Metallorganische Chemie1 Metallorganik Basics: Sorgfältige Wahl des Kations Sorgfältige Wahl des...

Metallorganische Chemie 1

Metallorganik Basics:

• Sorgfältige Wahl des Kations

• Sorgfältige Wahl des Lösungsmittels

• Informationen über pKa/pKb

• Hart/Weich Prinzip

Metallorganische Chemie 2O

O

O OO

NMe2

O

NMe2

O

Polare, aprotische Donor-Lösungsmittel

DMFDimethylformamid

DMADimethylacetamid

Dioxan GlymeGlycoldimethylether

THFTetrahydrofuran


Polare, aprotische Donor-Lösungsmittel

N OP

O

Me2N NMe2

NMe2

HMPA (HMPT)Hexamethylphosphorsäuretriamid

Toxisch, cancerogen

NMPN-Methylpyrrolidon


Lithium Organyle

• Lithium nicht Lizium, Lizographie• Ionisch/polar => Oligomere/Polymere Superstrukturen

B2H6: Nicht einmal BH3 bleibt in der Gasphase allein

• 2e/2Zentren- 4e/4 Zentren Bindungen

• tBuLi (destillierbar)

MX

MX

MX

M

XM

XM


Synthese von Metallorganylen

Z

Br

Z

M-R

2 tBuLi

2x M

Li

M

-78°C

Br

1 nBuLi

Li

2x

LiBr

-78°C

Br

nBu

LiBr

+ +

+

MM-Z+

+



Z

Br

M-R

2 tBuLi

Li

M

-78°C

Br

1 nBuLi

Li

2x

LiBr

-78°C

Br

nBu

LiBr

+ +

+ +

RSnBu3

nBuLiR

LiSnBu4+


Transmetallierung

O

H

R

1.) tBuLi2.) D2O

THF -78°C

O

D

RO

H

R

33% 60%

1.) tBuLi2.) Bu3SnCl

THF -78°C

O

SnBu3

R

30%

nBuLi

-40°C

D2O

-40°C O

D

R

>95%

-Lithiierung von Enolethern ist notorisch schlecht

J. E. Baldwin JACS 1974, 96, 7125



Reduktiver Halogenaustausch

Hal

2 M

MM-Hal+

Späne: Mg, ZinkPulver: Mg, ZnOberflächenaktivierung: I2, ICH2CH2I, Dioxan, UltraschallAmalgamierung (Hg): Mg, ZnCu-Paare Mg, ZnLegierung (K) Na (Na/K Smp < 40C)



Br

MgMgMg

Br

MgMgMg

Br

MgMgMg Mg

Mg2+

Mg

RadikalkombinationMg + Zn

Stabile Radikale Bn-Br

Reaktion mit SM: SN / E22. SET schnell bei

elektropositiven M: Na, Li

SET: single electron transfer Mechanismus



• 1. SET ist nahezu unabhängig vom Halogen• SN2 Kupplung von SM und Produkt ist

Halogen-abhängig• nBuCl reagiert nur sehr langsam mit nBuLi: nBuCl

+ nBuLi 1/2 = 40 h Et2O 25°C

nBuBr + nBuLi 1/2 = 0.5 h Et2O 25°CnBuI + nBuLi 1/2 = 0.1 h Et2O 25°C

Reduktiver Halogenaustausch zu den Li-Organylen (sp3) geht besser mit Chloriden


Reduktiver Halogenaustausch von Arylhalogeniden

• 1. SET ist nahezu unabhängig vom Halogen

• SNAr Kupplung von SM und Produkt istäusserst selten (Nitro- bzw Akzeptoraromaten werden ohnehin reduziert)

Reduktiver Halogenaustausch zu den Li-Organylen (sp2) geht besser mit

Bromiden und Iodiden



• 1. SET ist abhängig vom Metall• SN2/SNAr (via Arenmechanismus)

Kupplung von SM und Produkt ist Metall-abhängig

Reduktiver Halogenaustausch geht nur mit Lithium gut

Na, K zunehmend schlechter


Lithium-Alkylid Darstellung

• MeLi70g (10 mol) Lithium-Stücke und 200 ml Et2O werden im hermetisch

luftdicht verschlossenem (Hg-Dichtung/Schlenk) 4 L Kolben intensiv gerührt (kein Teflonrührfisch!) 0.25 L MeCl (5 mol bei -25°C) werden als Gas (Sdp -24.2°C) eingeleitet. Sobald die Mischung trübe wird

und das Li glänzt, wird auf 0°C gekühlt und 2 L Et2O portionsweise

zugegeben. Nach ca 1 h ist alles MeCl absorbiert und das meiste Lithium abreagiert. 15 min Reflux treiben restliches MeCl aus. Die Lösung wird unter Schutzgas filtriert (Glaswolle): ca 2L 2.0 M

salzfreie Lösung in Et2OWieso nicht?

AK Rehan trocknet THF über Naund Magnetrührer

Wieso kaufe ich das nicht bei Aldrich?1.) Gibt es nicht bei Aldrich (salzfrei)2.) maximale Versandgrösse: 1 L pro LKW (CH) Sicherheitsrisiko: selbstentzündlich


Lithium-Alkylid Darstellung

• tBuLieine Suspension von 1% Na in 1 mol Lithiumdispersion in Pentan (1 L) wird rückflussiert, unter intensivem Rühren (und Schutzgas) wird tBuCl (470 mL, 0,4 kg, 0,43 mol) mit 2 mL tBuOH zugetropft. Nach Zugabe von ca 10 ml startet die exotherme Reaktion. Die Heizung wird entfernt und langsam über 3 h zugetropft. 30 min auf RT abkühlen. Unter Schutzgas durch Fritte (4-8 m) filtrieren und abfüllen: ca 0.3 M Lösung. Pyrophore Lösung, der pyrophore Filterkuchen wird auf Trockeneis gegeben oder mit trockenem Sand vermischt.

Kommerziell: 2 L tBuLi 2.0 M in Pentan ca 200 €Niemals eine Flasche verleihen oder teilen!


Kommerzielle Lithium-Alkyle

• nBuLi: Kommerziell 100 mL bis 35.000 L15-90% in Hexan20% in Cyclohexan, Toluol

• secBuLi: Kommerziell 100 mL bis 35.000 L10% in Isopentan

• tBuLi: Kommerziell 100 mL bis …15% in Pentan, Hexan

• MeLi: CH – 1 L (pro Ladung)5% in Et2O


Tägliche Zerfallsraten

Temperatur nBuLi nBuLi (90%)secBuLi

0°C 0,00001 0,0005 0,0035°C 0,0002 0,0011 0,006

35°C 0,017 0,11 0,32

-Eliminierung Alken und LithiumhydridAufbewahrung bei << 5°C

Li

H

RLiH

R+


nBuLi Zerfallsraten

Ether Temperatur 1/2

Et2O 25°C 6 d

Glyme 25°C 5 min

THF 0°C 24 h

THF -30°C 5 d


Transmetallierungsodyssee

ClCl

Cl Cl

4x LiB(OMe)2 B(OMe)2(MeO)2B

(MeO)2B B(OMe)2

HgCl2?OH-?

HgClClHg

ClHg HgCl

4x tBuLiLiLi

Li Li

SN

TransmetallierungSE front

TransmetallierungSET oder 4e 4Z

Nur ein Li+ dissoziiert


Addition an Doppelbindungen

nBuLi Lin

tBuLiLi

RMgBr



RMgBr

PhOBn

PhOMgBrBn

R+

Keine SN‘ Substitution, sondern Addition/Eliminierung

I

D D

Nu- Nu

D D

D

D

Nu

+ I-

SSNN‘‘

SSNN22



RMgBr

PhOBn

PhOMgBrBn

R+

Addition/Eliminierung

Ph

OBn

MgRBr

Ph

OBn

Mg R

Br

Ph

OBn

Mg R

Br

-

-

+ +

Ph

OBn

Mg

R

Br

AntiperiplanareEliminierung

NachbargruppeneffektNeighbouring group participationAnchimeric assistance



RMgBr

R MgBr

LUMO HOMO

Synfaciale-Carbomagenesierung1.) Abbau der Ringspannung „60°“ sp2: 120° sp3 : 109°2.) Elektrophiles Alken


EliminierungenCl

H

H

HC

+

H

H

H

Cl

H

H

H

Cl

Acc

H

H

Acc

C Cl

AccH

+ HCl

-H+

+

Base:

+ BaseH+ Cl-

Base:

BaseH+ Cl-

E1

E2

E1CB

E1cb Deprotonierung eines aciden Zentrums liefert die konjugierte BaseIm geschwindigkeitsbestimmenden Schritt tritt die Fluchtgruppe aus

E2 Die Deprotonierung durch die Base und Austritt der Fluchtgruppe erfolgen konzertiert. Syn- oder antiperiplanare Anordnung sind möglich. Hochgeordneter Übergangszustand mit starker Entropieabnahme. Reaktion 2. Ordnung

E1 Der geschwindigkeitsbestimmende Austritt der Fluchtgruppe wird gefolgt von Umlagerung zum stabilen Kation and abschliessender Deprotonierung. Stereochemische Informationen gehen meist verloren. Reaktion 1. Ordnung


Cl

Ha

Hb

Hc

CCl

Hb

Hc

C Cl

Ha

HcC Cl

Ha

Hb

C Hb

HcHc

Ha

Hb

Ha

Cl

Ha

Hc

Hb

Hc

Hb

Hb

Hc

Hc

Hb

Hc

Hb

tBuLi

Starke Base

sehr schnell-Eliminierung

Dimerisierung

Insertion

schnellanti-Eliminierung

langsamsyn-Eliminierung

Eliminierungen E2 Mechanismen: konzertiert!


CBr4

BrBr

P+

Br

PhPh

Ph

BrR

Li BrBr

PPh

PhPh

R O

CBrBr

P+

PhPh

Ph

Br

P+Ph

PhPh

BrO

RBrP

+Ph Ph

Ph

Br

O

R

Br

Ph PhPh

Br

O

R

PBr

BrR

Ph Ph

PhPO

R

RLi

PPh3

+

Corey-Fuchs Alkinsynthese

Betain

Halogen Metall

Austausch


Corey-Fuchs Synthese

Br Br

BuLi

Cl

- Cl-

R

R

O

R

CBr4

PPh3

Base

R

R

Wittig Reaktion Halogen MetallAustausch

-Eliminierung Carbenumlagerung


Carbene / -Haloanionen

ClCl

Cl H

KOBut ClCl

Cl

- Cl-

ClCl

ClCl

Cl Cl

Carbeninsertion

-Eliminierung

sp3 und sp Hybride


Carbene / -Haloanionen

Br: Orbitalüberlappung verhindert sp2

=> Retention

keine-Eliminierung sp3 und sp2 Hybride

Cl

Cl

BuLi

Cl

R R RCl

Cl

R

Br

Br

BuLi

Br

Acc AccE+ E

Br

Acc


Gesteuerte Ortho-Lithiierung

• V. Snieckus: DOM Directed ortho metalation

O

tBuLi

-78 -> -40°C

O

Li

Kinetische

Acidität


DOM directed ortho metalation

O O O N

LiLi

O N

Li

OMethoxymethyl: MOM-MOM-Cl: flüchtig, cancerogen

O O

OClNaH

OH OH

O O

H+

DCM

Selektive Lithiierung ist möglich, DOM ergänzt die SEAr


Halogen Dance

NO

N

I

2eq LDA E+

THF -75°C 1h

H2O

NO

N

E

I

NO

N

I

NO

N

I

NO

N

I

E+

Li

N

Sterisch gehindert, ortho-dirigierend

4-Pyridyl-HKinetische Azidität

Aren

DOM


Na in NH3

-35°CEtOH

Dissolving metal reduction: Natrium

SET single electron transfer

Einzige Struktur in der ein Aromat

bewahrt wird


Tetrahydronaphthalin

Natrium: Birch ReduKtion

Na in NH3

-35°CEtOH

Et-O-H

H H

Na

H H

Et-O-H

H H

HH

-EtONa

-EtONa


Dissolving metal reduction:Acyloin Kondensation

OH

OH

OEt

OEtO

O

NaEtOH

O

OH

NaXylol

Na

OEt

OEtO-

O-

Na

EtOH

CH

OEt

OEtOH

OOEt

O

O

Na

OEt

OEtO-

O

O

O

-2 EtO-

ONa

ONa 2x Na2x SETH2O

R. Brückner Reaktionsmechanismen 2. Aufl., VCH 2002S. 786

Bouvault Blanc Reduktion

Acyloin


Keton -> Ketyl ReduktionAbsolutieren von THF (Tetrahydrofuran) über Na (K)/Benzophenon entfernt: H2O und O2

O

Na

O-

O2H2O

OHO-

O

O

NaNa

OH

- NaOH

O-

O

O

H2O

- NaOH

OH

H

Ketylradikal ist blau


Stereoselektive Keton-Reduktion

O

Na

iPrOH

OH

OH OH

Na

Na


Stereoselektive ReduktionO

NaBH4

OH

LM

OH

+

O

NaBH4

NaBH4

OBR2

H

H

OBR2

+

20%80%

HH

HH

Konkave Seite1,3-diaxiale Interaktion

Ungehinderte Konvexe SeiteKleinere Orbitallappen

Kombination aussterischer Abschirmung

und Stereoelektronik:unsymmetrisches C=O Grenzorbital


Stereoselektive AllylierungO OH

LM

OH

+

OOM

OM

+

HH

HH

M

M

M

M

Konkave Seite1,3-diaxiale Interaktion

Ungehinderte, konvexe SeiteKleinere Orbitallappen Lewis Säure assistiert

Allylierung axial equatorialM = ZnBr 15% 85% Lewis-S./LadungM = MgBr 55% 45% Lewis-S./LadungM = Li 65% 35% Orbitalkontr.M = Na 65% 35% Orbitalkontr.M = K 63% 37% Orbitalkontr.


Magnesium Organyle

Pinakolkupplung

Grignard


Pinakol KupplungO Mg

HgCl2 katOHHO

O-

MgHgCl2 kat

OMg

O

Pinakol


Pinakol Kupplung mit SmI2

OOHHO

O-O

SmO

SmI2

SmI2

Sm(III)

+ 2 Sm(III)

Pinakol

Verschwendungvon Samarium


Heteropinakol mit SmI2

O SmI2

SmI2

+ 4 Sm(III)

NOMe

O NOMe(III)Sm Sm(III)

O NOMe(III)Sm Sm(III)

HO NH2

Reduktive N-O Spaltung


Hetero-Pinakol mit SmI2

•9 eq SmI2 notwendig

•Nur Intramolekular möglich

•Intermolekular: C=O + C=ODiazonamid A Synthese K.C. Nicolaou

Angew. Chem. 2003, 115 (16), 1795http://dx.doi.org/10.1002/ange.200351112

http://dx.doi.org/10.1002/ange.200351112




Grignard Darstellung

R XMg

R Mg XLM

Additive

LM: Et2O, THF, Dioxan, DCM

Additive: I2, 1,2-Dibromethan, Dioxan, TMEDA,HgCl2 -> Amalgam, Ultraschall

Mg 98,5% reicht aus (99,99% tut es aber auch)Pulver: neu, inert gelagert, sonst kontaminiertSpäne (wenig kontaminierte Oberfläche)Rieke Mg: MgCl2 + Li/Naphthalin -> Mg + LiCl

Mg: Oxidative AdditionC: Reduktive Metallierung


Grignard - Struktur

Mg

Br

OEt2

OEt2201

206244

220

110°Abstände in pm

Im Kristall:verzerrter Tetrader


Grignard Reaktionen

PhXMg

Et2O rfPhMgX

O2PhOH

H2O

RMgX/RLi Brände

•Nicht mit CO2 löschen! -> (RCO2)2Mg/RCO2Li

•Nicht mit H2O löschen (Belgrano)!

•Reagieren mit Halon!•Pulver- oder Schaumlöscher verwenden•Feuerlöscher und Sand vorher bereitstellen


Grignard Reaktionen

Inerte Atmosphere

•Et2O oder DCM Schutzgasmantel Rückfluss

•Ballontechnik•Bubbler/Doppelnadeltechnik•Schlenk-Technik

PhXMg

Et2O rfPhMgX

O2PhOH

H2O


Inertgastechniken: BallonHeavy duty Ballons für die Hydrierung verwenden. Sauerstoff diffundiert in

normale Ballons innerhalb von Stunden

Einfach, billig


Inertgas: Bubbler

SchutzgaseintrittSchutzgaseintritt

SchutzgasauslassSchutzgasauslass

RückschlagvolumenRückschlagvolumen

Firestone valve Rückschlagventil

€ 200


Inertgas: DoppelnadelSchutzgaseinlassSchutzgaseinlass


Inertgas: Schlenk-Technik

Teflonschlauch statt Glas!

Vakuum

Inertgas

Reaktionskolben

Dreiwegehahn


Wann ist ein Glaskolben trocken?

• 2 mg H2O = 0.1 mmol

Temperatur t

• 120°C 24 h

• 140°C 2h

• 100°C/2 mbar Minuten


Schlenk-Gleichgewicht

Ph2Mg + MgBr2 2 PhMgBr

25°CEt2O

K = 55

R2Mg + MgX2 2 RMgX

LM

LM

Mg

X

X

R

Mg

LM

R

Dominiert X= Br/I und LM = DioxanChelatbildner => MgX2•TMEDAPolare Donor-LM

Dominiert X= Clund LM = Et2O/DCM

Zugabe von Dioxan fällt MgX2•Dioxan


Titration von RMgX/RLi Reagentien

• Aliquot in trockenem THF oder Et2O lösen.

• Mit 2-Butanol gegen Indikator titrieren

NHNN

N-Phenylnaphthylamin 1,10-Phenanthrolin


Reaktivität von RMgX

R OMe

O1 eq R'MgX

R R'

OHR' 50%

Das Keton ist reaktiver

als der Ester

R N

O>>1 eq R'MgX

OMeR R'

O

H2O

R N

O

OMeR'

MgX

Weinreb-Amid

R S

O1 eq R'MgX

N

R S

O NR'

XMg

R R'

O

H2O

Mercaptopyridinanchimeric assistance


Reaktivität von RMgX

OMe

O2 eq R'MgX

R'

OH

R'MeO

O

MeO

O+

OO R'

R'

2 eq R'MgX

N

O

MeO

O

ON

O

R'

OH

OR'

Weinreb Amidreduziert Reaktivität

S

O1 eq R'MgX

N

MeO

O

R'

O

MeO

O

Mercaptopyridinerhöht Reaktivität

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