragen wird.<br />
O
<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion <strong>und</strong> <strong>andere</strong> <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong> | Christian Maaß & Torben Böhnisch Seite 5<br />
O<br />
M<br />
M= Ru, Ir, Rh<br />
R H<br />
R<br />
Ox. Add.<br />
M<br />
O<br />
H<br />
Insertion<br />
R<br />
CO<br />
M<br />
H -RH<br />
MCO<br />
Red. El.<br />
Neben der besseren Handhabung zeigte sich<br />
zudem, dass die ee-Werte höher waren als bei<br />
der Verwendung einer CO-Atmosphäre.<br />
O<br />
Ph<br />
+<br />
Ph<br />
CHO<br />
120°C,Ar<br />
Kat<br />
(20 eq)<br />
Katalysator Ausbeute<br />
Rh(dppp) 2Cl 98%<br />
[Rh(cod)Cl] BINAP 89% (82% ee)<br />
5. Asymmetrische Katalyse<br />
Bei der asymmetrischen Katalyse geht es darum,<br />
möglichst enantiomerenreine chirale Produkte zu<br />
erhalten. Hierbei gibt es vier Möglichkeiten die<br />
Stereochemie zu beeinflussen.<br />
5.1. Chirale Substrate („chiral pool“)<br />
Hierbei geht man von chiralen Edukten aus,<br />
deren Chiralität im Produkt erhalten bleibt.<br />
Anwendung finden bei der PKR hauptsächlich<br />
Kohlenhydrate aus denen Enine abgeleitet<br />
werden aber auch Allene.<br />
R<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
1) <strong>Co</strong> 2(CO)8<br />
2) NMO<br />
O<br />
R<br />
H<br />
H<br />
5.2. Chirale Auxilliare<br />
O<br />
Diese Methode funktioniert dadurch, dass das an<br />
das Alkin geb<strong>und</strong>ene Auxilliar, durch<br />
Chelatisierung des Metalles seine Chirale<br />
Information überträgt. Dies führt zu einer<br />
diastereoselektiven Koordination des Olefins,<br />
was diastereomere Produkte zur Folge hat, die<br />
leicht abtrennbar sind.<br />
Die Auxilliare besitzen hierbei meist S-, N- oder<br />
P-Atome die das Metall koordinieren.<br />
H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
AcO<br />
H<br />
O<br />
R<br />
H<br />
Ph<br />
OAc<br />
OAc<br />
O<br />
5.3. Chirale Metallkomplexe<br />
Die erste Möglichkeit chirale Metallkomplexe<br />
herzustellen, funktioniert über chirale Liganden,<br />
die sind meist zweizähnig sind (P-N oder P-S).<br />
Problem hierbei ist, dass nur wenige Liganden<br />
gute ee-Werte für die Metallkomplexe ergeben.<br />
Die <strong>andere</strong> Möglichkeit besteht in der<br />
Verwendung heterobimetallischer Komplexe.<br />
Durch die unterschiedlichen elektronischen<br />
Eigenschaften der beiden Metalle liegt totale<br />
Regioselektivität bezüglich der Olefinkoordination<br />
vor.<br />
Mit Hilfe von Auxilliaren lassen sich zudem gute<br />
ee-Werte erreichen.<br />
Me<br />
O<br />
O<br />
(OC) 2Mo <strong>Co</strong>(CO) 3<br />
N<br />
O<br />
R<br />
R´<br />
norbornadiene O<br />
5.4. Chirale Promotoren<br />
Als chirale Promotoren werden N-Oxide<br />
verwendet, die sich meist aus Naturstoffen<br />
ableiten.<br />
Die Idee hinter dem Einsatz chiraler Promotoren<br />
ist, dass hierbei eine stereoselektive CO-<br />
Dissoziation stattfindet. An die nun freie<br />
Koordinationstelle kann das Olefin koordinieren.<br />
Diese Methode zeigte aber bisher nur mäßige<br />
Erfolge (ee ≤ 45%).<br />
Stattdessen erreicht man große Fortschritte,<br />
wenn anstatt des Olefins zunächst ein chiraler<br />
Phosphan-Ligand koordiniert. Dieser chirale<br />
Komplex wird isoliert <strong>und</strong> liefert anschließend<br />
moderate ee-Werte.<br />
OC<br />
<strong>Co</strong> <strong>Co</strong>(CO) 3<br />
OC CO<br />
R<br />
Brucine<br />
N-Oxide<br />
R 3P<br />
O<br />
R<br />
N<br />
R<br />
O<br />
R´<br />
OC <strong>Co</strong><br />
norbornadiene<br />
<strong>Co</strong>(CO) 3<br />
R<br />
NMO<br />
R3P CO<br />
ee > 68%<br />
O<br />
H<br />
H<br />
Me<br />
O<br />
H<br />
H<br />
ee > 78%
<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion <strong>und</strong> <strong>andere</strong> <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong> | Christian Maaß & Torben Böhnisch Seite 6<br />
6. Anwendung der PKR<br />
Die Cyclopentenon-Einheit ist ein wichtiger<br />
Bestandteil vieler Naturstoffe, weshalb die PKR<br />
für zahlreiche Synthesen eingesetzt wurde.<br />
Eine weitere Anwendung ist die Fenestran-<br />
Synthese. Fenestrane stellen den Versuch dar,<br />
planaren Kohlenstoff zu erzeugen. Die<br />
Synthesen funktionieren hierbei meist über<br />
Domino-PK-Reaktion.<br />
OSiMe 3<br />
[<strong>Co</strong> 2(CO) 8]<br />
O<br />
OSiMe 3<br />
H<br />
O O<br />
H<br />
OSiMe3<br />
Solche Systeme werden durch π – Systeme<br />
stabilisiert, aber sind dennoch nur bei tiefen<br />
Temperaturen oder in der Xenon-Matrix stabil.<br />
7. Andere <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong><br />
7.1. Vollhardt-Reaktion<br />
Die Vollhardt-Reaktion ist formell eine<br />
Trimerisierung von Alkinen (Ethin) zu<br />
aromatischen Systemen (Benzol).<br />
Im Mechanismus erfolgt zunächst die<br />
Koordination von zwei Alkinen, bevor eine<br />
Reaktion mit dem dritten stattfindet. Die Bildung<br />
des Aromaten erfolgt dann über eine [4+2]<br />
Cycloaddition oder eine Insertion des dritten<br />
Alkins in eine <strong>Co</strong>–C Bindung.<br />
Auf diese Weise lassen sich „aromatische“<br />
Systeme mit lokalisierten Doppelbindungen<br />
darstellen, da durch die Konjugation der<br />
Doppelbindungen Antiaromaten entstehen<br />
würden (entaromatisiertes Benzol).<br />
H<br />
Weiterhin lassen sich Phenanthrenderivate durch<br />
geeignete Alkine darstellen, die für die Synthese<br />
von Naturstoffen gebraucht werden. So z.B. das<br />
Steran, das das Gründgerüst für viele Steroide<br />
darstellt.<br />
7.2. Nicholas – Reaktion<br />
Bei der Nicholas-Reaktion finden <strong>Reaktionen</strong> an<br />
dem an das <strong>Co</strong> koordinierte Alkin statt.<br />
Hierbei werden Alkohole oder Halogene am<br />
Nachbarkohlenstoff des Alkins durch<br />
Protonierung bzw. durch Abstraktion mit einer<br />
Lewis-Säure entfernt.<br />
R 1<br />
R 2<br />
R 3<br />
OH<br />
<strong>Co</strong> 2(CO)8<br />
HPF 6<br />
R 1<br />
R 2<br />
(OC) 3<strong>Co</strong> <strong>Co</strong>(CO) 3<br />
R 3 PF6<br />
An dem isolierbaren Kation sind eine Vielzahl an<br />
<strong>Reaktionen</strong>, im Vergleich zu nicht koordinierten<br />
Substraten, deutlich erleichtert.<br />
8. Ausblick<br />
Die <strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong> Reaktion ist durch die<br />
Weiterentwicklung zu einer wichtigen Reaktion<br />
bei der Synthese von 5-, 6- <strong>und</strong> 7- Ringen<br />
geworden. Insbesondere im Bereich der<br />
Naturstoffe sind komplexe Moleküle leicht <strong>und</strong> in<br />
wenigen Schritten aufzubauen.<br />
Durch den Einsatz neuer Katalysatoren <strong>und</strong><br />
Anpassung der Reaktionsbedingungen erhält die<br />
PKR ein immer breiteres Anwendungsspektrum.<br />
Die Entwicklung wieder verwendbarer Katalysatoren<br />
ist für technische Prozesse eine<br />
bedeutende Weiterentwicklung.<br />
Des Weiteren kann durch die asymmetrische<br />
Katalyse oft eine gute Enantioselektivität erzielt<br />
werden.<br />
Trotz aller Fortschritte in der Entwicklung der<br />
Substrate ist die Reaktion immer noch relativ<br />
substratspezifisch, so dass die direkte<br />
Anwendung meist schwer fällt. Die Methode der<br />
„Traceless Tethers“ könnte hierbei einen Ausweg<br />
darstellen.<br />
Neben den klassischen <strong>Co</strong>balt-Komplexen<br />
eröffnen spätere Übergangsmetallkomplexe<br />
interessante neue Möglichkeiten der PKR.<br />
Durch vollständige Aufklärung des Mechanismus<br />
könnten Fortschritte in der Regio- <strong>und</strong><br />
Stereochemie gemacht werden.
<strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion <strong>und</strong> <strong>andere</strong> <strong>Co</strong>-<strong>vermittelte</strong> <strong>Reaktionen</strong> | Christian Maaß & Torben Böhnisch Seite 7<br />
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