Palladiumkatalysierte C-C-Bindungsknüpfungsreaktionen:

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1 Palladiumkatalysierte C-C-Bindungsknüpfungsreaktionen: Palladium (Pd) hat die Elektronenkonfiguration [Kr] 4d 10 Gruppe VIIIc, spätes Übergangsmetall, xidationsstufen 0 und 2 typische Verwendung: wegen des hohen Edelmetallpreises in katalytische Mengen typische eaktionen: oxidative Addition, reduktive Eliminierung Anwendung: C-C-Bindungsknüpfung (populär, vielseitig anwendbar) chirale Liganden im Katalysator führen zur asymmetrischen Induktion Vorteile: mit wenig chiraler Information kann viel chirales Produkt erzeugt werden achteile: falls die asymmetrische Induktion mangelhaft ist, kann mit konventionellen Methoden keine achreinigung der teilrazemischen Produkte zur Erhöhung des ee-wertes erfolgen! 193

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3 Pd(0)-Komplexe: tetraedrisch, 18e-Komplexe, nukleophile P P Pd 0 P Pd (10e) 4xL (8e) = PdL 4 (18e) P Pd(II)-Komplexe: quadratisch planar, 16e-Komplexe, weiche elektrophile Et Cl 2 Pd Cl Et Pd (10e) 2xL (4e) 2xCl (2e) = PdL 2 Cl 2 (16e) Et Et Et Et 195

4 eck-eaktion: 1 -X 2 Et 3 Pd katalytisch 1 2 Et 3 X - 1 = Aryl, Alkenyl X = alogen, Tf Tf = CF 3 S 3 eaktionsgeschwindigkeit: X= Tf = I > Br >> Cl Mechanismus: Die eaktion erfolgt via π-komplexe von lefinen mit Pd(II)-Verbindungen Die Pd(II)- Komplexe werden aus Pd(0)-Komplexen durch oxidative Addition von 1 -X gebilden und sind die eigentlich katalytisch aktiven Verbindungen Da Pd(II)-Verbindungen eine Elektronenlücke aufweisen, können lefine mit ihren π- Elektronen durch Komplexbildung diese Lücke füllen. Dabei werden werden Elektronen zu Palladium verschoben, sodaß die lefine elektronenarm werden und somit von ukleophilen angegriffen werden können Die eck-eaktion ist eine optimale C-C-Bindungsknüpfungsreaktion für späte Stufen vielstufiger Synthesen, da nahezu alle funktionellen Gruppen toleriert werden 196

5 Katalysezyklus: Et 3 Et 3 X - eduktive Eliminierung Pd(II) Pd(0) -Pd-X Pd(0) 1 -X xidative Addition Pd-X Pd(0) Pd(II) 1 PdX 2 Insertion 1 -Pd-X 2 2 σ-komplexbildung π-komplexbildung 197

6 Beispiel: Br Pd(Ac) 2 P 3 / Et 3 Me 89% 1 2 Et 3 X - Triphenylphosphin (P 3 ) stabilisiert die katalytisch aktiven Pd(II)-Komplexe egioselektivität: die Substitution erfolgt bevorzugt am unsubstituierten oder sterisch weniger gehinderten Kohlenstoff des lefins Stereoselektivität: es werden bevorzugt E-konfigurierte lefine gebildet 1 -X darf keinen β-wasserstoff enthalten, da sonst bevorzugt β-eliminierung auftritt 198

7 eck-eaktion: Stereochemie 1 Me -PdBr Me PdBr Konformation ohne syn-ständigem Me Me PdBr Konformation mit syn-ständigem -PdBr - Insertion des lefins in -PdBr liefert Additionsprodukt mit syn-geometrie - Drehung um die Einfachbindung bringt und PdBr in coplanare Anordnung - reduktive Eliminierung erfolgt aus der syn-konformation heraus 199

8 eck-eaktion: Stereochemie 2 Me -PdBr PdBr Me Konformation ohne syn-ständigem Z Me -PdBr PdBr Me sterisch gehinderte Konformation E Me -PdBr PdBr Me sterisch bevorzugte Konformation 200

9 eck-eaktion: Sonderfall cyclische lefine -PdX PdX -PdX - Insertion des lefins in -PdBr liefert Additionsprodukt mit syn-geometrie, sodaß das ehemals olefinische in die anti-stellung gedrängt wird - Drehung um die Einfachbindung ist wegen der ingstruktur nicht möglich! - reduktive Eliminierung kann nur dann erfolgen, wenn ein anderes Proton in syn-stellung vorhanden ist - letztendlich resultiert eine Wanderung der Doppelbindung - das bei der Insertion gebildete Chiralitätszentrum bleibt erhalten 201

10 eck-eaktion: Sonderfall Allylalkohole Pd(Ac) 2 Br Br P 3 / ac 3 Pd Me Me -PdBr Me Me - Insertion des lefins in -PdBr liefert Additionsprodukt mit syn-geometrie - Drehung um die Einfachbindung nicht nötig; Carbinol- und PdBr sind - reduktive Eliminierung erfolgt aus der syn-konformation heraus 202

11 eck-eaktion: Asymmetrische Induktion Tf 3 mol% Pd(Ac) 2 6 mol% -BIAP Protonenschwamm AB = 71% ee= 93% P 2 P 2 -BIAP Protonenschwamm Die chirale Information wird über die Liganden am Palladium eingebracht; ptimal sind Liganden welche das Palladium über osphoratome komplexieren, da die Pd-P-Bindung sehr stabil ist und somit ein Abdissoziieren der chiralen Liganden praktisch keine Bedeutung besitzt 203

12 Katalysezyklus: Asymmetrische Induktion eduktive Eliminierung Pd(II) Pd(0) WEG A -PdL 2 -Tf Et 3 Et 3 Tf - Pd(0)L 2 xidative Addition Pd(0) Pd(II) Tf PdL 2 Tf WEG B -PdL 2 -Tf Umlagerung PdL 2 Tf Insertion -PdL 2 -Tf σ-komplexbildung π-komplexbildung WEG A: bei -BIAP WEG B: bei chiralen osphinooxazolinen 204

13 Palladiumkatalysierte Substitutionen an Allyl-Systemen: u PdL 2 X PdL 2 u PdL 2 X - X - u - nukleophile Substitution X = Cl,, Ac,-C-Me L = osphin-este u = weiche ukleophile z.b. Amine, Malonat,

14 Beispiele: Ac Pd(P 3 ) 4 65% Ac Me a - Me Pd(P 3 ) 4 Me Me 79% Vorteile gegenüber Allylgrignard-eagentien: - hohe egio- und Stereoselektivität, keine Allylumlagerung - hohe Toleranz gegenüber anderen Funktionellen Gruppen 206

15 Substitutionen an Allyl-Systemen: Stereochemie 1 CMe Pd(P 3 ) 4 CMe Me a - Me CMe Ac Inversion PdAc Inversion CMe CMe Durch doppelte Inversion bleibt die Chiralität an der Substitutionsstelle erhalten enantioselektive Führung der eaktion ist aber schwierig, da Liganden des Palladiumkompexes in einem albraum stehen, während die Substitution im anderen albraum stattfindet 207

16 Substitutionen an Allyl-Systemen: Asymmetrische Induktion Pd Ac Pd u - u bwohl die Liganden des Palladiumkompexes in einem albraum stehen, während die Substitution im anderen albraum stattfindet, konnten hohe asymmetrische Induktionen erreicht werden. Die hohen Selektionen wurden auf eine Verringerung der ingspannung im Übergangszustand zurückgeführt. 208

17 Substitutionen an Allyl-Systemen: Asymmetrische Induktion nach Williams 1993 Pd P Ac u - Pd P u AB ee Me Me u - = - Bn Me ipr mol% PdCl 2, 10 mol% Ligand tbu

18 Synthese der chiralen Liganden: F C 2 ZnCl 2 in Cl r.f. F KP 2 /TF r.f. 2 P 210

19 Substitutionen an Allyl-Systemen: Asymmetrische Induktion nach elmchen 1993 X P Pd Ac KAc Pd X P u SiMe 3 SiMe 3 u - Me AB 96-99% 98% ee u - = - Me Kristallstruktur des Palladiumkomplexes konnte vermessen werden 211

20 Liganden zur palladiumkatalysierten asymmetrische Induktion : tbume 2 Si SiMe 2 tbu AB=86% 75-80% ee AB=97% 97% ee S AB=63% 81% ee AB=77% 75% ee 212

21 Substitutionen an Allyl-Systemen: Asymmetrische Induktion nach elmchen 1993 X P Pd Ac KAc Pd X P u SiMe 3 SiMe 3 u - Me AB 96-99% 98% ee u - = - Me Kristallstruktur des Palladiumkomplexes konnte vermessen werden 213

22 Substitutionen an Allyl-Systemen: Asymmetrische Induktion nach Barry M. Trost Ac Ac PdCl 2 / Kat. Ac u 99% ee P P 2 Me 2 u - = - Me oder - Meldrumsäure 214

23 Synthese der Allyl-Verbindungen: Ac 2 FeCl 3 (1mol%) Ac Ac Ac Ac 2 Pd 0 Ac Ac 215