oderne ethoden in der rganischen Chemie Seite 0. Allgemeines 1 Chemoselektivität 1 egioselektivität 1 Stereoselektivität 1 1. xidationsreaktionen 2 1.1 xidationen von C--Bindungen 2 1.1.1 icht aktivierte C--Bindungen 2 1.1.2 Allylische/benzylische C--Bindungen 2 - mit Selendioxid 2 1.1.3 xidation α zu C-X-Bindungen 3 Alkohole 3 a) Chromat-eagentien 3 b) offat-swern-xidation (DS-xidationen) 4 c) Dess-artin-xidation 5 1.1.4 xidationen α zu Carbonylgruppen 5 1) nolat-xidationen 5 a) lektrophile α-ydroxylierung 5 b) α-selenierung 6 1.2 xidationen von C-C-Bindungen 6 1.2.1 xidative Spaltungen 6 a) Glykolspaltung 6 b) poxidspaltung 7 c) Baeyer-Villiger-xidation 7 d) Beckmann-Umlagerung 7 1.3 xidationen von C-C-ehrfachbindungen 8 1.3.1 poxidierung 8 1.3.1.1 lektrophile poxidierung 8 a) Persäuren 8 b) Dioxiran 8 c) Übergangsmetalle 9 Vanadin 9 Titan 9 1.3.1.2 ucleophile poxidierung 10 I
1.3.2 Dihydroxylierung 11 1.3.2.1 trans-diole 11 1.3.2.2 cis-diole 11 mit s 4 11 Sharpless Dihydroxylierung 11 1.3.3 alooxygenierung 12 1.3.4 ydratisierung 13 a) xymercurierung / eduktion 13 b) ydroborierung / xidation 13 2. eduktionsreaktionen 14 Übersicht über gängige eduktionsverfahren 14 2.1 eduktion mit komplexen ydriden 15 2.1.1 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 16 2.1.2 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 17 2.1.3 Desoxygenierung 17 a) eduktion von Tosylaten 17 b) adikalische Desoxygenierung 17 2.1.4 Dehalogenierung 18 2.1.5 eduktive Decarboxylierung 18 2.1.6 eduktion von C C-ehrfachbindungen 19 Alkine zu Alkenen 19 2.1.7 Ionische ydrierung 19 2.2 eduktion durch katalytische ydrierung 20 II
2.2.1 eduktion von C C-Doppelbindungen 20 2.2.2 eduktion von C -Doppelbindungen 21 2.2.3 eduktion von C C-Dreifachbindungen 21 2.3 eduktion durch auflösende etalle 22 2.3.1 eduktion von Aromaten 22 2.3.2 eduktion von nonen 22 2.3.2 eduktion von Dreifachbindungen 23 2.4 eduktion mit Diimid 23 III
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
1. xidationsreaktionen 1.1 xidationen von C -Bindungen 1.1.1 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, 1159. 1.1.2 Allylische/benzylische C -Bindungen - mit Selendioxid Se C C C 'n' Se [2.3]-sigmatrope Umlagerung Se - Se, - 2 3 + - 2 Se 2 xid. 2
C Se 2,, C J. rg. Chem. 1978, 1689 1.1.3 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, 6116. echanismus: Cr Cr 3 C C C + Cr ' ' ' 3
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, 2480. 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
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, 4155. C 2 + + 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, 3850. 1.1.4 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, 2358. 5
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, 685. - mit Se 2 n-typ-xidation Prinzip: Se Se [2.3] Se - 2 - Se rganic eactions 1949, 5, 331; 1976, 24, 261. Ph Ph Se 2 / 2 Ac, 4 h 97% J. rg. Chem. 1970, 35, 570. 1.2 xidationen von C C-Bindungen 1.2.1 xidative Spaltungen a) Glykolspaltung Ac Ac Ph C Pb(Ac) 4 2 Benzol + Pb(Ac) 2 elv. Chim. Acta 1936, 19, 519ff. 6
b) poxidspaltung I 4 / 2 45 C C C 70% Tetrahedron Lett. 1973, 4599. 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, 6291. 7
1.3 xidationen von C X-ehrfachbindungen 1.3.1 poxidierung 1.3.1.1 lektrophile poxidierung a) Persäuren Prileshaev-poxidierung Prinzip: + + = C 3 Ph 3-Cl-Ph 4-2 -Ph CF 3 pk s = 4.8 4.2 3.9 3.4 < 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, 2361. 8
c) Übergangsmetalle Vanadin Selektive poxidierung von Allylalkoholen (Sharpless) V(acac) 2 Toluol J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 6136. 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
generell gilt: wahrscheinlicher Übergangszustand: ( ) -Tartrat (unnatürlich) '' ' ''' Ti Ti (+) -Tartrat (natürlich) Anwendungen: kinetische acematspaltungen a) racemische Allylalkohole b) prochirale Substrate ' Ti(iPr) 4 0.5 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, 105. 1.3.1.2 ucleophile poxidierung selektive poxidierung e -armer Doppelbind. mit 2 2 / (Scheffer-Weitz-poxid.) Prinzip: tbu, a Toluol, 2 + J. rg. Chem. 1980, 45, 158. 10
1.3.2 Dihydroxylierung 1.3.2.1 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, 3299. 1.3.2.2 cis-diole mit s 4 Dihydroxylierung bevorzugt von der sterisch weniger gehinderten Seite Beispiel : Thp 5% s 4 1.3 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, 2768. s l m α (DQ) 2 Phal J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 1968. 11
Beispiele: Ph Ce AD-ix α Ce 72% Ph 99% ee J. rg. Chem. 1994, 59, 5104. 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, 5375. 1.3.3 alooxygenierung analog alogenaddition in Gegenwart von -ucleophilen I 2 2 I 97% ds Tetrahedron 1984, 40, 2297. alolactonisierung: C Br 2, KBr 2 Br 91% J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 4618. 12
1.3.4 ydratisierung a) xymercurierung / eduktion Prinzip: + g Ac Ac Ac g + Ac 2 gac ab 4 - + 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, 5937. b) ydroborierung / xidation Prinzip: B 2 B 2 B 2 + - 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 2 2 85% 72% J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 3567. 13
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 2 + + + + + + + + + + + + + + C C + + + + + + + + + + + + + + CCl C oder C 2 + + + + + + + + + + + + Lacton Diol + + + + + ± + + + + + + ± poxid Alkohol + + + ± ± ± + + + + + + + C C 2 + + + ± ± + + + + + + + ± C C 2 + + ± + + + + + C C 2 + + + + C 2 C 2 2 oder C + + + + + + + + + + C C 2 2 + ± + + + ± + + + 2 2 oder = + + + + + C=C C 2 C 2 + + + + + Übersicht über gängige eduktionsverfahren 2. eduktionsreaktionen 14
2.1 eduktion mit komplexen ydriden 2.1.1 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, 3560. Intermediat: + ' Ac B - Ac 15
c) 1,2- neben 1,4-eduktion ' ' Luche-eduktion mit ab 4 / CeCl 3 ab. 4 CeCl. 3 6 2 100% 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, 537. 2.1.2 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, 6614. b) 1,4- neben 1,2-eduktion Cu(I)-eagentien aal 2 ( ) 2 CuBr 75% Angew. Chem. 1983, 95, 810. 16
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, 2287. b) Amide ethode der Wahl: Weinreb-Amide Prinzip: Al LA 2 + Boc LA TF, 0 C 92% Boc J. Amer. Chem. Soc. 1992, 114, 6568. 2.1.3 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 3 100 % Tetrahedron Lett. 1991, 32, 2569. 17
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, 932. 2.1.4 Dehalogenierung radikalisch Br Bu 3 Sn AIB Benzol, 75 C 87% ds. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 4618ff. 2.1.5 eduktive Decarboxylierung C Ac 1) ClCiBu S, hν Ac 73% 2) S, t 3 J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 8971. Prinzip: S + S.. S S +. 2 S S 18
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, 1254. echanismus: 2 Al + Al 2 Beispiele: Propargylakohole Al LA 3 + TP TP LA Al. Allene Acta Chem. Scand B 1987, 41, 442. 2.1.7 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, 1239. 19
2.2 eduktion durch katalytische ydrierung geeignete etalle: i, Pd, Pt, u, h, etc. etallische Katalysatoren: heterogene ydrierung Komplexe Katalysatoren: homogene ydrierung echanismus: 2 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2.2.1 eduktion von C C-Doppelbindungen CC 3 CC 3 CC 3 2 2 Pd/C (Ph 3 P) 3 hcl J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 7020. asymmetrische katalytische ydrierung Zusatz chiraler Liganden e P P PPh 2 PPh 2 e Dipamp (Knowles) Binap (oyori) 20
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, 7932. 2.2.2 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, 9134. 2.2.3 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, 3358. 21
2.3 eduktion durch auflösende etalle Anwendung: eduktion von Aromaten, nonen, Alkinen trans-alkenen 2.3.1 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, 7829. 2.3.2 eduktion von nonen echanismus: e - + e -.. e - + 2 + Beispiele: 1) Li/ 3 /t 2 2) 4 Cl 92% 95% ds J. Chem. Soc. 1956, 2670. 1) Li/ 3 /TF 2) Cl 74% J. rg. Chem. 1967, 32, 689. 22
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, 622. 2.4 eduktion mit Diimid (=) rzeugung: 2 2 2 od. 2 2 Cu(II) C + KC CK echanismus: + 1 2 3 4 1 2 4 3 + 1 2 4 3 Bn Bn Bn Ts KC CK Ac Bn 40 C, 40 h Bn Ts Bn J. rg. Chem. 1985, 50, 470. 23
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, 1317. The Baeyer-Villiger oxidation of ketones and aldehydes; rg. eactions 1993, 43, 251. Catalytic asymmetric dihydroxylations; Chem. ev. 1994, 2483. Chemical and biological synthesis of chiral epoxides; Tetrahedron 1994, 50, 8885. 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, 1179. Polymer supported catalytic asymmetric Sharpless dihydroxylation of olefins; ur. J. rg. Chem. 1998, 21. 100 Years of Baeyer-Villiger-oxidations; ur. J. rg. Chem. 1999, 737. Iodocarbocyclization and iodoaminocyclization reactions mediated by a metallic reagent; Synlett 1999, 1191. Asymmetric epoxidation of electron-deficient olefins; Chem. Commun. 2000, 1215. 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
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, 4957. nantioselective reduction of ketones; rganic eactions 1998, 52, 395-576. Asym. transfer hydrogenation of C= and C= bonds; Tetrahedron Asym. 1999, 10, 2045. 25