Ein Beitrag zur Aufklärung des Mechanismus der Konfigurationsumkehr von α-Schwefel- [Alpha-Schwefel-], Selen- und Tellur-substituierten Alkyl- und Benzyllithium-Verbindungen

Mechanismus der Konfigurationsumkehr von

(1-

Schwefel-, Selen- und

Tellur-substituierten Alkyl- und

Benzyllithium-Verbindungen

Dissertation

zur Erlangung des Doktorgrades

der Naturw issenschaften

(Dr. rer. naU

vorgelegt dem Fachbereich Chemie der

Philipps-Universität Marburg

von

Thomas Ruhland

aus Osnabrück

Dissertation angenommen am: 0 1.07. 1993 Tag der mündlichen Prüfung am: 07.07. 1993

Berichterstatter: Prof. Dr. R. W. HOffmann Mitberichterstatter: Prof. Dr. G. Boche

Pub I ikat ionsliste

"On the Configurational Stability of a-Bromo-alkYlllthium Compounds", R. W. Hoffmann, 1. Ruhland, M. Bewersdorf, J Cllem. Soc, Cnem. Commuo,

l.9'll,

195-196.

"C-Heteroatom-Rotation als geschwindigkeitsbestimmender Schritt bei der Racemisierung a-heterosubsti tuierter Alkyllithium- Verbindungen", T. Ruhland, R. Dress, R. W. HOffmann, Aogew Cllem.,.L99.l, 105,

1487-1489; Aogew Cllem. lot Ed. Eog!,.L99.l, 32, 1467-1468.

"Conflgurational Stability of Chiral Organolithium Compounds on the T'me Scale of their Addition to Aldehydes",

R. W. Hoffmann, M. Julius, F. Chemla, 1. Ruhland, G. Frenzen, Tetralledrofj l.99..4, 50. 6049-6060.

"On the Racemisatlon of a-Hetero-substltuted Benzyllithium Compounds", H. Ahlbrecht, J. Harbach, R. w. Hoffmann, T. Ruhland,

Lie",-qs

An.n..l.'l95,

2/1-216

"Structural Aspects of Differentially Solvated Benzyllithium Contact

Ion Pairs",

T. Ruhland, R. W. Hoffmann, S. Schade, G. Boche, Cllem Ber l.'l95, 128, 551-556.

"Enantiomerization of a-Thio-, a-5eleno-, and a-Telluro-5ubst ituted Alkyllithium Compounds; Kinetic and Mechanistic Stud,es",

R. W. Hoffmann, R. Dress, T. Ruhland, A Wenzel, Cllem Ber l.'l95, /28, 861-870.

unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. R. W. Hoffmann (Philipps-Universltät Marburg; FB Chemiei

Herrn Prof. Dr. R. W. HOffmann danke ich dafür, daß er ein prima DOktorvater war.

Meinen ArbeltskreTs-Kollegen danke Ich für die gute Zusammenarbeit und für die TOleranz in brisant (Selen i-olfaktorischen Situationen. Ich danke allen Service-Abteilungen des Fachbereichs, ohne die diese

Arbeit nicht möglich gewesen wäre. Hervorheben möchte Ich das Engagement von Herrn Prof. Dr. S. Berger und dem Team der NMR-Abtei lung, für die Realisierung der vielen, nicht alltäglichen NMR-Experimente. Der HOECHST-StI ftung, der Studienstiftung des Deutschen Volkes und

dem Graduiertenkolleg "Metallorganische Chemie" danke Ich fOr die Stipendien während meines Studiums

A.

1

AIIgemejner lind theoretischer Tej I EjnJeltuog

Methoden zur Strukturaufklärung von Organometall-Verbindungen

1.2 Methoden zur Bestimmung der konfigurativen Stabilität 1.2. 1

1.2.2 1.3

2

von Organometall-Verbindungen

Bestimmung der konfigurativen Stabilität mit Hilfe einer neue ren Abfangmethode

Bestimmung der konfiguratlven Stabilität mit Hilfe der dynam ischen NMR-Methode

Auf gabenste 11 ung

Anwend\Jngen der neuen Abfangmethode

7

8

10 13 17 21 Bestimmung der konfigurativen Stabilität von

1-2.1. 2.1.1. 2.1.1.2 2. I. 1.3 2.1.1.4 2. I. 1.5 Brom-I-Ilthium-pentan

2-(ßenzyloxy-propanal als Abfangreagenz) Ausgangslage und Versuchsdurchführung Neu-Interpretation der Ergebnisse von M. Krüger Überlegungen für das Ausbleiben bzw. Eintreten von kinetischer Resolution

Diskussion der Reihenfolge In weicher das Abfang-reagenz mit der Organometall-Verbindung zur Reaktion

17 17 17 19 20

gebraCht wird (M-zu-E und E-zu-M TeChnik) 25 Vergleich der Produktverhältnisse die mit Hilfe der

beiden Zutropfvarlanten (M-zu-E und E-zu-M-Technik)

erhalten wurden 27

2.1.2 Strategien zur Vereinfachung der Untersuchungsmethode 31 2.1.2. I

2.1.3 2.1.3.1 2.1.3.2 2.1.3.3

Chirale Abfänger, die zu nur zwei diastereomeren

Abfangprodukten führen 31

2-(N,N-Dibenzylamino)-3-phenyl-propanal als

Abfang-reagenz 35

Einleitung und Ausgangslage 35

Versuchsdurchführung und Beschreibung der Ergebnisse 37 Interpretation der Untersuchungsergebnisse 40

2.1.3.4 2.1.3.5

Analytik

Indizien für die relative Konfiguration der diastereomeren Abfangprodukte ~

40 46 2.1.3.6 Bestimmung der relativen Konfiguration der

Neben-produkte.:I2 mit Hilfe NMR-spektroskoplscher Indizien 49 2.2 Konfigurative Stabilität von

I-Lithium-I-phenyl-2.2.1 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.2

seleno-pentan ~

Interpretation der Ergebnisse der Abfangreaktion Bestimmung der relativen Konfiguration der Abfang-produkte

Bewertung der NMR-spektroskopischen Daten bezüglich der relativen Konfiguration

Kristallstruktur der Abfangprodukte

2.3 Versuche, die konfigurative Stabllität durch intramole-kulare Komplexierung des Lithiums zu beelnflußen 2.31 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.41 2.3.4.2 Vorbemerkungen

Design des intramolekularen Liganden

Design der Brücke zwischen dem carbanionischen

Zentrum und der Ligandeneinheit Synthese der Vorläufer- Verbindungen

Synthese von N-(4,4-Diphenylsel eno-butyl)-I

O-aza-IA 7-trioxa-cyclododecan ~

Versuche zur Synthese von N-(4,4-Dibrom-butyl)-1 0-aza-I ,4,7-trioxa-cyc lododecan !iQ

2.3.5 Versuche zur Umsetzung von N-(4-Lithium-4-phenyl-se leno-butyl)-I O-aza-I

A

7-trioxa-cyclododecan mit

51 51 53 53 54 56 56 56 58

59

59

60 2-N,N-Dibenzylamino- 3-phenyl-propana I 62 3 3.1 3.2 3.2.1

Untersllchllng mH Hj lfe dynamjscher 1 H~NMR­

SoektroSkooie

Allgemeine Vorbemerkungen zur Durchführung und Auswertung der NMR-Experimente

Untersuchungen zur konfigurativen Stabilität von 1-Arylse leno-l-Ii thium-2-phenyl-ethan-Verbindungen Ausgangslage

64

64 65 65

3.2.1.1 Untersuchungsergebnisse konventione Iler

Abfang-methoden 65

3.2.1.2 Untersuchungen der Stammverbindung,

I-Lithium-I-phenylseleno-2-phenyl-ethan ~ 67

3.2.2 Diskussion der Rolle der C-Li-Heterolyse im Verlauf

der Konfigurat Ionsumkehr 70

3.2.2.1 Vorbemerkungen 70

3.2.2.2 Untersuchung des Einflußes von Pentamethydlethylendi-amin (PMDET A) auf die konflguratlve Stabilität von 1-L ithium-2-phenyl-l-phenylseleno-ethan ~ 71 3.2.3 Diskussion der negatlven Hyperkonjugation als

Anion-stabilisierender und Struktur-bestimmender Faktor 76 3.2.4 Einfluß der negativen Hyperkonjugation auf die Rotation

um die Ca-se-Bindung und auf die Konfigurationsumkehr ₇₇ 3.2.4.1 Untersuchung von I-Arylseleno-I-II

thlum-2-phenyl-ethan-Verbindungen mit einer oder mehrerer

Methyl-gruppe(n) Im ArYl-Rest 79

3.2.4.2 Versuche zur Herstellung von I-Arylseleno-I-Ilthlum-2-phenyl-ethan-Verblndungen mit sterlsch sehr

anspruchsvollen Arylresten 90

3.2.4.3 Versuche zur Herstellung von I-Arylseleno-I-llthlum-2-phenyl-ethan-Verblndungen mit einer

Trifluormethyl-Gruppe Im Arylrest 91

3.3 Untersuchungen zur konflguratlven Stabilität von 1-

Aryltelluro-l-llthium-2-phenyl-ethan-Verbindungen 98

3.3.1 Vorbemerkungen/ Ausgangslage 98

3.3.2 Beschreibung der NMR-spektren 100

3.3.3 Diskussion der Ergebnisse 104

3.4 Untersuchungen zur konflgurativen Stabilität von

a-Arylseleno-benzyll ithium-Verbindungen 105

3.4.1 Vorbemerkungen 105

3.4.1. Diskussion der n-Konjugation als Anion-stabilisierender

und strukturbestimmender Faktor 105

3.4.12 Einfluß der n-KonJugatlon auf die konflgurative

3.41.3 Diskussion der Struktur einer

a-Arylseleno-substituierten Benzyll ithium-Verbindung 109 3.4.2 NMR-spektroskoplsche Untersuchung der

konfigura-tiven Stabilität von a-Arylseleno-benzyllithium-3.42.1 3.4.2.2 3.43 3.4.3. I 3.4.3.2 3.433 3.4.3.3. I 3.4.3.3.2 3.4.3.3.3 3.4.3.4 3.4.3.5 3.4.3.6 3.43.7 Verb indungen Ausgangslage

Untersuchungen zur konflgurativen Stabilität von L Ithi um-[(2-methoxymethyl )-phenyl]-pheny I se leno-methan fi5. und Lithium-phenyHphenylmethyl-seleno)-methan l!li

Überlegungen zur Konstruktion konfigurativ stabiler, a-heterosubstituierter Benzyll ithium-Verbindungen Design einer geeigneten Molekülstruktur

Prognose der Struktur der Modellverbindung, 2-(Uthlum-phenylseleno-methyl)-1 ,3-xylyH 17]-Krone-5 12 I m Grundzustand 11I 111 112 116 116 118 Überlegungen zum Mechanismus der Konfigurationsumkehr von 2-(Lithium-phenylseleno-methyll-1 ,3-xylyH

17]-Krone-5 12 120

Vorbemerkungen 120

Vorschläge für den Verlauf der Konfigurationsumkehr an einem intraannularen, carbanionlschen (-Atom 122 Energiebarrieren der wichtigsten Einzelprozesse in

den vorgeschlagenden Mechanismen - Versuch einer

Abschätzung 125

Hypothet isches I H-NMR-Spektrum von 2-(L i thium-phenyl seleno-methyl)-1 ,3-xylyH 17]-Krone-5 12 bei langsamer und bei rascher Konfigurationsumkehr 128 Versuche zur Herstellung von

2-(Uthium-phenylseleno-methyl)-I ,3-xylyH 17]-Krone-5 12 131

Beschreibung des experimentellen I H-NMR-Spektrums von 2-(U thium-phenylseleno-methyll-1 ,3-xylyH 17]-Krone-512

DIskUSSion des experimentellen IH-NMR-Spektrums von 2-(L i thium-phenylseleno-methyl)-1 ,3-xylyH 17]-Krone-512

133

3.4.3.7. I DiSkussion des IH-NMR-Spektrums bezüglich der

konfigurativen Stabilität der Modellverbindung

12.

136 3.4.3.7.2 Diskussion des IH-NMR-Spektrums bezüglich der

Struktur der Modellverbindung

12.

137

3.4.3.8 Beweis für das Vorliegen von 2-(L ithium-phenylseleno-methylH ,3-xylyH 17]-Krone-5

12.

In Lösung 138 3.4.3.9 Untersuchung weiterer a-heterosubstituierter

2-(L ithium-methyl )-I,3-xylyl-[ 17]-Krone-5-Derlvate 141 3.43.9.1 NMR-spektroskopische Untersuchung von

Akzeptor-substituierten 2-(L ithlum-phenylse

leno-methyll-I,3-xylyH 17]-Krone-5-Derlvaten 141

3.4.3.9.2 NMR-spektroskopische Untersuchung von 2-(Lithlum-phenylthlo-methyll-I ,3-xylyH I 7]-Krone-5 143 3.4.3.9.3 NMR-spektroskopische Untersuchung von

2-(Lithium-phenylselenoxy-methyJ)-1 ,3-xylyH 17]-Krone-5 l.ll1. 144 3.4.3. I 0 I H, 6Li-HOESY-NMR-Messung von [6L1 ]-2-(Llthl

um-methyJ)-I,3-xYlyl-[ 17]-Krone-5 2ll 147

3.4.3.10.1 Struktur von [PhCH26L1*TMEDA*THF] in THF 147 3.4.3.10.2 Struktur von

[6L1]-2-(Lithium-methyll-I,3-xylyl-[17]-Krone-5 2ll in THF 148

4 Synthesen 151

4.1 Erzeugung von Natrlum- bzw. Lithium-Arylseleniden

und Llthium-Aryltelluriden 151

4.2 Synthese und Reinigung nicllt-benzylischer Seleno-4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.2. I 4.4.2.2 Acetale

Synthese und Reinigung nicllt -benzylischer Telluro-Acetale

152 153 Synthese und Reinigung benzylischer SeienD-Acetale ISS "Konventionelle", benzyl ische Seleno-Acetale ISS Syntheseversuche Intraannularer, benzylischer

Seleno-Acetale 159

Synthese von 2-(PhenyIseleno-methyJ)-1 ,3-xylyHI

7]-Krone-5

'JL

I 60

Synthese von

4.4.2.3 4.4.2.4 4.4.2.5 4.4.2.6 5 5.1 5.1. 5.1.2 5.2 5.2. I 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6

B

2

Synthese von 2-[(3-Trif

luormethyl-phenyi)seleno-methyl]-1,3-xylyH 17]-Krone-5 l.lill 162

Synthese von 2-(Phenylseleno-methyll-5-(phenyl-sul fonyl H ,3-xylyl-[ 17]-Krone-5 l.Q2

Synthese von 2-( Phenylse lenoxy-methy I )-I,3-xylyl-[17]-Krone-5 JJlli

163 164 Synthesen von 2-(Phenylthio-methyl)- und 2-(Deuterio-phenylthio-methylH ,3-xylyH 17]-Krone-5 J..(M (~) 165

71JsammenfasS1Jog

Untersuchungen mit der Abfangmethode

Ergebnisse der Untersuchung von I-Brom-I-Ilthlum-pentan 5.

Ergebnisse der Untersuchungen an I-Lithium-I-phenyl-se leno-pentan .1

Untersuchungen mit DNMR-Spektroskopie

Das Stammsystem: I-L Ithlum-l-phenylseleno-2-phenyl-166 166 166 169 170 ethan

.59.

170

Stammsystem

.59.

mit PMDETA

I-Arylse leno-I-llthlUm-2-phenyl-ethan-Derivate I-Arylte I luro-l- I ith ium-2-pheny I-ethan-Derivate a-Selen-subst Ituierte Benzyl I i thl um-Verbindungen a-Selen- und a-Schwefel-substitulerte 2-(Llthlum-methyll-l,3-xylyH 17]-Krone-5-Derlvate

Experjmenteller Tei]

Vorbemerkungen Allgemeine Arbejtsyocscbriften 170 171 173 174 175 177 177 182 2.1 Allgemeine Arbeitsvorschriften zur Herstellung von

Seleno-Acetalen 182 183 183 183 183 A A-l A-2 A-2. I METHODE I

Acetallsierung von Aldehyden

Umacetalisierung von Sauerstoff-Acetalen Mit Selenophenol

A-22 B

Mit Diseleniden METHODE 11

B-I Allgemeine ArbeitsvorschrIft zur Synthese von D i (aryl se I eno)m ethan-Derivaten

B-I B-I.2 B-13 B-2 Mit Seienoien Mit Diseleniden

Mit Arylbromiden als Se-Precursor

Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Synthese von 1,1-D I (ary I se I en 0) -2 - pheny 1- et han- Der iv ate n

2.2 Allgemeine ArbeitsvorschrIften zur Bestimmung der konfiguratlven Stabi Iltät mit Hilfe der neuen Abfang-methode

2.2. I Allgemeine Arbeitsvorschriften zur Umsetzung von 1-Brom-I-Ilthium-pentan mit einem Aldehyd

A A-I A-2 A-3 B B-I B-2 B-3 [ [ - I [-2 [-3 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Zutropftechniken

E-zu-M- Technik oder "sukzessive"-Technik "insi tu"-Technik

M-zu-E-Technlk oder "inverse"-Technik Umsetzungen mit Additiven

Zusatz von Liganden Zusatz von [ertrlchlorld

Zusatz von 4,4'-DtBDP (Ausbeutebestimmung) Allgemeine Aufarbeitungsvorschri ften

für präparative Zwecke (Isolierung und Reinigung) für die G[-Analyse

für die HPL[-Analyse Synthesen

(S)-2-BenzYloxy-propanal M

(5 )-2-(N,N-Di benzy lam Ino)-3 -phenyl-propanal I I

I, I-Dibrom-pentan .LI

3,5-Dini tro-benzoesäure-[2-(N,N-dibenzylam ino)-I-phenyl-4-pheny Ise leno-oct-3-yil-ester :i6.

I, II-Dichlor-3,6,9-trioxa-undecan ;U I, II-Dllod-3,6,9-trloxa-undecan .42

3.7 N-(4,4-Diethoxy-butyll-1 O-aza-I ,4,7-trioxa-cyclododecan ~ 184 185 185 185 185 186 187 188 188 188 188 188 189 190 190 191 191 191 191 191 192 192 192 193 194 195 197 197 198

3.8 Pheny I methy I-se I enocyanat 199

3.9 Pentaf luorpheny Imethyl-se lenocyanat 200

3.10 (3- Tri fluormethyl )phenyl-se lenopheno I 200 3.11 2-( N,N-D ibenzy I am ino)-I-pheny 1-4-(phenyl se I

eno)-3-octanol :i5. 202

3.12 Versuch zur Synthese von N-[6-(N',N'- Dibenzylamino)-5-hydroxy-7-phenyl-4-(phenyl se leno)-heptyl )-1 O-aza-I ,4,

7-trioxa-cyclododecan 5l 205

3,13 2-( I-Benzyloxy-ethyl)- 3-(n-butyl )-ox iran !.§ 207 3.14 3-Butyl-2-[

1-(N,N-dlbenzylamlno)-2-phenyl-eth-l-yll-oxiran 2'1 210

3.15 Herstellung von

1,I-Di(arylseleno)-2-phenyl-ethan-und I, I-Di(aryltelluro)-2-phenyl-ethan-Derlvaten 219

3.15.1 I, I-DI-(phenylseleno)-pentan ~ 219

3.15.2 N-[4,4-DI-(phenylse leno)-butyll-I O-aza-I

,4,7-trloxa-cyclododecan ~ 219

3.15.3 I, I-DHphenylse leno)-2-phenyl-ethan :ill 221 3.15.4 Di-([(4-methyl )-phenyll-se leno)-methan 221 3.15.5 1,I-DI-![(4-methyl)-phenyll-seleno)-2-phenyl-ethan 222 3.15.6 Di-[[(2-methyl )-phenyll-se leno)-methan 222 3.15.7 I, I-DI-([(2-methyl)-phenyll-seleno) -2-phenyl-ethan 223 3.15.8 DI - ([ (2, 5-di methy I )-pheny I J-se leno) -m ethan 224 3.15.9

1,I-Di-([(2,5-dimethyl)-phenyl)-seleno)-2-phenyl-ethan 224

3.1510 D i- (((2,4,6-trlmethyl )-phenyll-seleno)-methan 225 3.15. I I I, I -DI-([(2,4,6-tr Imethyl )-pheny

lI-seleno)-2-phenyl-ethan 226

315.12 D I - ([ (2,3,5, 6-tetramethyl )-pheny li-se I eno I-methan 227 3.15.13 I, I-DI-([(2,3,5,6-tetramethyl)-phenyll-se

leno)-2-phenyl-ethan 228

3.15.14 01 -(9-anthryl-se I eno )-methan 229

3.15.15 1,I-DH9-anthryl-seleno)-2-phenyl-ethan 230 3.15,16 01 - ([ (2,4,6-trlpheny I )-phenyl )-se I eno) -methan 231 3.15.17 Versehentllche Synthese von

3.15.18 3.15.19 3.15.20 3.15.21 3.15.22 3.15.23 3.15.24 3.15.25 3.15.26 3.15.27 3.15.28 3.16 3.16.1 3.16.2 3.16.3 3.16.4 3.16.5 3.16.6 3.16.7 3.17 3.17.1 3.17.1.1 3.17.1.2 1,I-Di-([(2,4,6-triphenyll-phenyl]-seleno}-2-phenyl-ethan

Di- [[(2-tri f luormethy I )-phenyl]-se leno]-methan 1,I-Di-[[(2-trlfluormethyl)-phenyl]-seleno}-2-phenyl-ethan

Di- ([ (3-trif luormethyl )-phenyl]-se leno}-methan 1,I-Di-([(3-trifluormethyl)-phenyl]-seleno]-2-phenyl-ethan

Versehentllche Synthese von I -Methoxy-2-phenyl-l-233 235 235 236 237 ([( 3-trif luormethyl )-phenyl]-se I enD) -ethan 238 2-Phenyl-I-([(3-trlfluormethyl

)-phenyl]-seleno}-ethan 239

DHphenyltelluro)-methan 240

1,I-Di-(phenyltelluro)-2-phenyl-ethan 241 D 1- ([ (2,3 ,5,6-tetramethyl )-phenyl]-te Iluro) -methan 243

1,I-Di-([(2,3,5,6-tetramethyll-phenyl]-telluro]-2-phenyl-ethan 244

Herstellung von Aryl-DI(arylseleno)-methan- und

Ary I-DI( al kylse leno)-methan-Derlvaten 246

DHphenylseleno)-phenyl-methan 246

DHphenylmethyl-seleno)-phenyl-methan 247

Di -[(pentafluorphenyl )-methy I-se leno]-Pheny

1-methan 248

DI- ([(2-ethyl )-phenyl]-se I enD) -phenyl-m ethan 249 Di-(phenylse I

eno)-(2-methoxymethyl-phenyl)-methan 250

Versuche zur Synthese von I ,2-Diphenyl-l,

I-dl-(phenylseleno)-ethan 252

Versuche zur Synthese von

2,2-Dimethyl-4,4-dl(phenyl-seleno)-7-ethoxy-6-methoxy-chroman 253

Versuche zur Synthese von 17-[Dl(arylseleno)-methyl]-2,5,8, I I, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophan-Derivaten 254 Versuche zur Synthese von 17-CDiphenylseleno-methyl)-2,5,8, I 1 , 14-pentaoxa[ 15]( I ,3 )benzenophan

95

254

17-Brom-2,5,8, I I, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophan 254 17-Formyl-2,5,8,1 I, 14-pentaoxa[ 15]( 1 ,3)benzenophan 255

3. I 7. 1.3 3.17.1.4 3.17.2 3.17.2.1 3.17.2.2 3.17.3 3.17.3.1 3.17.3.2 3.17.4 3.17.5 3.17.6 3.17.7 3.17.8 3.17.9 3.17.10

Umsetzung von 17-Formyl-2,5,8, 11, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3) benzenophan mit Selenophenol und Zinkdichlorid 256 Umsetzung von 17-(Phenylseleno-methyll-2,5,8, 11,14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophan mit 3-Chlorperoxybenzoe-säure, Lithium-diUso-propylJamid und Benzolselenyl-chlorid

Herste lIung von 17-CDeuterio-phenylse leno-methyll-2,5,8,11, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophann

.29-17-CDeuterio-oxo-methyll-2,5,8, I 1,14-pentaoxa[ 15]( I ,3) benzenophan 17-CDeuterio-phenylseleno-methyll-2,5,8, 11, 14-penta-257 258 258 oxa[ 15]( I ,3)benzenophann 259

Versuche zur Synthese von 17-(Phenylseleno-trimethyl-stannyl-methyll-2,5,8, I I, 14-pentaoxa[ 15]( I

,3)benzeno-phan 260

Deprotonierungsversuch von 17-(Phenylseleno-methyll-2,5,8, I I, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophan mi t N-L

ithium-2,2,6,6-tetramethyl-plperidld 260

Deprotonierungsversuch von 17-(Phenylseleno-methyll-2,5,8,1 I, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophan mit

N-Kalium-2,2,6,6-tetramethyl-piperldid 261

Syntheseversuch von 17-( I-Phenylse leno-ethylJ-2,5,8, 1 I, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophan 261 17-[(3- Tri f1uormethyl-phenyl )seleno-methyl]-2,5,8, I I, 14-pentaoxa[ 15]( 1 ,3 )benzenophan 262 I 7-(Phenylse lenoxy-methy 1J-2,5,8, I I, 14-pentaoxa

[15]( 1,3 )benzenophan 262

Versuche zur Synthese von 17-(Phenylseleno-phenylselen-oxy-methyl )-2,5,8, I I, 14-pentaoxa[ 15]( I ,3)benzenophan 263 Syntheseversuch von

17-(Phenylselenoxy-trimethyl-stannyl-methyll-2,5,8,1 I, 14-pentaoxa[ 15]( 1,3)

benzenophan 264

trans

-17-(2-Phenyl-ethenyll-2,5,8, 11, 14-pentaoxa [15]( 1,3)benzenophan

I 7-(Phenyl thio-methyl )-2,5,8, 11 ,14-pentaoxa [15]( 1,3)benzenophan

265 266

317.11 31711.1 3.17.11.2 3.17.11.3 3.17.IIA 3.17.11.5 3.17.11.6

Versuche zur Synthese von 17-(Dlphenylseleno-methyl)-20-(phenylsulfonyl)-2,5,8,1 I, 14-pentaoxa[ 15]( 1,3) benzenophan

1,4-Dlbrom-2,6-dlmethyl-benzol

I -Brom -2,6-DI methyl-4-pheny I th lo-benzo I I -Brom -2,6-dl methyl-4-pheny Isu I f onyl -benzo I I -Brom-2,6-DI -( brommethyl )-4-pheny 1 th IO-benzo 1 1,4-Dlbrom-2,6-dHbrommethyl)-benzol

I -Brom -2,6-dl (brom methyl )-4-pheny Isul f

onyl-267 267 269 270 271 273 benzol 273 3.17.1 1.7 17-Brom-20-(phenylthlo)-2,5,8, I 1,14-pentaoxa[ 15]( 1,3) benzenophan 275 3.17.1 1.8 17, 20-Dlbrom-2,5,8, 1I,14-pentaoxa[ 15]( 1,3) benzenophan 276

3.17.11.9 Synthese und Versuche zur Synthese von 17-Brom-20-(phenylsulfonyll-2,5,8, 1I,14-pentaoxa[ 15]( 1,3)

benzenophan 277

3.17.1 I. 10

17-Formyl-20-(phenylsulfonyl)-2,S,8,II,14-pentaoxa[ IS]( 1,3)benzenophan 280

3.17.1 1.11 Umsetzung von 17-Formyl-20-(phenylsulfonyl)-2,S,8,II, 14-pentaoxa[ I S](1,3)benzenophan mit Selenophenol und

Zlnkdlchiorld 281

14 NMR-Experjmente 282

14 I Herstellung der NMR-Proben-Lösungen 282

I 4 1.1 Probenvorbereitung [Se(Te)/ Li -Austausch] 283

141.2 Probenvorbereitung (Deprotonlerung) 284

14.2 NMR-Messdaten von I-Arylseleno-I- 1

Ithlum-2-phenyl-ethan-Derivaten 284

142.1 I-Lithlum-I-(phenylseleno)-2-phenyl-ethan ml t

Liganden 284

142.2 I -L I thl um-I-[( 4-methyl-phenyl )se 1 eno]-2-pheny

1-ethan 28S

142.3 I-L Ithlum-I-[[(2-methyl)-phenyll-se

leno)-2-phenyl-ethan 286

142A 1-[[(2,S-Dlmethyl )-phenyll-seleno)-I- 1I

142.5 I -L

ithium-I-([(2,4,6-trimethyll-phenyl]-seleno)-2-phenyl-ethan 287

142.6 I-L ithium- 1-([(2,3,S,6-tetramethyl

)-phenyl)-seleno)-2-phenyl-ethan 287

142.7 Herstellungsversuch von

1-(9-Anthryl-seleno)-I-I ithium-2-phenyl-ethan 288

142.8 Herste lIungsversuch von

I-Lithium-I-([(2,4,6-tripheny I )-pheny I I-se leno)-2-phenyl-ethan 289 142.9 Herstellungsversuche von

I-Lithlum-I-([(3-tri fI uorm ethyl )-pheny J]-se I eno)-2-pheny I-ethan 289 142.10 Herstellungsversuch von

I-Uthlum-I-{[(2-trifluor-methy I )-phenyl]-se I eno} -2-phenyl-ethan 291 14.3 NMR-Messdaten von

I-Aryltelluro-I-lithium-2-phenyl-ethan-Derivaten 292

143.1 I-Lithium-I-(phenyl telluro)-2-phenyl-ethan 292 14.3.2 I-Lithium-I-(((2,3,S,6-tetramethyl

)-phenyJ]-telluro}-2-phenyl-ethan 292

144 NMR-Messdaten von

Arylseleno-Benzyllithium-Derivaten 293

1441 L ithl um-[(2-methoxymethyl )-phenyl]-pheny 1 se

leno-methan 293

14.4.2 L ithi um-(Phenyl methy I-se I eno)-phenyl-methan 294 1443 (2-Ethy I-pheny I )se leno-I ithlum-pheny I-methan 295 1444 Herstellungsversuch von

[(PentafluorphenyDmethyl-se leno]-pheny I-I i thi um -methan 296

1445 Herste Ilungsversuche von 1,2-Diphenyl-I-1

ithium-I-Phenylseleno-ethan 297

1446 Herstellungsversuche von 17-(Lithium-phenylseleno-methyJ)-2,S,8, 11, 14-pentaoxa[ 15]( 1,3)benzenophan 298 14.4.7 Herstellungsversuch von

17-(Lithium-phenylseleno-methyJ)-20-(phenylsul fonyl )-2,5,8, 1 I, 14-pentaoxa

[15]( 1,3)benzenophan 302

14.4.8 Herstellungsversuche von 17-[Li thium-(3-trifluor-methyl-phenyDseleno-methyJ]-2,5,8,1

1,14-penta-oxa[ 15]( 1,3)benzenophan 303

14.4. 9 17-(L ithlUm-phenylselenoxy-methyl

14.4.10 17-(L ithium-pheny Ithio-methyl )-2,5,8, I I,

14-penta-oxa[ 15)( 1,3)benzenophan 306

c.

Anhang 308

Einleitung

1.1 Methoden zur Strukturaufklärung von Organometall-Verbindungen

Zur Wiege der metall organischen Chemie wurde Im Jahr 1760 eine Pariser MIlitärapotheke. Dort stellte Cadet bel der Entwicklung von un-sichtbaren Tinten Kakodyloxld-haltlge [(CH3J2AS]20 Flüssigkeiten her. Kakodyloxld war die erste synthetisierte metallorganische Verbindung. Mögen Cadets Tinten unsichtbar gewesen sein, die Bedeutung metall-organischer Verbindungen blieb den Chemikern niCht verborgen. Bel der Erforschung dieser Verbindungsklasse lief Jedoch das Wissen über die präparatlven Anwendungsmöglichkeiten metallorganischer Verbindungen zunächst dem Wissen über Ihre Struktur voraus. Beispielsweise wurden die ersten lithiumorganischen Verbindungen (Methyl- und EthylllthlumJ bereits Im Jahr 1917 von W. Schenk und J. Holtz entdeckt [

!l.

Es ver-gingen aber 46 Jahre bis H. Dietrich, E. Welss und A. C. Lucken die Fest-körperstrukturen dieser Verbindungen durch Röntgenstrukturanalysen be-stimmen konnten [2]. Noch vor gut 4 Jahren leitete G. Boche [J] eine Ver-öffentlichung mit den Worten ein: "Bel keiner Verbindungsklasse dürfte die Diskrepanz zwischen Ihrer Bedeutung In der organischen Synthese und dem Wissen über ihre Struktur so ausgeprägt sein wie bel Organometall-Verbindungen".

Und heute? Auch heute Ist kein Ende der EntwiCklung neuer chemo-, reglo-, diastereo- und enantloselektiver metall organischer Reagenzien absehbar. Durch raffiniertes Metall- und LIgandtuning können Organo-metall-Verbindungen In Bezug auf Ihre SUbstrate maßgeschneidert und damit komplexe Naturstoffsynthesen auf effiZiente und ästhetische Wei-se realisiert werden.

Neben den Fortschritten auf dem Gebiet der präparat Iven Nutzung metall-organischer Verbindungen wurden in den letzten Jahren Im Zuge der Entwicklung neuer und verbesserter Untersuchungsmethoden große Erfol-ge bel der Strukturaufklärung dieser VerbindunErfol-gen erzielt.

Mit Hilfe von Röntgenstrukturanalysen werden früher wie heute die Festkörperstrukturen metallorganischer Verbindungen aufgeklärt. Dank der raschen Entwicklung leistungsfähiger Computer und Software sowie vereinfachter und optimierter apparativer Handhabung hat sich die Röntgenstrukturanalyse mittlerweile zu einer Routinemethode etabliert [4]. Die ständig wachsende Zahl publizierter Festkörperstrukturen (auch der von thermolabilen und empfindlichen Organometall-Verbindungen) verwundert daher nicht. Bedeutende Belträge haben neben vielen anderen z.B. D. Seebach aus Zürich und aus "eigenem Hause" G. Boche geleistet [5]. In Zukunft wird vermutlich die Röntgenstrukturanalyse durCh die Ent-wicklung von Röntgenlasern revolutioniert werden. Die hohe Intensltät eines Röntgenlaserstrahls läßt erwarten, daß das für eine Strukturbe-stimmung notwendige Beugungsdlagramni eines Kristalls In der Größe von wenigen KUbikmikrometern mit einem Röntgenlaserblltz von nur Plko-sekunden Dauer gewonnen werden kann [6].

Die EntwiCklung sehr leistungsfähiger und schneller Computer ermög-licht heute auch quantenchemische Berechnungen von Molekülstrukturen und Energien auf hOhem Niveau (z.B. mit Hilfe von "ab inltlo"-Rechnungen unter BerÜCksichtigung der Konflgurationswechselwirkung). Die Rech-nungen stellen eine wertVOlle Ergänzung zu den experimentellen Ver-fahren dar. Mußten sich früher die Berechnungen auf kleine Moleküle in der Gasphase beschränken, erlaubt die Rechengeschwindigkeit heutiger Computer die Berechnungen von aggregatlven Strukturen und Verbin-dungen unter EInbeziehung von Lösungsmittelmolekülen [71.

Für das Verständnis der chemischen Eigenschaften einer Organometall-Verbindung Ist die KenntniS ihrer Struktur in Lösung essentiell. Leider eXistiert bislang für die Analyse von Molekülstrukturen in Lösung keine Methode, die auch nur annähernd so exakte und detaillierte Struktur-Informationen liefert wie die RöntgenstrUkturanalyse eines Festkörpers. Mit Hilfe von IR-, UV/Vis- und Ramanspektroskople sind nur grobe Strukturinformationen wie z.B. das Dipolmoment und die Symmetrie eines MOleküls bestimmbar. Diese Methoden werden heute nur noch selten bel der Strukturbestimmung einer Organometall-Verbindung herangezogen [8]. Der Aggregationsgrad in Lösung kann mittels MOlgewichtsbestim-mungen (z.B. Kryoskopie) untersucht werden.

Die NMR-Spektroskopie wurde zur wichtigsten Untersuchungsmethode lithiumorganischer Verbindungen in Lösung. In den Anfängen

NMR-spektroskopisCher Untersuchungen von Organometall-Verbindungen dom Inierte die 1 H-NMR-, später zunehmend die 13(-NMR-Spektroskopie [9

J.

Für diese Verbindungsklasse wurden in den letzten Jahren mit Hilfe der konventionellen eindimensionalen IH-, 13(- und 6(71Li-NMR-Spek-troskopie recht detaillierte Strukturparameter gewonnen [ 10

J.

Aus den chemischen Verschiebungen von 13(- und IH-Kernen sowie IJcwKopp-lungskonstanten lassen siCh beispielsweise Rückschlüsse auf die Elektronendichteverteilung [ 11

J

und den Hybrldislerungsgrad [ 121 am carbanionischen KOhlenstoffatom ziehen. Mit Hilfe der Karplus-Bezlehung kann die, über drei Bindungen wirkende, (vlclnale) 3JH,WKopplungs-konstante mit dem Jeweiligen Diederwinkel im Molekül korreliert werden [1Ia, IIb

J.

Aus der Signalmultipllzität eines 6(7)Li-llthlierten 13(-Signals als auch aus der zugehörigen 1Juc-Kopplungskonstanten läßt sich der Aggregationsgrad I ithlumorganischer Verbindungen bestimmen [ 13

J.

Mit Hilfe speZieller, eindimensionaler NMR-Experlmente können auch einfache Modellvorstellungen von der dreidimensionalen Struktur eines Moleküls in Lösung gewonnen werden. Beispielsweise können durch die 1 H, 1 H-Nuclear Overhauser EHeet (NOE)-DiHerenzspektroskople die räum-lichen Konnektivitäten einzelner Protonen innerhalb eines Moleküls bestimmt werden [9a, 11a, 11b, 141. Die NOE-Spektroskople wurde auch auf Paare unterschiedlicher Kernsorten angewendet. Für die Struktur-unterSUChung lithiumorganischer Verbindungen In Lösung erwies sich dabei die 6Li, IH-NOE-Spektroskopie als sehr nützliCh [15

J.

Die Weiterentwicklung NMR-spektroskoplscher Methoden führte zu aus-sagekräftigeren zwei- und mehrdimensionalen NMR-Experimenten. Durch eine spezielle Pulssequenz können heute In einem einzigen Experiment nicht nur die, bei eindimenSionalen NMR-Experlmenten detektlerbaren skalaren, über Bindungen vermittelten Spin-Spln-Wechselwlrkungen (J-Kopplungen), sondern auch sämtliche durch den Raum wirkenden Dipol-Dipol-Wechselwirkungen erfaßt werden. Dieses zweidimensionale NOE-NMR-Verfahren wurde von R R Ernst und Mitarbeitern [ 16

J

entWickelt und unter den Namen 2D-NOESY-NMR-Experiment (Nuclear Overhauser EHect Spektroscopy) bekannt. Die Kreuzsignale eines 20- 1 H, 1 H-NOESY-NMR-Spektrums ermöglichen die Identifizierung aller räumlich benaCh-barter Protonen in einem Molekül. NOESY-NMR-Experlmente spielen In der Biochemie bel der Strukturbestimmung von komplexen Molekülen, wie z.B. Proteinen, eine bedeutende Rolle. Für die StrUkturanalyse lithium-organischer Verbindungen in Lösung erlangt das von P. v.

R.

Schleyer und

[/7

J.

Aus den Kreuz-signalen des 2D-6Li,IH-HOE5Y-NMR-5pektrums lassen sich mit einem Blick die r3umlichen Li-H-Konnektivitäten erken-nen, 50 kann mit dieser Methode beispielsweise entschieden werden, ob in Lösung Kontaktionenpaare (contact Ion pairs, C Ws) oder Solvens-getrennte Ionenpaare (solvent separated ion pairs, 55IP's) vorl iegen und ob das Lithium mit den Lösungsmittelmolekülen und/oder mit extern zugesetzten Liganden wechselwirkt [ 18

J.

Das erste publizierte 6Li, IH-HOE5Y-NMR-Experiment [ /71 wurde an der Organol ithium-Verblndung

.1,

durchgeführt (siehe Abb, I-I). Das Inten-sivste Kreuzsignal wird zwischen dem [6LiI-Atom und den Protonen H-7 und H-II ausgebildet. Außerdem werden schwächere Kreuzsignale zu dem Proton H-3 und zu den Methyl-Protonen des zugesetzten Liganden, N,N,N',N'-Tetramethyl-ethylendiamln CTMEDAl, gefunden,

n2

I!....N';-::"U •

lMEDA

,6"

1

6t'u1

I

...

~

...

----_._---

---,.--I I a. • tO tS 20

,

5

,

I

Abb, I-I,' 6U;! H-HOESY-Nf1R-SpeJ:trum ..., 1 *Tf1EM (in dO-THF bei 203 K),

rechts: eindimenstOl'Nlles 6L i-Nt1R-Spektrvm; unten: eindfmensi0fJ8les

Das Ergebnis der Messung ist so zu interpretieren, daß in Lösung der Li-H71H11-Abstand den kürzesten Li-H-Abstand darstellt. Die räumliche Nähe des Li-Atoms zu den Protonen des Liganden weist auf eine

Komplex-ierung des Li-Atoms hin. Diese Aussagen decken sich mit den Ergebnissen der Röntgenstrukturanalyse von U*TMEDA)2 [ 17

J.

Anfang 1993 gelang in Marburg durch S. Berger [ 19) erstmals ein 2D-6Li,13C-HOESY-NMR-Experiment, mit dem räumliche L1-C-Konnektlvi-täten bestimmt werden können. Die Entwicklung solcher und ähnlicher NMR-Experlmente wird In nächster Zukunft das Wissen über die Struktur I ithlumorganlscher Verbindungen in Lösung bereichern.

In Lösung ist die Struktur einer Verbindung aber nicht statisch. Zur voll-ständigen Strukturbeschreibung in Lösung müssen daher sowohl die intramolekularen dynamischen Prozesse der Verbindung (zB. Inversion der Konfiguration an einem C-Atom, Umlagerungen, etc.) als auch deren intermolekularen dynamischen Prozesse (z.B. Gleichgewichtseinstel-lungen, Metall-Ligand-Wechselwirkungen, SOlvatation etc.) bekannt sein. Die Kinetik einfacher dynamischer Abläufe läßt SiCh mit eindimen-sionalen NMR-Technlken verfolgen und mit einer computergestützten Linienformanalyse quantifizieren. Jedoch versagt dieses Verfahren In komplizierten Fällen. Dagegen vermag die von R. R. Ernst und Mitarbeitern [ 16b, 20) entwickelte zweidimensionale Austausch-NMR-Spektroskople (2D-EXSY) auch parallel ablaufende dynamische Vorgänge bis hin zu kom-plexen Netzwerken dynamischer Prozesse, wie sie In biochemischen Systemen angetroffen werden, zu entschlüsseln [20

J.

Die Kreuzsignale eines 2D-EXSY-NMR korrelieren die miteinander im Austausch stehenden Kerne unabhängig davon, ob ein Intra- oder ein Intermolekularer Aus-tausch stattfindet.

Dazu ein Beispiel: Die 01 li thlum-Verbindung 2 liegt in THF sowohl mono-mer als auch dimono-mer vor. Das Monomono-mere 2 und das Dimono-mere J. stehen mit-einander im Gleichgewicht. Das Dimer besitzt laut MNDO-Rechnungen eine Crsymmetrische Heterocuban-Struktur [21

J.

In diesem Aggregat befin-den sich zwei chemisch ungleiche Paare von lithium-Atomen (LI I /L1I' und Li2/L12'). Entsprechend werden im 6L1-NMR-Spektrum für das Dimer J. auch .21J{fiJ intensitätsgleiche Signale gefunden (Li I/I' und J.-Li2/2'). Dagegen sind im Monomeren 2 die Lithium-Positionen Im Mittel gleich und ergeben.fl.iIl Signal (2-Li). Das 6L1-6Li-EXSY-Spektrum (siehe Abb. 1-2) weist auf eine interessante Dynamik des LI/Li-Austausches

hin [2/

J.

Zum einen werden Kreuzsignale zwischen den beiden Li-Sig-nalen des Dimeren gefunden. Dieses Ergebnis kann so verstanden werden, daß die li-Atome innerhalb des Dimeren ihre Positionen wechseln. Zum anderen werden aber auch Kreuzsignale zwischen dem Li-Signal des Monomeren und den li-Atomen des Dimeren gefunden. Diese Beobachtung kann so Interpretiert werden, daß ein Li/Li-Austausch zwischen dem Monomer 2 und dem Dimer ;I stattfindet

~

_j

_i

_{j ;}

: •. Llo 2 : :;:J _.../~.~._---U ~~ ...

Abb. 1-2, 611;6L/-EXSY-Speklrvm V(It1 2* 3 Tt1EOA (Jilda-THF /Je1253 K, c =

02 tt)[21 J, diePfeilekennzeiclmondieKreuzsignlJlezwischMt1Jm Li-S/gM/ dJr monomeren und dJn beidm L i-SigMlen t1Jr dimeren OJlltlJivm-Yerbindl./np

1.2 Methoden zur Bestimmung der konfigurativen Stabilität von Organometall-Verblndungen

Die räumliche Anordnung eines Moleküls (ohne Berücksichtigung der verschiedenen Atomanordnungen, die sich voneinander nur durch Rota-tion um eine BIndungsachse unterscheiden) nennt man KonfiguraRota-tion. Beispielsweise unterscheiden sich die belden Enantlomere einer chlralen Verbindung in Ihrer Konfiguration und stellen somit Konfigurations-isomere dar. Zur Umwandlung dieser Isomere muß mindestens eine Bin-dung zwischen den Atomen des Moleküls gebrochen und wieder neu ge-bildet werden. Aus diesem Grund wandeln sich die Konfigurationsisomere konventioneller, organischer Verbindungen Im allgemeinen nur langsam oder gar nicht bel Raumtemperatur Ineinander um.

Organische Verbindungen mit einem Metall-tragenden Kohlenstoffatom als Chiralitätszentrum sind dagegen im allgemeinen nur bel sehr tiefen Temperaturen konfiguratlv stabil. Über den Mechanismus der Konfigura-tionsumkehr an dem Chlralltatszentrum Ist bislang nur sehr wenig be-kannt. Sicher Ist, daß Im Verlauf der Konfigurationsumkehr einer Organo-metall-Verbindung ein DlssozlatlonslRekomblnatlons-Prozeß eintreten muß. Die schwache Bindung des Metallatoms zum Kohlenstoffatom könnte möglicherweise die Ursache für die konflguratlve Labilität metalI-organischer Verbindungen sein.

Konventionen: In meiner Dissertation wird zwischen den Begriffen

"Koofigllratloosllookehr" und "!nyerslonH

untersch1eden. Im folgenden 1st

unter "KonfiguratIonsumkehr" der (mehrstufige) Gesamtprozeß der Race-misierung zu verstehen. Die "Inversion" bezeichnet dagegen einen Einzel-schritt Im Verlauf der Konfigurationsumkehr. Dieser EInzeischrItt stellt die "reine" pyramidale Inversion am C-Atom dar.

Die erste Synthese einer enantlomerenrelnen Organollthlum-verblndung (s-Octyllithlum) durch R. L. Letsinger [24a

J

Im Jahr 1950 leitete die Untersuchungen der konfiguratlven Stabilität metalIorganischer Verbin-dungen ein.

Die Bestimmung der konfIgurativen Stabilität metalIorganischer Ver-bindungen erfolgte Im wesentlichen mit Hilfe von raffinierten Abfang-methoden [22, 24-JI J oder mit Hilfe der dynamischen NMR-Spektrosko-pie [11b, JJ-J7J.

1.2.1 Bestimmung der konfigurativen Stabilität mit Hilfe einer neueren Abfangmethode

In einem neueren, von R. W. Hoffmann [22, 231 entwickelten Verfahren zur Abschätzung der konfigurativen Stabllität von Organometall-Ver-bindungen ist man NICHT auf einen Precursor angewiesen, der, wie her-kömmliche Verfahren [24-291 fordern, entweder enantiomerenrein ist oder ein Chiralitätszentrum als Bezugspunkt besitzt.

Das Prinzip dieser Abfangmethode sei hier nur kurz erläutert. Eine um-fassende Darstellung der Methodik findet sich In meiner Diplomarbeit [32a I. Vertiefende quantitative Analysen und Modellrecnnungen zur Reaktionskinetik wurden von R. Hirsch [23 1 erstellt. In der Praxis wurde die Methode auf verschiedene a-heterosubstituierte OrganO-lithlum-Verbindungen [22, 30-321 und einer OrganotitVerbindung [22b 1 an-gewendet.

In der Praxis wird die zu untersuchende organometall-Verbindung bei tiefen Temperaturen erzeugt und anschi ießend mit einem chiralen Elek-trophll abgefangen. Aus den Verhältnissen der diastereomeren Abfang-produkte In der Reaktion mit einem enantiomerenreinen Abfänger können Rückschlüsse auf die Racemisierungsgeschwindigkeit der Organometall-Verbindung gezogen werden.

Konyentlonen· Für die weitere Diskussion werden folgenden Begriffe und Symbole verwendet:

Da bei der Addition der Reaktanden ein neues Chiralitätszentrum ent-steht, fÜhrt die Reaktion eines der Enantlomere der Organometall-Ver-bindung mit einem der Enantiomere des Abfängers zu zwei

diastereo-meren Abfangprodukten, die im folgenden als ein Dlastereomereopaar

(dieser Enantiomerkombinationl bezeichnet werden. Da immer einer der Reaktanden racemisch ist, existieren zwei zu einander ··diastereomere·· Enantiomerkombinationen (R/R und R/Sl. Die Abfangreaktion fÜhrt daher zu insgesamt vier Diastereomeren (A, B, C, 01 bzw. zu zwei Diastereo-merenpaaren (A'B und C·D1. Im folgenden wird das resultierende Ver-hältnis der Diastereomerenpaare [(A'B1/(C'D1I mit R abgekürzt, wenn die Organometall-Verbindung mit einem racem ischen Abfänger umgesetzt

wird (= Experjment A) und mit ~, wenn ein enantiomerenreiner

Bedingung für die Anwendbarkeit der Untersuchungsmethode ist, daß in der Reaktion zwischen der Organometall-Verbindung und dem Abfänger kjnetjsche Resolutloo auftritt. Dazu müssen die Enantlomerkomblna-tionen der Reaktanden unterschiedlich rasch reagieren.

Ob diese Voraussetzung erfüllt ist, läßt sich in einer Abfangreaktion mit einem racemischen Abfänger daran erkennen, daß das Dlastereomeren-paar-Verhältnis R von Eins verschieden ist. Der Wert von R entspricht dem Verhältnis der Reaktionsgeschwindigkeiten der belden Enantlomer-kombinationen und ist daher ein Maß für die kinetische Resolution. Werden die DIastereomerenpaare in gleichen Mengen erzeugt (R = I) so liegt keine kinetische Resolution vor.

Wenn kinetische Resolution (R > I) vorliegt, kann mit Hilfe des Experi-mentes B entschieden werden, ob die Organometall-Verbindung konfI-gurativ stabil ist oder nicht.

Konflguratlye I ablljtät Ist Im Rahmen der Untersuchungsmethode so de-finiert, daß die Enantiomer-Äquilibrierung raSCher als die Reaktions-geschwindigkeit der Abfangreaktion Ist. Als Folge davon wird das rascher reagierende Enantiomer der Organometallverblndung auf Kosten des lang-sameren nachgebildet, so daß die belden DIastereomerenpaare in unglei-chen Mengen gebildet werden (R* > I). Je rascher die Enantlomer-Äqullibrlerung, desto mehr wird sich der Wert von R* dem Wert von R annähern. Naturgemäß kann R* nie größer als R werden (I< R* ~ R). Konflguratlye Stabllltät Ist Im Rahmen der Untersuchungsmethode so definiert, daß die Enantlomer-Äqüilibrierung sehr viel langsamer ist als die Reaktionsgeschwindigkeit der Addition des langsamer reagierenden Enantlomers. In diesem Fall sollte sich auch das langsamer reagierende Enantiomer der Organometall-Verblndung mit dem Abfänger vollständig umsetzen. Geht man von einem Racemat der metall organischen Verbin-dung aus, so müssen bei einem quantitativen Umsatz die belden DIaste-reomerenpaare In gleichen Mengen gebildet werden (R* = I). Die Aussage-möglichkeiten sind in einer Ereignistabelle (Tab. I-I) dargestellt.

Zuverlässige Aussagen über das Ausmaß der konfigurativen Stabilität werden jedoch erst möglich, wenn die Methode den folgenden aCht Anfor-derungen gerecht wird. Die Ausarbeitung und ausführliche Diskussion die-ser Rahmenbedingungen war Tell meiner Diplomarbeit [32a

1

IaOOlk 1.=.1 Erefgn/slabelle

~

50,SO

I

"50 50 50,50 Keine Aussage _{Verbotener Fall}

möglich

Wenn In Exp. A hohe Ausbeute Wenn In ExpA rohe Ausbeute ur(! Elek.trophil nicht racemlslert

"50,50

KONFIGURATiV STABIL KONFIGURATIV LABIL

I. Hohe chemische Ausbeute

2. deutlich erkennbare kinetische Resolution

3. hohe Enantlomerenreinheit und konfigurative Stabil ität des chiralen Abfängers

4. lückenlose Analytik und vOllständige Charakterisierung jedes der diastereomeren Produkte

5. eindeutiger Reaktionsverlauf 6. keine Neben- oder FolgereaktlOnen 7 irreversible Abfangreaktion

8. konfigurativ stabile Abfangprodukte.

1.2.2 Bestimmung der konfigurativen Stabilität mit Hilfe der dynamischen NMR-Spektroskopie

Klassische Untersuchungsmethoden auf der Basis von Abfangreaktionen liefern nur qualitative Aussagen über die konfigurative Stabilität einer Organometall-Verblndung. Diese Methoden erlauben die Bestimmung der

Inversions- bzw. Racemisierungsgeschwindigkeit relativ zu einer Zeit-Skala, die entweder durch die Reaktionsgeschwindigkeit der Organo-metall-Verbindung mit dem Abfänger oder durch die Wartezeit zwischen der Erzeugung der Organometall-Verbindung und der Zugabe des Abfängers aufgespannt wird. Damit sind nur Aussagen wie "die Inversion Ist relativ schnell oder relativ langsam" Zu dem gewählten Bezugssystem möglich. Im Vergleich dazu können mit Hilfe der dynamischen NMR-Spektroskopie schnelle, reversible Prozesse, wie z B. KonformatIonsumwandlungen, BIndungsverschiebungen oder auch die KonflglirationSlimkehr verfolgt und quantitativ ausgewertet werden. Diese Methode besitzt darüber hinaus den Vorzug, daß die Messung den dynamischen Prozeß In keiner Weise beeinflußt.

Die NMR-spektroskoplsche Verfolgung zeltabhängiger Phänomene ist möglich, weil die L1nienform der Resonanzsignale von Kernen, die bei dem Prozeß ihre chemische Umgebung austauschen, unter anderem von der Geschwindigkeit (k) des Prozesses und folglich von der Temperatur (Tl abhängig Ist. Im NMR-Spektrum werden nur dann getrennte Reso-nanzslgnale für die austauschenden Kerne beobachtet, wenn die Zelt (t) mit der die Kerne (A und B) In Ihren Positionen verweilen einen kri-tischen Wert nicht unterschreitet. Nach der Helsenberg"schen Unschär-ferelation ist dieser Grenzwert für die VerweIlzeit t (oder Lebensdauer) der Kerne durch die Beziehung t ~ 1/(2""'v) festgelegt (Lw ist die Diffe-renz zwischen der chemischen Verschiebung der austauschenden Kerne A und B; IW = IVA-VBI). Wenn die Verweildauer In der Größenordnung dieser Untergrenze liegt, sind im Spektrum die zugehörigen Resonanzsignale stark lInienverbreitert. Unterschreitet jedoCh die Verweil zelt die Unter-grenze (z.B. Infolge Temperaturerhöhung), so registriert man als Spek-trum einen Mittelwert (MIttelwertspekSpek-trum). Die Messung eines NMR-Spektrums ähnelt anschaulich betrachtet einer fotografischen Abbildung. Je rascher sich die abgebildeten Objekte während der Aufnahme bewegen, desto unschärfer wird das Foto.

Zur Veranschaulichung wird die lH-NMR-spektroskopische Verfolgung der Rotation um eine C-N-Blndung am klassischen Beispiel des N,N-Dlmethyl-formamids vorgestellt. Die C-N-Blndung zwischen der Carbonylgruppe und der Amidgruppe besitzt Infolge mesomerer Stabilisierung einen hohen Doppelbindungscharakter. Eine Rotation um diese Bindung Ist deshalb erschwert. In der energieärmsten, planaren Konformation befinden sich

die Methylgruppen in unterschledl icher chemischer Umgebung (cis- und trans-ständig zur Carbonylgruppe). Die Methylprotonen besitzen daher verschiedene Resonanzfrequenzen und bilden ein nicht koppelndes AB-System (mit VA und vB, 4JAB = ca. 0 Hz). In Abb. 1-3 ist die Abhängigkeit des lH-NMR-Spektrums von der Temperatur skizziert [11", Ilb). Bei Raumtemperatur ist die Aufenthaltsdauer 1 der diastereomeren

Methyl-gruppen in den Positionen "cis" und .. trans" so groß, daß die zugehörigen Resonanzsignale getrennt erkennbar sind (8ereiell des langsamen Austau-selles ). Mit zunehmender Temperatur steigt die RotatIonsgeschwin-digkeit. Als Folge davon wächst die linienbreite und die Maxlma der belden Resonanzsignale wandern aufeinander zu. Am I<oa/eszenzpunkt verschmelzen die Signale in ihrem Schwerpunkt. Bel Temperaturen weit oberhalb der Koaleszenztemperatur (8ereicll des sellnellen Austauselles ) beobachtet man als Mittelwertspektrum ein ArSystem mit natürlicher linienbreite. H3C 0

't'-<

H3C H 40

oe

J ' -_ _

--'

~I ppm N C ~ m ~ 3 m ~ 0. m ~ 3

..,

m ; ~ 160

oe

Sv

Koaleszenz

Abb. 1-3: / H-NttR-Spektrum Vl.l?OimetnylformtIITIlö,·SkizzierungdJs Temperetur-elnflußes l/{/f die L InlenfiJrm dir RlJSOI14flZSi{llltJ/e dJr ttethy/protonen.

Auf der Basis quantenmechanischer Rechnungen läßt sich die linIen-form der Resonanzsignale als eine Funktion der Austauschgeschwin-digkeit (k" I/t) simulieren. Durch Vergleich der errechneten Spektren mit den experimentellen Spektren Ist eine quantitative Auswertung mög-lich. Aus den so ermittelten Austauschraten können auf der Basis der Eyring-Glelchung die Aktlvlerungsparameter t.H# und t.S# und damit auch t.G#(T) bestimmt werden.

Für die Austauschrate von dynamischen Prozessen erster Ordnung gibt es auch Näherungslösungen [ IIIJ J, die eine rasche Abschätzung der EnergIe-barriere am Koaleszenzpunkt ermöglichen [ßG#(Tcll

Für koaleszlerende AB-Systeme, deren Kerne nicht miteinander koppeln (JAB" ca. 0 Hz), beträgt die AustaUSChrate (kc in s-l) am Koaleszenz-punkt (Tc in K) näherungswelse (t.v " IVA - vBIl:

Mit Hilfe der Eyrlng-Beziehung errechnet sich die Freie Aktivlerungs-enthalpie [t.G"(Tc) In J/moll zu:

{/-2} 6G"(Tc)" 19.13 Tc [9.97 -log (t.v I Tc)J

Für koaleszierende AB-Systeme, deren Kerne miteinander koppeln (JAB von 0 Hz verschieden), beträgt die AustaUSChrate (kc In 5- 1) und die Freie Aktivierungsenthalple [t.G#(Tc) In J/molJ am Koaleszenzpunkt näherungsweise:

(/-J) _{kc " 11} .,J(t.vZ + 6 JAB Z)12

(/-4) _{t.G"(Tc)" 19.I3Tc [9.97-log(.,Jt.vZ} + 6 JABZ/Tc)J

1.3 AufgabensteIlung

Die exzellente Nucleophille und die geringe Basizität von a-hetero-substituierten Organolithlum-Verblndungen machen die VerbIndungs-klasse zu attraktiven Synthesebausteinen In der organischen Chemie.

Allerdings ist aufgrund ihrer großen konfigurativen Labilität die Einsatzfähigkeit In der enantioselektiven Synthese noch beschränkt. Obwohl bisher eine Reihe von a-heterosubstituierten Organolithium-Verbindungen auf ihre konfigurative Stabilität hin untersucht wurden, ist nur wenig über den Mechanismus der Konfigurationsumkehr bekannt. Wüßte man weiChe Teilprozesse an der Konfigurationsumkehr partizi-pieren, wäre eine gezielte Beeinflussung der Racemisierungsge-schwindigkeit möglich. Damit stünde möglicherweise auch der Weg zu koM igurativ stabi len a-heterosubstituierten Organolithium-Verbin-dungen offen.

In meiner Dissertation sollte die konfigurative Stabilität von a-hetero-subst ituierten Alkyllithlum-Verbindungen und die von a-heteroa-hetero-subst i-tulerten Benzyllithium-Verbindungen untersucht werden. Als Untersu-chungsmethoden sollten sowohl die oben beschriebene Abfangmethode als auch die dynamische NMR-Spektroskopie zum Einsatz kommen.

A Untersuchungen mit HUfe der neuen Abfangmethode

Die konfigurative Stabil ität von l-llthlum-l-phenylseleno-pentan ~ [3/

J

und I-Brom-I-lithium-pentan:2 [30

J

wurde mit Hilfe der be-schriebenen Abfangtechnik untersucht. Neue Erkenntnisse und Über-legungen warfen jedoch Fragestellungen auf, die eine Überprüfung der bisherigen Aussagen verlangten. Beispielsweise sollte überprüft werden, ob die Produktverteilung (Im Fall des Experimentes mit dem

enantlomer-~SePh

Li

~

~Br

enreinen Abfangreagenz) davon abhangt, in welcher Reihenfolge das Ab-fangreagenz und die Organollthlum-Verblndung zur Reaktion gebracht werden. In meiner Dissertation sollten die alten untersuchungen erneut aufgegriffen werden, um gesicherte Aussagen Ober die konflguratlve Stabl11tat dieser verbindungen zu erhalten. Ferner sollte der Einfluß ein-es (Intramolekularen) liganden studiert werden. Dazu sollten die belden Derivate .6 und

7.

hergestellt und untersucht werden.

Ein weiterer Schwerpunkt meiner Dissertation bestand darin, die Abfang-methode In der Welse zu vereinfachen, daß anstelle von bisher vier nur noch zwei diastereomere Abfangprodukte entstehen. Um dieses Ziel zu verwirklichen, sollte nach einem geeigneten Abfangreagenz gesucht wer-den, dessen Dlastereoselektlvlt3t viel größer ist als die der Organo-metall-Verbindung.

B Untersuchungen ml t Hilfe der dynamischen NMR-Spektroskopf e

Mit Hllfe der dynamischen IH-NMR-Spektroskople sollte die Aktlvle-rungsbarrlere ilG# fOr die Konfigurationsumkehr von I-Arylseleno-I-Ilthlum-2-phenyl-ethan-Derlvaten ll., I-Aryltelluro-I-llthlum-2-phenyl-ethan-Derlvaten!l sowie von a-Arylseleno-substltuierten BenzyHlthlum-Verbindungen J..Q abgeschatzt werden.

A"'Y

seAr

V

Li

8.

!"""Y"YTeAr

V L i

Bislang existieren noch keine prazlsen Vorstellungen von dem Mecha-nismus der Konfigurationsumkehr dieser Verbindungsklasse. Dieser Fragestellung sollte In meiner Dissertation gezielt nachgegangen werden. Der geschwindigkeitsbestimmende TellschrItt der Racemisierung sollte beispielsweise durch die Variation der Substituenten (bezOglieh Ihres Typs, Anzahl und Position) In dem am Heteroatom (X = Se, Te) gebundenen Arylrest Identifiziert werden.

Ein weiterer Schwerpunkt meiner Dissertation war die Entwicklung konfigurat iv stabiler a-Arylseleno-substituierter Organol ithium-Ver-bindungen. Es wurde erwartet, daß das a-Phenylseleno-substituierte Benzyllithium-Derivat 12 konfigurativ stabiler ist als die Stammver-bindung, a-Phenylseleno-Benzylllthium.1.l. Diese und ähnliche Vorher-sagen sollten. mit Hilfe der dynamischen NMR-Spektroskopie überprüft werden.

ursePh

Ü

2

Anwendungen der neuen Abfangmethode

2. I Bestimmung der konfiguratlven StabilItät von I-Brom-I-lithium-pentan

2.1.1 Verwendung von 2-Benzyloxy-propanal als Abfang-reagenz

2.1.1.1 Ausgangslage und Versuchsdurchführung

M. Krüger [30

J

unternahm den ersten Versuch. dIe konflguratlve Stabi-lität einer a-Brom-substituierten Alkyllithium-Verbindung mit Hilfe der von R. W. Hoffmann [2.2 2.1- 32 J entwickelten Abfangmethode (siehe 1.2.1l zu untersuchen. Als StudienobJek t wählte er I-Brom-I-Ilthlum-pentan 5. Die thermolabile Verbindung wurde bel -I 10

'e

In einer Trapp-Lösung [38 J aus I.I-Dibrompentan I I durch einen Brom/Lithium-Aus-tausch mit n-BuLi erzeugt.

~Br

Br

n-BuLi

~ - 110

oe

~Br

U

.5.

Der a-Alkoxy-Aldehyd 2-Benzyloxy-propanal

.JA

wurde als Abfangreagenz gewählt. weil. er sowohl racemisch als auch in enantiomerenrelner Form leicht zugänglich Ist. In meiner DIplomarbeit konnte Ich außerdem nach-weisen. daß enantiomerenreines 2-(S)-Benzyloxy-propanal unter den basischen Reaktionsbedingungen der AbfangreaktIon nicht racemislert [321. Nach der Addition von I-Brom-l-lIthiUm-pentan an 2-Benzyloxy-propanal können vier diastereomere Epoxide 1.6.a-1.6.d nachgewiesen werden. Vor der Bildung der Isollerbaren Epoxide müssen zunäChst die nicht isolierbaren Lithium-Alkoholate l.5a-l.5d gebildet werden. Um sicherzustellen. daß diese primären Addukte vollständig zu den Epoxiden zykllsleren. wurde nach Ende der Reaktion KalIumhydrid zugegeben. Ein Lithium/Kalium-Austausch erzeugt .dabel die reaktiveren Kalium-Alko-holate. die bel Erwärmung auf Raumtemperatur rascher zu den stabilen Epoxiden

1.6.

zykllsleren. Die Intramolekulare zykllslerung erfolgt dabei unter Inversion des Brom-tragenden KohJenstoffatoms.

?

s-~ R-~ OBn

~

Oll

S ISbzw. R I R SIR bzw. R I S

Br OBn Br OBn Br OBn Br OBn

R Y

R~

R Y R

~

=

OLi ÖLi OLi

1.5d

ÖLi

1.5a

1.5b

1.5c

j

j

j

j

R OBn OBn OBn R OBn

~

R r

R~

Ö",

~

16a

1!ib

1!ic

1!id

Abb.2-1, Reaktionsschema für die Reaktion c"'Wischen 1-8rom- !-Ilthium-pentan li vnd 2-8enzy/axy-propana/ .1.1.

Das Reaklionsschema zeigt, daß die (S/S)-Enantiomer-Kombination zwi-schen

5.

und H das Diastereomerenpaar (.16.a·.16.b) und die (RIS)-Kombi-nation das Diastereomerenpaar (.16.c· .16.d) erzeugt. Das Verhältnis der

beiden Diastereornerenpaare wird später zur Diskussion der

M. Krüger konnte alle vier diastereomeren Epoxide mit Hllfe der Gaschro-matographie auftrennen [301 Um das Diastereomerenpaar-Verhältnls er-mitteln zu können, mußte für Jedes Diastereomer die Retentionszeit im Gaschromatogramm und seine relative Konfiguration bekannt sein. Aus diesem Grund mußte M. Krüger die Epoxide auf einem unabhängigen, dia-stereoselektiven Weg synthetisierten [301

2.1.1.2 Interpretation der Versuchsergebnisse von M. Krüger Aus der Tabelle 2-1 entnimmt man, daß M. Krüger sowohl Im Experi-ment A als auch Im ExperiExperi-ment B nahezu Identische ProduktverMlt-nisse erhielt. Das Diastereomerenpaar-Verhältnis In belden Experimen-ten weicht nicht signifikant von Eins ab. Aus seinen Ergebnissen schloß M. Krüger, daß I-Brom-l-lithium-pentan konfigurativ labil seI.

labelle

2::l Produktverteilung in der Reaktion zWIschen I-Brom-1-lithium-pentan:2 und 2-Benzyloxy-propanal H (Jn eIner Trapp-Lösung 8) bei -110 '0

Ausbeute <n Exp. 16 a 16 b 16 c 16 d R bzw. R* (isoliert) Ab) _{30.9 20.9 21.7 26.5 1.1 68} Bb) _{31.1 21.3 21.8 25.9 1.1 68} A" 30.7 19.8 20.3 29.2 1.0 70 BO ' 27.3 21.7 22.3 28.7 1.0

.) modifiziertes Trapp-L5gm.-Oemlsch (THF,PEH20= 2.0, 1.2, 1.0);

b) Ergebnisse von M. Krüger [ 301

c) Ergebnisse meiner DIplomarbeit [32]

AlloemejneAnmerkllogen;

1.) Exp. A "" Exp. mit rem racemischen Abfanger und Exp. 8 = Exp. mit dem enantio-merenreinen Abfäng3r (lo.l~O

=

-66.4 .; in Substanz. p= 0.9678 g/m) 2.) R = DiaslerEmlerenp88r-Verhältnls Im Exp. A; R* entsprechend im Exp. B 3.) Exp. A und 8 wuni3n synchron unter identischen Reak.tlonsbedingungen

ausge-führt

4.) Alle Experimente wurden m1t Hilfe der E -zu-M-Zutropftechnik ausgeführt 5.) Alle Umsetzungen erfolgten mit 2.0 eq. 2-Benzyloxy-propana1.

Meiner Meinung nach, ,st diese Interpretation sehr gewagt, denn in der Abfangreaktion tritt KEINE meßbare k,netische Resolution ein. Läge kinetische Resolution vor, resultierte im Experiment A ein Diastereo-merenpaar-Verhältnis R, das von als Eins signifikant abwiche.

2. I. 1.3 Überlegungen für das Ausbleiben bzw. Eintreten von k inet ischer Resolution

Um die Untersuchungen von M. Krüger fortführen zu können, mußte zu-nächst die Forderung nach kinetischer Resolution erfüllt werden. Wären die Ursachen für das Ausbleiben kinetischer Resolution In M. Krügers Abfangreaktion bekannt, bestünde die Möglichkeit, mit gezielten Manipu-lationen das Eintreten von kinetischer Resolution zu erzwingen. Wie kann das Ausbleiben kinetischer Resolution in M. Krügers Abfangreaktion er-klärt werden? Meine Überlegungen dazu seien kurz erläutert:

2. I. 1.3. I Ursachen für das Ausbleiben bzw. Eintreten von kinetischer Resolution

Kinetische ReSOlution tritt ein, wenn die beiden Enantiomer-Kombi-nationen der Reaktanden unterschiedllch rasch reagieren. Dazu müssen sich die Aktivierungsenthalpien, die für das Durchlaufen der Übergangs-zustände einer Enantiomer-Kombinatlon erforderlich sind, signifikant von den Energien unterscheiden, die für das Durchlaufen der Übergangs-zustände der anderen Enantiomer-Kombination aufgebracht werden müssen Dieser Energieunterschied wird maßgeblich durch die Größe der Wechselwirkungen zwischen dem Chiralitätszentrum der Organometall-Verbindung und dem Chiralitätszentrum des Abfängers bestimmt. Da diese Chiral itätszentren im Übergangszustand nur über die sich neu bildende C-C-Bindung hinweg miteinander wechselwirken können, ist zu erwarten, daß eine Reaktion, die über einen kompakten (z.B. zyklischen) Übergangszustand verläuft, eine größere kinetische Resolution besitzt, als eine Reaktion, die über einen "lockeren" Übergangszustand verläuft In der Reaktion zwischen der axial chiralen Allenyl-Titan-Verbindung

1.2

und 2-Benzyloxy-propanal lA trat, begünstigt durch einen zykl ischen Übergangs zustand, eine hohe kinetische Resolution ein (R: 11.5) [22b

I

Man darf jedoch annehmen, daß in der Abfangreaktion zw ischen I-Brom-I-lithium-pentan und 2-Benzyloxy-propanal alle diastereomorphen Über-gangszustände azyklisch und daher nicht sehr kompakt sind.

4 Diastereomere

R> 11

1

#

Eine Abfangreaktion muß nicht ausschließlich einem Reaktionsweg folgen, sondern kann auch auf alternativen Reaktionswegen zu den Pro-dukten führen. Das meßbare Produktverhältnis der Gesamtreaktion wäre dann das Resultat überlagerter Prozesse. Die kinetische Resolution der Gesamtreaktion kann sehr klein sein, wenn sich die kinetischen Resolu-tionen der einzelnen Abläufe infolge von Überlagerungen gegenseitig kompensieren. Für M. Krügers Reaktandensystem sind eine Menge alter-native Reaktionswege denkbar. So Ist von Organollthium-Verblndungen allgemein bekannt, daß sie in Lösung zur Aggregation neigen und nicht immer einheitlich vorliegen. Es sind daher verschieden hoch aggregierte I-Brom-I-Ifthium-pentan-Spezies denkbar, die, Jede für sich, mit 2-Benzyloxy-propanal reagieren können.

Die Zahl unterschiedlfcher I-Brom-I-I ithlum-pentan-Spezles erhöht sich, wenn der Abfänger als Chelatllgand an I-Brom-l-Iithium-pentan koordiniert (siehe Abb. 2-2) oder in Mischaggregate involviert ist. Die sehr geringe Stereodlfferenzierung <Tabelfe 2-1) in den beiden

Diaste-reomerenpaaren Ist daher neben dem Ausbleiben von kinetischer Resolu-tion ein weiteres Indiz für die Überlagerung mehrerer ReakResolu-tionsverläufe (In meiner DIplomarbeit ausfOhrllch diskutiert).

[~u·~l

1~

m, 1

~Li _-!-_ll_..,.~~

5

1~

Br

J

l i 0

[~uL

Abb. 2- 2: Bildung vonA{Qr8fj8ten undl1i.schtJf:qregaten/ ÜberllifJ!!l'lIngmellrerer Reok/ionsverlävre.

2.1.1.3.2 Ergebnisse meiner Diplomarbeit

Nach den Ausführungen des letzten Kapitels verwundert es nicht mehr, daß in der Abfangreaktion von M. Krüger keine kinetische Resolution auf-trat Mit Hilfe von liganden- bzw. Metall-Tuning oder auch durch einen WeChsel des Abfängers (siehe oben) sollte das Reaktandensystem derart zu manipulieren sein, daß die notwendigen Voraussetzungen für kineti-sche Resolution erfüllt sind. Da letztere Maßnahme aber mit der Ausar-beitung einer neuen Analytik verbunden ist, war ich zunächst bemüht, die erprobte Analytik von M. Krüger weiterhin nutzen zu können.

50 untersuchte ich in meiner Diplomarbeit den Einfluß von komplex-ierenden Cosolventlen auf die Produktverteilung der Abfangreaktion. Mit der Zugabe eines mehrzähnigen liganden erwartete Ich, daß einerseits Aggregate der organolithium-Verbindung zu Monomeren abgebaut werden

und daß andererseits die am Lithiumatom koordinierten, kleineren

kom-plexlerenden und zugleich sterlsch anspruchsvolleren liganden ersetzt werden. Die Bildung einer monomeren Verbindung wurde angestrebt, um die konflguratlve Stabilität einer einheitlichen und an aggregatlven Aus-tausch prozessen unbeteiligten Organo IJ thlum-;;pezles untersuchen zu können. Dagegen sollte die sterlsch "aufgeblähte" LIgandensphäre am LI-Atom die Wechselwirkungen des Chlralltätszentrums der Organollthlum-Verbindung mit dem Chlralltatszentrum des Abfängers vergrößern und so kinetische Resolution Induzieren.

[

~:-THF··'l

n:>l

Liganden

Um die Vorhersagen zu überprüfen, wurde die Abfangreaktion In Anwe-senheit des drelzahnlgen Podanden N,N',N",N''',N''''-Pentamethyldleth-ylentrlamln (PMDETA) oder In Anwesenheit des drelzähnlgen Koronanden N,N' ,N"-Trlmethyl-I ,4,7-trlazacyclononan (TMTACN) [J91 ausgeführt.

PMDETA

_TMTACN

Bereits ein substöchiometrischer Zusatz von PMDETA genügte, um eine signifikante kinetische Resolution hervorzurufen (0.3 eq. PMDETA, R = 1.7). Wurde ein Überschuß von 2.0 eq. PMEOTA verwendet, erhöhte sich die kinetische Resolution auf R = 3.3. Noch größere Überschüsse (10 und 20 eq. PMOET A) erzeugten ke Ine nennenswerten Änderungen mehr. Der Koronand TMTACN verursachte Effekte In der gleichen Größenordnung wie PMOET A (2.0 eq, TMT ACN, R = 3.2).

Tabelle 2=2 ligandl Molequiv. PMDETA 0.3 2.0 10 20 TMTACN 2

Produktvertei/ung In der Reaktion zwisc/len /-Brom-/-/itlilvm-pentan :i und dem racemisc/len 2-Benzy/oxy-propana/ JA In Anwesen/leit der Liganden Pl'10ETA und TtfTACN (In einer Trapp-tfisc/lung I) bei

-1/0 "0 16

a

16 b 16 c 16 d R 18.4 44.4 11.3 259 1.7 5.8 71.0 6.2 16.9 3.3 6.1 67.9 6.2 19.8 2.8 6.0 68.6 5.4 19.8 3.0 10.9 65.5 8.8 14.8 3.2 AllgsmeiDe ADmecklmgec:

1.) Als lösungsmittel diente ein modifiZiertes Trapp-Lsgm. -Gemisch:

(THF/PElE120' 2.0: 1.2: 1.0)

2.) R = Diastereomerenpaar-Verhältnis

3.) Ausbeuten wurden nicht bestimmt

4.) Die Experimente wurden mit Hilfe der E-zu-M-Zutropftechnil< ausgeführt 5.) Alle Umsetzungen erfolgten mit 1.5 eq. racemischem 2-BenZy'loxy-propanaL Im Gegensatz zu der ProduktverteIlung, die ohne den Zusatz dieser L igan-den gewonnen wird fällt auf, daß in beiigan-den Diastereomerenpaaren deut-lich das nicht-Chelat-kontroilierte (NCK) Produkt Clob bzw. 16d) gegen-über dem Chelat-kontrollierten (CK) Produkt (l.fia bzw. l.fic) dominiert Diese Selektivität steht im Einklang mit der Annahme, daß der zuge-setzte Ligand (PMDETA bzw. TMTACN) das Lithiumatom des I-Brom-I-lithium-pentans komplexiert Es ist bekannt, daß Organo-lIthium-Aggre-gate in Lösung durch PMEDTA zu Monomeren abgebaut werden. Zahlreiche Kristallstrukturen zeigen, daß Organolithium-Verbindungen im Fest-körper monomer vorliegen, wenn sie mit PMDET A komplexieren [40 l In all diesen Festkörperstrukturen ist das Lithium-atom vierfach koordi-niert ist Drei KoordinationssteIlen werden durch die Stickstoffatome des Liganden und die vierte Koordinationsstelle von dem organischen Rest besetzt Es Ist wahrscheinlich, daß auch der Komplex aus l-Brom-l-lithium-pentan und PMDETA in Lösung monomer vorliegt