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Ketonhydrierung mit Ir- Komplexen Uni Bayreuth - AC V Hauptseminar - 07.06.11 Nicklas Deibl

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Ketonhydrierung mit Ir-Komplexen

Uni Bayreuth - AC V Hauptseminar - 07.06.11 Nicklas Deibl

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(1) Vorstellung einiger Ir-Komplexe und Liganden zur asymmetrischen Hydrierung von Ketonen[1]

- Katalysezyklen- Strukturmotive- Selektivitäten

(2) Ir-Komplexe mit Imidazo[1,5-b]pyridazin-Liganden[2]

- Entwicklung- Synthese- Katalytische Eigenschaften

Übersicht, Gliederung

R1 R2

O

R1

R2

OH[Ir]*

H2

[1] Malacea, R.; Poli, R.; Manoury, E. Coordination Chemistry Reviews 2010, 254 (5-6), 729–752.[2] Irrgang, T.; Friedrich, D.; Kempe, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50 (9), 2183–2186.

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Bewertung der Enantiomerenreinheit

Enantiomerenüberschuss (enantiomeric excess) – ee [%]

[R] bzw. [S]: Massen der jeweiligen Enantiomere

ee auch zugänglich durch GC oder HPLC mit chiralen Säulen

Selektivität

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Katalysezyklen (1)

[M]

E H

H

O

R2R1

[M]

E H

H

[M]

E

H2

R1

O

R2

R1

OH

R2

Noyori Morris (outer sphere)

Gut erforscht für Ru-Katalysatoren mit Ru-NH Funktionalität[3]

Bewiesen für einige Ir-Katalysatoren

Regenerierung des Intermediats durch heterolytische H2-Spaltung; Analog zu „Rh-NH“ Katalysatoren möglich durchIridiumamide[4-5]

[3] Abdur-Rashid, K.; Faatz, M.; Lough, A. J.; Morris, R. H. J. Am. Chem. Soc 2001, 123 (30), 7473–7474.[4] Fryzuk, M. D.; MacNeil, P. A. Organometallics 1983, 2 (2), 355–356.[5] Choualeb, A.; Lough, A. J.; Gusev, D. G. Organometallics 2007, 26 (21), 5224–5229.

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Katalysezyklen (2)

[M] H R1

O

R2

[M]

O

H

R1 R2

[M]

OR2

R1 H

H2R1

OH

R2

Inner sphere

Für einige Ir-Komplexe vorgeschlagen;Bisher höchste Aktivitäten für Ir-Komplexe ohne NH-Funktionalität

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N

O

P(Ph)2

P(Ph)2

P(Ph)2

P(Ph)2

MeO

MeOP(Ph)2

P(Ph)2

NHR2

NHR2

R1

R1

Ph

NH2

NH

Ph

SO2CH3

Ph

NH

NH

Ph

Ph

HN

HN

Ph

n

Ph NHR1

NR2R3Ph

NH2

NH2R2

R3R4

R1

NH2

NH2

NH2

NH2

Ts Ts

NHR

Ph P(Ph)2

P,P Liganden

N,N Liganden

Andere Liganden

Fe P(Ph)2

SR

Chirale Liganden für Ir-Komplexe zur asymmetrischen Hydrierung von Ketonen

N

O

P(Ph)2

P(Ph)2

P(Ph)2

P(Ph)2

MeO

MeOP(Ph)2

P(Ph)2

NHR2

NHR2

R1

R1

Ph

NH2

NH

Ph

SO2CH3

Ph

NH

NH

Ph

Ph

HN

HN

Ph

n

Ph NHR1

NR2R3Ph

NH2

NH2R2

R3R4

R1

NH2

NH2

NH2

NH2

Ts Ts

NHR

Ph P(Ph)2

P,P Liganden

N,N Liganden

Andere Liganden

Fe P(Ph)2

SR

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Beispiele für Ir-Komplexe zur asymmetrischen Hydrierung (1/4)

N

O

P

P

Ir

(Ph)2

(Ph)2

Graziani et al., 1990

2

Ph

O

N

R1

R2 Ph

OH

N

R1

R2

2

99%, 21-30% ee

H2

MeO

PCyMe

MeO

PMeCy

Ir

Monsanto, 1975

Enantioselektivitäten sehr schlecht(diverse aliphatische Ketone)

1

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Beispiele für Ir-Komplexe zur asymmetrischen Hydrierung (2/4)

Lemaire et al., 1996

O OH

3

3

max. 71%, 63% ee

50 bar H2NH

NHIr

HN

HNMe

Me

Me

Me

NH2

IrNPh

Ph

SO2CH3

cp*

OTf

Ohkuma et al., 2007

R1

O

OHR1

OH

OH

>89%, bis zu 99% ee

4

0.1-0.015% 4

10 bar H2

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Beispiele für Ir-Komplexe zur asymmetrischen Hydrierung (3/4)

R

O

R = Me: 54% eeR = nBu: 3% eeR = iPr: 84% ee

R

OH

5

50-75 bar H2

3-84%

X

O

R1

R2

X

OH

R1

R2

84-95% ee5

54-61 bar H2

72-88%

P

P

Me2N

P

Takaya et al. (1991)

5

Ir

(Ph)2

(Ph)2(Ph)2

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Beispiele für Ir-Komplexe zur asymmetrischen Hydrierung (4/4)

R2R1

R4R3

H2N

NH2

P

PIr

(Ph)2

(Ph)2

Cl

H

Dahlenburg, Götz, 2004

6

Ir-Komplex mit Liganden des „state of the art“ Katalysators von Noyori

O O

ee bis zu 84%

6

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• Selektivität von vielen Ir-Komplexen für einfache Ketone eher mäßig

• Selektivität gut für einige funktionalisierte Ketone oder niedrige Temperaturen

• Liganden etablierter Hydrierkatalysatoren zeigen als Ir-Komplex keine vergleichbaren Selektivitäten

• Kein „Patentrezept“ für Liganden für Ir-Katalysatoren

Zwischenfazit

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2. Teil: Substituierte Imidazo[1,5-b]pyridazine als Liganden

N

N

N

Ph NH

HN N

NN

Phn

Imidazopyridazin-substituierte Bisamidoliganden:Stabilisierung früher und später Übergangsmetalle[6]

Zweizähnig für Rh, Ir

N

N

N

Ph NH

OH

Chirales Zentrum?

[6] Irrgang, T.; Kempe, R. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 2005 (21), 4382–4392.

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NN

O NH2

R1

O Br-N

N

N

NH

OH

R3

R2

R1

1)

2)

H2NOH

R2 R3

O O

2

NN

O NH2

R1

O Br-H2N

OH2

H3NOH

Br--

NN

O NH

R1

O

H2NOH

-H2O N

N NH

OH

NH

O

R1

R2

O O

R3/ HCl / EtOH

- CH3COOEt N

N NH

OHR1

N

R3

R2

· HCl

- 2 H2O

N

N NH

OHR1

N

R3

R21 N NaOH

3 Stufen

Synthese

• Einfache Synthese aus preiswerten Ausgangsstoffen• Modularer Aufbau

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Ir-Komplex, katalytische Eigenschaften

N

NN

NH

OH*Ph N

NN

NPh

HO

+ 0.5 [Ir(OCH3)(cod)]2

- MeOH

*

THF

O OHH2 (20 bar) [Ir]'

RT, THF, 48h*

Rot

[Ir]‘ Dunkeltürkis

Steigerung der Enenatioselektivität mit fortschreitender Katalyse

Autokatalyse

Bildung einer enantioselektiveren Spezies während der Hydrierung

KOtBu / 250:1

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Reaktion mit Basen

[Ir] alleine zeigt ohne Anwesenheit von KOtBu in der Hydrierung keine Aktivität:

Türkisfärbung aufgrund der Rückreaktion zu [Ir]‘ (Konkurrenzreaktionen)

[Ir]‘ Dunkeltürkis [Ir] Rot

N

NN

NPhO

IrKO

O

N

NN

NPh

HO*

KOtBu

THF

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Steigerung von Aktivität und Selektivität

O OHH2 (20 bar)

KOtBu / [Ir]' 250:1

RT, THF, 48h*

2 eq. Aceton

>99% ee

• Bildung der aktiven Spezies durch Zugabe von Base (KOtBu, Überschuss 250:1)

• Steigerung der Enantioselektivität evtl. herbeiführbar durch parallele Hydrierung eines Ketonadditivs

üü

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Substratbreite

N

NN

NPh

HO*

[Ir]'

O

O

O

O

O

O

MeO

O

Cl

Mit [Ir]‘ als Präkatalysator mit >99% ee hydrierbare Substrate:

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• Überblick über bisherige Ir-Katalysatoren zur asymmetrischen Hydrierung von Ketonen: Strukturmotive und Selektivitäten

• Entwicklung und Eigenschaften von Ir-Katalysatoren basierend auf Imidazo[1,5-b]pyridazin-substituierten Aminoalkoholen:

- Hoch selektiv für einfache Ketone- Phosphorfrei- Einfache Synthese ausgehend von günstigen Ausgangsstoffen- Modularer Aufbau

Zusammenfassung

Vielleicht inspirierend für die Suche nach einfachen und preiswerten Katalysatorsystemen zur enantioselektiven Hydrierung

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Danke für Ihre / eure Aufmerksamkeit

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Literatur

[1] Malacea, R.; Poli, R.; Manoury, E. Coordination Chemistry Reviews 2010, 254 (5-6), 729–752.[2] Irrgang, T.; Friedrich, D.; Kempe, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50 (9), 2183–2186.[3] Abdur-Rashid, K.; Faatz, M.; Lough, A. J.; Morris, R. H. J. Am. Chem. Soc 2001, 123 (30), 7473–7474.[4] Fryzuk, M. D.; MacNeil, P. A. Organometallics 1983, 2 (2), 355–356.[5] Choualeb, A.; Lough, A. J.; Gusev, D. G. Organometallics 2007, 26 (21), 5224–5229[6] Irrgang, T.; Kempe, R. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 2005 (21), 4382–4392.