Moderne Methoden in der Organischen Chemie

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1 oderne ethoden in der rganischen Chemie Seite 0. Allgemeines 1 Chemoselektivität 1 egioselektivität 1 Stereoselektivität 1 1. xidationsreaktionen xidationen von C--Bindungen icht aktivierte C--Bindungen Allylische/benzylische C--Bindungen 2 - mit Selendioxid xidation α zu C-X-Bindungen 3 Alkohole 3 a) Chromat-eagentien 3 b) offat-swern-xidation (DS-xidationen) 4 c) Dess-artin-xidation xidationen α zu Carbonylgruppen 5 1) nolat-xidationen 5 a) lektrophile α-ydroxylierung 5 b) α-selenierung xidationen von C-C-Bindungen xidative Spaltungen 6 a) Glykolspaltung 6 b) poxidspaltung 7 c) Baeyer-Villiger-xidation 7 d) Beckmann-Umlagerung xidationen von C-C-ehrfachbindungen poxidierung lektrophile poxidierung 8 a) Persäuren 8 b) Dioxiran 8 c) Übergangsmetalle 9 Vanadin 9 Titan ucleophile poxidierung 10 I

2 1.3.2 Dihydroxylierung trans-diole cis-diole 11 mit s 4 11 Sharpless Dihydroxylierung alooxygenierung ydratisierung 13 a) xymercurierung / eduktion 13 b) ydroborierung / xidation eduktionsreaktionen 14 Übersicht über gängige eduktionsverfahren eduktion mit komplexen ydriden Aldehyde und Ketone 15 a) Aldehyde neben Ketonen 15 b) Ketone neben Aldehyden 15 c) 1,2- neben 1,4-eduktion 16 d) 1,4- neben 1,2-eduktion Carbonsäuren und Derivate 16 1) zum Alkohol 16 a) 1,2- neben 1,4-eduktion 16 b) 1,4- neben 1,2-eduktion 16 2) zum Aldehyd 17 a) ster 17 b) Amide Desoxygenierung 17 a) eduktion von Tosylaten 17 b) adikalische Desoxygenierung Dehalogenierung eduktive Decarboxylierung eduktion von C C-ehrfachbindungen 19 Alkine zu Alkenen Ionische ydrierung eduktion durch katalytische ydrierung 20 II

3 2.2.1 eduktion von C C-Doppelbindungen eduktion von C -Doppelbindungen eduktion von C C-Dreifachbindungen eduktion durch auflösende etalle eduktion von Aromaten eduktion von nonen eduktion von Dreifachbindungen eduktion mit Diimid 23 III

4 oderne ethoden in der rganischen Chemie 0. Allgemeines: Wichtig für alle chemischen eaktionen: Selektivität Chemoselektivität: egioselektivität: + Stereoselektivät: - nantioselektivität: -Diastereosektivität: ' ' ' ' -Stereospezifität: ' Br Br 2 ' ' Br 2 Br Br ' Br 1

5 1. xidationsreaktionen 1.1 xidationen von C -Bindungen icht aktivierte C -Bindungen Barton eaktion C 3 Cl C 3 Ac Pyr Ac hν. C 2. C 3.. Ac Ac 2 C C Ac Ac J. Chem. Soc., Perkin I 1979, Allylische/benzylische C -Bindungen - mit Selendioxid Se C C C 'n' Se [2.3]-sigmatrope Umlagerung Se - Se, Se 2 xid. 2

6 C Se 2,, C J. rg. Chem. 1978, xidation α zu C X-Bindungen Alkohole viele öglichkeiten eagentienwahl sehr wichtig Übersicht: Cr 3 /Pyr; Cr 3 / 2 S 4 e 2 C/Al/iPr) 3 (ppenauer, etc.) DS/DCC (CCl 2 ) (Swern, offatt) -C -C Cr 2 (tbu) 2, Pb(Ac) 4 starke x-ittel (Kn 4 ) n 2 a) Chromat-eagentien Cr 3 /Pyr. 20 h, rt 89% J. Am. Chem. Soc. 1954, 76, echanismus: Cr Cr 3 C C C + Cr ' ' ' 3

7 Alkohol Aldehyd: mit Cr 2 (tbu) 2 oder Cr 3 -C 2 Cr 3 -C -C in C 2 Cl 2, Py "nichtwässrig" "wässrig" 2 b) offatt-swern-xidation (DS-xidationen) Prinzip: Alkohol + DS + (CCl) 2 / CCl 2 / DCC / Ac 2 / P 4 10 (wasserentz. ittel) DS (CF 3 C) 2 61% C 3 C C 3 C J. rg. Chem. 1978, 43, echanismus: Swern-xidation C 2 S C 3 C 3 Cl C 3 C 2 - Cl - C, - C 2 S C 3 + C Cl 3 C C 3 2 S + C 2 S - C Cl 3 C 3 Cl + S Cl - Cl Cl - C - + S Cl + Cl - C 2 -C 2 - Cl t 3 - Cl C 3 C 2 S + - C 2 C + (C 3 ) 2 S 4

8 c) Dess-artin-xidation erstellung der eagenzes: echanismus: I C 1) KBr 3 / 2 S 4 2) Ac 2 / Ac 40 min, 100 C Ac Ac I Ac 87% Periodinan (DP) J. rg. Chem. 1983, 48, C Ac + - Ac I I Ac Ac Ac Ac Ac I Ac DP 79% C 3 C C 3 C J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, xidationen α zu Carbonylgruppen 1) nolat-xidationen a) lektrophile α-ydroxylierung 1) LDA, -78 C 2) TiCl 2 (Cp) 2, -78 C 3), - 78 C 54 % 92 de J. rg. Chem. 1984, 59,

9 b) α-selenierung - mit LDA und PhSeCl bzw. PhSeSePh Prinzip: PhSeCl oder PhSeSePh SePh xid. Ph Se - PhSe 1) LDA 2) PhSeSePh 3) ai 4 4) CaC 3, Toluol, 90% Tetrahedron Lett. 1989, 30, mit Se 2 n-typ-xidation Prinzip: Se Se [2.3] Se Se rganic eactions 1949, 5, 331; 1976, 24, 261. Ph Ph Se 2 / 2 Ac, 4 h 97% J. rg. Chem. 1970, 35, xidationen von C C-Bindungen xidative Spaltungen a) Glykolspaltung Ac Ac Ph C Pb(Ac) 4 2 Benzol + Pb(Ac) 2 elv. Chim. Acta 1936, 19, 519ff. 6

10 b) poxidspaltung I 4 / 2 45 C C C 70% Tetrahedron Lett. 1973, Wichtige Sequenz: Diol lefin Dialdehyd poxid c) Baeyer-Villiger-xidation Prinzip: ' Persäure ' '' ' Wanderungstendenz: t-alkyl > s-alkyl > benzyl > phenyl > n-alkyl > methyl Bz Bz Bz Ac tac 6 d, 55 C Bz 70% C C J. Am. Chem. Soc. 1978, 10, 4618ff. d) Beckmann-Umlagerung Prinzip: TosCl a Tos - Tos 2 C 1) 2 Cl C Pyridin S 2) Polyphosphorsäure S J. Am. Chem. Soc. 1978, 100,

11 1.3 xidationen von C X-ehrfachbindungen poxidierung lektrophile poxidierung a) Persäuren Prileshaev-poxidierung Prinzip: + + = C 3 Ph 3-Cl-Ph 4-2 -Ph CF 3 pk s = < 0 eaktivität der Persäure C Bz C Benzol, Dioxan 1d, rt Tetrahedron 1958, 2, 1. Steuerung über koordinierende Gruppen möglich CPBA K 2 C 3, C 2 Cl 2 J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 4618ff. b) Dioxiran Bn Bn Bn Bn Bn Bn Chem. Ber. 1991, 124,

12 c) Übergangsmetalle Vanadin Selektive poxidierung von Allylalkoholen (Sharpless) V(acac) 2 Toluol J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, Intermediat: V Titan 1. asymmetrische poxidierung (Sharpless poxidierung), Ti(iPr) 70-90% 4 > 90% ee vereinfachter echanismus: Ti(iPr) 4 + () 2 Ti + 2 Ti() 2 (Tartrat) Ti()(Allylalk)(Tartrat) TBP TBP Ti()(TBP)(Tartrat) Ti(Allylalk)(TBP)(Tartrat) poxidierung Ti(poxyalk)(tBu)(Tartrat) 9

13 generell gilt: wahrscheinlicher Übergangszustand: ( ) -Tartrat (unnatürlich) '' ' ''' Ti Ti (+) -Tartrat (natürlich) Anwendungen: kinetische acematspaltungen a) racemische Allylalkohole b) prochirale Substrate ' Ti(iPr) Äq. TBP (+) -DIPT ' + ' 40-49% 40-49% > 99% ee > 99% ee Ti(iPr) 4 1Äq. TBP (+) -DIPT Tandemreaktionen: Angew. Chem 1986, 98, 89. Ti(iPr) 4 1Äq. TBP (+) -DIPT 75% Tetrahedron Lett. 1986, 27, ucleophile poxidierung selektive poxidierung e -armer Doppelbind. mit 2 2 / (Scheffer-Weitz-poxid.) Prinzip: tbu, a Toluol, 2 + J. rg. Chem. 1980, 45,

14 1.3.2 Dihydroxylierung trans-diole durch ydrolyse von poxiden Bn a 3, 3 + Br Toluol, a, Bn 3 52% Payne- Umlagerung a 3 Bn Tetrahedron Lett. 1985, 26, cis-diole mit s 4 Dihydroxylierung bevorzugt von der sterisch weniger gehinderten Seite Beispiel : Thp 5% s Äq. Aceton, 2 Thp 89% J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 8031ff. Sharpless Dihydroxylierung Chirale Liganden auf Chinin-Basis Beispiele: odell: (DQ) 2 Phal (abgeleitet vom Chinin) (DQD) 2 Phal β (DQD) 2 Phal (abgeleitet vom Chinidin) J. rg. Chem. 1992, 57, s l m α (DQ) 2 Phal J. Am. Chem. Soc. 1988, 110,

15 Beispiele: Ph Ce AD-ix α Ce 72% Ph 99% ee J. rg. Chem. 1994, 59, AD-ix α 79% 98% ee Science 1993, 259, 64. C s 4 C ++ C ohne Ligand 2.8 : 1 (DQD) 2 Phal 39 : 1 (DQ) 2 Phal 1 : 1.3 Tetrahedron Lett. 1993, 34, alooxygenierung analog alogenaddition in Gegenwart von -ucleophilen I 2 2 I 97% ds Tetrahedron 1984, 40, alolactonisierung: C Br 2, KBr 2 Br 91% J. Am. Chem. Soc. 1978, 100,

16 1.3.4 ydratisierung a) xymercurierung / eduktion Prinzip: + g Ac Ac Ac g + Ac 2 gac ab hohe egioselektivität Addition nach arkownikow Itramolekulare Variante: Ph 3 C Ph 3 C 1) g(ac) 2 2) KCl gcl 82% 95% ds Tetrahedron Lett. 1984, 25, b) ydroborierung / xidation Prinzip: B 2 B 2 B B 2 2 ' '' '' ' '' ' '' ' B 2 '' ' Addition an sterische weniger gehinderte Position Addition nach anti-arkownikow eaktivität Selektivität 2 B B 2 B 3 Gängige Borane: B 2 "B 3 " (B 2 6 ) B Thexylboran Diboran 9-BB Beispiele: Thexylboran TF, 15 min B a % 72% J. Am. Chem. Soc. 1972, 94,

17 eaktion Katalytische ydrierung aalt22 Dibal- LiBt3 Al3 in TF LiAl4 in ther LiAl(e)3 in TF LiAl(tBu)3 in TF 9-BB Disiamylboran in TF B3 in TF ab4 + AlCl3 ab4 + LiCl ab4 in t C C C C CCl C oder C Lacton Diol ± ± poxid Alkohol ± ± ± C C ± ± ± C C ± C C C 2 C 2 2 oder C C C ± ± oder = C=C C 2 C Übersicht über gängige eduktionsverfahren 2. eduktionsreaktionen 14

18 2.1 eduktion mit komplexen ydriden Aldehyde und Ketone a) Aldehyde neben Ketonen ab 4 e / C 2 Cl 2-78 C b) Ketone neben Ketonen - sterische Differenzierung (sbu) 3 B Li + (L-Selektrid) - durch achbargruppenbeteiligung Beispiele: e 3 + B(Ac) 3 t, Ac - 40 C J. rg. Chem. 1991, 56, 741. e 3 + B(Ac) 3 t, Ac - 40 C J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, Intermediat: + ' Ac B - Ac 15

19 c) 1,2- neben 1,4-eduktion ' ' Luche-eduktion mit ab 4 / CeCl 3 ab. 4 CeCl % e, 5 min Chem. Commun. 1978, 601. d) 1,4- neben 1,2-eduktion 6 % Dibal ecu TF, - 50 C 2 h 84 % J. rg. Chem. 1986, 51, Carbonsäuren und Derivate 1) zum Alkohol a) 1,2- neben 1,4-eduktion tc Tbs Dibal- TF, 0 C 1 h Tbs J. rg. Chem. 1994, 59, b) 1,4- neben 1,2-eduktion Cu(I)-eagentien aal 2 ( ) 2 CuBr 75% Angew. Chem. 1983, 95,

20 2) zum Aldehyd a) ster Beispiele: Dibal- 3 + Si 3 CC 3 C 2 Cl 2-78 C, 30 min Si 3 C J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, b) Amide ethode der Wahl: Weinreb-Amide Prinzip: Al LA 2 + Boc LA TF, 0 C 92% Boc J. Amer. Chem. Soc. 1992, 114, Desoxygenierung a) eduktion von Tosylaten b) adikalische Desoxygenierung Beispiele: Tos S ab 4 DS, 90 min 90 C 61% Angew. Chem. 1982, 96, 81. C 3 S C 3 S S C 3 AIB Ph 2 Si 2 Toluol, C % Tetrahedron Lett. 1991, 32,

21 S AlB Bu 3 Sn Ph Toluol, 110 C 2 h Bu 3 Sn. Bu 3 Sn Bu 3 Sn Ph Bu 3 Sn S S. + Ph. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, Dehalogenierung radikalisch Br Bu 3 Sn AIB Benzol, 75 C 87% ds. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 4618ff eduktive Decarboxylierung C Ac 1) ClCiBu S, hν Ac 73% 2) S, t 3 J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, Prinzip: S + S.. S S +. 2 S S 18

22 2.1.6 eduktion von C C-ehrfachbindungen Alkine zu Alkenen Dibal-eduktion (eview: Synthesis 1975, 617) Cl 1) Dibal- Cl 82% 2) 20% 2 S 4 J. rg. Chem. 1963, 28, echanismus: 2 Al + Al 2 Beispiele: Propargylakohole Al LA 3 + TP TP LA Al. Allene Acta Chem. Scand B 1987, 41, Ionische ydrierung ydrierung durch Übertragung von + und eduktion von C=C, C=X und C X Prinzip: + + Beispiele: C 3 CF 3 CC t 3 Si C 3 90% J. Am. Chem. Soc. 1986, 108,

23 2.2 eduktion durch katalytische ydrierung geeignete etalle: i, Pd, Pt, u, h, etc. etallische Katalysatoren: heterogene ydrierung Komplexe Katalysatoren: homogene ydrierung echanismus: eduktion von C C-Doppelbindungen CC 3 CC 3 CC Pd/C (Ph 3 P) 3 hcl J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, asymmetrische katalytische ydrierung Zusatz chiraler Liganden e P P PPh 2 PPh 2 e Dipamp (Knowles) Binap (oyori) 20

24 Asymmetrische Synthese von Aminosäuren Bz C h(i) Bz C ()-Binap (,)-Dipamp 100 % ee 93 % ee J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 5946; J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, eduktion von C--Doppelbindungen besonders gut mit u-komplexen, bevorzugte Substrate: β-ketoester t Ac 2 u[()-binap]br 2 t Ac 98% ee 99% ds J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, eduktion von C C-Dreifachbindungen Selektive ydrierung von Dreifachbindung zur Doppelbindung mit Lindlar-Katalysator (Pd/BaS 4 oder Pd/CaC 3 mit Pb(Ac) 2 oder Chinolin vergiftet) 2 Lindlar Benzol 97% J. Chem. Soc. 1955,

25 2.3 eduktion durch auflösende etalle Anwendung: eduktion von Aromaten, nonen, Alkinen trans-alkenen eduktion von Aromaten echanismus: X Y e - e -.. Y Y Y X X X X Y t 1) Li/ 3 /D 2) 3 + J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, eduktion von nonen echanismus: e - + e -.. e Beispiele: 1) Li/ 3 /t 2 2) 4 Cl 92% 95% ds J. Chem. Soc. 1956, ) Li/ 3 /TF 2) Cl 74% J. rg. Chem. 1967, 32,

26 2.3.2 eduktion von Dreifachbindungen echanismus: ' e -. ' 3-2. e - ' 3-2 ' Beispiele: C Li/ 3 /TF C 98% J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, eduktion mit Diimid (=) rzeugung: od. 2 2 Cu(II) C + KC CK echanismus: Bn Bn Bn Ts KC CK Ac Bn 40 C, 40 h Bn Ts Bn J. rg. Chem. 1985, 50,

27 LITATU xidationen Allgemeine Lehrbücher: F. A. Carey,. J. Sundberg: rganische Chemie; inweiterführendes Lehrbuch, Wiley-VC J. arch: Advanced rganic Chemistry, Wiley. Brückner: eaktionsmechanismen, Spektrum J. Fuhrhop, G. Penzlin: rganic Synthesis, Wiley-VC Aktuelle eviews zum Thema xidationen: ecent advances in the asymmetric dihydroxylation of alkenes; Tetrahedron Asym. 1992, 3, The Baeyer-Villiger oxidation of ketones and aldehydes; rg. eactions 1993, 43, 251. Catalytic asymmetric dihydroxylations; Chem. ev. 1994, Chemical and biological synthesis of chiral epoxides; Tetrahedron 1994, 50, Dioxiranes highly reactive oxidants for stereoselective oxyfunctionalizations; J. Prakt. Chem. / Chem. Ztg. 1995, 337, 162; J. Prakt. Chem. / Chem. Ztg. 1997, 339, 298. Asymmetric epoxidation of allylic alcohols: The Katsuki-Sharpless epoxidation reaction; rg. eactions 1996, 48, 1. Chemical transformations induced by hypervalent iodine reagents; Tetrahedron 1997, 53, Polymer supported catalytic asymmetric Sharpless dihydroxylation of olefins; ur. J. rg. Chem. 1998, Years of Baeyer-Villiger-oxidations; ur. J. rg. Chem. 1999, 737. Iodocarbocyclization and iodoaminocyclization reactions mediated by a metallic reagent; Synlett 1999, Asymmetric epoxidation of electron-deficient olefins; Chem. Commun. 2000, eduktionen Allgemeine Lehrbücher: F. A. Carey,. J. Sundberg: rganische Chemie; inweiterführendes Lehrbuch, Wiley-VC J. arch: Advanced rganic Chemistry, Wiley. Brückner: eaktionsmechanismen, Spektrum J. Fuhrhop, G. Penzlin: rganic Synthesis, Wiley-VC 24

28 Aktuelle eviews zum Thema eduktionen: The use of chiral organoboranes in organic synthesis; Synthesis 1986, 973. nantioselective u-mediated hydrogensations; developments and applications; J. rgano met. Chem. 1989, 567, 163. Boranes in rganic Synthesis; J. rganomet. Chem. 1993, 457, 1. nantioselective transition metal catalyzed hydrogenations concerning the asymmetric amine synthesis; Angew. Chem. 1993, 105, 245. Zinc borohydride, a reducing agent with high potential; Synlett 1993, 885. ecent advances in the boron route to asymmetric synthesis; Pure & Appl. Chem. 1994, 66, 201. Low valent titanium a versatile reagent for deoxygenation and carbonyl coupling; J. Prakt. Chem. / Chem. Ztg. 1995, 337, 250. ew reagents for the old pinacol coupling reaction; Angew. Chem. 1996, 108, 65. nantioselective catalytic hydrogenation; Angew. Chem. 1996, 108, 444. Weinreb amides in modern organic synthesis; J. Prakt. Chem. / Chem. Ztg. 1997, 339, 517. ydroboration catalyzed by transition metal complexes; Tetrahedron 1997, 53, nantioselective reduction of ketones; rganic eactions 1998, 52, Asym. transfer hydrogenation of C= and C= bonds; Tetrahedron Asym. 1999, 10,