16.01.2013 Aufrufe

Pauson-Khand und andere Co-vermittelte Reaktionen

Pauson-Khand und andere Co-vermittelte Reaktionen

Pauson-Khand und andere Co-vermittelte Reaktionen

MEHR ANZEIGEN
WENIGER ANZEIGEN

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.

<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 />

Verwendete Literatur<br />

� Organocobalt <strong>Co</strong>mplexes; I. U. <strong>Khand</strong>, G. R. Knox, P. L. <strong>Pauson</strong>, W. E. Watts, J. Chem.<br />

Soc. Perkin Trans. I 1973, 977-983.<br />

� The utility of vinyl ethers an vinyl esters in the <strong>Khand</strong> reaction; William J. Kerr, M.<br />

McLaughlin, P. L. <strong>Pauson</strong>, S. M. Robert, J. Organomet. Chem. 2001, 630, 104-117.<br />

� Neue Entwicklungen der <strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong>-Reaktion; O. Geis, H.-G. Schmalz, Angew. Chem.<br />

1998, 110, 955-958.<br />

� The <strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong> reaction, a powerful synthetic tool for the synthesis of complex<br />

molecules; J. Blanco-Urgoiti, L. Anorbe, L. Perez-Serrano, G. Dominguez, J. Perez-Castells,<br />

Chem. Soc. Rev. 2004, 33, 32-42.<br />

� Synthesis of cyclopentenones; N. Y. Lee, Y. K. Chung, Tetrahedron Lett. 1996, 37, 3145-<br />

3148.<br />

� Regiochemistry in the <strong>Pauson</strong>-<strong>Khand</strong> Reaction: Has a Trans Effect Been Overlooked?; F.<br />

Robert, A. Milet, Y. Gimbert, D. Konya, A. E. Greene, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5396 –<br />

5400.<br />

� Chemistry and Synthetic Utility of <strong>Co</strong>balt-<strong>Co</strong>mplexed Propargyl Cations; K. M. Nicholas, J.<br />

Am. Chem. Soc. 1987, 20, 207.<br />

� Nanopartikuläre Katalysatoren <strong>und</strong> neue katalytische Anwendungen auf Basis der Metalle<br />

<strong>Co</strong>balt <strong>und</strong> Rhodium; Jean-Luc Muller, Aachen, 2007.<br />

� <strong>Co</strong>balt <strong>vermittelte</strong> [2+2+2]-Cycloadditionen: eine ausgereifte Synthesestrategie; K. P. C.<br />

Vollhardt; Angew. Chem. 1984, 96, 525-541.<br />

� <strong>Co</strong>balt-Catalyzed Cyclotrimerization of Alkynes: The answer to the puzzle of Parallel<br />

Reaction Pathways; N. Agenet, V. Gandon, K. P. C. Vollhardt, M. Malacria, C. Aubert, J.<br />

Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8860-8871.

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!