C H Aktivierung - uni-heidelberg.de · 2 Inhalt 2. Aktivierung über σ-Komplexe 3....

1

CH-Aktivierung

17.12.09Christoph Sonnenschein und David Schrempp

MCII - Seminar

2

Inhalt

2. Aktivierung über σ-Komplexe

3. Intramolekularer Verlauf

10. Überblick

1. Einleitung

4. Murai-Reaktion

9. Oxygenerierung am Beispiel Cytochrom P450

MC IIChristoph Sonnenschein, David Schrempp

6. Carbonylierung

7. Hydroacylierung

8. Mercat-Prozess

5. Intermolekularer Verlauf

3

Einleitung

Definition

„…to activate a σ-bond such as C-H bond is to increase the reactivity of this bond toward a reagent.“

(Shilov 1997)

Konsequenzen der Aktivierung

Bindungsspaltung

Funktionalisierung möglich

[1] A.E.Shilov, G.B.Shul`pin,Chem. Rev.,1997,97,2879-2932.


4

Einleitung

Historische Entwicklung

Funktionalisierung von CH-Bindungen zentrales Thema

Bedeutung

Bisher: unselektive Radikalmechanismen

CH-Aktivierung ermöglicht hohe Selektivität

1931 Hieber: erster Hydrido-Komplex [Fe(CO)4H2 ]

1993 Murai: erstmals ohne stöchiometrischen Einsatz von Übergangsmetallen

1969 Shilov: Deuterierung von CH4, aber PtIV als Oxidationsmittel

[1] A.E.Shilov,G.B.Shul`pin,Chem.Rev.1997,97,2879-2932.


55

Übersicht

1. Einleitung2. Aktivierung über σ-Komplexe3. Intramolekularer Verlauf4. Murai-Reaktion5. Intermolekularer Verlauf6. Carbonylierung 7. Hydroacylierung8. Mercat-Prozess9. Oxygenerierung am Beispiel Cytochrom P450


6

Aktivierung über σ-Komplexe

[2] Holleman,A.F.;Wiberg,E.;Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie;Walter de Gruyter:Berlin,2007;pp1834

Prinzipielle Vorbetrachtung

σ*

σ-Hinbindung π-Rückbindung

σ

Wechselwirkungen schwächen Intraligandbindung


7

Aktivierung über σ-Komplexe

Oxidative Addition

i.d.R. mittlere und späte Übergangsmetalle

elektronenreiche und niedrigvalente Komplexe

Mn + A B Mn+2

B

A

für Wasserstoff exotherm, aber für CH-Bindungen endotherm


88

Übersicht



9

Intramolekularer Verlauf

[4] B.Longato, F.Morandini, S.Brrsadola, J.Organomet.Chem.,1975,88,7-8.

Cyclometallierung

Vorkoordination durch Kohlenstoff oder Heteroatom

Wechselwirkung mit CH-Bindung eines Liganden

[3] S.Trofimenko, Inorg. Chem.,1973,12,1215-1218.

(Longato 1975)

Stabilität durch Chelateffekt

IrIPh3P

Ph3P Cl

PPh3

IrIII

Ph3PPh3P Cl

H

Ph2P


10

Intramolekularer Verlauf

von griech.: agostos (einhaken, umranken)

Agostische Bindung (M.L.H. Green)

2e3c-Bindung

WOC

OC CO

R2P

PR3

H

Nachgewiesen durch Röntgenstruktur, NMR, IR

[2] Holleman, A.F.;Wiberg, E.;Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie;Walter de Gruyter:Berlin,2007;pp1834

LnM

H

CR2


11

Murai-Reaktion

[5] G.Dyker,Angew. Chem.,1999,111,1808-1822.

Alkylierung von Aromaten:

(Murai 1993)

kompatibel mit zahlreichen funktionellen Gruppen

O

TMS

RuH2(CO)(PPh3)32 mol%

Toluol, 2 h, Rückfluss

O

TMS+

97%

begrenzt auf terminale Alkene


12

Murai-Reaktion

[6] F.Kakiuchi,S.Sekine,Y.Tanaka,A.Kamatani,M.Sonoda,N.Chatani,S.Murai,S. Bull. Chem. Soc. Jpn., 1995, 68, 62.

O

R

Ru(PPh3)3

Y

Ru(PPh3)3L

O

R

Ru(PPh3)3H

PPh3

O

R

Ru(Ph3P)3

Y

ORu(PPh3)3L

R

O

R

Ru(PPh3)3H

L

PPh3 Y

O

R

Y

O

R

Mechanismus

O

R

RuH(Ph3P)2 Y


13

Murai-Reaktion

Beispiele

[8] F.Kakiuchi, T. Kochi, Synthesis, 2008,19, 3013-3039.

ORuMe

HORu

MeO

H

MeOO

Si(OEt)3MeO

OMeO

OSi(OEt)3

Si(OEt)3


Toluol,135 °C, 0.5 h

++

10% 83%

O

Si(OEt)3

OO

Si(OEt)3

Si(OEt)3


Toluol,135 °C, 3 h

++

93% 3%

[7] M. Sonoda et al.,Journal of Organometallic Chemistry,1995,504,151-152.

Erklärung:


1414

Übersicht



15

Intermolekularer Verlauf

[9] J.A.Labinger,J.E.Bercaw, Nature, 2002,417,507-514.

hυ,Ir

Me3P HH

Cp*

IrMe3P

H

Cp*

Annahme: sterisch bedingte geringere Obitalüberlappung

i.d.R. primär > sekundär > tertiär

Selektivität von Alkanen

(Bergman 1982)


- H2

16

Intermolekularer Verlauf

[10] J.J.Schneider, Angew. Chem., 1996,108, 1132-1139.

mangelnde Stabilität: kein Chelateffekt

sondern eher wie BH4

koordiniert nicht wie H2 side-on

..bisheriger Stand der Forschung…

H

CRH

H

M

H

CR2

H

M


Austauschprozess oder Grundzustand ?

1717

Übersicht

1. Einleitung2. Aktivierung über σ-Komplexe3. Intramolekularer Verlauf4. Murai-Reaktion5. Intermolekularer Verlauf6. Carbonylierung7. Hydroacylierung8. Mercat-Prozess9. Oxygenerierung am Beispiel Cytochrom P450


1818

Carbonylierung

Ziel: Einbau von CO in organische Verbindungen

Beispiel: CO-Insertion in Pyrrolidin-Derivaten

Ausbeute: R 5-Me 84 %6-Me 12 %

Doye, Angew. Chem. 2001, 113, 3455-3457.

N

N

R

N

N

R

4.0 Mol-%[{RhCl(cod)}2]

10 atm CO5 atm C2H4iPrOH, 160°C

O


1919

Carbonylierung

vorgeschlagener Mechanismus:

f

f

f

ff

f

f f

Doye, Angew. Chem. 2001, 113, 3455-3457.


2020

Übersicht MC IIChristoph Sonnenschein, David Schrempp


2121

Hydroacetylierung

• CH-Aktivierung reaktionsträger Aldehyde

• enantioselektiv 95% ee

• chriale Liganden: SS-Me-duphos

Fairly, Bosnich, Organometallics, 1988, 7, 936- 945.Barnhart, McMorrin, Bosnich, Chem. Commun. 1997, 589-590.

O

H

Wilkinson-Kat.O

30 %

O

H[Rh]

O


2222

Hydroacetylierung

Mechanismus:

f

f

f

f

Fairly, Bosnich, Organometallics, 1988, 7, 936- 945.

O

H

O

(R3P)3RhCl

RhCl

Ph3PPPh3

H

PPh3

O

RhCl

Ph3PH

PPh3

O

RhCl

Ph3PH

Ph3P

O

PPh3

PPh3


kl

2323



2424

Mercat-Prozess

• Dimerisierung unter C-C-Verknüpfung (sp3 möglich)• industrielle Bedeutung• Kombination: Photochemie und ÜM-Katalyse in der Gasphase

Beispiel: Dimerisierung von 2-Cyanopropan

Dyker, Angew. Chem. 1999, 111, 1817.Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2233-2247.


NC CN

NC

H

NC

H

Hg hν

-H2

84 %

2525

Mercat-Prozess

Reaktionsverlauf: 2 R-H R-R + H-H

1.1Hg + hv 3Hg

2.R-H + 3Hg R + H + 1Hg

3.R-H + H R + H2

4.R + R R-R

3Hg

Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2233-2247.


2626

Mercat-Prozess

Nachteile:

• Selektivität begrenzt (Stabilität von Radikalen)

Beispiel: n-Hexan

• Disproportionierung R

• Kreuzdimerisierungen

Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 2946-2953.Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2233-2247.

Verknüpfung 2-2‘ 2-3‘ 3-3‘ 1-n‘Anteil [%] 23 45 21 11


2727

Mercat-Prozess

technische Umsetzung:

Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 2935-2946.


2828



2929

Cytochrom P450

• Proteinfamilie: Hämprotein, Oxireduktase, Monooxygenase• Name: Pigment, absorbiert mit CO-Ligand (λ = 450 nm)• Funktion: oxidativer Abbau von Substanzen

Struktur des aktiven Zentrums:

Shilov, Chem. Rev. 1997, 97, 2879-2932.Yosihzawa, International Congress Series 1233, 2002, 191- 195.


3030

Cytochrom P450

Shilov, Chem. Rev. 1997, 97, 2879-2932.


3131

Cytochrom P450

Wie verläuft die CH-Aktivierung?

• „Oxenoid-Mechanismus“:

• „Rebound-Radikal-Mecanismus“

• Anzeichen: DFT-Rechnung, kinetischer Isotopeneffekt, Isomerisierungen

Shilov, Chem. Rev. 1997, 97, 2879-2932Yosihzawa, International Congress Series 1233, 2002, 191- 195

C H + FeVO HOFeIV COH

+ FeIII

+ FeVO C H

FeO

COH

+ FeIIIC H


32


32

Zusammenfassung MC IIChristoph Sonnenschein, David Schrempp

Murai-Reaktion: selektive C-C-Bindungsknüpfung

Einführung einer Carbonylfunktion durch CH-Aktivierung

Industriell genutzter Mercatprozess (radikalisch)

CH-Aktivierung durch Enzyme

3333

Quellen MC IIChristoph Sonnenschein, David Schrempp

[1] A.E.Shilov, G.B.Shul`pin,Chem. Rev.,1997,97,2879-2932.[2] Holleman,A.F.;Wiberg,E.;Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie;Walter de

Gruyter:Berlin,2007;pp1834[3] S.Trofimenko, Inorg. Chem.,1973,12,1215-1218.[4] B.Longato, F.Morandini, S.Brrsadola, J.Organomet.Chem.,1975,88,7-8.[5] G.Dyker,Angew. Chem.,1999,111,1808-1822.[6] F.Kakiuchi,S.Sekine,Y.Tanaka,A.Kamatani,M.Sonoda,N.Chatani,S.Murai,S.

Bull. Chem. Soc. Jpn., 1995, 68, 62.[7] M. Sonoda et al.,Journal of Organometallic Chemistry,1995,504,151-152.[8] F.Kakiuchi, T. Kochi, Synthesis, 2008,19, 3013-3039.[9] J.A.Labinger,J.E.Bercaw, Nature, 2002,417,507-514.

[10] J.J.Schneider, Angew. Chem., 1996,108, 1132-1139.[11] Yosihzawa, International Congress Series 1233, 2002, 191- 195[12] Fairly, Bosnich, Organometallics, 1988, 7, 936- 945. [13] Barnhart, McMorrin, Bosnich, Chem. Commun. 1997, 589-590. [14] Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 2946-2953.[15] Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 2233-2247.

3434

Danke für die Aufmerksamkeit.


C H Aktivierung - uni-heidelberg.de · 2 Inhalt 2. Aktivierung über σ-Komplexe 3....

Documents

Transcript of C H Aktivierung - uni-heidelberg.de · 2 Inhalt 2. Aktivierung über σ-Komplexe 3....