Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurden zahlreiche neue Phosphite 22 auf BINOL-Basis dargestellt (Abbildung 4.1).
Für diese im Jahr 2000 erstmals erfolgreich in der Rhodium-katalysierten asymmetrischen Hydrierung prochiraler Olefine eingesetzte Klasse von Monophosphitliganden[61] wurde so eine umfassende Ligandenbibliothek aufgebaut. Diese Liganden erfüllen viele Anforderungen, die für eine mögliche technische Anwendung notwendig sind:
• Leichte Synthese in zwei Stufen.
• Preiswerte, kommerziell erhältliche Edukte.
• Einfache und schnelle Abstimmung auf ein Substrat durch Variation der R-Gruppe durch Verwendung beliebiger Alkohole.
• Zugänglichkeit beider Enantiomere zu gleichen Bedingungen.
Mit Hilfe dieser Ligandenbibliothek konnte die Hydrierung von Itaconsäuredimethylester (35), α-Dehydroacetylaminosäureestern (37, 39, 66), Enamiden (69) sowie Vinylestern (76 und 78) erfolgreich getestet und schnell optimiert werden (Abbildung 4.2).
Als entscheidend für die Enantioselektivität hat sich in nahezu allen Fällen die axiale Chiralität des BINOL-Gerüstes herausgestellt. Durch Variation des dritten Restes erfolgt die Feinabstimmung auf ein gegebenes Substrat. Im Falle der Vinylester konnte erst durch die Einführung eines zusätzlichen chiralen Elementes aus einem α-D-Glucofuranose-Derivat die Enantioselektivität auf über 90% gesteigert werden. Die hier betrachteten Substrate 76 und 78 wurden bisher nicht oder nicht mit solch hohen ee-Werte hydriert.[128-132] In Kombination mit der Synthese solcher Vinylester nach Gooßen et al. [134] eröffnet sich somit ein interessanter synthetischer Zugang zu chiralen Estern und Alkoholen als Alternative zur Reduktion von Ketonen. Die Wahl des Restes R3 stellt dabei eine zusätzliche Variable dar.
Im Laufe der Arbeit wurde die Ligandenbibliothek von Phosphitliganden durch den Befund von Sell erweitert, wonach sich bei Verwendung von Mischungen monodentater Liganden in manchen Fällen bessere Resultate erzielen lassen als bei Verwendung der jeweiligen Einzelliganden.[66b/99] Die Ursache dieses Effektes - höhere katalytische Aktivität und Selektivität des gemischten Komplexes - konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit durch Kinetik- und NMR-Untersuchungen bestätigt werden.
Weitere kinetische und mechanistische Studien wurden durchgeführt, um die Ursache für die hohe Enantioselektivität in der asymmetrischen Hydrierung bei Verwendung monodentater Phosphitliganden 22 zu finden. Die Liganden besitzen eine sehr starre Struktur und verhalten sich in einem Rhodium-Komplex ähnlich wie Chelatliganden, da sich die Binaphthylgruppen wie ein kovalent gebundenes Rückgrat zusammenlagern. Anhand der Untersuchung von nichtlinearen Effekten konnte eindeutig nachgewiesen werden, daß auch die katalytisch aktive Spezies von zwei Phosphitliganden koordiniert ist.
Im Falle von Ligandenmischungen wurde eine deutliche Druckabhängigkeit des ee-Wertes beobachtet. Eine solche Druckabhängigkeit läßt darauf schließen, daß die Hydrierung in der Reihenfolge Substratanlagerung, oxidative Addition und Insertion erfolgt, so wie es von Halpern und Brown für die Hydrierung von α-Acetamidozimtsäurederivaten unter Verwendung von Rhodiumkomplexen chiraler Bisphosphane beschrieben wurde.[39-41]
Im Rahmen der kinetischen Untersuchungen konnte auch eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit der Katalysatoren bewiesen werden: Bei mehrfacher Substratzugabe konnten 19.0 g Itaconsäuredimethylester (35, 120 mmol) mit 5·10-4 Mol-% Katalysator 65a innerhalb von 20 min vollständig mit 98.4% ee hydriert werden. Dies entspricht einer TON von 200000 und einer mittleren TOF von 600000 h-1.
Für nachfolgende Arbeiten erscheint die weitere Ausdehnung auf neue Substrate vielversprechend zu sein. Die guten Ergebnisse im Falle von Itaconsäuredimethylester legen hier insbesondere die Betrachtung von verschiedenen β,γ-ungesättigten Carbonsäureestern nahe.
Für alle Substrate werden die Phosphite ergänzt durch die Ligandenklasse der Monophosphonite und die Verwendung von Ligandenmischungen. Ebenfalls denkbar ist die systematische Einbeziehung weiterer monodentater Liganden wie z. B. chiraler Phosphane und Phosphoramidite in Mischungen von Liganden unterschiedlichen Typs. Durch Kombination der Konzepte der Ligandenmischung einerseits und der nichtlinearen Effekte andererseits, ist es auch denkbar, einen Liganden in enantiomerenreiner Form und den zweiten Liganden z. B. als Racemat einzusetzen. Einen weiteren Ausbau der vorhandenen Ligandenbibliothek ermöglichen insbesondere die Liganden mit Isopropyliden-geschützten Zuckerrresten. Durch Umacetalisierung, z. B. mit Benzaldehyd, läßt sich bei gleichbleibender Grundstruktur der räumliche Anspruch verändern.
Bei solch ausgedehnten Variationsmöglichkeiten wird jedoch schnell der Einsatz automatisierter Verfahren erforderlich, um in kurzer Zeit alle sinnvollen Möglichkeiten testen zu können.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten sowohl mit monodentaten Phosphit- als auch mit Diphosphonitliganden in der Hydroformylierung von Styrol gute iso:n-Verhältnisse von über 90:10 erzielt werden. Die erzielten Enantioselektivitäten waren jedoch gering. Interessant wäre hier eine weitere Optimierung z. B. durch Verwendung von Ligandenmischungen. Auch die Untersuchung anderer asymmetrischer Reaktionen mit Ligandenmischungen eröffnet neue Tätigkeitsfelder.
