Die Baldwin-Regeln. Ringschluss oder nicht?

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Tobias Waldfogel
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1 Die Baldwin-Regeln Ringschluss oder nicht?

2 Inhalt Sir Jack E. Baldwin Die originalen Regeln Suche nach der 5-endo-trig-Reaktion Sauerstoff-Nukleophile Enolendo- & Enolexo-exo-Reaktionen Ausnahmen & Enzymkatalyse Die radikalische 5-endo-dig-Reaktion Korrektur der dig-vorhersagen Kaskaden-Reaktionen Zusammenfassung

3 Sir Jack E. Baldwin Geboren 1938 in London Promotion im Jahr 1964 im Arbeitskreis des Nobelpreisträgers Sir Derek Barton in London Professor für Organische Chemie am MIT 1976 Veröffentlichung der Baldwin-Regeln 1978 Aufnahme in die Royal Society und Wechsel an die Universität von Oxford 1997 Ritterschlag

4 Die originalen Regeln von 1976 Die Nomenklatur Jeder Ringschluss wird durch drei Teile beschrieben z. B. 5-endo-dig Die Zahl gibt an wie viele Atome in dem neu entstandenen (kleinsten) Ring enthalten sind Die dritte Komponente gibt die Geometrie des Atoms an, das die Bindung eingeht; tetrahedral ( tet ), trigonal ( trig ) oder digonal ( dig ) Die zweite Silbe kann endo oder exo sein, ist die gebrochene Bindung innerhalb des gebildeten Rings so steht hier die Bezeichnung endo, sonst exo J. E. Baldwin, Rules for Ring Closure, J.C.S. Chem. Comm., 1976,

5 Beispiele für Tet-Reaktionen

6 Beispiele für Trig-Reaktionen

7 Beispiele für Dig-Reaktionen

8 Begünstigte und unbegünstigte Fälle Baldwin stellte 1976 folgende Vorhersagen auf Baldwin hat im Originalartikel für 3- und 4-endo-tet keine Vorhersagen gemacht, die Ringschlüssen gelten aber als unbegünstigt J. E. Baldwin, Rules for Ring Closure, J.C.S. Chem. Comm., 1976,

9 Grundlage der Annahmen Ab ein Ringschluss abläuft oder nicht hängt davon ab, ob die beiden Atome zwischen denen die neue Bindung ausgebildet werden soll, die richtige Position zueinander einnehmen können D.h. durch die Länge der neuen Bindung und die Beweglichkeit der Atome wird entschieden, ob ein Ring gebildet wird Baldwin hat sich dabei sehr auf kinetische Aspekte konzentriert J. E. Baldwin, Rules for Ring Closure, J.C.S. Chem. Comm., 1976,

10 Der Winkel macht s

11 K. Gilmore, I.V. Alabugin, Chem. Rev. 2011, 111,

12 1976 Suche nach einer 5-Endo-Trig-Reaktion Anhand einiger Beispiele wurde versucht einen 5- endo-trig-ringschluss zu realisieren Erst bei Nutzung der dritten Periode wird ein solcher Ringschluss beobachtet J. E. Baldwin, J. Cutting, W. Dupont, L. Kruse, L. Silberman, R. C. Thomas, J.C.S. Chem. Comm., 1976,

13 D. A. Evans, J. Johnson, havard, chem 206 Grigg, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1980, 648.

14 1) 2 äqu. nbuli, THF, -78 C 2)BnOCH 2 CHO 3) PhCOCl (-)-Lepadiformin D. Craig, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46,

15 1977: Sauerstoff-Nukleophile 5-Endo-Tigonal: Hydroxy-Enole scheinen im Basischen nicht cyclisierbar zu sein 5-Endo-Digonal- und 6-Endo-Trigonale- Ringschlüsse finden im Basischen mit ähnlichen Molekülen statt

16 Regelausweitung Systeme mit zwei Orbitalanordungen in einem Cyclisierungsschritt, z.b. enolexo und enolendo bei Enolen J. E. Baldwin, L. J. Lusch, Tetrahedron, Vol. 38, Nr. 19, 1982,

17 1977: Stereoelektronische Kontrolle Bei der Sauerstoffalkylierung muss das Elektrophil in der selben Ebene mit dem Enolation liegen Für die Kohlenstoffalkylierung muss das Elektrophil im rechten Winkel angreifen J. E. Baldwin, R. C. Thomas, L. I. Kruse, L. Silberman, J. Org. Chem., Vol. 42, Nr. 24, 1977,

18 Distanz zwischen den reagierenden Zentren: 3,27 Å D. A. Evans, J. Johnson, havard, chem 206

19 Distanz zwischen den reagierenden Zentren: 3,04 Å D. A. Evans, J. Johnson, havard, chem 206

20 (-)-Spirotryptostatin B E. Carreira, JACS, 2005, 127, 11505

21 1993: Konkurrenz Beispiel in dem sowohl 6-endo- als auch 5-exo-dig erlaubt sind C. D. Johnson, Acc. Chem. Res. 1993, Vol. 26,

22 Versagen der Regeln Für C=N-Doppelbindungen versagen die Baldwin- Regeln völlig C. D. Johnson, Acc. Chem. Res. 1993, Vol. 26,

23 Sterisch (un)mögliche Reaktionswege A. J. Kirby, C. J. Logan, J.C.S. Perkin II, 1978, C. D. Johnson, Acc. Chem. Res. 1993, Vol. 26,

24 1999: Enzymkatalyse Ob eine Enzymkatalyse nach Baldwin-Regeln abläuft hängt von dem Enzym ab Enzyme können einen Mechanismus katalysieren, der normalerweise nicht begünstigt ist J. A. Piccirilli, Chem. Biol., 1999, R59-R64

25 2008: Radikalische 5-endo-dig Normalerweise läuft eine 5-endo-dig Cyclisierung zu langsam ab Vinyl-Radikale sollten schneller reagieren als alkyl & allyl I.V. Alabugin, V. I. Timokhin, J. N. Abrams, M. Manoharan, R. Abrams, I. Ghiviriga, J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130,

26 2008: Radikalische 5-endo-dig Erstes verwendetes System mit dem es funktionierte I.V. Alabugin, V. I. Timokhin, J. N. Abrams, M. Manoharan, R. Abrams, I. Ghiviriga, J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130,

27 2011: Berechnungen zu dig- Reaktionen I. V. Alabugin, K. Gilmore, M. Manoharan, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,

28 Sauerstoffanaloga I. V. Alabugin, K. Gilmore, M. Manoharan, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,

29 Thermodynamik & Sterik Exo stereoelektrisch unabhängig vom Linker und Nukleophil immer begünstigt Je länger die neue Bindung, desto kleiner der benötigt Angriffswinkel: 3-exo 140 und 5-exo 116 I. V. Alabugin, K. Gilmore, Chem. Commun., 2013, 49,

30 Korrektur Bei Wasserstoff-shifts gelten die Regeln nicht Sind nur bedingt für Kationen gültig, da diese Ringschlüsse sehr schnell und thermodynamisch kontrolliert ablaufen I. V. Alabugin, K. Gilmore, Chem. Commun., 2013, 49,

31 5-endo-dig (+)-Preussin M. Overhand, S. M. Hecht, J. Org. Chem., 1994, 59,

32 K. Gilmore, I.V. Alabugin, Chem. Rev. 2011, 111,

33 K. Gilmore, I.V. Alabugin, Chem. Rev. 2011, 111,

34 Zusammenfassung Die Regeln sind im allgemeinen in der korrigierten Version für C-C-Bindungsknüpfungen gültig Anionische & radikalische Ringschlusse können gut vorausgesagt werden, kationische werden oft auch richtig postuliert Heteroatome folgen nur bedingt den Baldwin- Regeln Ringschlüsse von Iminen unterliegen nicht den Regeln

35 Alte und neue Voraussagen

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