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Chiral ferrocenyl ligands

synthesis and application in asymmetric catalysis

Afrooz Zirakzadeh

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Chemie

Betreuer*in

Walter Weissensteiner

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DOI

10.25365/thesis.20092

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30240.85123.794969-9

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Diese Dissertation beschreibt die Weiterentwicklung homogener, asymmetrischer Hydrierkatalysatoren, die alle chirale, nichtrazemische Ferrocen-derivate als Katalysator¬liganden aufweisen. Zu diesem Zwecke wurden phosphino-substituierte Ferrocenyl¬oxazoline dargestellt und in Ruthenium-katalysierten asymmetrischen Hydrierungen und Transfer¬hydrierungen getestet. In diesem Rahmen wurden auch zwei neue Wege zur einfacheren Synthese solcher Liganden, sowie eine sehr allgemeine und modulare Synthesesequenz für chirale, nichtrazemische 1,2-di- and 1,2,3-trisubstituierte Ferrocenderivate ausgearbeitet. Alle neuen Phosphinooxazolin-Liganden wurden auf zwei hochmodularen Synthese¬wegen hergestellt. Die erste Synthesesequenz beginnt mit kommerziell erhältlichem Ugi-Amin und erlaubt es, die gewünschten Phosphinooxazoline in fünf Schritten darzustellen. Mit Hilfe der zweiten Synthesemethode können solche Liganden – ausgehend von kommerziell erhältichem Ferrocenyloxazolin – in zwei Stufen hergestellt werden. Von allen dargestellten Liganden konnten Komplexe des Typs [RuCl2(PPh3)(L)] erhalten und in asymmetrischen Hydrierungen und Transfer-hydrierungen von Ketonen getestet werden. Mit beiden Methoden waren Produkte mit einem enantiomeren Überschuss von 98% zugänglich. Zur Vereinfachung der Darstellung solcher Oxazolin-Liganden wurden zwei neue komplementäre und optimierte Synthesesequenzen ausgearbeitet. Beide Synthesemethoden begannen mit leicht zugänglichen Ferrocenyloxazolinen und in jedem Fall wurde die benötigte Seitenkette auf einem diastereoselektiven Weg aufgebaut. In der ersten Synthesesequenz wurde von 2-Oxazoliny-substituierten Ferrocenylaldehyden ausgegangen und diese jeweils in einer autoaktivierten Reaktion mittels Diphenylzink oder Dialkylzink-Reagenzien phenyliert beziehungsweise alkyliert. Die dabei entstandenen Alkohole konnten in zwei weiteren Schritten zu den gewünschten Liganden umgesetzt werden. In einer alternativen Synthese¬sequenz konnten die Seitenkettensubstituenten durch alpha-Deprotonierung von geeigneten Ferrocenylmethyl-substituierten Phosphinoxiden mit 95% diastereoselektivem Überschuss und 93% chemischer Ausbeute eingeführt werden. Aus den Resultaten weiterer Transferhydrierungen konnte geschlossen werden, dass die besten Ergebnisse dann erhalten werden, wenn Liganden mit (S,SOx,SFc) Relativkonfiguration eingesetzt werden. Änderungen sowohl der relativen Seitenketten- als auch der Oxazolinkonfiguration führten zu Katalysatorliganden mit geringerer Effizienz. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wird die Synthese von chiralen, nichtrazemischen 1,2-di- und 1,2,3-tri¬substitubstituierten Ferrocen¬derivaten beschrieben, wobei jeweils von etablierten diastereoselektiv ortho-dirigierenden Ferrocenylaminen ausgegangen wurde. Durch ortho-Lithiierung derartiger Ferrocene, einer nachfolgenden Reaktion mit Elektrophilen und anschließender partieller Entfernung der dirigierenden Gruppe konnten enantiomeren¬reine 1,2-disubstituierte Ferrocene hergestellt werden. Wurden Elektrophile verwendet, die selber ortho-dirigierend wirken, konnten durch nochmalige ortho-Lithiierung und Reaktion mit weiteren Elektrophilen 1,2,3-trisubstituierte Ferrocene erhalten werden, die als Ausgangs¬materialien für die Synthese von chiralen, nichtrazemischen Ferrocenderivaten, wie etwa Katalysatorliganden, verwendet werden können.

Abstract

(Englisch)

This thesis describes the development of novel homogeneous asymmetric hydrogenation catalysts that are all based on chiral non-racemic ferrocene derivatives as the catalyst ligands. For this purpose, phosphino-substituted ferrocenyloxazoline ligands were prepared and tested in ruthenium-catalyzed asymmetric hydrogenations and transfer hydrogenations. Furthermore, two novel and optimized synthesis procedures for such ligands were established. Moreover, a very general and highly modular synthesis procedure for chiral non-racemic 1,2-di- and 1,2,3-trisubstituted ferrocene derivatives has been developed. All novel phosphino-oxazoline ligands were prepared in good yields by applying two different and highly modular synthesis strategies. One synthesis route started from commercially available Ugi-amine and allowed to build up the desired phosphino-oxazoline ligand in a five step sequence. With use of the second methodology, the desired phosphino-oxazoline ligands could be obtained in only two steps from commercially available ferrocenyloxazoline. Ruthenium complexes [RuCl2(PPh3)(L)] of all ligands were prepared. The application of these complexes as catalysts in asymmetric hydrogenations and transfer hydrogenations of ketones delivered excellent results and product with up to 99% e.e. was obtained in hydrogenation and with 98% e.e. in transfer hydrogenation reactions. In order to further ease the synthesis procedure of such ligands, two additional complementary synthesis routes were worked out and optimized. Both routes started from easily accessible ferrocenyloxazolines and in both cases the phosphino-substituted side chain was build up diastereoselectively. In the first sequence, 2-oxazolinyl substituted ferrocene aldehydes were directly phenylated or alkylated through an auto-activated transfer from diphenyl zinc or dialkyl zinc reagents to the aldehyde functionality and provided alcohols with 94% d.e. and in very high chemical yield. In a further two-step sequence, these alcohols were transformed into the desired phosphino-oxazolines. Alternatively, the ligand side chain could be built up by applying a diastereoselective alpha-deprotonation reaction to diphenylphosphinylmethyl substituted ferrocene precursors. With this methodology the stereogenic center of the side-chain was introduced with 95% d.e. and 93% chemical yield. Moreover, from a number of additional asymmetric transfer hydrogenations it was concluded that for these ligands the (S,SOx,SFc) relative configuration constitutes the matching configuration while both a change of the side-chain or of the oxazoline configuration leads to less efficient transfer hydrogenation catalysts. Furthermore, a number of chiral, non-racemic 1,2-di- and 1,2,3-trisubstituted ferrocene derivatives were synthesized in a highly modular three-step sequence, starting from well-established diastereoselectively ortho-directing ferrocenyl amines. Ortho-lithiation followed by reaction with electrophiles and subsequent reductive removal of the amino substituents led to enantiopure 1,2-disubstituted ferrocenes. A further ortho-lithiation of these products followed by reaction with another electrophile allowed to generate chiral non-racemic 1,2,3-trisubstituted ferrocenes which are inclined to be useful starting materials for the synthesis of chiral, non-racemic ferrocene derivatives such as phosphino- or oxazoline-based catalysts ligands.

Autor*innen

Afrooz Zirakzadeh

Haupttitel (Englisch)

Chiral ferrocenyl ligands

Hauptuntertitel (Englisch)

synthesis and application in asymmetric catalysis

Paralleltitel (Deutsch)

Chirale Ferrocenylliganden : Synthese und Anwendung in der asymmetrischen Katalyse

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

VII, 157 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Markus Galanski ,

Karl Kirchner

Klassifikation

35 Chemie > 35.50 Organische Chemie: Allgemeines

AC Nummer

AC10499624

Utheses ID

17966

Studienkennzahl

UA | 091 | 419 | |

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