Biophysikalisch-Anorganische Chemie
Prof. Dr. Werner R. Thiel

   

Chirale Liganden

 

1. Enzymatische Synthese von Pyrazolylcyclohexanolen

2. Enantioselektive Katalyse

3. Chirale Metall-Komplexe

4. Chirale Carben- und Phosphan-Liganden

 

 

1. Enzymatische Synthese von Pyrazolylhexanolen

Zur Erzielung hoher Stereoselektivitäten bei metallkatalysierten enantioselektiven Reaktionen müssen die verwendeten Liganden i. A. bestimmte strukturelle Voraussetzungen erfüllen:

  • Ein starres Ligandrückgrat, das die Beweglichkeit des Liganden einschränkt und die Komplexbildungskonstante erhöht. Dies wird normalerweise durch Ankopplung der chiralen Fragmente an ein aromatisches Ringsystem erreicht. Im Fall von chiralen Ferrocendiyl-Liganden legt das Rückgrat auch die Stereochemie fest.

  • Voluminöse Gruppen am chiralen Zentrum, die das Substrat in eine vorgegebene Konformation zwingen. Voluminöse Gruppen am chiralen Zentrum, die das Substrat in eine vorgegebene Konformation zwingen.

Ziel unserer Arbeiten ist es, eine Synthese für chirale Liganden mit einem starren aliphatischen Rückgrat zu entwickeln. Zusätzlich sollten diese Liganden folgende Eigenschaften beinhalten:

  • Beide Enantiomere der Liganden sollten einfach zugänglich sein.

  • Sie sollten einfach in ihren sterischen und elektronischen Eigenschaften variierbar sein.

  • Sie sollten Startverbindungen für eine ganze Familie neuartiger Liganden darstellen.

Die Synthese chiraler aliphatischer Pyrazol-Liganden gelang durch die Umsetzung substituierter Pyrazole mit Epoxicycloalkanen.

 

Die (1R,2R)-Enantiomere der so erhaltenen Pyrazolylcyclohexanole lassen sich enzymatisch
 verestern (Lipase B, candida antarctica), die (1S,2S)-Enantiomere reagieren nicht.

 

Die Gemische aus enantiomerenreinem Ester und Alkohol konnten getrennt werden. Die absolute Konfiguration der vom Enzym nicht acetylierten (1S,2S)-Enantiomere wurde mit Hilfe eines Äpfelsäure-Derivates röntgenographisch bestimmt.

Lipase B von c. antarctica akzeptiert eine ganze Reihe unterschiedlicher Substituenten am Pryazol und ergibt ausgezeichneten Enantiomerenüberschüssen in den Produkten (90-98 % ee). Einzig Pyrazole mit sehr großen Resten (z. B. 3-Ferrocenyl) werden nicht mehr umgesetzt. Enantiomerenreine Produkte (ee > 99 %) können durch fraktionierte Kristallisation erhalten werden, da die racemischen Pyrazolylcyclohexanole in Form wasserstoffverbrückter Dimere, die enantiomerenreinen Verbindungen in helikaler Anordnung kristallisieren. Nur das Ferrocenyl-Derivat bildet eine intramolekulare H-Brücke.

Ausgehend von den Pyrazolylcyclohexanolen waren über stereokontrollierte Reaktionen eine Reihe neuartiger zwei- und dreizähniger Ligand-Systeme zugänglich.

 

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2. Enantioselektive Katalyse

Zur Überprüfung unseres Konzeptes untersuchten wir die enantioselektive Alkylierung von Benzaldehyd mit Diethylzink in Gegenwart unterschiedlich substituierter Pyrazolylcyclohexanole.

Wir erhielten quantitative Ausbeuten und Enantiomerenüberschüsse von bis zu 80% mit sterisch
anspruchsvollen Substituenten am Pyrazolyl-Rest.

Verfolgt man die Zunahme von Ausbeute und Enantiomerenüberschuss mit zunehmendem sterischen Anspruch der Reste R1 und R2, so erkennt man, dass hohe Ausbeuten bereits mit relativ kleinen Resten, hohe Enantiomerenüberschüsse aber erst mit relativ voluminösen Substituenten erreicht werden. Dies ist ein weiterer Beleg für den von Noyori postulierten zweistufigen Mechanismus, bei dem der Aminoalkohol mit ZnEt2 zu einem stabilen, katalytisch inaktiven, dimeren Produkt abreagiert. Erst die Aufspaltung in das entsprechende Monomer erlaubt die Aktivierung eines weiteren Moleküls ZnEt2 und des Aldehyds.

 

3. Chirale Metall-Komplexe

Die Pyrazolylcyclohexanol-Liganden bilden Komplexe mit den Elementen der ersten Übergangsmetallreihe in den Oxidationsstufen +II und + III, von denen mehrere strukturchemisch charakterisiert wurden.

Als ausgezeichnet geeignet für die Komplexierung von Übergangsmetallen erwiesen sich die vom Pyrazolylcyclohexanol abgeleiteten Schiff-Base-Liganden.

Bei der Synthese der Schiff-Base-Liganden, ist tritt als Zwischenstufe ein Pyrazolylcyclohexanazid auf. Diese Verbindung ist in Gegenwart von Cu2+ und Pd2+, welche als Katalysatoren für die Zersetzung von Organoaziden bekannt sind, stabil. So konnten die ersten Übergangsmetallorganoazid-Komplexe strukturell charakterisiert werden, bei denen das Azid mit dem alkylierten Stickstoffatom das Übergangsmetallion koordiniert.

 

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4. Chirale Carben- und Phosphanliganden

Die nucleophile Öffnung von Epoxicycloalkanen gelang ebenfalls mit Imidazol und verschiedenen P-Nucleophilen. Auf diese Weise waren neuartige chirale Carben- und Phosphan-Liganden zugänglich.

 

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