Design and Synthesis of Tris-Heteroleptic Bis-Cyclometalated Chiral-at-Rhodium Catalysts for Application in Asymmetric Catalysis

Chirale Übergangsmetallkomplexe stellen eine leistungsstarke Klasse von Katalysatoren für die asymmetrische Synthese optisch aktiver Verbindungen dar. In den letzten Jahren stellten Meggers und Mitarbeiter eine neue Klasse von Iridium(III)- und Rhodium(III)-basierten Lewis-Säure Katalysatoren vor, die aus vollständig achiralen Liganden bestehen und deren Gesamtchiralität ausschließlich von einem stereogenen (chiral-at-metal) Metallzentrum stammt. In dieser Arbeit wird ein synthetischer Zugang zu einer bisher unzugänglichen Klasse von tris-heteroleptischen bis-cyclometallierten chiral-at-Rhodium(III)-Komplexen geschaffen und ihre Anwendung als chirale Katalysatoren in der asymmetrischen Katalyse demonstriert. Kapitel 3.1 und 3.2. Eine Methode zur Synthese eines bis-cyclometallierten Rhodiumkomplexes mit zwei verschiedenen cyclometallierenden Liganden wird entwickelt. Die Herstellung dieser bisher nicht zugänglichen Familie tris-heteroleptischer bis-cyclometallierter Rhodiumkatalysatoren wurde durch ein schrittweises Verfahren ermöglicht, das auf der Bildung einer isolierbaren monocyclometallierten Rhodium(III)-Spezies im ersten Schritt beruht, welche die Möglichkeit bot, einen anderen zweiten Liganden in einem nachfolgenden zweiten Cyclometallierungsschritt einzuführen. Die Racematspaltung des racemischen Komplexes in seine entsprechenden lambda- und delta-Enantiomere wurde mit einem etablierten chiralen Auxiliar-vermittelten Ansatz erreicht. Der finale chiral-at-metal-Rhodiumkomplex enthält ein cyclometalliertes 5-tert-Butyl-1-methyl-2-phenylbenzimidazol, ein cyclometalliertes 5-tert-Butyl-2-phenylbenzothiazol und zwei labile Acetonitrilliganden, ergänzt durch ein Hexafluorphosphat-Gegenion, und erwies sich als hocheffizienter Katalysator für asymmetrische [2+2]-Photocycloadditionen. Kapitel 3.3. Die Anwendung chiraler Bis(oxazolin)-Liganden als C2-symmetrische chirale Auxiliare für die Synthese enantiomerenreiner bis-cyclometallierter Rhodium(III)-Komplexe wird beschrieben. Bis(oxazoline) sind vielseitige chirale Liganden für die asymmetrische Katalyse, sie wurden jedoch noch nicht für die Synthese von enantiomerenreinen Übergangsmetallkomplexen verwendet. Aufgrund ihrer C2-Symmetrie sind chirale Bis(oxazoline) besonders nützlich für die Synthese nicht-racemischer Übergangsmetallkomplexe mit niedrigerer Symmetrie, was anhand der Synthese eines enantiomerenreinen Rhodiumkomplexes mit zwei verschiedenen cyclometallierten Liganden demonstriert wird. Kapitel 3.4. Die entwickelte Synthesemethode zur Herstellung von bis-cyclometallierten Rhodium(III)-Komplexen mit zwei verschiedenen cyclometallierenden Liganden wurde weiter verbessert und die Modularität des Verfahrens mittels der Erweiterung um zwei neue Katalysatorderivate erwiesen, welche neben einem cyclometallierten 5-tert-Butyl-1-methyl-2- phenylbenzimidazol, einen cyclometallierten 3,5-Diphenyl-1H-pyrazol oder einen sterisch anspruchsvolleren 1-Mesityl-3,5-diphenyl-1H-pyrazol-Liganden enthalten. Beide Katalysatoren waren über die zuvor etablierte chirale Bis(oxazolin)-vermittelte Strategie leicht in enantiomerenreiner Form (>99% ee) zugänglich. Kapitel 3.5. Ein nicht-C2-symmetrischer und sterisch anspruchsvoller chiraler Rhodium(III)-Komplex katalysiert effizient die hoch enantioselektive alpha-Fluorierung (12 Beispiele, bis zu >99% ee) und alpha-Chlorierung (12 Beispiele, bis zu 98% ee) von N-Acylpyrazolen in hohen Ausbeuten. Der Vergleich der katalytischen Leistung mit verwandten C2-symmetrischen Rhodiumkatalysatoren zeigte die klare Überlegenheit des nicht-C2-symmetrischen Designs für die vorgestellten alpha-Halogenierungsreaktionen, die sich im Allgemeinen durch ein sehr einfaches Syntheseprotokoll auszeichnen. Die Umwandlung der alpha-halogenierten Produkte in die entsprechenden Ester wurde fast ohne Epimerisierung erreicht und ermöglichte somit die Synthese wertvoller chiraler Verbindungen für nachfolgende chemische Transformationen.