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Enantioselektive Reduktionen mit Ru–S-Komplexen und Untersuchung der zugrundeliegenden Mechanismen
Bähr, Susanne
Die vorliegende Dissertation widmet sich der Synthese und Charakterisierung chiraler, kationischer Ruthenium(II)-Thiolatkomplexe und deren Anwendung in enantioselektiven Reduktionen. Die Aufklärung der Mechanismen dieser katalytischen Umsetzungen ist ein weiterer Schwerpunkt.
Der erste Teil der Arbeit besteht in der mechanistischen Aufklärung der zuvor entwickelten 1,4-Hydrosilylierung von Pyridinderivaten mit dem Ruthenium(II)-Thiolatkomplex. Zwei postulierte Intermediate wurden erfolgreich synthetisiert und charakterisiert. Stöchiometrische Experimente unter Verwendung dieser Intermediate erlaubten die Verfeinerung des Katalysecyclus. Zudem dient das vorgeschlagene, neutrale Ruthenium(II)-Hydrid in der Tat als Hydriddonor für N-Silylpyridiniumionen und ist damit am enantioselektivitätsbestimmenden Schritt beteiligt.
Im zweiten Teil wurde die Eignung eines N-heterocyclischen Carbens an Stelle der bisher verwendeten Phosphine als Ligand im Ruthenium(II)-Thiolatkomplex untersucht. Dabei stellte sich eine unerwartete Dimerisierung zu einem luftstabilen, dikationischen Komplex heraus. Trotz dieser Robustheit war das Dimer fähig, unterschiedliche Reduktionsreaktionen und dehydrierende Silylierungen zu katalysieren. Die Spaltung des Komplexes in das aktive Monomer erfolgt durch Wärmezufuhr oder durch Koordination LEWIS-basischer Substrate. Da sich der NHC-Komplex als ungeeignet zur Reduktion 4-substituierter Pyridine erwies, wurden zur Synthese chiraler Ruthenium(II)-Thiolatkomplexe nur chirale Phosphinliganden in Betracht gezogen. Die Darstellung einer Bandbreite aktiver Katalysatoren gelang mit ausgewählten Vertreten dieser Substanzklasse. Auch wenn diese Komplexe die 1,4-Hydrosilylierung von Pyridinderivaten katalysierten, wurden damit keine Enantiomerenüberschüsse erzielt. Die Reduktion enolisierbarer Ketimine und Ketone unter Verwendung der dargestellten Ruthenium(II)-Thiolatkomplexe lieferte dagegen bis zu 66% ee. Die Analyse der erhaltenen Ergebnisse ergab außerdem, dass ein schrittweiser Prozess zugrundeliegt: Der Hauptreaktionspfad besteht in der dehydrierenden Silylierung und anschließender Hydrierung der gebildeten elektronenreichen Doppelbindung mit dem zuvor freigesetzten Diwasserstoff.
Versuche zur Bildung enantiomerenangereicherter Benzosilole mit den chiralen Komplexen gelangen nicht. Die Experimente legten jedoch den Grundstein für eine stöchiometrische Synthese von Benzothiophenosilolen. Unterschiedlich substituierte Vertreter dieser Klasse wurden durch die Bildung von Dilithiumsalzen und anschließender Umsetzung mit einem Siliciumbiselektrophil erhalten. Die grundsätzliche Anwendbarkeit dieser Methode wurde auch für verwandte Heterocyclen gezeigt.
This dissertation is devoted to the synthesis and characterization of chiral cationic ruthenium(II) thiolate complexes and their application in enantioselective reductions. It also focuses on the mechanistic elucidation of these catalytic transformations.
The first part of this work aims at clarifying the mechanism of the previously reported 1,4-hydrosilylation of pyridines with the ruthenium(II) thiolate complex. Two postulated intermediates were successfully synthesized and characterized. Stoichiometric experiments using these intermediates enabled the refinement of the catalytic cycle. Furthermore, the suggested neutral ruthenium(II) hydride complex indeed serves as hydride donor for N-silylpyridinium ions and is thus involed in the enantioselectivity-determining step.
The second part examines the suitability of a N-heterocyclic carbene instead of the previously documented phosphines as ligand for the ruthenium(II) thiolate complex. Unexpectedly, a dimerization to an airstable dicationic complex was observed. Despite its robustness the resulting dimer catalyzes several reduction and dehydrogenative silylation reactions. The dissociation of the complex into the active monomer proceeds by thermal activation or through coordination of LEWIS-basic substrates. As the NHC-dimer proved inappropriate for the 1,4-hydrosilylation of 4-substituted pyridines, only chiral phosphines were considered as ligands for the synthesis of chiral cationic ruthenium(II) thiolate complexes. A variety of active complexes bearing selected representatives of this substance class was successfully synthesized. Even though they catalyzed the 1,4-hydrosilylation of prochiral pyridines, these complexes did not induce enantioselectivities. The reduction of enolizable ketimines and ketones with the synthesized ruthenium(II) thiolate complexes delivered up to 66% ee. The results obtained in these reactions also revealed that a stepwise process is operative: dehydrogenative coupling and subsequent hydrogenation of the electron rich double bond is the predominant reaction pathway.
Efforts to obtain enantioenriched benzosiloles employing the chiral catalysts were not successful but the experiments laid a foundation for the stoichiometric synthesis of benzothiophenosiloles. Several substituted derivatives were accessible through the formation of dilithium salts and subsequent addition of a silicon dielectrophile. The general applicability of the method was also shown for related heterocycles.
