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Asymmetrische Katalyse mit hinsichtlich Struktur und Funktion gezielt entworfenen Molekülen: die chemo- und stereoselektive Hydrierung von Ketonen

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Abstract

Die Hydrierung ist eines der Schlüsselverfahren der chemischen Synthese. Hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und Selektivitäten sind hierbei lediglich durch die Kombination von strukturell definierten Katalysatoren mit geeigneten Reaktionsbedingungen zu erreichen. Für die homogene Hydrierung von nichtfunktionalisierten Ketonen, die keinerlei zur Koordination an das Metallzentrum befähigte funktionelle Gruppen aufweisen, haben sich die von uns beschriebenen Rutheniumkomplexe der allgemeinen Formel [RuCl2(phosphan)2(1,2-diamin)] als exzellente Katalysatorvorläufer erwiesen. In 2-Propanol und in Gegenwart einer alkalischen Base zeigt das auf diesen Komplexen basierende Katalysatorsystem eine starke Präferenz für die Reduktion von C=O- gegenüber C=C-Bindungen. Zahlreiche weitere Substituenten und funktionelle Gruppen, z. B. F, Cl, Br, I, CF3, OCH3, OCH2C6H5, COOCH(CH3)2, NO2, NH2 und NRCOR, werden ebenso toleriert wie eine ganze Reihe elektronenreicher wie -armer Heterocyclen. Darüber hinaus kann die Stereoselektivität im Produkt leicht sowohl durch die sterischen (Raumanspruch und Chiralität) und elektronischen Eigenschaften der verwendeten Liganden als auch durch die Reaktionsbedingungen gesteuert werden. Die katalytischen Hydrierungen von cyclischen wie offenkettigen Ketonen mit den Triphenylphosphan/Ethylendiamin-Standardkomplexen können hinsichtlich der Diastereoselektivität im Produkt problemlos mit den konventionellen Verfahren der Reduktion durch Hydride konkurrieren. Bei Verwendung geeigneter chiraler Diphosphane, insbesondere BINAP-Verbindungen, gelingt eine schnelle, produktive und stereoselektive Hydrierung einer ganzen Anzahl von aromatischen und heteroaromatischen Ketonen, wobei durchgängig hohe Enantioselektivitäten erzielt werden. Des Weiteren können auch gewisse Amino- und Alkoxyketone als Substrate eingesetzt werden, und eine Reihe cyclischer und acyclischer α,β-ungesättigter Ketone kann mit hoher Enantioselektivität in die entsprechenden Allylalkohole überführt werden. Die Hydrierung von konfigurationslabilen Ketonen schließlich ermöglicht die dynamische kinetische Racematspaltung von Diastereomeren, Epimeren und Enantiomeren. Unser neues Verfahren ist somit im Hinblick auf die Synthese einer ganzen Bandbreite von chiralen Alkoholen äußerst erfolgversprechend, zumal es in der asymmetrischen Synthese einiger biologisch relevanter Verbindungen bereits erfolgreich eingesetzt wurde. Die hohe Reaktionsgeschwindigkeit und die ausgezeichnete Carbonylselektivität begründen sich in einer nichtklassischen Katalyse mit Metall/Ligand-Difunktionalität, an der ein Aminorutheniumhydrid mit 18 Elektronen und ein Amidorutheniumhydrid mit 16 Elektronen beteiligt sind.

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