Metallorganische Chemie 1

AA - Asymmetric Aminohydroxylation

http://www.scripps.edu/chem/sharpless/research/aa.html

regioselectivity

Metallorganische Chemie 2

AA - Asymmetric Aminohydroxylation

http://www.scripps.edu/chem/sharpless/research/aa.html

PHAL AQN

Metallorganische Chemie 3

AA - Selectivity

Metallorganische Chemie 4

AA - Mechanismligand free

regioselectivity

Metallorganische Chemie 5

AA - Nitrogen Sources

amino-heterocycles

• While the sulfonamide variant is easier to run, the ee's are generally lower than the carbamate and amide variants.

• The smaller the nitrogen source, the higher the enantioselectivity (Chloramine-M > Chloramine-T)

SN

Na

Cl

O

O

O2N

NNa

Cl

RO

O

NBr

H

R

O

3 equivalents 1.1 equivalents

Metallorganische Chemie 6

5. Hauptgruppe = baddies?

• Antimon Sb Ph3Sb PolymerisationsadditivDentalpolymere

• Bismuth Bi Ph3Bi Polymerisation

• Arsen As Ph3As (als Super-Ph3P)

N

O

O

Bi

ZAr-BrPd0

80°C 3hAr

NMP

Metallorganische Chemie 7

Carbene

Metallorganische Chemie 8

Wanzlick Gleichgewicht

N

NN

N

N

N24 h

2x

Verhältnis 1:9 nach 24 hH° = 13.7 kcal/molS° = 30.4 kcal/mol*KAngew. Chem. 2002, 4200

Metallorganische Chemie 9

Wanzlick Carbene

Wanzlick, H.W.; Schikora, E. Chem. Ber. 1961, 94, 2389The „Wanzlick Equilibrium“ Bohm, V.P.W.; Herrmann, W.A.

Angewandte Chemie, IEE 2000, 39(22), 4036

N NPh Ph

CCl3

N NPh Ph

- CHCl3

Xylol50 min180°C

Collidin

N

Metallorganische Chemie 10

Reaktionen freier Carbene

R R R-X

R3C-H

R R R R

X

R

R RH

RRR

elektrophileAddition

nukleophileAddition=> Ylid

Insertion

Metallorganische Chemie 11

Fischer/Schrock Carben

M

R

R

Nu

EM

R

R

M

R

R

M

R

R

Nu

E

M

R

R

Schrock-Carben: elektrophiler 10-18e Komplex

Fischer-Carben: nukleophiler 18e Komplexe

Metallorganische Chemie 12

Rückbindung der Metalle

M C

M C -Bindung

-Rückbindung

1. M: + -Donor, + -Donor2. M: + -Donor, - -Donor3. M: - -Donor, + -Donor4. M: - -Donor, - -Donor

Metallorganische Chemie 13

Rückbindung

RR RR

M

RR

M

+

-

RR

M

-

+

Rückbindung nimmt zu

C-Nukleophilie nimmt zu

Rh, Cu, Pd, Pt Fischer Schrock

Metallorganische Chemie 14

Rückbindung: Orbitalinteraktion

M

*

M

*Nukleophil

E gross => starke Rückbindung E klein => schwache Rückbindung

Nukleophil

Metallorganische Chemie 15

Schrock-Carben

Ti

16 e Elektronenmangel-CarbenSchrock-Carbene: nukleophil am C

elektrophil am MetallCarben C: sp2 hybridisiert

Doppelbindungsanteil

M

R

R

M

R

R

Metallorganische Chemie 16

Fischer-Carben

FeO

18 e Elektronen-CarbenFischer Carbene sind elektrophil am Cund nucleophil am Metall

2x Cp- 2x 6eFe2+ 6eCarben 2eSumme 20e

FeO

Cp als 3

Cp- 6eAllyl- 4eFe2+ 6eCarben 2eSumme 18e

Metallorganische Chemie 17

Fischer Carbene

MX

R

M

X

R

M

X

R

M

X

R

Carben: sp2 hybridisiertDoppelbindungsanteile: M-C + C-X

Metallorganische Chemie 18

Carben-Komplexe: 13C-NMR ppm rel. TMS ReaktivitätCp2TaMe(CH2) 224 Nu

Cp2NbCl(CHCMe3) 299 Nu

141 El

271 El

399 El

(OC)5Cr C

N

N

(OC)5Cr C

N

(OC)5Cr C

Ph

Ph

stabilisiertes Singulett-Carben

unstabilisiertes Triplett-Carben?

cutoff beim Routine13C-NMR

Metallorganische Chemie 19

Reaktivität von Carben

1 Heteroatom mit freiem Elektronenpaar Stabilisierung durch p-pHetero

Singulett-Carben elektrophiles Fischer- Carben

kein Heteroatom keine Stabilisierung durch p-pR

Triplett-Carben nukleophiles Schrock-Carben

OR

R

R

RC C

Metallorganische Chemie 20

Reaktivität von Fischer-Carbenen

(CO)5Cr

OMeH-NR2

(CO)5Cr

OMe

Cr(CO)6 N

R

R

H

- MeOH

(CO)5Cr

NR2

geringe Elektronendichte am Carben C

OR

CH3

M

H-NR2

Metallorganische Chemie 21

Dötz Reaktion

(CO)5Cr

OMe

RR

O

OMe

R

R

H

Cr(CO)3

O

OMe

R

R

H

O2oder

Me3N-O

Me3NO -> Me3N

Metallorganische Chemie 22

Dötz Reaktionsmechanismus

(CO)5Cr

OMe

Ph

Cr(CO)6

PhLi

Me+

R

R

-CO

(CO)4Cr

OMe

Ph

45°C90%

RR

(CO)4CrOMe

Ph

R R

O

CO

(CO)4Cr

O

R

R

OMe (CO)4Cr

O

R

R

OMe

HO

H

OMeR

RCr(CO)4

HO

OMeR

R

- Cr(CO)4

Me3OBF4

Metallorganische Chemie 23

Dötz Reaktionsbeispiele

(CO)5Cr

OMe

OMe

(CO)4CrOMe

O O

(CO)4CrOMe

O O

OH

OMeOMe

OH

OMeOMe

Ce(IV)

O

OOMe

GleichgewichtAlken--Komplex

Dirigiert die Umlagerung

Benzochinon

sterisch überfrachtet

Metallorganische Chemie 24

Vitamin K durch Dötz Reaktion

O

O

H

n

n = 7 Vitamin K1n= 4 Vitamin K2

Metallorganische Chemie 25

Dötz Reaktionsbeispiele

(CO)5Cr

OMe OH

OMe

OMe

OMe

CO2But

2. O2 23°C66%

CO2But

(CO)5Cr

OMe O

OMe

2. O2 45°C83%

Metallorganische Chemie 26

Hegedus -Lactame

(CO)5Cr

OBn N

S

h

N

S

O

BnO

3.5 Tage 76%

h

OBn

O

(OC)4Cr

N

S

OBn

O N

S- Cr(CO)4

Thermisch erlaubte 2+2 Cycloaddition

Metallorganische Chemie 27

Carbin-Komplexe

M RLnM(1-CR)

Metallorganische Chemie 28

Synthese von Carbin-Komplexen

(OC)5M

OMe

R

BX3(OC)5M

X

R

BX3

M R

COOC

OC CO

X- COM = Cr, Mo, W

R= Alk, Ar

Metallorganische Chemie 29

Carbin-Komplexe MO

M RCO

CO

OCCO

X M RCO

OCX

O

O•Kurze M-C Dreifachbindung•Carbin C: sp Hybrid

* C-O

* C-O

Metallorganische Chemie 30

Carbinkomplexe 13C-NMR

TaMe3P

Cl

PMe3

R

TaMe2P

H

PMe2

R

MnOC

COR

W

CO

CO

XOC

COR

ppm rel TMS Reaktivität

348 Nu

306 Nu

357 El

-299 El

Metallorganische Chemie 31

Chrom

Dötz Reaktion

Hegedus -Lactame

Nozaki Reaktion

Metallorganische Chemie 32

Nozaki Reaktion

OR

Br

CrCl2

THFR

OH

R

OH

+

10 1

Cr(II)

Cr(II)

(II)Cr O R

H

anti TS

•Das E/Z Alken equilibriert => anti-Produkte dominieren

anti synsyn

Metallorganische Chemie 33

Nozaki Reaktion

Metallorganische Chemie 34

Nozaki Reaktion

• Im Gegensatz zu Cupraten und Grignard- Reagentien reagiert Vinylchrom(II) mit Aldehyden nicht durch Chelat-Kontrolle

• Die Addition erfolgt von der entgegen-gesetzten Seite des Felkin-Ahn Modelles=> Anti-Cram Produlkte dominieren

Metallorganische Chemie 35

Nozaki Reaktion

Bu N

N

Bu

IOR

Bu

R

OHCrCl2DMF25°C

I2

Cr kontaminiertes Nickel

Metallorganische Chemie 36

Nozaki-Hiyama-Kishi Reaktion

X

Ni°

Ni(II)-X Cr(II)

Cr(II)-XNi(II)

2 Cr(II)2 Cr(III)

Metallorganische Chemie 37

Nozaki-Hiyama-Kishi Reaktion

Eleutherobin

Metallorganische Chemie 38

Chrom 6-Aren-Komplexe

L = MeCN, Py, NH3, CO

Cr(CO)3L3

(OC)3Cr

- 3 L

Metallorganische Chemie 39

Stereoselektive 6-Aren-Komplexierung

(OC)3Cr

Cr(CO)3L3

TMS

MeO

R

H

OH

TMS

MeO

R

H

OH

TMS

MeO

R

H

OH(OC)3Cr

2 98

25°C

Metallorganische Chemie 40

Chrom 6-Aren-Komplexe

(OC)3Cr

Nu

Oxidation

Nu

Nukleophile Substitution unaktivierter Aromaten

(OC)3Cr

Nu

H

Cr(CO)3

H

Nu

Oxidation

- "H-"-Cr(CO)3

Nu

Anti-Angriff

Metallorganische Chemie 41

Substitution an 6-Aren-Komplexen

(OC)3Cr

MeOH/NaOHCl

50°C(OC)3Cr

OMeI2

OMe

(OC)3Cr

MeOH/NaOHCl

50°C(OC)3Cr

OMeI2

OMe

97% meta0.1% para

0.2% meta96% para

Metallorganische Chemie 42

Cyclisierung mit 6-Aren-Komplexen

(OC)3Cr

H

(OC)3Cr

Li

F

BuLi

FPh

N O

2x

I2

N N

O

O

PhPh

(OC)3Cr

F

Ph

N

O

(OC)3Cr

F N

O

Ph

PhN

O

• Aktivierung für Nukleophile• Stabilisierung von Arylanionen

Metallorganische Chemie 43

Fe

Aren-Komplexe

Cp-Komplexe

Metallorganische Chemie 44

S.G. Davies

FeOC PPh3

COMeLi

Fe

PPh3

CO FeOC PPh3 O

O

BuLi

Fe

PPh3

CO FeOC

PPh3OLiOLi

Enantiomerenpaar: Trennung durch chirale Auxiliare möglich

Metallorganische Chemie 45

S.G. Davies

FeOC

P OLiE'

FeOC

Ph3P O

H E'

FeOC

PPh3OLi

Die Vorderseite ist abgeschirmt => diastereotope ÜZs => Enantiodifferenzierung

Metallorganische Chemie 46

1 Auxiliar -> beide Enantiomere

FeOC

P OLi

E' E''BuLi

E'' E'BuLi

FeOC

Ph3P O

E'

H E''

FeOC

Ph3P O

E''

H E'

Metallorganische Chemie 47

Metallierte Enzyme

Metallorganische Chemie 48

Porphyrine (purpurfarbige)

NH N

HNN

N N

NN

Fe

HO2C CO2HPorphin

22e SystemPlanar aromatisch

HämBestandteil von

Hämoglobin

Retro Einbau

Metallorganische Chemie 49

Hämoglobin

Metallorganische Chemie 50

Hämoglobin Struktur

Fe(III)-OH

Histidin

Histidin

Metallorganische Chemie 51

Hemoglobin

Metallorganische Chemie 52

Porphyrine: Chlorophyll-

N N

NN

Mg

HO2C HO2C O

Metallorganische Chemie 53

Chlorophyll Röntgenstruktur 1AIG

Metallorganische Chemie 54

Katalase

Fe

Metallorganische Chemie 55

Bombardierkäfer Chinone

H. Hart Organische Chemie 2. Aufl. S. 306 VCH 2002W. Agosta Bombardier Beetles and Fever Trees 1996

R

OH

OH

R

O

O

H2O2Peroxidase + 2 H2O

R

O

OHO

R

O

OHO

R

O

O

OH

HHH

H+

2 H2O2 2 H2O + O2

Katalase

Beide Reaktionen sind stark exotherm, der Strahl erreicht 100°C, die Chinone sind toxisch (warum?)

Metallorganische Chemie 56

Katalase

OO

H

Fe

OO

H

Metallorganische Chemie 57

Vitamin K durch Katalyse

OH

OH

H

n

n = 7 pro-Vitamin K1n= 4 pro-Vitamin K2

O

O

H

n

n = 7 Vitamin K1n= 4 Vitamin K2

MeReO3

H2O2

Metallorganische Chemie 58

Epoxidation mit MTO

Methylrheniumtrioxid: MTO• H2O und O2 stabil• NaOH: instabil -CH4

83%

Re2O7

MeCNF2CCF2

CF2

OO O

F2CCF2

CF2

OOO

ReO

OO

ORe

O

O

O

Me4Sn

H3CRe

O

OO

CH3

ReO

O

O

O-H2O

H2O2 H2O2CH3

ReO

O

O

OO

H2O

Metallorganische Chemie 59

MTO: Chemoselektive Epoxidation

MTO 2%H2O2 65%

HOAc58%

O

O

MTO 1%H2O2 2 eq

tBuOH60%

O OO

OH MTO 5%UHP/H2O2 2 eq

DCM, 15 min73%

OH

O

NH2H2N

O

H2O2

UHP

Ureahydroperoxide

Sharpless AEoder V(V) H2O2

Metallorganische Chemie 60

Kobalt

Vitamin B12Cobalamin

Pauson-KhandKnochelNicholas

Metallorganische Chemie 61

Vitamin B12 Cobalamin

Methyl

Kobalt

Porphyrin

Metallorganische Chemie 62

Coenzym B12 Adenosyl

S

O

CO2R

CoA

S

O

CO2R

CoA

S

O

CoACO2R

S

O

CoACO2R

AdCH3

AdCH2

1° Radikal

Coenzym B12= TBTH/AIBN

2° Radikal

Welcher Rest wandert?

Metallorganische Chemie 63

Oxa-allylradikale

S

O

S

O

O

O

O

O

RadikaldelokalisationKeine pS- CO Überlappung

Keine Radikaldelokalisation

Metallorganische Chemie 64

Pauson Khand Reaktion

Review S. E. Gibson Angew. Chemie 2003, 115 (16), 1844-1854http://dx.doi.org/10.1002/ange.200200547

Co2(CO)8

+

O

Metallorganische Chemie 65

Pauson Khand Reaktionsmodell

Co Co

O

OOC

OC

OC

CO

CO

COR

-2 COCo Co

OC

OC

OC

CO

CO

CO

R R'

Co Co

OC

OC

CO

CO

CO

RR'

Co Co

OC

OC

CO

CO

CO

R

R' COCO

Co Co

OC

OC

CO

CO

CO

R

R' COCO

Co Co

OC

OC

CO

CO

CO

R

R' CO

O

O

R'

R

Metallorganische Chemie 66

Pauson Khand: Additive