Carbonyl- und Enolatchemie 1
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 2 1 2 Barbier-eaktion: sehr ähnlich zu eformatzky, mit Sn, Zn, Pb,... C + Br Et Sn C 2 Et + Br Zn 2
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
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
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
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
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
Cyclische Stereokontrolle: konvex-konkav-steuerung C 3 -MgI konvexe Seite konkave Seite 8
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
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
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
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
Bildung von thiumenolaten: Stereoselektivität relativ ungehinderte aliphatische Ketone N N E-Enolat bevorzugt kinet. Produkt! Z-Enolat nicht bevorzugt thermodyn. Produkt! 13
Bildung von thiumenolaten: Stereoselektivität relativ ungehinderte aliphatische Ketone N N E-Enolat nicht bevorzugt Z-Enolat bevorzugt thermodyn. Produkt! 14
Zimmermann-Traxler-Modell für Aldol: Diastereofaciale Selektivität 2 + 2 bevorzugt! 2 2 anti auptprodukt racemisch!! E-Enolate 2 2 2 syn ungünstig! Nebenprodukt racemisch!! 15
Zimmermann-Traxler-Modell für Aldol: Diastereofaciale Selektivität 2 + 2 bevorzugt! 2 2 syn auptprodukt racemisch!! Z-Enolate 2 ungünstig! 2 2 anti Nebenprodukt racemisch!! 16
Aldoladdition: Beispiele Ketone mit sperrigem est: Enolatbildung und Aldoladdition LDA + + E Z anti (racemisch!!) syn (racemisch!!) = Et 70 : 30 36 : 64 ipr 40 : 60 18 : 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 : 100 50 : 50 100 : 0 35 : 65 ipr 2 : 98 10 : 90 ipr 100 : 0 55 : 45 Z-Enolate reagieren meist selektiver! 17
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
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
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 3 + + anti (racemisch!!) syn (racemisch!!) 20
Stereoselektive Allylierung von Aldehyden mit B-Allyldiisopinocampheylboranen (Isopinocampheyl = Ipc) Darstellung aus (1)- und (1S)-α-Pinen, in situ (Mg-Salze vorher abtrennen!) 21
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
Stereoselektive Allylierung von Aldehyden Crotylborane: Stereoselektivität der Addition Allylinversion!! syn-addukt bevorzugt anti-addukt bevorzugt 23
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
E-Crotylborane => anti-addukte Stereoselektive Allylierung von Aldehyden 25
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
teratur 1. F. A. Carey,. J. Sundberg, rganische Chemie, 3. Aufl., VC, 1995. 2.. Brückner, eaktionsmechanismen, 2. Aufl., Spektrum, 2003. 3. A. G. Myers Chemistry 115 andout Asymmetric Allylation eactions http://www.chem.harvard.edu/groups/myers/chemistry115handouts.htm. 27