Carbonyl- und Enolatchemie

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1 Carbonyl- und Enolatchemie 1

2 Addition von rganometall-eagenzien an Carbonylverbindungen eformatzky-eaktion: Zn-eagenz weniger reaktiv als Grignard, greift keine Ester an! Br 2 Zn ZnBr 2 Br Zn Barbier-eaktion: sehr ähnlich zu eformatzky, mit Sn, Zn, Pb,... C + Br Et Sn C 2 Et + Br Zn 2

3 Cram-Modell: Diastereofaciale Selektivität Addition von Nucleophilen an α-chirale Aldehyde und Ketone C 3 -M bevorzugt Cram + nicht bevorzugt anti-cram Cram-Modell C 3 -M eine eaktivkonformation angenommen Bürgi-Dunitz Trajektorie (ca. 103 ) Cram-Produkt allgemeines Cram-Modell g anti zu Carbonyl- Angriff auf Seite von k m g k Nu C 3 -M m k g Cram-Produkt 3

4 Cram-Modell: Diastereofaciale Selektivität Addition von Nucleophilen an α-chirale Aldehyde und Ketone gute Vorhersage der diastereofacialen Selektivität, besonders bei sperrigen Nucleophilen Problem: Modell nicht realistisch, da nur eine (energiereiche!!) eaktivkonformation zugelassen! 4

5 Cram-Modell: Diastereofaciale Selektivität Addition von Nucleophilen an α-chirale Aldehyde und Ketone mit eteroatom an α-c Chelat-Cram-Modell Angriff auf Seite von kleinem est (hier ) TBS TBS M C 3 -M M TBS Et Nu Et Et 5

6 Felkin-Anh-Modell: Diastereofaciale Selektivität Addition von Nucleophilen an α-chirale Aldehyde und Ketone Felkin-Produkt g m allgemeines Felkin-Anh-Modell g senkrecht zu C= k g g m k Angriff bevorzugt Modell durch echnungen bestätigt m Angriff nicht bevorzugt k C 3 -M + Felkin bevorzugt anti-felkin nicht bevorzugt 6

7 Felkin-Anh-Modell: Diastereofaciale Selektivität Addition von Nucleophilen an α-chirale Aldehyde und Ketone mit eteroatom an α-c TBS Et σ Et π * Trong-Anh elektronegativer Substituent senkrecht zu C= stabilisierende WW von etero-c σ mit C= π* durch echnungen bestätigt TBS Felkin-Produkt Et TBS Et ohne Chelatkontrolle! 7

8 Cyclische Stereokontrolle: konvex-konkav-steuerung C 3 -MgI konvexe Seite konkave Seite 8

9 Aldoladdition: egio- und Stereochemie Aldoladdition: Addition eines Enolats an eine Carbonylverbindung + Enolat Carbonylverbindung Aldolprodukt Struktur des Produkts abhängig von: Struktur des Enolats (Zimmermann-Traxler-Modell) Stereoselektivität des Additionsschritts (Cram / Felkin-Anh) gemischte Aldoladdition mit aliphat. Aldehyden und Ketonen 1.) eine Komponente in Enolat überführen 2.) zweite Komponente dazugeben 3.) tiefe Temperaturen, unterdrücken Umprotonierung 9

10 Enolatbildung: egioselektivität kinetische Kontrolle 2 k a Base 2 k b Base 2 [A] [B] = k a k b A B Deprotonierung schnell, quantitativ, irreversibel! Base (leichter Überschuß): LDA MDS N 3 Si N Si 3 Tiefe Temperaturen (- 78 C) koordiniert stark an Enolat- => stabiler, v. a. bei tiefen Temperaturen!! in der egel entsteht geringer substituiertes Enolat 10

11 Enolatbildung: egioselektivität thermodynamische Kontrolle Base 2 Base k a k b 2 k a ' k b ' 2 [A] [B] = K A K B Deprotonierung reversibel! Carbonylverbindung im Überschuß in der egel entsteht höher substituiertes Enolat 11

12 Enolatbildung: egioselektivität Beispiele 28 : 72 kinet. Bed. 94 : 6 thermodyn. Bed. 0 : 100 kinet. Bed. 100 : 0 thermodyn. Bed. einziges Produkt unter kinet. Bed. 12

13 Bildung von thiumenolaten: Stereoselektivität relativ ungehinderte aliphatische Ketone N N E-Enolat bevorzugt kinet. Produkt! Z-Enolat nicht bevorzugt thermodyn. Produkt! 13

14 Bildung von thiumenolaten: Stereoselektivität relativ ungehinderte aliphatische Ketone N N E-Enolat nicht bevorzugt Z-Enolat bevorzugt thermodyn. Produkt! 14

15 Zimmermann-Traxler-Modell für Aldol: Diastereofaciale Selektivität bevorzugt! 2 2 anti auptprodukt racemisch!! E-Enolate syn ungünstig! Nebenprodukt racemisch!! 15

16 Zimmermann-Traxler-Modell für Aldol: Diastereofaciale Selektivität bevorzugt! 2 2 syn auptprodukt racemisch!! Z-Enolate 2 ungünstig! 2 2 anti Nebenprodukt racemisch!! 16

17 Aldoladdition: Beispiele Ketone mit sperrigem est: Enolatbildung und Aldoladdition LDA + + E Z anti (racemisch!!) syn (racemisch!!) = Et 70 : : 64 ipr 40 : : 82 tbu 2 : 98 2 : 98 Ketone mit sehr sperrigen esten reagieren selektiver! Vergleich Selektivität E- und Z-Enolate + + E Z anti (racemisch!!) syn (racemisch!!) = 0 : : : 0 35 : 65 ipr 2 : : 90 ipr 100 : 0 55 : 45 Z-Enolate reagieren meist selektiver! 17

18 Aldoladdition: wichtige Fakten Zimmermann-Traxler-Modell des ÜZ erklärt Stereochemie bei Aldoladdition von Ketonen mit sperrigem est Z-Enolat => syn-aldol E-Enolat => anti-aldol Enolate ohne sperrigen est => geringe Stereoselektivität Z-Enolate reagieren stereoselektiver als E-Enolate Ester-Enolate: LDA + Achtung bei Ester-Enolaten: E- / Z-Nomenklatur wird nicht korrekt angewendet! - wird willkürlich höhere Priorität zugewiesen als - (inkorrekt nach CIP) "E" bevorzugt "Z" 18

19 Borenolate eaktion von Carbonylverbindung mit Dialkylbortriflaten B- Bindung kürzer als - Bindung => ÜZ kompakter => eaktion oft selektiver! ichtung der Stereoselektivität wie bei -Enolaten Tf B' 2 (ipr) 2 NEt B' 2 Z-Enolat bevorzugt thermodyn. Produkt ' B ' ' syn (racemisch!!) B ' apuptprodukt 19

20 Mukaiyama-Aldol Umsetzung von Silylenolethern mit Carbonylverbindungen Katalysatoren: Lewis-Säuren oder Fluorid (dann eaktion über Enolat) Stereoselektivität bei eaktion mit Lewis-Säuren relativ gering (vermutlich nichtcyclischer ÜZ) TMS BF anti (racemisch!!) syn (racemisch!!) 20

21 Stereoselektive Allylierung von Aldehyden mit B-Allyldiisopinocampheylboranen (Isopinocampheyl = Ipc) Darstellung aus (1)- und (1S)-α-Pinen, in situ (Mg-Salze vorher abtrennen!) 21

22 Stereoselektive Allylierung von Aldehyden eaktionsmechanismus eaktion unter Allylinversion! Beispielreaktion Produkt wird nach xidation von Ipc-Boran mit Na / 2 2 erhalten sesselförmiger cyclischer ÜZ von Aldehyd in pseudoäquat. Stellung faciale Selektivität durch Minimierung ster. Interaktionen von Allyl mit ax. Ipc 22

23 Stereoselektive Allylierung von Aldehyden Crotylborane: Stereoselektivität der Addition Allylinversion!! syn-addukt bevorzugt anti-addukt bevorzugt 23

24 Z-Crotylborane => syn-addukte Stereoselektive Allylierung von Aldehyden n-bu + K-tBu => Superbase metalliert lefine selektiv in Allylstellung großes K + -Ion: η 3 -Koordination von Allylrest 24

25 E-Crotylborane => anti-addukte Stereoselektive Allylierung von Aldehyden 25

26 Stereoselektive Allylierung von α-chiralen Aldehyden Diastereofaciale Selektivität von Ipc-Boran setzt sich meist gegen die des Substats durch => eagenzkontrolle! Felkin-Produkt anti-felkin-produkt es gibt aber mismatched-fälle mit schlechter Diastereoselektivität! anti-felkin-produkt Felkin-Produkt 26

27 teratur 1. F. A. Carey,. J. Sundberg, rganische Chemie, 3. Aufl., VC, Brückner, eaktionsmechanismen, 2. Aufl., Spektrum, A. G. Myers Chemistry 115 andout Asymmetric Allylation eactions 27