Shvo‘s Katalysator Von Michaela Märken und Matthias Hussong
Inhalt
• Allgemeines und Struktur• Entdeckung
• Synthese• Anwendung
• Mechanismen• analoge Systeme
Matthias Hussong
Allgemeine Daten
• kristalliner Feststoff• luftstabil• wasserstabil• heute käuflich
Matthias Hussong
{[Ph4(η5-C4CO)]2H]}Ru2(CO)4(µ-H)
ein nützlicher Katalysator für die TransferhydrogenierungMatthias Hussong
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
4 [Ph4(η4-C4CO)]Ru(CO)3
• Röntgenstrukturanalyse von 4 ( 2 + CO )
RuOC
COCO
O
Ph
Ph
Ph
Ph
Matthias Hussong
Abkürzungen für:
• Shvo‘s Katalysator: 1 bzw. Monomere 2 und 3• Homologes: 1-Tol bzw. Monomere 2-Tol und 3-Tol
Matthias Hussong
Ausgangssituation
• Ru3(CO)12 als Kat. für Transferhydrogenierung?
• Gegenwart von Wasserstoffakzeptoren?
Matthias Hussong
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
Synthese
Wie lässt sich der Katalysator gezielt herstellen?
Wie viele „Stufen“ benötigt man?
Matthias Hussong
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
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
Aldehyd-, Keton- und Imin-Hydroborierung
O
Ph
Tol
TolPh
Ru
CO
CO
Ph
O
Ph
Tol
Tol
RuOC
OC
7-Tol
Michaela Märken
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
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
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
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
Mechanismus Alkoholoxidation
Zwei theoretische Mechanismen:a) Inner Sphereb) Outer Sphere
Matthias Hussong
energetische Betrachtungen inner-sphere/ outer-sphere
Comas-Vives et al. Organometallics2007, 26, 4135.
Matthias Hussong
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
Studien zum Mechanismus
• Kinetischer Isotopeneffekt
• Amin- Koordinierung und -Austausch
• Stereochemie in der Reduktion von Aminen
• Rechnerische Studien
Michaela Märken
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
Analoge Systeme
• Ruthenium- Komplexe
• Osmium-Komplexe• Eisen-Komplexe
Matthias HussongMichaela Märken
Strukturanaloge Ruthenium-Komplexe
• µ-Iodo-Homologes 8• Y.Do et al., Organimetallics 2009, 28,4624
Matthias Hussong
Strukturanaloger Ruthenium-Komplex
• Fixierung an Tetramethylorthosilicat-Matrix• J.H. Choi et al., Tetrahedron Letters 2004,
45,4607
Matthias Hussong
Strukturanaloger Ruthenium-Komplex
• Phosphan - substituiertes Homologes• C.P. Casey et.al. Organometallics 2006, 25,1230
� Monomer
Matthias Hussong
Analoge Systeme mit Osmium
λ ≥ 370nm
Syntheseweg:
Im Vergleich zum Shvo Katalysator langsamer und weniger effektiv.
Michaela Märken
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
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
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.