Novel Metal Amido-Complexes – Syntheses, Reactivity and Asymmetric Catalysis

Titelangaben

Kutlescha, Kathrin:
Novel Metal Amido-Complexes – Syntheses, Reactivity and Asymmetric Catalysis.
Bayreuth , 2010
( Dissertation, 2010 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

In the context of this thesis two classes of novel imidazo[1,5-b]pyridazine-substituted amines 2 were developed. Imidazo[1,5-b]pyridazine-substituted amines can be synthesized in high purity and good yields via the nucleophilic ring transformation of oxadiazolium halides 1 and N-nucleophiles, followed by deacetylation and cyclocondensation with 1,3-diketones. The deprotonated amines can act as monoanionic amido-ligands. Previous results regarding diamine-bridged imidazo[1,5-b]pyridazines have shown, that the deprotonated compounds are suitable for the stabilization of early as well as late transition metal complexes. Since only dinuclear group 9 metal complexes could be obtained, one objective of this work was to enable the synthesis of mononuclear amido-complexes by means of a novel ligand structure. Thus, a series of imidazo[1,5-b]pyridazine-substituted (pyridylmethyl)amines was synthesized via a one-pot approach. Salt metathesis or alcohol elimination route were chosen for the synthesis of the iridium amido-complexes. The (2-pyridylmethyl)amine-derived complexes exhibited an unusual reactivity in solution. An intermolecular C-C coupling reaction of the mononuclear complexes was observed, yielding a dimeric species. Based on mechanistic and kinetic investigations, it was postulated that the coupling reaction is due to tautomerization yielding an enamido hydrido complex, which subsequently undergoes an intermolecular attack. This gives rise to the dimeric species with iridium mediated hydrogen evolution. Because of the modular ligand design, optically active imidazo[1,5-b]pyridazine-substituted amines can easily be obtained via the utilization of chiral N-nucleophiles such as amino alcohols. Motivated by previous results regarding chiral imidazo[1,5-b]pyridazine-stabilized iridium amido-complexes, which exhibit high selectivities and good activities in the asymmetric hydrogenation of ketones, the development of amido-complex catalysts for the enantioselective hydrogenation of imines represents a major focus of this work. A library of novel amines 4 was synthesized by deprotonation of the hydroxyl function of 3 with nBuLi followed by the addition of chlorophosphines or chlorophosphite. Alcohol elimination reaction of 4 with 0.5 equiv. of [MOCH3(cod)]2 (M= Ir, Rh) gave rise to transition metal amido-complexes, which were applied to the asymmetric hydrogenation of N-aryl imines. Upon activation with KOtBu moderate initial selectivities and good activities were obtained for rhodium amido-complexes. Following the optimization of the reaction conditions (temperature, pressure, base) a ligand screening was performed. The highest activities and selectivities in the asymmetric hydrogenation of various imines were obtained by combining electron donating P-substituents (iPr) and amino alcohols (iBu). Additionally, the catalyst loading was reduced from 1 mol%, which represents the common usage, to only 0.1-0.2 mol%. Thus, a novel ligand motif, based on chiral imidazo[1,5-b]pyridazines, was established for the efficient rhodium-catalyzed asymmetric hydrogenation of N-aryl imines. In the third section of this thesis a novel potassium-mediated synthesis of 6-aminofulvenes from N-aryl imines is introduced. During the hydrogenation experiments regarding the optimization of the added base, the formation of a by-product was observed, if potassium hydride was utilized as a base. The by-product could be identified as novel 6-aminofulvene, namely [(2,4-diphenyl-cyclopenta-2,4-dienylidene)-phenyl-methyl]-phenyl-amine. Upon this exciting discovery, the reaction conditions leading to fulvene formation were explored by means of reaction stoichiometry and added base. The resulting novel synthesis route was applied to various N-aryl imines. Mechanistic as well as kinetic investigations indicated, that the reaction is based on the formation of the metalated enamine, which nucleophilicly attacks the imine-carbon. The herein reported new synthesis method provides an easy access to novel 6-aminofulvenes.

Abstract in weiterer Sprache

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zwei Klassen neuartiger Imidazo[1,5-b]pyridazin-substituierter Amine 2 dargestellt. Imidazo[1,5-b]pyridazin-substituierte Amine können durch nukleophile Ringtransformation von Oxadiazoliumhalogeniden 1 mit N-Nukleophilen und anschließender mit Entacetylierung gekoppelter Cyclokondensation mit 1,3-Diketonen in hoher Reinheit und guter Ausbeute erhalten werden. Die deprotonierten Amine können als monoanionische Amido-Liganden aufgefasst werden. Frühere Arbeiten zu diamin-verbrückten Imidazo[1,5-b]pyridazinen haben gezeigt, dass diese in deprotonierter Form hervorragend zur Stabilisierung von frühen und späten Übergangsmetallkomplexen geeignet sind. Da jedoch für Metalle der Gruppe 9 lediglich zweikernige Komplexe erhalten werden konnten, war ein Ziel dieser Arbeit den Übergang zu mononuklearen Komplexen durch eine neuartige Ligandenstruktur zu ermöglichen. Hierzu wurden in einer Eintopfsynthese verschiedene Imidazo[1,5-b]pyridazin-substituierte (Pyridylmethyl)amine in moderater bis guter Ausbeute und hoher Reinheit dargestellt. Anschließend wurden diese durch Salzmetathese oder Alkoholeliminierung mit einer Iridium-Vorstufe zu den entsprechenden Iridium-Amido-Komplexen umgesetzt. Es wurde dabei für die (2-Pyridylmethyl)-substituierten Komplexe eine außergewöhnliche Reaktivität beobachtet. Eine intermolekulare C-C-Kupplungsreaktion zwischen den mononuklearen Iridium-Amido-Komplexen führte zur Bildung einer zweikernigen Spezies. Basierend auf mechanistischen und kinetischen Untersuchungen wurde postuliert, dass diese Kupplungsreaktion auf der Tautomerisierung zum Enamido-Hydrido-Komplex beruht. Anschließend bildet sich durch intermolekularen Angriff die zweikernige Spezies, wobei Iridium-vermittelt Wasserstoff freigesetzt wird. Auf Grund des modularen Liganden-Designs können durch die Verwendung von chiralen N-Nukleophilen, wie Aminoalkoholen, optisch aktive Imidazo[1,5-b]pyridazin-substituierte Amine erhalten werden. Motiviert durch vorhergehende Arbeiten zu chiralen Imidazo[1,5-b]pyridazin-stabilisierten Iridium-Amido-Komplexen, welche hervorragende Aktivitäten und Selektivitäten in der asymmetrischen Hydrierung von Ketonen aufweisen, war die Entwicklung von Amido-Komplexkatalysatoren für die asymmetrische Hydrierung von Iminen ein Schwerpunkt dieser Arbeit. Durch Lithiierung der Hydroxyfunktion von Imidazo[1,5-b]pyridazin-substituierten Aminoalkoholen 3 und anschließender Umsetzung mit Chlorophosphanen oder Chlorophosphit konnten verschiedene neuartige Amine 4 in hohen Ausbeuten und hoher Reinheit erhalten werden. Diese wurden anschließend durch Alkoholeliminierung zu Amido-Übergangsmetallkomplexen (Ir, Rh) umgesetzt und in der asymmetrischen Hydrierung von N-Aryliminen getestet. Durch die Zugabe von KOtBu konnten in den ersten Hydrierexperimenten für Rhodium-Amido-Komplexe moderate Selektivitäten und gute Aktivitäten erhalten werden. Nach Optimierung der Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck, Base) wurde ein Ligandenscreening durchgeführt. Die höchsten Selektivitäten und Aktivitäten in der enantioselektiven Hydrierung von verschiedenen N-Aryliminen wurden mit der Kombination aus elektronenschiebenden P-Substituenten (iPr) und Aminoalkoholen (iBu) erzielt. Die Katalysatorbeladung konnte dabei von in der Literatur üblichen 1 mol% auf 0.1-0.2 mol% gesenkt werden. Basierend auf chiralen Imidazo[1,5-b]pyridazinen wurde somit ein neuartiges Ligandenmotiv für die hoch effiziente Rhodium-katalysierte asymmetrische Hydrierung von Iminen etabliert. Im dritten Abschnitt der vorliegenden Arbeit wird eine neue Kalium-vermittelte Syntheseroute für 6-Aminofulvene ausgehend von N-Aryliminen beschrieben. Bei den Untersuchungen zur Basen-Optimierung in der Hydrierung wurde bei KH-Zugabe die Bildung eines Nebenproduktes beobachtet. Dieses Nebenprodukt konnte als neuartiges 6-Aminofulven, [(2,4-Diphenyl-cyclopenta-2,4-dienyliden)-phenyl-methyl]-phenyl-amin, identifiziert werden. Anschließend wurden die Reaktionsbedingungen (Stöchiometrie, Base), welche zur Fulvenbildung führen, ermittelt und die neuartige Syntheseroute auf verschiedene N-Arylimine angewendet. Auf Grund mechanistischer und kinetischer Untersuchungen wurde ein Reaktionsmechanismus postuliert. Dieser basiert auf der Bildung von kaliierten Enaminen, welche nukleophil am Imin-Kohlenstoff angreifen. Die hier erstmals vorgestellte Syntheseroute bietet einen einfachen Zugang zu neuen 6-Aminofulvenen.