Bifunktionale Lewis-Säure-/Ammoniumsalz-Katalyse als Werkzeug für asymmetrische Cyanierungen: 1,2-Additionen, 1,4-Additionen und nukleophile Ringöffnungen

• Antragsteller: Professor Dr. René Peters
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404194277

Unsere Forschungsgruppe hat die Strategie der Kooperation zwischen einer Lewis-Säure und einem aprotischen Oniumsalz innerhalb eines bifunktionellen chiralen Katalysators erstmals im Jahr 2008 in der enantioselektiven Katalyse vorgestellt. Während die Lewis-Säure ein Elektrophil durch Absenken der Energie des LUMOs aktiviert, dirigiert die aprotische Oniumfunktion ein anionisches Nukleophil über Ionenpaar-Wechselwirkungen zum Elektrophil. Dadurch kann eine Kontrolle über die Trajektorie des Nukleophils und somit die Seitenselektivität des Angriffs erreicht werden. Gleichzeitig ist durch den quasi nackten Charakter des anionischen Nukleophils dessen Reaktivität verglichen mit einem Metall-gebundenen Nukleophil gesteigert. Diese Vorteile der Reaktivitätssteigerung und erhöhten Stereokontrolle konnten wir in den letzten Jahren in verschiedenen Reaktionstypen - Cycloadditionen, 1,2-Additionen, Desymmetrisierungen - anwenden und einen Nachweis über den Nutzen des Konzepts erbringen. Kürzlich beschrieben wir in diesem Zusammenhang einen bemerkenswert robusten chiralen Salen-Al-F-Katalysator mit angehängter Ammoniumsalzfunktion, der eine um etwa ein bis zwei Größenordnungen höhere Aktivität bei asymmetrischen Carboxycyanierungen von Aldehyden erlaubt verglichen mit den besten literaturbekannten Cyanierungskatalysatoren. Mit dieser kooperativen asymmetrischen Lewis-Säure-/Oniumsalz-Katalyse ließen sich TONs von bis zu etwa 104 bei gleichzeitig hoher Enantioselektivität erzielen. Der Fokus des anvisierten Programms liegt in der Untersuchung dieser dualen Aktivierungsstrategie bei der Addition von Cyanid an andere Elektrophiltypen wie Imine oder verschiedene Michael-Akzeptoren, um damit wertvolle chirale, funktionalisierte Nitril-Synthesebausteine mit möglichst hoher Effizienz zu erhalten. Diese Bausteine sind wegen der vielseitig nutzbaren Nitrilgruppe mannigfaltig in Folgeumsetzungen verwendbar (z. B. Reduktion zu Aminen, Hydrolyse zu Carbonsäuren). Das Hauptziel der vorgestellten Reaktionen besteht jeweils darin, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Carboxycyanierungen von Aldehyden, ein neues Level an katalytischer Aktivität zu ermöglichen, das mit etablierten Katalysekonzepten bislang nicht erreichbar war. Durch die Verwendung von KCN als alleiniger, unflüchtiger und kostengünstiger Nukleophilquelle (Vermeidung von teurem, flüchtigem TMSCN) sollen die Umsetzungen zudem an Praktikabilität gewinnen, um auch technisch und ökonomisch interessant zu werden. Durch mechanistische Untersuchungen (Kinetik, Spektroskopie, DFT-Rechnungen) möchten wir zudem mehr über die tatsächliche Funktionsweise dieser Form der dualen Aktivierung lernen, um langfristig gesehen andere Umsetzungen möglichst rational planen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen