Chirale mono- und bidentate Phosphorliganden für die enantioselektive Metall-katalysierte Hydrierung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Liganden für die Metall-katalysierte enantioselektive Hydrierung von Olefinen, Iminen und Acetophenon entwickelt. Im ersten Teil wurden für die Rhodium-katalysierte asymmetrische Hydrierung von funktionalisierten Olefinen zunächst neutrale und anionische monodentate Phosphorliganden dargestellt. Im Gegensatz zu den neutralen Phosphorliganden weisen die anionischen Systeme eine negative Ladung auf ihrem Boratrest auf.
Hinsichtlich der asymmetrischen Induktion sind diese anionischen monodentaten Liganden oftmals effizienter als ihre neutralen Analoga. Mit monodentaten chiralen Phosphorliganden konnten sehr gute Enantioselektivitäten von bis zu 99 % ee realisiert werden. Des Weiteren wurden auch Ligandenmischungen bestehend aus zwei verschiedenen monodentaten Liganden getestet. NMR-Untersuchungen zeigten, dass durch die Verwendung eines anionischen und eines neutralen Liganden der Anteil der Heterokombination auf Kosten der beiden Homokombinationen erhöht werden kann. In den meisten Fällen führte der Einsatz von solch einer Mischung im Vergleich zu zwei ungeladenen Liganden zu einer weiteren Steigerung der Aktivität und bzw. oder der Selektivität.
Durch die Wahl des geeigneten monodentaten Koordinationspartners wurde der Anteil des Heterokomplexes weiter gesteigert. Als besonders effizienter Partner erwiesen sich hierbei die Diolester der Phosphonsäure. Diese Systeme ergaben auf Grund von sekundären Wechselwirkungen in einigen Fällen einen quantitativen Anteil der Heterokombination. Mit solchen Systemen konnte der Enantiomerenüberschuss gegenüber der entsprechenden Homokombination teilweise von 76 % auf bis zu 97 % gesteigert werden.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden sekundäre Phosphinoxide (SPO) sowohl als P,P- als auch als P,N-Liganden für die Iridium-katalysierte Hydrierung von Iminen untersucht. Dabei zeigten insbesondere SPO-Liganden mit einem Ferrocengrundgerüst vielversprechende Resultate mit bis zu 95 % ee.
In der Kupfer-katalysierten Hydrierung von Acetophenon erwiesen sich Liganden, die einen größeren Chelatring mit den Metallkatalysatoren bilden, als geeignet. Daher wurden Xanthen basierte P,P- und P,N-SPO-Systeme entwickelt und zusätzlich mit einem Phosphinoxazolin analogen Liganden mit Xanthengrundgerüst ergänzt.
Diese Xanthenliganden wurden in der Hydrierung von Olefinen und Acetophenon mit verschiedenen Metallen getestet. Sie erwiesen sich jedoch bisher nicht als erfolgreiche Liganden für die Metall-katalysierte Hydrierung.
Summary
New ligands for the metal catalysed enantioselective hydrogenation of olefins, imines and ketones were developed during this work. First, neutral and anionic monodenate phosphorus ligands were synthesised and tested in the rhodium catalysed hydrogenation of functionalised olefins. The anionic ligands differ from the neutral ligands only in the charged borate function in the backbone.
Concerning asymmetric induction, the anionic monodentate ligands were more often more efficient than their neutral analogues. High enantiomeric excess of up to 99 % were obtained when using these new monodentate ligands. Furthermore, ligand mixtures of neutral and anionic ligands were applied to hydrogenation reactions. NMR investigations showed an increased ratio of the heterocombination at the expense of the homocombinations. Compared to uncharched ligands, the use of anionic monodentate ligands resulted in most cases in improvements of the activity and/or selectivity in the asymmetric rhodium catalysed hydrogenation. Particularly, diaryl phosphonates have shown to be efficient coordination partners. In some examples, these systems resulted in quantitative formation of the heterocombination adducts due to intermolecular secondary interactions. Compared to the corresponding homocombinations these heterocombinations, resulted in catalysts with enhanced enantioselectivities and the enantiomeric excess of the hydrogenated products could be raised from 76 % to 97 %.
In the second part of this thesis secondary phosphine oxides (SPO) were investigated as ligands for the iridium catalysed hydrogenation of imines. SPO-ligands bearing a ferrocene unit showed results of up to 95 % ee.
Ligands with bigger bite angles showed promising results in the copper catalysed hydrogenation of acetophenone. Therefore, xanthene based P,P- and P,N-SPO-systems as well as a xanthene derived ligand analogue to phosphino-oxazolines were developed.
These ligands were evaluated in the hydrogenation of olefins and acetophenone using different metals, they seemed to be less successful ligands for metal catalysed hydrogenations so far.