1

Olefinmetathese

2

Reaktionstypen

Ringschluß-Metathese / ring closing metathesis (RCM)

H

H

H

H

Kat.

Polymer als Nebenprodukt-

Ringöffnende Metathese Polymerisation / ring opening metathesis polymerisation (ROMP)

H

H

H

H

Kat.

-

Acyclische Diolefin Metathese (Kreuzmetathese) / acyclic diolefin metathesis (ADMET)

R1 R2H

H

H

H

Kat.

R1

R2

R1

R1

R2

R2

+ + +-

Homodimere als Nebenprodukte

Triebfeder bei allen: Bildung von Ethen => günstige Entropiebilanz!

3

Ru

PCy Cy

Cy

Cl

Cl

H

Ph

NNMe

MeMe

Me

Me Me

NRu

N

Cl

H

Ph

NNMe

MeMe

Me

Me Me

BrBr

Cl

Ru

OCl

Cl H

NNMe

MeMe

Me

Me Me

Katalysatoren: Metall-Carben-Komplexe

Grubbs: relativ stabil

Schrock: reaktiv aber empfindlich Hoyveda: sehr robust, chromatographierbar

Mo

N

i-Pr

i-Pr

H

Me

MePh

OO

MeMeF3C

CF3F3C

F3C

Ru

P

OCl

Cl H

CyCyCy

2. Generation 3. Generation

Ru

P

PCy Cy

Cy

CyCy Cy

Cl

Cl

H

Ph

1. Generation

1. Generation 2. Generation

unterscheiden sich in Reaktivität

4

Ru

PCy Cy

Cy

Cl

Cl

H

Ph

NNMe

MeMe

Me

Me Me

NRu

N

Cl

H

Ph

NNMe

MeMe

Me

Me Me

BrBr

Cl

Katalysatoren: Metall-Carben-Komplexe

Grubbs-Kat: heute gebräuchlichste Metathesekat.

2. Generation 3. Generation

Ru

P

PCy Cy

Cy

CyCy Cy

Cl

Cl

H

Ph

1. Generation

tolerant gegen polare funkt. Gruppen wieOH, CO2R, CO2H, CHO

stabil gegen Luft + FeuchtigkeitGrubbs 1: wasserlösliche Varianten bekannt!

Grubbs 1: weniger reaktiv als Schrock-Kat.

Grubbs 2: ähnlich reaktiv wie Schrock-Kat.

gute Liganden:sperrige, e--reiche Phosphine => PCy3heterocycl. Carbene => Imidazolidin-Carben

Ru

PPh3

PPh3

Cl

Cl

H

PhRuCl2(PPh3)3

Ru

PCy3

PCy3

Cl

Cl

H

Ph

Ph N2

DCM, - 78°C89%

PCy3, DCM89%

leicht darstellbar

5

dissoziativer Mechanismus am Beispiel RCM

Ru

PCy3

PCy3

Cl

Cl PhRu

PCy3

PCy3

Cl PhCl Ru

PCy3

Cl PhCl Ru

PCy3

ClPh

Cl Ru

PCy3

ClCl

Ph

Ru

PCy3

ClCl

EtO2C CO2Et

Ru

PCy3

ClCl

EtO2C CO2Et

Ru

PCy3

ClCH2Cl

EtO2C CO2Et

Ru

PCy3

PCy3

ClCH2Cl

EtO2C CO2Et

Ru

PCy3

PCy3

Cl

ClCH2

Ru

PCy3

ClCH2Cl

Ru

PCy3

ClCl

Ru

PCy3

ClCl

CH2

H2C

EtO2C CO2Et

PCy3

H2C=CH2

Ph

=

PCy3

EtO2C CO2Et

EtO2C CO2Et

PCy3

Katalysecyclus

Initiierungsphase

irreversibel!

katalyt. aktiveSpezies

[2+2]-Cycloaddition

[2+2]-Cycloaddition

6

RCM mit Grubbs 1

Substrat Produkt t [h] Ausb. [%]

2-4 mol%

• für 5-, 6- und 7-Ringe geeignet

• Lsm: Benzol, DCM, THF, tBuOH

Kat empfindlich gegen freie Amine

=> in Hydrochloride überführen!

Kat.

7

Stabilisierung des Kat. durch Substituenten an Alkylidenliganden

Ph

Ru

PCy3

ClCl

R

Ru

PCy3

PCy3

Cl

Cl Ph

Ru

PCy3

ClPh

ClR Ru

PCy3

ClCl R

Ru

PCy3

PCy3

Cl

Cl RR

eine Doppelbindung im Substrat mit R = Ph, Me:

nach Abschluß des Katalysecyclus Benzyliden-bzw. Ethyliden-Komplex => stabiler als Methyliden-Komplex

kann Ausbeute erhöhen

8

Schrock-Kat: für Härtefälle

hochreaktiv auch bei anspruchsvollen Substraten:

sehr empfindlich gegen:

- viele funkt. Gruppen

- Luft + Feuchtigkeit => Schutzgas!

- Spuren von Verunreinigungen in Lsm

thermisch instabil

Metathese von Enolethern

9

Schrock-Kat: für Härtefälle

Darstellung tri- und tetrasubstituierterOlefine

3-Ru = Grubbs 1

10

Hoyveda-Kat: kann wiedergewonnen werden!

Ru

P

OCl

Cl H

CyCyCy

4-Ru

11

Beispiel für RCM in Epothilon-Synthese

15 mol% Grubbs 1

DCM

bei Macrocyclisierungen:

Bildung von E / Z Gemischen möglich

Steuerung des E / Z Verhält. kaum machbar

12

En-in-Metathese - Mechanismus

oberer Weg wahrscheinlicher:

exp. Hinweise auf Angriff von Ru an Doppelbindung

Ringspannung entscheidet über Produktstruktur =>

abhängig von n!

nn n+1

nRuLn

nRuLn

RuLn

n RuLnn

RuLn

n+1

RuLn

n

RuLn

n

RuLn

n

RuLn

n

exo-Angriff

n = 5-11

endo-Angriff

n ≥ 11

keine Ethenbildung!

Triebfeder der Umsetzung:Bildung eines konjugierten Diens!

13

Kreuzmetathesen

Problem der Homodimerisierung: eine Komponente im Überschuß einsetzen

noch besser: Homodimer einer Komponente im Überschuß einsetzen!

Problem der Bildung von E / Z Gemischen: bisher Selektivität nicht steuerbar

14

Kreuzmetathese - eine Alternative

Umgehen der Probleme der Kreuzmetathese:

Reaktanden temporär aneinanderbinden => Reaktion intramolekular => RCM

für n = 0 (Vinylsiloxan)

sterisch gehindert => aktiverer Kat nötig

für n ≥ 1

Grubbs 1 reaktiv genug

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Literatur

[1] A. G. Myers Chemistry 115 Handout The Olefin Metathesis Reactionhttp://www.chem.harvard.edu/groups/myers/chemistry115handouts.htm

[2] E. C. Hansen, D. Lee, J. Am. Chem. Soc. 2004; 126, 15074-15080.