synthese neuer chiraler porphyrine und ihre anwendung in der asymmetrischen katalyse

464 Pages·2002·2.96 MB·German

by  Labor 411

S P
YNTHESE NEUER CHIRALER ORPHYRINE
A
UND IHRE NWENDUNG IN DER
K
ASYMMETRISCHEN ATALYSE

Inaugural-Dissertation

zur Erlangung der Doktorwürde
der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der
Universität zu Köln

vorgelegt von
Diplom-Chemiker Patrick Kaiser
aus Pforzheim

Köln 2002

S P
YNTHESE NEUER CHIRALER ORPHYRINE
A
UND IHRE NWENDUNG IN DER
K
ASYMMETRISCHEN ATALYSE

Gutachter: Prof. Dr. A. Berkessel
Prof. Dr. H.-G. Schmalz
Tag der mündlichen Prüfung 2. Juli 2002

Für meine Familie

Danksagung
Die vorliegende Arbeit wurde im Zeitraum von April 1998 bis Mai 2002 am Lehrstuhl I
des Organisch-Chemischen-Instituts der Universität zu Köln unter der Anleitung von
Prof. Dr. Albrecht Berkessel angefertigt.

Mein Dank gilt Prof. Dr. Albrecht Berkessel für die interessante und vielseitige The-
menstellung sowie sein stetes Interesse an meiner Arbeit und die anregenden
Diskussionen. Zudem möchte ich ihm auch für den Spielraum bei der Gestaltung
meiner Forschung bedanken, der viel zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen hat.

Allen Mitgliedern des Arbeitskreises möchte ich für das gute Arbeitsklima danken,
besonders meinen Laborkollegen und meiner -kollegin Benigno Megido Almaraz, Dr.
Thomas Schubert und Andrea Wendt. Eine extra Dankeschön geht noch an die
„Spanish Connection“ – ¡órdago! Weiterhin gilt mein Dank den Mitgliedern des
Arbeitskreises von Prof. Dr. Hans-Günther Schmalz, die mir mit Tips und instrumen-
teller Unterstützung bei dieser Arbeit geholfen haben.

Besonderer Dank gilt Katja Glaubitz, Dr. M. Nieves Pérez Payán, Katharina Warnau,
Dr. Ralf Giernoth, Dr. Wolfgang Klug, Thomas Müller und Dr. Christoph Sklorz, die
sich umfassend mit meiner Arbeit und der Durchsicht des Manuskripts befasst
haben.

Für die gute Kooperation und die Gastfreundschaft möchte ich mich bei Dr. Axel
Klein in Stuttgart, Dr. Joost. N.H. Reek und Vincent F. Slagt in Amsterdam, wie auch
Prof. Varinder K. Aggarwal und Javier de Vicente in Bristol bedanken.

Reiner Deponte danke ich für die Bereitstellung von Synthese-Bausteinen, Prof. Dr.
Thomas Kruck und seinen Mitarbeitern, Dr. Ingo Gaul und Dr. Markus Häp, für die
Synthese und Bereitstellung des Trifluorphosphans und Nicole Häp für die Hilfe bei
speziellen HPLC-Problemen.

Für analytische Messungen und Auswertungshilfen gilt mein Dank Kathrin König,
Ingrid Hoven und Dr. Hans Schmickler (NMR), Dr. Diana Uría Fernández, Dr.
Matthias Schäfer und Michael Neihs (MS), Dr. Johann Lex (X-ray) und Christof
Schmitz (GC-MS, IR, UV, EA). Herbert Hartmann und den Mitarbeitern der Werkstatt
danke ich für die stete Hilfsbereitschaft, Dr. Wolfgang Klug, Inge Junkes, Susanne
Geuer, Monika Boyo und Ingrid Vongerichten für die allgemeine Hilfe in
organisatorischen Fragen.

Zu guter Letzt möchte ich mich bei meiner Familie für die moralische wie auch die
materielle Unterstützung bedanken, ohne die diese Arbeit nicht möglich gewesen
wäre. Ein besonderer Dank gilt meiner „guten Fee“, ich werde das Schwarze Buch
nicht vergessen.
Measure your success in enantiomeric excess.

Der Author an einer Säule seiner Arbeit.
(Expo Hannover 2000)
Inhalt

1 ZUSAMMENFASSUNG................................................................................1
2 EINLEITUNG...........................................................................................12
3 KENNTNISSTAND....................................................................................14
3.1 Epoxidierung von Alkenen...................................................................14
3.1.1 Stöchiometrische Epoxidierung...........................................................................14
3.1.2 Katalytische Epoxidierung ....................................................................................15
3.1.3 Asymmetrische katalytische Epoxidierung.........................................................16
3.1.4 Metallporphyhrine als Epoxidierungskatalysatoren..........................................19
3.1.5 Mechanismus der katalytischen Epoxidierung mit N-Oxiden in Gegenwart
von Rutheniumporphyrinen..................................................................................27
3.2 Cyclopropanierung von Alkenen..........................................................29
3.2.1 Cyclopropanierung mit Simmons-Smith-Reagenzien......................................29
3.2.2 Cyclopropanierung mit Diazoverbindungen in Gegenwart von
Übergangsmetallkomplexen.................................................................................31
3.2.3 Cyclopropanierung mit Diazoverbindungen in Gegenwart von
Übergangsmetallporphyrinen............................................................35
3.2.4 Cyclopropanierung von Alkenen mit in situ generierten Diazoverbindungen
................................................................................................................................. 36
3.2.5 Mechanismus der Cyclopropanierung von Alkenen mit Diazoverbindungen in
Gegenwart von Metallkomplexen........................................................................38
3.3 Katalyse mit Porphyringekapselten Übergangsmetallkomplexen..........39
4 ZIELSETZUNG UND KONZEPTION.............................................................43
4.1 Ziele dieser Arbeit...............................................................................43
4.2 Konzeption der Synthese der Metallporphyrine....................................46
5 DURCHFÜHRUNG UND ERGEBNISSE........................................................54
5.1 Synthese des unsubstituierten Aromaten 15........................................54
5.2 Synthese der racemischen Aldehyde...................................................54
5.2.1 Darstellung des unsubstituierten Aldehyds rac-8 .............................................55
5.2.2 Darstellung des methylsubstituierten Aldehyds rac-9......................................55
5.2.3 Darstellung des methoxysubstituierten Aldehyds.............................................56
5.2.4 Darstellung des trifluormethylsubstituierten Aldehyds rac-11.........................58
5.2.4.1 Synthese des Aldehyds rac-11 über den trifluormethylierten Aromaten rac-148..58
5.2.4.1.1 Darstellung des trifluormethylsubstituierten Aromaten rac-148 ausgehend vom
Aromaten 15......................................................................................................58
5.2.4.1.2 Versuch zur Darstellung des Aldehyds rac-11 durch Formylierung des trifluor-
methylierten Aromaten rac-148........................................................................59
5.2.4.1.3 Versuch zur Darstellung des Aldehyds rac-11 durch Formylierung des trifluor-
methyl- und bromsubstituierten Aromaten rac-156..........................................60
5.2.4.1.4 Darstellung des Aldehyds rac-11 durch Reduktion des trifluormethylierten
Nitrils rac-161....................................................................................................62
5.2.4.1.5 Versuch zur Darstellung des Aldehyds rac-11 ausgehend von trifluormethy-
lierten Säurederivaten.......................................................................................64
5.2.4.2 Synthese des Aldehyds rac-11 über die halogensubstituierten Aldehyde rac-150
und rac-22...............................................................................................................65
5.2.4.2.1 Direkte Halogenierung des Aldehyds rac-8......................................................66
5.2.4.2.2 Aktivierung des Aldehyds rac-8 durch Bildung des Oxims und Halogenierung
...........................................................................................................................66
5.2.4.2.3 Synthese des Iodaldehyds rac-22 durch Formylierung des Iodaromaten rac-21
...........................................................................................................................68
5.2.4.2.4 Schützen der Aldehyde rac-150 und rac-22 als Acetale..................................69
5.2.4.2.5 Trifluormethylierung der Acetale.......................................................................71
5.2.4.2.6 Hydrolyse der trifluormethylsubstituierten Acetale...........................................75
5.2.4.3 Optimierte Synthese des trifluormethylsubstituierten Aldehyds rac-11.................76
5.2.5 Versuche zur Darstellung des nitrosubstituierten Aldehyds rac-12 ...............77
5.2.5.1 Versuch zur Synthese des nitrosubstituierten Aldehyds rac-12 ausgehend vom
Aromaten 15............................................................................................................78
5.2.5.2 Versuch zur Synthese des nitrosubstituierten Aldehyds rac-12 ausgehend vom
Aldehyd rac-8..........................................................................................................79
5.2.5.3 rac-12 ausgehend vom unsubstituierten Oxim rac-167.........................................80
5.2.5.4 Versuch zur Synthese des nitrosubstituierten Aldehyds rac-12 ausgehend vom
bromsubstituierten Dioxolan rac-151......................................................................81
5.2.5.5 Fazit zur Synthese des nitrosubstituierten Aldehyds rac-12..................................81
5.2.6 Versuche zur Darstellung der alkylaminosubstituierten Aldehyde rac-13 und
rac-14.......................................................................................................................82
5.2.6.1 Versuch der palladiumkatalysierten Aminierung des bromierten Dioxolans rac-151
.................................................................................................................................82
5.2.7 Fazit zur Synthese der racemischen Aldehyde.................................................84
5.3 Racematspaltung der Aldehyde..........................................................84
5.3.1 Versuche zur Enantiomerentrennung über diastereomere Schiffbasen.......84
5.3.2 Versuche zur Enantiomerentrennung mittels enzymkatalysierter kinetischer
Racematspaltung der Acylale...............................................................................85
5.3.3 Versuche zur Enantiomerentrennung mittels präparativer HPLC..................86
5.3.4 Enantiomerentrennung über diastereomere Hydrobenzoinacetale ...............87
5.3.4.1 Enantiomerentrennung des unsubstituierten Aldehyds rac-8................................88