Reduktion und asymmetrische Reduktion
Monika Vogt und Stefanie Röker
Reduktion:
• Aufnahme von Elektronen durch Substrat• Organik: Häufig mit der Aufnahme von
Wasserstoff verbunden
Reduktionsmittel in der organischen Chemie
• Elektronen-DonorenMetalle, die sich in geeigneten Solventien lösenBsp.: Niedervalentes Titan
• Elementarer WasserstoffBei katalytischer Hydrierung
• Überträger von H-AtomenBsp.: Bu3SiH; (Me3Si)3SiH
• Reagenzien die nucleophilen Wasserstoff übertragen- kovalente neutrale Metallhydride
BH3, DIBAL, Et3SiH- lösl., ion. Komplexe Metallhydride, die sich von vierbindigem Bor oder Aluminium ableiten- Organometallverbindungen, die am β-C-Atom ein H-Atom enthalten, dass auf org. Substrate übertragbar ist
RLi, RMgBr
Wichtige Reduktionen
• Reduktion von Alkylhalogeniden und – sulfonaten zu Alkanen; Reduktion von Epoxiden zu Alkoholen
C X C H C X C M
Red.Mittel: LiAlH4, LiBHEt3, DIBAL
Wichtige Reduktionen
• Ein-Elektronen-Reduktion von Carbonylverbindungenund Estern, reduktive KupplungBsp.: Mc Murry-, Pinakol-Reaktion
Red.Mittel: sich auflösende unedle Metalle, Bsp.: niedervalentes Titan
O
O
OH
OH
O
O
Wichtige Reduktionen
• Reduktion von Carbonsäurederivaten zu– Alkoholen – Aminen– Aldehyden
Red.Mittel: Hydridreagenzien
C
O
NH2C
NH2R
C
O
XC
OHR
C
O
XC
O
H
Wichtige Reduktionen
• Hydrierung von Olefinen
Red.Mittel: Pd, Pt + H2
C C
H
H
H
H
C C
H H
H
H
H
H
Wichtige Reduktionen
• Reduktion von AromatenBsp.: Birch-Reduktion
Red.-Mittel: Na in fl. NH3
Red.-Mittel bei anderen Reduktionen: H2 + Raney-Ni, Pd, Pt, Rh/Al2O3
Wichtige Reduktionen
• Reduktion von Alkinen
Red.Mittel: H2 + Pd, Pt, Raney-NiC C HH C CH H
HH
H H
C C HH C C
HH
H H
Red.Mittel: Lindlar-Katalysator
Inhalt
• Reduktion durch komplexe Metallhydride– Aluminiumhydride– Borhydride
• Reduktion von Carbonylverbindungen– Reduktive Aminierung– Wolff-Kishner-Reduktion
• Barton-McCombie-Reduktion
Aluminiumhydride
• Vorteile– Starke Hydridüberträger– Meist kein Angriff auf C-C-Doppel- oder Dreifachbindung
• Nachteile– Reaktion mit protischen LM
• Reaktivität ist abhängig von– Eigenschaften des Metallions– Liganden– Substanzen, die Metallionen komplexieren
Übersicht Aluminiumhydride
Aldehyd, Amin-++RCN →
Alkan, Amin
Aldehyd(-)++Amid →Amin
(-)++RCO2H →Alkohol
Aldehyd-++Ester →Alkohol
++(-)(-)+Epoxid →Alkohol
-+++RCOX →Alkohol
++++RCOR‘ →Alkohol
++++RCHO →Alkohol
RED-AlDIBALLiAL(OtBu)3HLiAL(OMe)3HLiAlH4
Mechanismus der Hydridreduktion mit LiAlH4
Mechanismus der Hydridreduktion mit DIBAL
Borhydride
N-SelectridKHB(CH(CH3)CH2CH3)3
N-SelectridNaHB(CH(CH3)CH2CH3)3
LS-SelectrideLiHB(CH(CH3)CH(CH3) 2 ) 3
L-SelectridLiHB(CH(CH3)CH2CH3)3
NatriumcyanotrihydroboratNaBH3CN
SuperhydridLiBHEt3
NatriumborhydridNaBH4
Reaktionen von Borhydriden
AlkoholAlkoholAlkoholSuperhydrid
AldehydAlkoholAlkoholL-Selectrid
---AlkoholAminNaBH3CN
-AlkoholAlkoholAlkoholAminNaBH4
AmidEsterKetonAldehydIminium-Ion
Reduktion von Carbonylverbindungen
Reduktive Aminierung
Beispiel:
Wolff-Kishner-Reduktion
Barton-McCombie-Reduktion
Mechanismus der Barton-McCombie-Reaktion
Propagation:
Kettenstart:
Vor- und Nachteile der Reduktion mit Bu3SnH
• Vorteile– Hohe Ausbeuten ( 70-90%)– Relativ schnell (1-4h)– Leicht handhabbar– Milde Bedingungen ( neutrales Milieu )
• Nachteile– Relativ teuer– Sehr toxisch– Zinnreste sind schlecht vom Produkt abtrennbar
Asymmetrische Reduktion
Warum ist die asymmetrische Reduktion wichtig?
• Viele biologische Prozesse sind von Natur aus asymmetrisch
• Absolute Konfiguration von Medikamenten ist ausserordentlich wichtig
Bsp.: Contergan, 1960er JahreR-Enantiomer wirkt beruhigend, Anwendung bei schwangeren FrauenS-Enantiomer ist teratogen→ Mißbildung von Föten
Katalytische Hydrierung mit Heterogenen Katalysatoren
• Elementares Metall als Katalysator– Pd– Pt– Raney-Ni
Ni mit hoher spezifischer Oberfläche• H2 und Olefin werden an der Katalysator-
Oberfläche zum Alkan umgesetzt• Normalerweise stereoselektive cis-Addition• Ausnahmen: trans-hydriertes Produkt
Cis-selektive heterogene katalytisierte Hydrierung
Stereo-unselektive heterogen katalysierte Hydrierung
Katalytische Hydrierungen mit homogenen Katalysatoren
• Katalysatoren: gelöste Metallkomplexe– RuCl3
– [RhCl{P(C6H5)3}3]– Tertiäre Phosphan-Rh-Komplexe
• Enatiomerenreine chirale Katalysatoren: Enantioselektive Addition von Wasserstoff
• 80er Jahre: Noyori entwickelt BINAP
BINAP
• 2,2-Bis(diphenylphosphanyl)-1,1-binaphtyl• Anwendung als enantiomerenreiner Ligand• Enantiomerenreines BINAP aus BINAP-Dioxid
BINAP• Katalyse von
– Enantioselektiver Hydrierung der C=C-Doppelbindung von bestimmten Allylalkoholen
– Enantioselektiver Hydrierung der C=C-Doppelbindung von α-(Acylamino)acrylsäure
– Enantioselektiver Hydrierung von vielen ß-Ketoestern
Bedingungen für Stereoselektivität
• Absolute Konfiguration ändert sich mit:– Wahl eines Ru – oder Rh-Komplexes– Einsatz von R- oder S-BINAP– Verwendung E- oder Z-konfiguriertes Olefin
• Entscheidend für enantioselektive Hydrierung:– Ungesättigtes Substrat bildet mit Zentrum des Katalysators
wohldefinierte Stereostruktur– Metall/Substrat-Komplex geht in Komplex über, der
zusätzlich mindestens einen Hydridoliganden enthält
Homogene enantioselektive Hydrierung
Literatur
• Reinhardt Brückner, Reaktionsmechanismen, 2.Auflage, Spektrum Verlag, Heidelberg 2003
• Autorenkollektiv, Organikum, 18.Auflage, Wiley VCH, Berlin 1990
• K.P.C. Vollhardt, N.E. Schore, Organische Chemie, 3.Auflage, Wiley VCH, Weinheim 2000
• www.chemiestudent.de• Ryoji Noyori, Assymetris Catalysis: Science and
Opportunities (Nobel Lecture 2001), Wiley VCH, Weinheim