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Shvo‘s Katalysator Von Michaela Märken und Matthias Hussong
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Shvos Katalysator Vortrag...Iminen • Aminierung von Propargyl-Alkoholen Michaela Märken Mechanismus Alkoholoxidation Zwei theoretische Mechanismen: a) Inner Sphere b) Outer Sphere

Jan 05, 2020

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Page 1: Shvos Katalysator Vortrag...Iminen • Aminierung von Propargyl-Alkoholen Michaela Märken Mechanismus Alkoholoxidation Zwei theoretische Mechanismen: a) Inner Sphere b) Outer Sphere

Shvo‘s Katalysator

Von Michaela Märken und Matthias Hussong

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Inhalt

• Allgemeines und Struktur• Entdeckung

• Synthese• Anwendung

• Mechanismen• analoge Systeme

Matthias Hussong

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Y.Shvo et al. J. Am. Chem. Soc. 1986,108,7400

Matthias Hussong

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Allgemeine Daten

• kristalliner Feststoff• luftstabil• wasserstabil• heute käuflich

Matthias Hussong

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{[Ph4(η5-C4CO)]2H]}Ru2(CO)4(µ-H)

ein nützlicher Katalysator für die TransferhydrogenierungMatthias Hussong

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Dissoziation in Monomere

• 1 ist ein dimerer Präkatalysator• 2 wirkt oxidativ; Ru ( 0 )• 3 wirkt reduktiv; Ru (+II)� Ironie

• Wie hat man diese Strukturen nachgewiesen?• 1 & 2 mittels Röntgenstrukturanalyse

• 3 mittels 1H-NMR

+

Matthias Hussong

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4 [Ph4(η4-C4CO)]Ru(CO)3

• Röntgenstrukturanalyse von 4 ( 2 + CO )

RuOC

COCO

O

Ph

Ph

Ph

Ph

Matthias Hussong

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Abkürzungen für:

• Shvo‘s Katalysator: 1 bzw. Monomere 2 und 3• Homologes: 1-Tol bzw. Monomere 2-Tol und 3-Tol

Matthias Hussong

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{[2,5-Ph2-3,4-Tol2(η5-C4CO)H]}-Ru2(CO)4(µ-H)

Matthias Hussong

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Entdeckung

Wie hat man den Katalysator gefunden?

Matthias Hussong

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Ausgangssituation

• Ru3(CO)12 als Kat. für Transferhydrogenierung?

• Gegenwart von Wasserstoffakzeptoren?

Matthias Hussong

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Entdeckung:

Ru3(CO)12

Anwesenheit / Abwesenheit: Diphenylethin

Matthias Hussong

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Shvo isolierte 1984 die beiden Verbindungen:

1: {[Ph4(η5-C4CO)]2H]}Ru2(CO)4(µ-H)

4: [Ph4(η4-C4CO)]Ru(CO)3

1

RuOC

COCO

O

Ph

Ph

Ph

Ph

4

Matthias Hussong

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Synthese

Wie lässt sich der Katalysator gezielt herstellen?

Wie viele „Stufen“ benötigt man?

Matthias Hussong

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gezielte Synthese (zweistufig)

Matthias Hussong

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gezielte Synthese (einstufig)

Matthias Hussong

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Anwendungen

Michaela Märken

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Alkylierung von Aminen

•Mit Alkoholen

•Mit AminenNH2

H2N

R+

Kat. 1 (1 mol%)

2-methyl-2-butanol150 °C, 24 h

HN

R

+ NH3

Michaela Märken

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Aldehyd-, Keton- und Imin-Hydroborierung

O2N

R

O

+ HB(pin)

7-Tol (2 mol%)

PhMe

O2N

R

OB(pin)

Aufarbeitung

SiO2

O2N

H

OH

R=H: 50 °C, 1 h, 9 1%R=Me: 70 °C, 4,5 d, 79 %

O

Ph

Tol

TolPh

Ru

CO

CO

Ph

O

Ph

Tol

Tol

RuOC

OC

7-Tol

Michaela Märken

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Aldehyd-, Keton- und Imin-Hydroborierung

O

Ph

Tol

TolPh

Ru

CO

CO

Ph

O

Ph

Tol

Tol

RuOC

OC

7-Tol

Michaela Märken

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Oxidation von Steroiden

•Bei Verwendung von Katalysator 1 muss K2CO3 anwesend

sein.

•Bei (PPh3)3RuCl2 benötigt man geringe Mengen Wasser.

HO O

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

HRuRu

OCCO

OC OC

Michaela Märken

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Dynamisch kinetische Racematspaltung

Michaela Märken

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Dynamisch kinetische Racematspaltung

R1 R2

OH

R1 R2

OAc

R1 R2

OH

R1 R2

OAc

langsam

schnell

•SHVO-Katalysator dient zur

Racemisierung der Edukte

•Enzyme bewirken

Racematspaltung

Michaela Märken

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Dynamisch kinetische Racematspaltung

Michaela Märken

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Oxidation von Aminen zu Iminen

OH

MeO

OH

OMe

O

O

MeO OMe

MnO2

O

PhPh

PhPh

RuOC

CO

Ph

OH

PhPh

Ph

RuOC

CO

H

R1

HN

R2

R1

N

R2

Michaela Märken

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Oxidation von Aminen zu Iminen

Michaela Märken

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Weitere Anwendungen

• Oxidative Kupplung von primären Alkoholen zu Estern

• Oxidation von Alkoholen zu Ketonen

• Hydrierung von Ketonen, Alkenen und Iminen

• Aminierung von Propargyl-Alkoholen

Michaela Märken

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Mechanismus Alkoholoxidation

Zwei theoretische Mechanismen:a) Inner Sphereb) Outer Sphere

Matthias Hussong

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Mechanismus Alkoholoxidation (inner-sphere)

Ring slippage

Matthias Hussong

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Mechanismus Alkoholoxidation (outer-sphere)

Matthias Hussong

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energetische Betrachtungen inner-sphere/ outer-sphere

Comas-Vives et al. Organometallics2007, 26, 4135.

Matthias Hussong

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Aldehydreduktion: kinetischer Isotopeneffekt

Matthias Hussong

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Alkoholoxidation: kinetischer Isotopeneffekt

Matthias Hussong

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H2-Abspaltung aus 3-Tol: Kinetik

Matthias Hussong

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H2-Abspaltung aus 3-Tol: kinetischer Isotopeneffekt

Matthias Hussong

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Mechanismus der Oxidation von Aminen und der Reduktion von Iminen

Michaela Märken

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Inner-sphere-Mechanismus

Ph

OHPh

Ph Ph

RuOC

CO

H

OH

Ph

Ph

PhPh

RuOC

CO

H

R1 R2

N

R3OH

Ph

Ph

PhPh

RuOC

OC

H

N

R1

R2

H-Transfer

O

Ph

Ph

Ph Ph

RuOC N

OC

H

R1R2

H

R3

R3

Ein von Jan-E. Bäckvall vorgeschlagener Mechanismus.

Michaela Märken

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Outer-sphere-MechanismusEin von Charles P. Casey vorgeschlagener Mechanismus.

Michaela Märken

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Studien zum Mechanismus

• Kinetischer Isotopeneffekt

• Amin- Koordinierung und -Austausch

• Stereochemie in der Reduktion von Aminen

• Rechnerische Studien

Michaela Märken

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Energiediagramm

OH

PhPh

Ph

Ph

RuOC

OCH

O

PhPh

Ph

Ph

RuOC

OCH

H

NMe

Me

Me

Me Me

NMe

O

PhPh

Ph

Ph

H

RuOCOC

H

NMe

MeMe

O

PhPh

Ph Ph

RuOC

MeN

OC

H

MeMe

H

OPh

Ph

PhPh

RuOC

OC

NMe

Me

Me

H

H

10 kcal/mol

0 kcal/mol

15 kcal/mol

4 kcal/mol

-16 kcal/mol

E

Michaela Märken

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Analoge Systeme

• Ruthenium- Komplexe

• Osmium-Komplexe• Eisen-Komplexe

Matthias HussongMichaela Märken

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Strukturanaloge Ruthenium-Komplexe

• µ-Iodo-Homologes 8• Y.Do et al., Organimetallics 2009, 28,4624

Matthias Hussong

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Reaktivität von 8

Matthias Hussong

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Mechanismus der Alkoholoxidation durch 8

Matthias Hussong

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Strukturanaloger Ruthenium-Komplex

• Fixierung an Tetramethylorthosilicat-Matrix• J.H. Choi et al., Tetrahedron Letters 2004,

45,4607

Matthias Hussong

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Dehydrierung von Alkoholen durch 13

Matthias Hussong

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Strukturanaloger Ruthenium-Komplex

• Phosphan - substituiertes Homologes• C.P. Casey et.al. Organometallics 2006, 25,1230

� Monomer

Matthias Hussong

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Analoge Systeme mit Osmium

λ ≥ 370nm

Syntheseweg:

Im Vergleich zum Shvo Katalysator langsamer und weniger effektiv.

Michaela Märken

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Analoge Systeme mit Eisen

• [Ph4(η4-C4CO)]Fe(CO)3 – Komplex war schon vor dem Shvo-Katalysator (geringe katalytische Aktivität).•Hohe Ausbeuten bei der Umwandlung von Arylalkoholen zu Ketonen.

Michaela Märken

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Eisen-Homologon für reduktiveReaktionen

• aktueller Eisen-Katalysator und Synthese:

•Sehr effizient für die Hydrierung von Aldehyden, Ketonen und Iminen.•Eisen ist kostengünstiger.•Aber: oxidative Instabilität von Eisen.

Michaela Märken

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Reaktionen

Michaela Märken

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Quellen

Y.Shvo et al. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108,7400.

Chem.Rev. 2010, 10, 2294-2312.

Y.Do et al., Organimetallics 2009, 28,4624.

J.H. Choi et al., Tetrahedron Letters 2004, 45,4607.

C.P. Casey et al. Organometallics 2006, 25,1230.

Comas-Vives et al. Organometallics 2007, 26, 4135.

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