International Collaboration in Chemistry: Catalytic Atom-Economical Aromatic Substitution via Radicals
Final Report Abstract
Es ist uns in dieser von DFG und NSF geförderten Zusammenarbeit gelungen, eine von uns entdeckte neue katalytische radikalische Arylierung mechanistisch so gut zu verstehen, dass deutlich effizientere Katalysatoren und Reaktionsbedingungen identifiziert werden konnten. Damit steht zum Abschluss der Förderperiode eine effiziente atom-ökonomische Reaktion zur Darstellung wichtiger Substanzklassen, wie z.B. Indolinen, Tetrahydrochinolinen, Dihydropyrrolizinen und Tetrahydroindolizinen, zur Verfügung. Erkenntnisse von konzeptioneller Bedeutung haben wir auf drei Gebieten erarbeiten können: Erstens haben wir etabliert, dass die Feineinstellung der Redox-Eigenschaften der Titanocenkatalysatoren entscheidend für die Effizienz der radikalischen Arylierung ist. Damit wird klar, dass die Effizienz der oxidativen Addition und der reduktiven Eliminierung in Ein- Elektronen-Schritten durch die elektronischen Eigenschaften der Cyclopentadienylliganden oder des anorganischen Liganden der Titanocene gesteuert werden kann. Dies sollte in anderen katalytischen Radikalreaktionen genauso gelten. Bisher wurden die Eigenschaften von Metallocenkatalysatoren eher über den sterischen Anspruch der Liganden als über deren elektronische Effekte moduliert. Zweitens konnten wir zeigen, wie inaktive Dimere eines aktiven elektrophilen Katalysators durch Zugabe von Additiven gespalten werden können, ohne dass das katalytische System insgesamt desaktiviert wird. Entscheidend ist dabei die Modulation der Addukte der Additive, die einen ‚Resting-State‘ des Katalysators darstellen durch nicht-kovalente Wechselwirkungen. Diese Methode sollte durchaus auf andere Systeme mit inaktiven Dimeren elektrophiler Katalysatoren übertragbar sein. Letztlich kann man hier etwas provokant von der ‚Aktivierung eines Elektrophils durch ein Nukleophil‘ sprechen. Schließlich ist es uns durch CV-Untersuchungen gelungen, einen experimentellen Ansatz für erfolgreiche Katalysatorpräevaluierung für die radikalische Arylierung zu etablieren. Dieser Ansatz, der nur relativ geringe experimentelle Anforderungen stellt, sollte auch in anderen Reaktionen für die Identifizierung von katalytisch aktiven System attraktiv sein. Für den Erfolg des Projektes war die intensive Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. R. A. Flowers II von entscheidender Bedeutung, was unsere gemeinsamen Publikationen belegen. Zwei meiner Mitarbeiter haben in den USA kinetische Techniken erlernt, die in Bonn nicht zur Verfügung standen. Wir werden unsere erfolgreiche Zusammenarbeit in Zukunft fortsetzen.
Publications
- Catalytic, Atom-Economical Radical Arylation of Epoxides, Angew. Chem. 2012, 124, 4819-4823; Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4739-4742
Gansäuer, A.; Behlendorf, M.; von Laufenberg, D.; Fleckhaus, A.; Kube, C.; Sadasivam, D. V.; Flowers, R. A. II
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201200431) - Substituent Effects and Supramolecular Interactions of Titanocene(III) Chloride: Implications for Catalysis in Single Electron Steps, Am. Chem. Soc. 2014, 136, 1663-1671
Gansäuer, A.; Kube, C.; Daasbjerg, K.; Sure, R.; Grimme, S.; Fianu, G.; Sadasivam, D. V.; Flowers, R. A. II
(See online at https://doi.org/10.1021/ja4121567) - Cationic Titanocene(III) Complexes for Catalysis in Single Electron Steps, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7003-7006
Gansäuer, A.; , Hildebrandt, S.; Michelmann, A.; Dahmen, T.; von Laufenberg, D.; Kube, C.; Fianu, G. D.; Flowers, R. A. II
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201501955) - Mechanistic Study of the Titanocene(III)-Catalyzed Radical Arylation of Epoxides, Chem. Eur. J. 2015, 21, 280-289
Gansäuer, A.; von Laufenberg, D.; Kube, C.; Dahmen, T.; Michelmann, A.; Behlendorf, M.; Sure, R.; Seddiqzai, M.; Grimme, S.; Sadasivam, D. V.; Fianu, G. D.; Flowers, R. A. II
(See online at https://doi.org/10.1002/chem.201404404)
