Übergangsmetallkatalysatoren für asymmetrische Transformationen

Die Anforderungen an die Produktion von bioaktiven Verbindungen wie etwa Pharmazeutika, Duftstoffe, Herbizide oder Pestizide werden im strikter und regulierter, sodass auch der Bedarf an selektiven und umweltverträglichen Synthesemethoden stark ansteigt. Da eine Vielzahl solcher bioaktiver Stoffe in spiegelbildlichen Formen existieren kann und diese meist auch noch stark unterschiedliche bioaktive Wirkungen entfalten, ist die Entwicklung hochselektiver Synthesemethoden von größter Bedeutung. Von den zur Verfügung stehenden Methoden ist sicherlich die homogene asymmetrische Katalyse eine der interessantesten und erfolgversprechendsten. In der industriellen Produktion, bei der ja große Stoffmengen umgesetzt werden müssen, hat sich insbesonders die asymmetrische Hydrierung durchgesetzt. Bei diesen Reaktionen wird einerseits billiger Wasserstoff als Reagens eingesetzt und andererseits fallen bei katalytischen Hydrierungen praktisch keine unerwünschten Nebenprodukte an. Bei asymmetrischen Hydrierkatalysatoren handelt es sich zumeist um Koordinations- verbindungen der Metalle Ruthenium, Rhodium oder Iridium, an die jeweils noch mindestens ein enantiomerenreiner Phosphan-Ligand gebunden ist. Ihr Einsatz wird allerdings dadurch limitiert, dass die Selektivität der Reaktionen nicht nur vom Katalysator, sondern auch sehr stark vom verwendeten Substrat abhängt. Um dieses Problem zu umgehen, werden für neuartige Katalysatoren nicht mehr einzelne Liganden, sondern ganze Gruppen von strukturell ähnlichen Verbindungen, die sogenannten Ligandenfamilien, entwickelt. Dadurch können Katalysatoren sehr schnell an die jeweiligen Substrate angepaßt werden. Im Rahmen dieses Projekts werden zwei neue Ligandenfamilien entwickelt, von denen erwartet werden kann, dass sie in der Hydrierung von Alkenen, Ketonen und insbesonders von Iminen eingesetzt werden können, wobei besonders der Reduktion von Iminen zu enantiomerenreinen Aminen große kommerzielle Bedeutung zukommt. Die Umsetzung dieses Vorschlag erfordert einige sequenzielle Schritte: (i) die Entwicklung geeigneter Protokolle, die die Synthese vieler Ligandenvariationen auf ein und demselben Syntheseweg erlaubt; (ii) die Darstellung von für die Katalyse geeigneten Koordinationskomplexen; (iii) ein umfangreiches Screening von Liganden und Komplexen in diversen Hydrierreaktionen; sowie (iv) eine kritische Auswertung der Resultate mit dem Ziel, geeignete Anwendungen zu finden. Im Mittelpunkt des Katalysator Screening-Programms werden Ruthenium- katalysierte Hydrierungen von Ketonen und Iridium-katalysierte Hydrierungen von Iminen stehen.

Die Anforderungen an die Produktion von bioaktiven Verbindungen wie etwa Pharmazeutika, Duftstoffe, Herbizide oder Pestizide werden im strikter und regulierter, sodass auch der Bedarf an selektiven und umweltverträglichen Synthesemethoden stark ansteigt. Da eine Vielzahl solcher bioaktiver Stoffe in spiegelbildlichen Formen existieren kann und diese meist auch noch stark unterschiedliche bioaktive Wirkungen entfalten, ist die Entwicklung hochselektiver Synthesemethoden von größter Bedeutung. Von den zur Verfügung stehenden Methoden ist sicherlich die homogene asymmetrische Katalyse eine der interessantesten und erfolgversprechendsten. In der industriellen Produktion, bei der ja große Stoffmengen umgesetzt werden müssen, hat sich insbesonders die asymmetrische Hydrierung durchgesetzt. Bei diesen Reaktionen wird einerseits billiger Wasserstoff als Reagens eingesetzt und andererseits fallen bei katalytischen Hydrierungen praktisch keine unerwünschten Nebenprodukte an.Bei asymmetrischen Hydrierkatalysatoren handelt es sich zumeist um Koordinationsverbindungen der Metalle Ruthenium, Rhodium oder Iridium, an die jeweils noch mindestens ein enantiomerenreiner Phosphan-Ligand gebunden ist. Ihr Einsatz wird allerdings dadurch limitiert, dass die Selektivität der Reaktionen nicht nur vom Katalysator, sondern auch sehr stark vom verwendeten Substrat abhängt. Um dieses Problem zu umgehen, werden für neuartige Katalysatoren nicht mehr einzelne Liganden, sondern ganze Gruppen von strukturell ähnlichen Verbindungen, die sogenannten Ligandenfamilien, entwickelt. Dadurch können Katalysatoren sehr schnell an die jeweiligen Substrate angepasst werden.Im Rahmen dieses Projekts wurden zwei neue Ligandenfamilien entwickelt, die in der Rhodium- und Ruthenium-katalysierten asymmetrischen Hydrierung von Alkenen und Ketonen eingesetzt werden können. Eine Ligandengruppe basiert auf einem Ferrocenyloxazolin-Gerüst, während die andere Ligandenfamilie auf einem Biferrocen-Grundkörper aufbaut. Exzellente Ergebnisse konnten in der asymmetrischen Hydrierung von Ketonen sowie von 2-Alkylzimtsäuren erzielt werden.