ISBN 978-3-86853-860-1

978-3-86853-860-1, Reihe Organische Chemie

Matthias Mayer
Eisen- und Kobalt-katalysierte Kupplungsreaktionen mit Arylmagnesiumverbindungen

355 Seiten, Dissertation Universität Köln (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde demonstriert, dass Eisen- und Kobalt-Salze kompetente Präkatalysatoren für Kreuzkupplungen und Isomerisierungen sind. Sämtliche Reaktionen basieren auf der Generierung einer reaktiven aromatischen Grignard-Spezies aus Arylhalogeniden und metallischem Magnesium.

Aufbauend auf Arbeiten von Czaplik et al. konnte die bereits entwickelte Eisen- katalysierte Aryl-Alkyl-Kupplung auf Substrate mit Ester-Funktionalitäten angepasst werden. Aufgrund der geringen Toleranz der Esterfunktion gegenüber Grignard- Verbindungen waren die Ausbeuten unter Standardbedingungen gering. Optimierung der Reaktionsbedingungen und Einsatz verschiedener Additive zeigten, dass in Gegenwart von 1.6 Äquiv. Magnesium-Pulver und 20 mol% TMEDA gute Ausbeuten an Kreuzkupplungsprodukt erzielt wurden.

Das Konzept der Eisen-Katalyse ließ sich auf die Synthese von Allylbenzolen übertragen. Es zeigte sich, dass durch separate Präformierung der Grignard-Spezies höhere Ausbeuten erzielt werden können. Nach Optimierung der Reaktionsbedingungen wurde ein Protokoll erhalten, mit dem sich in sehr kurzen Reaktionszeiten (< 30 min) und unter Einsatz von geringen Mengen an Katalysator (0.2 mol%) die entsprechenden Allylbenzole in hoher Selektivität und Ausbeute darstellen ließen. Die Reaktionsbedingungen tolerierten zahlreiche Abgangsgruppen wie Acetate, Halogenide, Carbonate etc.. Im Gegensatz zu bekannten Kupfer-, Nickel-, oder Palladium-katalysierten Reaktionen war kein Ligand notwendig. Die entstandenen Substrate konnten in Folgereaktionen zu Aldehyden, Aminen oder Alkanen umgesetzt werden. Bei der Allylierung von Arylmagnesium-Verbindungen wurden ß-Methylstyrole als Nebenprodukt detektiert, die aus einer Eisen- katalysierten Isomerisierung resultierten. Nach Optimierung der Reaktionsbedingungen konnten Allylbenzole in hohen Ausbeuten in die entsprechenden (E)-Methylstyrole überführt werden. Terminale Alkene konnten ebenfalls in guten Ausbeuten (70 – 95 %) und guter E/Z-Selektivität (> 95 %) in 2-Alkene überführt werden.

Durch sequenzielle Allylierung und Isomerisierung sind substituierte 1-Propenylbenzole in guten Ausbeuten zugänglich. Unser Interesse galt außerdem der Entwicklung einer Eisen-katalysierten Alkenylierung von Aryl-Grignardverbindungen unter Verwendung halogenfreier Elektrophile. Mit Vinylacetat gelang unter praktikablen Bedingungen die Synthese substituierter Styrole in exzellenten Ausbeuten. Mit diesem Protokoll wurden mit Alkenylacetaten ebenso hohe Ausbeuten wie mit den bisher verwendeten Alkenylhalogeniden erzielt. Es konnten zudem nach Modifikation des Protokolls verschiedene Heteroaromaten wie 3-Brompyridin und 3-Bromthiophen in moderaten Ausbeuten funktionalisiert werden.

Eisen-katalysierte Hetero-Biaryl-Kupplungen konnten durch Umsetzung von Aryltriflaten oder elektronenarmen Arylchloriden mit Arylmagnesiumverbindungen unter milden Bedingungen und in moderaten Ausbeuten (40 - 70 %) realisiert werden. Am effektivsten erwies sich ein reduzierter Eisen-Katalysator, der durch Reaktion von FeCl3 und i-PrMgCl generiert wurde. Höhere Ausbeuten (60 - 93 %) ließen sich im Rahmen einer Kobalt-katalysierten oxidativen Homo-Biaryl-Kupplung erzielen. Als Substrate eigneten sich besonders elektronenreiche Arylmagnesiumhalogenide. Als Oxidationsmittel konnte Sauerstoff verwendet werden, der aus synthetischer Luft über eine Kanüle in das Reaktionsgemisch eingebracht wurde.