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Titel: Auxiliarvermittelte Synthese enantiomerenreiner, cyclometallierter Iridium(III)- und Rhodium(III)-Komplexe
Autor: Helms, Melanie
Weitere Beteiligte: Meggers, Eric (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2016
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2016/0861
DOI: https://doi.org/10.17192/z2016.0861
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2016-08610
DDC: 540 Chemie
Titel(trans.): Auxiliary-Mediated Synthesis of Enantiopure Cyclometalated Iridium(III) and Rhodium(III) Complexes

Dokument

Schlagwörter:
Iridium, Rhodium, Auxiliar, Chirale Verbindungen, Aminosäuren, Chemische Synthese, Enantiomere, Diastereomere, Iridium, Rhodium, Chiral Auxiliary, Chiral-only-at-Metal Complexes, Amino Acids

Zusammenfassung:
Übergangsmetallkomplexe mit metallzentrierter Chiralität werden in vielen Bereichen der modernen Chemie eingesetzt. Neben Anwendungen in der chemischen Biologie hat vor allem der Einsatz als Katalysatoren in der letzten Zeit viel Aufmerksamkeit erlangt. Für molekulare Erkennung und asymmetrische Katalyse werden einzelne Enantiomere mit hoher Enantiomerenreinheit benötigt. Um die Zugänglichkeit von enantiomerenreinen oktaedrischen cyclometallierten Iridium(III)- und Rhodium(III)-Komplexen mit metallzentrierter Chiralität zu erhöhen, beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung neuer auxiliarvermittelter Methoden zur enantiomerenreinen Synthese. Hierbei wird ein chirales Auxiliar eingesetzt, um einen racemischen Vorläufer-Komplex in ein Diastereomeregemisch zu überführen, welches anschließend durch achirale Standardtechniken der präparativen Chemie getrennt wird. Durch Substitution des Auxiliars gegen einen achiralen Liganden unter Retention der Konfiguration wird letztlich ein enantiomerenreiner Komplex mit ausschließlich metallzentrierter Chiralität erhalten. Im erste Teil der Arbeit werden Iridium(III)-Komplexe behandelt. Neben einer Optimierung der Diastereomerentrennung durch Säulenchromatographie unter Verwendung von (4S)-4-tert-Butyl-2-(2-hydroxyphenyl)-4,5-oxazolin als Auxiliar, werden darüber hinaus Methoden unter Verwendung von l-Prolin und l-α-Methylprolin vorgestellt. Die Trennung der Diastereomere kann hierbei durch Waschen, Präzipitieren oder Kristallisieren erreicht werden. Als cyclometallierende Liganden werden 2,2’-Phenylpyridin, 2-Phenylbenzoxazol und 2-Phenylbenzothiazol eingesetzt. Die Ausbeuten für die Diastereomerentrennungen liegen im Bereich von 24–47% mit Diastereomerenüberschüssen von bis zu >99% für die Lambda-(S)-Diastereomere. Es wird weiterhin die thermische Stabilität der diastereomeren Komplexe untersucht. Erhitzen der Diastereomerengemische führt zur Zersetzung der Delta-(S)-Diastereomere und somit zur Anreicherung der Lambda-(S)-Diastereomere. Die Substitution der Auxiliare erfolgt nach Brønsted-Säure-induzierter Labilisierung der Auxiliar-Metall Bindung unter Retention der Konfiguration. Die Zielkomplexe sind somit mit Enantiomerenüberschüssen von bis zu >99% ee zugänglich. Für die Synthese von Rhodium(III)-Komplexen wird im zweiten Teil der Arbeit die Verwendung von (Tolylsulfinyl)benzamiden als Auxiliare untersucht. Hierbei zeigt sich, dass die erhaltenen Komplexe nur eine geringe Stabilität gegenüber Kieselgel besitzen. Durch das Einführen von elektronenziehenden Substituenten am Auxiliar kann die Stabilität erhöht, die Zersetzung jedoch nicht vollständig unterdrückt werden. Eine Identifizierung der Signalsätze der mindermengendiastereomere in den 1H NMR-Spektren war nicht möglich, somit kann der Isomerenüberschuss erst nach der Auxiliarsubstitution zu 54–88% ee bestimmt werden.

Summary:
Chiral-at-metal complexes are used in many areas of modern chemistry. Besides applications in chemical biology, particularly the usage as catalysts has gained much attention lately. Single enantiomers with high enantiopurity are needed for molecular recognition and asymmetric catalysis. In order to increase the accessibility of enantiopure octahedral cyclometalated chiral-at-metal iridium(III) and rhodium(III) complexes, the presented thesis focuses on the development of new auxiliary-mediated methods for the enantiopure synthesis. A chiral auxiliary is used to transform a racemic precursor complex into a diastereomeric mixture, which is subsequently separated by achiral standard preparative chemistry techniques. By substitution of the auxiliary against an achiral ligand under retention of configuration, an enantiopure chiral-only-at-metal complex is obtained. The first part of the thesis deals with iridium(III) complexes. Apart from an optimization of the diastereomeric separation by column chromatography using (4S)-4-tert-butyl-2-(2-hydroxyphenyl)-4,5-oxazoline as auxiliary, methods for the application of l-proline and l-α-methylproline are presented. The separation of the diastereomers can be achieved by washing, precipitation or crystallization. 2,2’-Phenylpyridine, 2-phenylbenzoxazole und 2-phenylbenzothiazole are used as cyclometalating ligands. The yields for the diastereomeric separations are in the range of 24–47% with a diastereomeric excess of up to >99% for the Lambda-(S)-diastereomers. Furthermore the thermal stability of the diastereomeric complexes is analyzed. Heating the diastereomeric mixtures results in a decomposition of the Delta-(S)-diastereomers leading to an accumulation of the Lambda-(S)-diastereomers. The substitution of the auxiliaries is achieved by Brønsted acid induced labilization of the auxiliary-metal bond under retention of configuration. The target complexes are thus accessible with enantiomeric excesses of up to >99% ee. In the second part of the thesis the usage of (tolylsulfonyl)benzamides for the synthesis of rhodium(III) complexes is studied. The resulting complexes show a low stability against silica gel. The stability can be improved by introduction of electron withdrawing substituents at the auxiliary, albeit decomposition cannot be suppressed completely. Identification of the minor diastereomer signals within the 1H NMR spectra was not possible, therefore the isomeric excess can only be determined to 54–88% ee upon substitution of the auxiliary.


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