Asymmetrische Ringöffnungskreuzmetathese mit Silanen

Schema 16: Geplante ROCM von 52.

Eine diastereoselektive ROCM mit den Substraten 43 und 44 war ebenfalls nicht erfolgreich.

In der Reaktion zwischen 43 und Stryol mit Ru-12 erhielt man vollständigen Umsatz aber nicht die gewünschten Produkte. Das Substrat zersetzte sich unter den getesteten Reaktionsbedingungen zu nicht identifizierbaren Substanzen. Mit 44 war unter den getesteten Bedingungen auch nach langen Reaktionszeiten kein Umsatz zu erzielen.

Schema 17: AROCM mit Allyltrimethylsilan.

Axel Kannenberg hat in parallel durchgeführten Arbeiten mit dem Katalysatortyp Ru-16 (Abbildung 17) erfolgreich Allyltrimethylsilan in der AROCM mit diversen Substraten umgesetzt.^{[73, 89]} Mit Ru-16 erzielte man bei einer Katalysatorbeladung von 3 Mol-% und einem Umsatz von 87 % nach 72 Stunden einen ee-Wert von 72 % ee und ein E/Z-Verhältnis von 2:1.

Abbildung 17: Auf Chinaldinsäure basierender Katalysator Ru-16.^[73]

Genauso wie in der AROCM mit Styrol konnten keine Polymerisation-Produkte des Norbornens 21 beobachtet werden. Während Homokupplung-Produkte des Allylsilans in kleinen Mengen auftraten, wurden in erhöhtem Maße die disubstituierten AROCM-Produkte 56 und 57 gebildet (Abbildung 18). In starker Abhängigkeit vom verwendeten Katalysator reagierten 2 – 10 % des Substrats zu den beiden Nebenprodukten. Der Anteil der unerwünschten disubstituierten AROCM-Produkte war bei der Verwendung von Grubbs II- und Hoveyda II-Katalysator besonders hoch (>10 %).

Abbildung 18: Gebildete Nebenprodukte in der AROCM mit Allylsilanen.

Die Ergebnisse der AROCM von 21 mit Allylsilanen sind stark abhängig von der Größe und Beschaffenheit der organischen Reste am Siliciums (Tabelle 17). Bei allen getesteten Allylsilanen wurde nach einer Stunde kompletter Umsatz mit einer Ausbeute von 60 bis 85 % erreicht. Je größer die drei nicht allylischen Substituenten am Silicium sind, desto größer ist der erhaltene Enantiomerenüberschuss (iPr (85 % ee) > Me (79 % ee)). Das E/Z-Verhältnis stieg ebenfalls mit der Größe der Reste von 9:1 auf 13:1 an. Die Reaktion mit Allytriphenylsilan mit 21 und Ru-12 ergab einen ee-Wert von 85 % ee, allerdings konnte dieser Wert nicht reproduziert werden. Mit Allyltriethoxysilan erzielte man mit 65 % ee den geringsten Enantiomerenüberschuss.

Tabelle 17: Allylsilane als Kreuzpartner in der AROCM mit 21.^[a]

Eintrag

R = ee [%]^[b] E/Z^[c]

1 Me 79 9:1

2 Ph 85^[d] n.d.

3 iPr 85 13:1

4 OEt 65 n.d.

[a] Reaktionsbedingungen: 21, 1 Mol-% Ru-12, 2 eq Kreuzpartner, CH₂Cl₂ (c = 0.05 M), 1 h, quant. Umsatz [b] ee-Wert des (E)-Isomers, bestimmt mittels chiraler HPLC; [c] bestimmt mittels GC/MS; [d] nicht

reproduzierbar.

Auch bei der Verwendung unterschiedlicher Katalysatoren konnten, wie bei der Verwendung von Styrol als Kreuzpartner, große Unterschiede in E/Z-Selektivität und Enantioselektivität festgestellt werden. Mit Allyltriisopropylsilan als Kreuzpartner lagen die Enantiomerenüberschüsse bei Raumtemperatur zwischen 68 und 85 % ee und man erhielt ein E/Z-Verhältnis von bis zu >30:1 (Tabelle 18). Die Reaktion zwischen 21 und Allyltriisopropylsilan mit Ru-12 lieferte das gewünschte Produkt mit einem ee-Wert von

85 % ee, durch Erniedrigung der Temperatur konnte der ee-Wert auf 88 % ee für das (E)-Produkt und 92 % ee für das (Z)-(E)-Produkt gesteigert werden. Mit dem Katalysator Ru-8 erzielte man in derselben Reaktion einen Enantiomerenüberschuss von 68 % ee mit einem E/Z-Verhältnis von 12:1. Mit dem Grubbs II-Typ-Katalysator Ru-15 konnte man einen ee-Wert von 80 % ee bei einem E/Z-Verhältnis von >30:1 erhalten. Die bei der Reaktion von 21 mit Styrol festgestellte Steigerung des ee-Wertes durch den Wechsel vom Hoveyda II-Typ Ru-12 zum Grubbs II-Typ Ru-15^[54] konnte bei den Allylsilanen nicht festgestellt werden, der ee-Wert sank von 85 auf 80 % ee. Am geringsten war der Enantiomerenüberschuss mit 52 % ee bei der Verwendung des chiralen von Grubbs und Mitarbeitern entwickelten Katalysators Ru-3. Die Reaktionen mit den Katalysatoren Ru-8 und Ru-15 wurden auf Grund der geringeren Enantiomerenüberschüsse verglichen mit Ru-12 nicht bei erniedrigten Temperaturen durchgeführt.

Tabelle 18: Katalysator- und Temperaturabhängigkeit der AROCM von 21 mit Allyltriisopropylsilan.^[a]

Eintrag Katalysator t [h] T [°C] ee [%]^[b] E/Z^[c]

1 Ru-12 1 RT 85 13:1

2 Ru-12 48 −10 88 (E)

92 (Z) 13:1

3 Ru-8 1 RT 68 12:1

4 Ru-15 2.5 RT 80 >30:1

5 Ru-3 1 RT 52 2:1

[a] Reaktionsbedingungen: 21, 1 Mol-% [Ru], 2 eq Allyltriisopropylsilan, CH2Cl2 (c = 0.05 M), quantitativer Umsatz; [b] ee-Wert des (E)-Isomers, bestimmt mittels chiraler HPLC; [c] bestimmt mittels GC/MS.

Ein besonders erfolgreiches Substrat in der AROCM-Reaktion mit Styrol, war das tert-Butyl-Imid 39 (92 % ee bei −10 °C), daher wurde diese Substrat auch mit Allylsilanen unter Katalyse von Ru-12 umgesetzt (Schema 18). Man beobachtete in allen Fällen kompletten Umsatz des Edukts nach einer Stunde. Die gewünschten monosubstituierten AROCM-Produkte erhielt man dabei allerdings nur in 30 – 60 % Ausbeute, in erhöhtem Maße wurde die beiden disubstituierten Produkte gebildet (vgl. Abbildung 18).

Schema 18: AROCM von 39 mit Allylsilanen.

Die Reaktion von 39 mit zwei Äquivalenten Allyltrimethyl- bzw. Allyltriisopropylsilan mit Ru-12 erreicht, bei deutlich längeren Reaktionszeiten als bei Anhydrid 21, nach drei Stunden kompletten Umsatz. Wie bei dem Anhydrid 21 kann die Reaktion auch in Gegenwart von nur einem Äquivalent Kreuzpartner durchgeführt werden, allerdings bedarf es hierzu ebenfalls einer Konzentrationserhöhung des Substrates (0.05 M → 1 M) (Tabelle 19, Eintrag 2 vs. 3).

Mit Erhöhung des sterischen Anspruch des Silans steigen auch hier das E/Z-Verhältnis und der Enantiomerenüberschuss drastisch an (iPr vs. Me). Das E/Z-Verhältnis ist mit >30:1 für 61 ausgezeichnet, bei 60 liegt es nur noch bei 3:1. Bei Raumtemperatur erhält man für 61 91 % ee und für 60 nur noch 78 % ee. Überraschenderweise nahm der ee-Wert bei tieferen Reaktionstemperaturen reproduzierbar um 6 bzw. 8 % ab, obwohl der ee-Wert erwartungsgemäß beim Senken der Temperatur ansteigen sollte.^{[90, 91]} Die Katalysatoren Ru-8 und Ru-15 liefern 60 bzw. 61 mit deutlich schlechteren Werte bezüglich des Enantiomerenüberschusses. Der chirale Katalysator Ru-3 von Grubbs^[22a] liefert wie auch beim Anhydrid 21 deutlich schlechtere Ergebnisse (35 % ee und E/Z = 2:1).

Tabelle 19: AROCM des Imids 58 mit Allylsilanen.^[a]

Eintrag Katalysator t [h] T [°C] ee [%]^[b] E/Z^[c]

1 Ru-12 iPr 3 RT 91 >30:1

2 Ru-12 iPr 48 −10 85 >30:1

3 Ru-12 iPr 24^[d] −10 85 >30:1

4 Ru-8 iPr 3 RT 70 --

5 Ru-15 iPr 17 RT 80 --

6 Ru-3 iPr 3 RT 52 2:1

7 Ru-12 Me 3 RT 78 3:1

8 Ru-12 Me 24 −10 70 --

9 Ru-3 Me 18 RT 35 2:1

10 Ru-12 Ph 3 RT -- --

[a] Reaktionsbedingungen: 58, 1 Mol-% [Ru], 2 eq Kreuzpartner, CH2Cl2 (c = 0.05 M), quant. Umsatz;

[b] ee-Wert des (E)-Isomers, bestimmt mittels chiraler HPLC; [c] bestimmt mittels GC/MS; [d] c = 1.0 M.

Um auch hier das Substratspektrum zu erweitern, wurden weitere Substrate getestet (vgl.

Kapitel 3.2). Mit Ru-12 und Allylsilanen konnten mit kurzen Reaktionszeiten 62 – 66 synthetisiert werden (Abbildung 19). Der Enantiomerenüberschuss von 62 war allerdings wie bei Styrolderivat 45 nicht bestimmbar. Während 63 und 64 sehr gute bis gute 87 % ee bzw.

79 % ee lieferten, wurden 65 und 66 nur als schwach enantiomerenangereicherte Produkte erhalten (28 und 5 % ee). Eine Temperaturabhängigkeit der Enantioselektivität konnte bei diesen Substraten nicht festgestellt werden.

Abbildung 19: AROCM mit Allyltriisopropyl- und Allyltrimethylsilan.

Eine Bestimmung der absoluten Konfiguration der Produkte aus der AROCM zwischen Allylsilanen und Anhydrid 21 anhand von Daten aus der Literatur war nicht möglich, da Allylsilane hier erstmals in der AROCM eingesetzt worden sind. Für die Bestimmung der absoluten Konfiguration von 55, die von Huan Cheng durchgeführt wurde,^[92] wurde die Verbindung 23, dessen absolute Stereochemie bekannt ist,^[22a] zu Vergleichszwecken herangezogen.

Der Plan dabei war, dass die beiden mit Hilfe von Ru-12 synthetisierten Produkte 23 und 55 in einer Kreuzmetathese mit dem jeweils anderen Kreuzpartner umgesetzt werden sollten (Schema 19). Sind die beiden Produkte nach dieser zweiten Kreuzmetathese identisch, müssen bei der AROCM-Reaktion unterschiedliche Enantiomere gebildet werden. Verhalten sich die beiden Produkte hingegen wie Bild und Spiegelbild, muss im ersten Schritt das gleiche Enantiomer gebildet worden sein. Die Kreuzmetathese von 55 mit Styrol katalysiert von HI lieferte das Produkt 67a. Die Kreuzmetathese von 23 mit Allyltrimethylsilan und HI lieferte das Produkt 67b. Über Vergleich der Produkte 67a, 67b und einer racemischen Probe über chirale HPLC wurde festgestellt, dass die beiden Produkte nicht die gleiche Konfiguration besitzen. Da die beiden nicht identisch sind, muss folglich bei der AROCM mit Allyltrimethylsilan und Styrol die gleiche Stereochemie ausgebildet werden.

Schema 19: Bestimmung der absoluten Konfiguration, durchgeführt von Huan Cheng.

Genauso wie Allylsilanen sind auch Vinylsilane für Folgereaktionen interessant, da eine reichhaltige Chemie mit ihnen möglich ist.^[93] Vinylsilane wurden bereits erfolgreich in der CM als Kreuzpartner[94],[95],[96],[97]

und in der RCM^[98] verwendet. Die Verwendung von Vinylsilanen gelang hingegen mit unseren auf Aminosäuren basierenden Katalysatoren in der AROCM nicht. Die getesteten Trimethylvinylsilan und Triethoxyvinylsilan führten zu einer

sofortigen Deaktivierung des Katalysators. Die sonst grüne Lösung färbte sich schlagartig tiefbraun. Möglicherweise wird bei Zugabe des Katalysators zu einer Lösung aus Substrat und Vinylsilan eine inaktive Spezies gebildet. Man kann Ruthenium-Katalysatoren z.B. durch Zugabe von Ethylvinylether deaktivieren, der Sauerstoff koordiniert an das Ruthenium, bildet dabei eine höchst stabile Verbindung und unterbindet in den meisten Fällen jede Folgereaktionen (Abbildung 20).[65, 99–102]

Vielleicht wird der Katalysator bei Verwendung von Vinylsilanen auf ähnliche Weise deaktiviert.

Abbildung 20: Deaktivierende Katalysatorspezies durch Zugabe von Ethylvinylether.