Reduktion und asymmetrische Reduktion Monika Vogt und Stefanie Röker
Reduktion: Aufnahme von Elektronen durch Substrat Organik: äufig mit der Aufnahme von Wasserstoff verbunden
Reduktionsmittel in der organischen Elektronen-Donoren Chemie Metalle, die sich in geeigneten Solventien lösen Bsp.: Niedervalentes Titan Elementarer Wasserstoff Bei katalytischer ydrierung Überträger von -Atomen Bsp.: Bu 3 Si; (Me 3 Si) 3 Si Reagenzien die nucleophilen Wasserstoff übertragen - kovalente neutrale Metallhydride B 3, DIBAL, Et 3 Si - lösl., ion. Komplexe Metallhydride, die sich von vierbindigem Bor oder Aluminium ableiten - Organometallverbindungen, die am β-c-atom ein -Atom enthalten, dass auf org. Substrate übertragbar ist RLi, RMgBr
Wichtige Reduktionen Reduktion von Alkylhalogeniden und sulfonaten zu Alkanen; Reduktion von Epoxiden zu Alkoholen C X C C X C M Red.Mittel: LiAl 4, LiBEt 3, DIBAL
Wichtige Reduktionen Ein-Elektronen-Reduktion von Carbonylverbindungen und Estern, reduktive Kupplung Bsp.: Mc Murry-, Pinakol-Reaktion O O O O O O Red.Mittel: sich auflösende unedle Metalle, Bsp.: niedervalentes Titan
Wichtige Reduktionen Reduktion von Carbonsäurederivaten zu Alkoholen Aminen Aldehyden O C O N 2 R C N 2 C O X R C O O C X C Red.Mittel: ydridreagenzien
Wichtige Reduktionen ydrierung von Olefinen C C C C Red.Mittel: Pd, Pt 2
Wichtige Reduktionen Reduktion von Aromaten Bsp.: Birch-Reduktion Red.-Mittel: Na in fl. N 3 Red.-Mittel bei anderen Reduktionen: 2 Raney-Ni, Pd, Pt, Rh/Al 2 O 3
Wichtige Reduktionen Reduktion von Alkinen C C C C C C C C Red.Mittel: 2 Pd, Pt, Raney-Ni Red.Mittel: Lindlar- Katalysator
Inhalt Reduktion durch komplexe Metallhydride Aluminiumhydride Borhydride Reduktion von Carbonylverbindungen Reduktive Aminierung Wolff-Kishner-Reduktion Barton-McCombie-Reduktion
Aluminiumhydride Vorteile Starke ydridüberträger Meist kein Angriff auf C-C-Doppel- oder Dreifachbindung Nachteile Reaktion mit protischen LM Reaktivität ist abhängig von Eigenschaften des Metallions Liganden Substanzen, die Metallionen komplexieren
Übersicht Aluminiumhydride LiAl 4 LiAL(OMe) 3 LiAL(OtBu) 3 DIBAL RED-Al RCO Alkohol RCOR Alkohol RCOX Alkohol - Epoxid Alkohol (-) (-) Ester Alkohol - Aldehyd RCO2 Alkohol (-) Amid Amin (-) Aldehyd RCN Alkan, Amin - Aldehyd, Amin
Mechanismus der ydridreduktion mit LiAl4
Mechanismus der ydridreduktion mit DIBAL
Borhydride NaB 4 LiBEt 3 NaB 3 CN LiB(C(C 3 )C 2 C 3 ) 3 LiB(C(C 3 )C(C 3 ) 2 ) 3 Natriumborhydrid Superhydrid Natriumcyanotrihydroborat L-Selectrid LS-Selectride NaB(C(C 3 )C 2 C 3 ) 3 N-Selectrid KB(C(C 3 )C 2 C 3 ) 3 N-Selectrid
Reaktionen von Borhydriden Iminium -Ion Aldehyd Keton Ester Amid NaB 4 Amin Alkohol Alkohol Alkohol - NaB 3 CN Amin Alkohol - - - L-Selectrid Alkohol Alkohol Aldehyd Superhydrid Alkohol Alkohol Alkohol
Reduktion von Carbonylverbindungen
Beispiel: Reduktive Aminierung
Wolff-Kishner-Reduktion
Barton-McCombie-Reduktion
Mechanismus der Barton-McCombie- Reaktion Kettenstart: Propagation:
Vor- und Nachteile der Reduktion mit Bu 3 Sn Vorteile ohe Ausbeuten ( 70-90%) Relativ schnell (1-4h) Leicht handhabbar Milde Bedingungen ( neutrales Milieu ) Nachteile Relativ teuer Sehr toxisch Zinnreste sind schlecht vom Produkt abtrennbar
Asymmetrische Reduktion
Warum ist die asymmetrische Reduktion wichtig? Viele biologische Prozesse sind von Natur aus asymmetrisch Absolute Konfiguration von Medikamenten ist ausserordentlich wichtig Bsp.: Contergan, 1960er Jahre R-Enantiomer wirkt beruhigend, Anwendung bei schwangeren Frauen S-Enantiomer ist teratogen Mißbildung von Föten
Katalytische ydrierung mit eterogenen Katalysatoren Elementares Metall als Katalysator Pd Pt Raney-Ni Ni mit hoher spezifischer Oberfläche 2 und Olefin werden an der Katalysator- Oberfläche zum Alkan umgesetzt Normalerweise stereoselektive cis-addition Ausnahmen: trans-hydriertes Produkt
Cis-selektive heterogene katalytisierte ydrierung
Stereo-unselektive heterogen katalysierte ydrierung
Katalytische ydrierungen mit homogenen Katalysatoren Katalysatoren: gelöste Metallkomplexe RuCl 3 [RhCl{P(C 6 5 ) 3 } 3 ] Tertiäre Phosphan-Rh-Komplexe Enatiomerenreine chirale Katalysatoren: Enantioselektive Addition von Wasserstoff 80er Jahre: Noyori entwickelt BINAP
BINAP 2,2-Bis(diphenylphosphanyl)-1,1-binaphtyl Anwendung als enantiomerenreiner Ligand Enantiomerenreines BINAP aus BINAP-Dioxid
Katalyse von BINAP Enantioselektiver ydrierung der C=C-Doppelbindung von bestimmten Allylalkoholen Enantioselektiver ydrierung der C=C-Doppelbindung von α-(acylamino)acrylsäure Enantioselektiver ydrierung von vielen ß-Ketoestern
Bedingungen für Stereoselektivität Absolute Konfiguration ändert sich mit: Wahl eines Ru oder Rh-Komplexes Einsatz von R- oder S-BINAP Verwendung E- oder Z-konfiguriertes Olefin Entscheidend für enantioselektive ydrierung: Ungesättigtes Substrat bildet mit Zentrum des Katalysators wohldefinierte Stereostruktur Metall/Substrat-Komplex geht in Komplex über, der zusätzlich mindestens einen ydridoliganden enthält
omogene enantioselektive ydrierung
Literatur Reinhardt Brückner, Reaktionsmechanismen, 2.Auflage, Spektrum Verlag, eidelberg 2003 Autorenkollektiv, Organikum, 18.Auflage, Wiley VC, Berlin 1990 K.P.C. Vollhardt, N.E. Schore, Organische Chemie, 3.Auflage, Wiley VC, Weinheim 2000 www.chemiestudent.de Ryoji Noyori, Assymetris Catalysis: Science and Opportunities (Nobel Lecture 2001), Wiley VC, Weinheim