Metallorganische Chemie 1

Zink Organyle

1870 Frankland2 RI + 2 Zn -> R2Zn + ZnI2

1878 Reformatsky Reagenz

1958 Simmons-Smith Reaktion

1984 Oguni asymmetrische Addition

Metallorganische Chemie 2

Reformatzky Reaktion

ORBr

O2 Zn

ORZn

O

2RO

O

1. Reagiert nicht mit sich selbst2. Hohe Affinität zu Alkenen3. Vergleichsweise (Li, Mg) geringe Aktivität

gegenüber Carbonylen4. Lewis-säure aktivierte Addition an Carbonyle

Metallorganische Chemie 3

Reformatsky Reagenz

ORZn

O

X

R'COCl

OR

O

R'

O

R' R''

O

OR

O

R'

OHR''

XR

OR

O

cat Cu

cat NiTMS-Cl

Carbonylgruppen werden durchLewis-Säuren

aktiviert

Metallorganische Chemie 4

Reformatsky Reagenz

Hydroxydifluorethyl-Isoster

OBn

NH

O

O

Boc-Tyr(OEt)-CHO

BrOEt

F F

O

Zn/AgOAcEt2AlCl

THF 0-55°C

OBn

NH

O

O

O OH

F FOEt

O

Metallorganische Chemie 5

Homo-Reformatsky Reagenz

RO

OO ORTMSOZnCl2

Zn2

ORO

Zn2+

SiCl

Metallorganische Chemie 6

Homo-Reformatsky Reagenz

Br

OMe

OZn

THF2h rf

O

BF3*Et2OTMS-Cl

THF-30°C

O

OMe

O

51%Base

OMe

O

Metallorganische Chemie 7

Simmons-Smith

Zn I IEt2O

+ I ZnI

Et2Zn I ILM

+ I ZnEt

Simmons-Smith Reagenz

Furukawa Reagenz

Zink-Organyle:1. Hohe Affinität zu Alkenen2. Vergleichsweise (Li, Mg) geringe Carbonylreaktivität

Metallorganische Chemie 8

Alkenaffinität von Zn-Organylen

MgBr

R

MgBr

R ZnBr

ZnBr

MgBrR

ZnBr

Metallorganische Chemie 9

Simmons-Smith Reagenz

I ZnEt

HOMX22x

R

RHO

R'O

Zn O

Zn

ICH2

X

I

MR'O

Zn O

Zn

ICH2

X

I

M

R R

R'O

Zn O

Zn

ICH2

X

IM

R

H

H

Metallorganische Chemie 10

Furukawa Reaktionen

Et2Zn + CH2I2

hexane rf

O

Et2Zn + CH2I2

hexane rfO

Metallorganische Chemie 11

Simmons-Smith Reaktionen

CH2I2Zn-Cu

R

R

OH OH OMe OMeOH

OH OH OMe OMeOH

krel 100 46 50 9 6

syn 100 - 100 100 -

O-Chelator ist wichtiger als O-Donor

Chelat EntropieChelat Entropie

Metallorganische Chemie 12

Stereoselektive Cyclopropanierung

OR

O

CO2Et

CO2Et

Et2ZnI2CH2

Hexan-20°C

OR

O

CO2Et

CO2Et

88-94% ee

OHPh OHPh(ICH2)2Zn*DME

DCM, -10°C, 2h

BOO

CONMe2Me2NOC

Bu

93% ee

Substrat-kontrolliert

Reagenz-kontrolliert

Metallorganische Chemie 13

Oguni asymmetrische Addition

R H

O

Et2ZnOH

N

+R H

OHEt

DimethylaminoisoborneolDAIB

O

NZn

OZnEt

REt

H

Sesselförmiger ÜZR: equatorial

Metallorganische Chemie 14

Knochels asymmetrische Addition

78-99%92-99% ee

R H

O

R'2Zn+R R'

OHH

NHSO2CF3

NHSO2CF3

< 2%

Ti(OiPr)4

Toluol

Metallorganische Chemie 15

Asymmetrische Autokatalyse

N

N

OH

S

0°C, 20 min

iPr2Zn

N

N

O

113 mgN

N

OH

31 mgee 57% = S/R 4:1

127 mgee 89% = S/R 10:1

Die chirale Verstärkung erfolgt durch 3 Spezies:• S*S/iPr2Zn -> S• R*R/iPr2Zn -> R• S*R/iPr2Zn ist stabiler und inaktiv (eeminorSenke)

Kenso Soai Nature 1995, 378, 767

Metallorganische Chemie 16

Asymmetrische Autokatalyse

N

N

OH

S

N

N

O

N

N

OH0°C, 20 min

iPr2Zn

1. 10 mg2. 30 mg3. 85 mg4. 169 mg

Kenso Soai Angew. Chemie 2003, 115(3), 329http://dx.doi.org/10.1002/ange.200390073

348 mg ee 96% = S/R 40:12 mg ee 0.00005% = S/R 1:1

Metallorganische Chemie 17

Enantioselektive Addition

O OH

R

R2Zn

Katalysator

Scifinder 21.5.2003Gen. Benzaldehyde 1601 HitsBenzaldehyd + Et2Zn 671 Hits353 Literaturstellen, allein 56 in 2000

Metallorganische Chemie 18

Transmetallierung Zn-Organyle

PhEt2BH 3 eq

40°C, 4 d

Ph

BEt2

iPr2Zn 2eq

-10°C,20 h

Ph

ZniPr

Ph

Cu(CN)

CuCN*2 LiCl

Br

Ph

-78° -> 25°C

Ph

Ph

1. stereoselektive Hydroborierung2. Transmetallierung B ->Zn3. Transmetallierung Zn -> Cu4. „Wurtz“ Kupplung

Metallorganische Chemie 19

Wo geht es weiter?

• Basisch Lewis Säure

Li Be

Na Mg B

K Ca Ti Al Si

Ni Cu Zn In

Cs Ba PdSn

Metallorganische Chemie 20

R R'

O

Br+

R R'

O

OBr

OEt

NO2

R R'

HO

R R'

HO O

OEt

NH2

Indium

INDIUM

Metallorganische Chemie 21

Indium Vorteile

Redox Gleichung 0(V)

Mg -> Mg2+ + 2e -2.36

Al -> Al3+ + 3e -1.68

Zn –> Zn2+ + 2e -0.76

Sn -> Sn4+ + 4e -0.14

In -> In3+ + 3e -0.34

Joachim Podlech, T.C. Maier Synthesis 2003, 633

Reaktionen in Wasser sind möglich dank der H-Überspannung

Metallorganische Chemie 22

Indium Vorteile

• niedriges Redoxpotential

=> Selektivität

• keine Reaktion mit H2O (100°C)/NaOH in H2O (Al!)

=> Reaktion in Wasser

• keine oxidierten Oberflächen

=> keine Aktivierung

• nicht toxisch: Dentallegierung

Metallorganische Chemie 23

Barbier Allylierung

MeO

OMe O

Br

M

MeO

OMe OH

2. H2O

Zn 0%Sn 10%In 70%

Lewis-Säure labiles Acetal

Metallorganische Chemie 24

Allylierung von Ketonen

• Lösemittelfrei

• In polar protischen Lösungsmitteln

Ph H

OBr

M

Ph H

OH

ohne Lösungsmittel

Ph H

OBr

M

Ph H

OH

MeOH/H2O 1:4

Zn 67% 12 hSn 60% 12 hIn 88% 1 h

Zn 0%In 50-90%

Metallorganische Chemie 25

versus -Angriff

-Angriff dominiert:R = Ph, Me, CO2Me

R BrR' H

O

In H2O

R'

OH

R

R'

OH

R-Angriff dominiert:R = Me3Si, tBu

Metallorganische Chemie 26

Stereoselektive Allylierung

O OH

LM

OH

+

M

Allylierung axial equatorialM = InX2 10% 90% Lewis-S./LadungM = ZnBr 15% 85% Lewis-S./LadungM = MgBr 55% 45% Lewis-S./LadungM = Li 65% 35% Orbitalkontr.M = Na 65% 35% Orbitalkontr.

Metallorganische Chemie 27

Diastereoselektivität

Felkin Anh ÜZ

Metallorganische Chemie 28

Stereoselektivität

8.5 : 1Keine Reaktion in THF

OOHBr

InH2O

OHOH OHOH+

In OInO

O

H H

OH H

matched mismatched

Sterische Interaktion

Metallorganische Chemie 29

Stereoselektivität

In O

O

RH

H In O

O

RH

H

RH

O

OH Br

In H2O 5h85-90%

R

OH

OH

R

OH

OH

+

9.8 : 1

matched mismatched

Sterische Interaktion

Metallorganische Chemie 30

Stereoselektivität

RH

O

OH Br

In

H2O, 3.5 h 79%

R

OH

OH

R

OH

OH

In O

O

RH

H In O

O

RH

H

R

OH

OH

R

OH

OH

In O

O

RH

H In O

O

RH

H

2.8 2.8 0 1

Metallorganische Chemie 31

Indium: katalytisch

H

OBr

0.2 eq In3.2 eq Al oder Zn

OH

Preis pro mol PulverIndium 400,0 €Alumium 1,0 €Zink 1,3 €

Metallorganische Chemie 32

Indium: katalytisch

Ph H

OBr

OH

InX2

InCl3

AlIn

Ph

OInX2

H2O

HO-InX2

Al

HO-AlX2

Metallorganische Chemie 33

Barbier: enantioselektiv

R H

O R'

R'

Br

In, THF/Hexan R

OH

R R

N

HO

N

N

OH

N

Pseudoenantiomere

Cinchonine (Chinin) Cinchonidine (Chinidin)

Chinin ee%R = Ph R‘ = H 72R = Ph R‘ = Me 78R = Oct R‘ = H 30R = Oct R‘ = Me 27

R‘ = R‘

Metallorganische Chemie 34

Indium: Nitro-Reduktion

NO2 NH2In HCl

H2O, THFrt

78%

„Akademische“ ReduktionTechnische Nitro-Reduktionen• Zn (Kosten)• H2 /Nitro-selektiver Katalysator

Metallorganische Chemie 35

Zinn

TBTH Tributylzinnhydrid

R3Sn-X

Metallorganische Chemie 36

Toxizität

LD50 mg/kg Ratte

R R3SnCl R2SnCl2 RSnCl3Me <20 <230 <1350

Bu <350 <220 <2200

Ph <135 / /

Ph3SnR antifouling Anstriche im Schiffsbau

Metallorganische Chemie 37

Lipophil

• Bu3SnCl ist löslich in Hexan und unlöslich in MeCN

• Bu3SnBr/I TLC rf Hexan ca 0.9

Metallorganische Chemie 38

R3Sn Anion

Me3SnClLi

Me3SnLi

OTs THF40%

SnMe3

SnMe3

SO2

para-Toluolsulfonat

SN2 100% Inversion

Metallorganische Chemie 39

R3Sn Anion

R3SnLi

OOH

SnR32. H2O

SnMe3

Cl

Br

Me3SnLi

Me3SnLi

SnMe3

SN2 100% Inversion

Halogen-Metall-Austausch

SET

Halogen-Metall-Austausch

SET

Metallorganische Chemie 40

Reaktivität

• Oxidation

• Fragmentierung

SnMe3Bu

HO

CrO3* Pyridin

DCM 70% OBuHO

SnMe3Ph

HOBF3 *Et2O

DCCOPh

PhIO

Metallorganische Chemie 41

„Grob“-Fragmentierung

BF3 *Et2ODCC

OPh

PhIO

OH

Ph SnMe3

O

Ph SnMe3

I

Ph

OH

Iodosobenzol

O

Ph SnMe3

I

Ph

BF3*Et2O

N

NC

O

Ph

SnMe3I

Ph

Dehydratisierung

Metallorganische Chemie 42

Maskierte Acylanionen

Ph S

OMe3SnLi

Ph SnMe3

O

THF58%

O

Bu3SnLi

THF58%

OH

SnBu3

O

SnBu3ADD

Metallorganische Chemie 43

Maskierte Acylanionen

OH

SnBu3

NN N

O

N

O

NNH

N

O

N

O

O

Bu3SnH

O

SnBu3

1,1‘(Azodicarbonyl)diperidin