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Die Vielfalt der Dioxyzolinen erforschen: Warum sind sie die „privilegierten“ Liganden der Chemie?
Bis(oxazolin)-Liganden (kurz BOX-Liganden) sind privilegierte chirale Liganden, deren Struktur zwei Oxazolinringe enthält. Solche Liganden weisen üblicherweise eine C2-Symmetrie auf und kommen in verschiedenen Formen vor, wobei CH2- oder Pyridinkettenstrukturen besonders häufig sind. Koordinationskomplexe von Dioxazolinliganden werden häufig in der asymmetrischen Katalyse verwendet und der Schlüssel zu ihrem Erfolg liegt in ihrer einzigartigen Struktur und ihrem synthetischen Ansatz.
Die chemische Reaktivität und Selektivität von Dioxazolinliganden machen sie zu unverzichtbaren Werkzeugen in der asymmetrischen Katalyse.
Synthese
Die Synthese des Oxazolinrings ist ziemlich ausgereift und erfolgt üblicherweise durch eine Cyclisierungsreaktion von 2-Aminoalkohol mit einer Vielzahl geeigneter funktioneller Gruppen. Bei der Synthese von Dioxazolin ist die Verwendung bifunktioneller Ausgangsstoffe am einfachsten, da hierdurch die gleichzeitige Erzeugung zweier Ringe möglich ist. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind Dicarbonsäuren oder Dicyanoverbindungen. Aufgrund der Verfügbarkeit dieser Materialien werden die meisten Dioxazolinliganden aus diesen Materialien hergestellt. Die Anwendung von BOX und PyBOX hat aufgrund der praktischen einstufigen Synthese unter Verwendung von Malonnitril und Dipyridinsäure, die auf dem Markt normalerweise kostengünstige Rohstoffe sind, an Popularität gewonnen.
Katalytische Anwendungen
Im Allgemeinen ist die Stereochemie der methylüberbrückten BOX-Liganden mit einem verzerrten planaren tetraedrischen Zwischenprodukt konsistent, basierend auf verwandten Kristallstrukturen. Der Substituent des Oxazolidinons an der 4-Position blockiert ein Enantiomer des Substrats, was zu einer asymmetrischen Selektivität führt. Seine Anwendung zeigt sich in zahlreichen Reaktionen, wie etwa der Aldol-Reaktion, der Mannich-Reaktion, der En-Reaktion, der Michael-Addition, der Nazarov-Cyclisierungsreaktion und der isomeren Diels-Alder-Reaktion.
Studien mit (Benzyloxy)acetaldehyd als Elektrophil zeigten eine Stereochemie, die mit der lateralen Bindung des Carbonylsauerstoffs und der axialen Bindung des Ethersauerstoffs übereinstimmt.
Metallkomplexe mit Dioxazolinliganden haben sich bei einer Vielzahl asymmetrischer katalytischer Transformationen als wirksam erwiesen und waren Gegenstand mehrerer Literaturberichte. Aufgrund seiner neutralen Natur eignet sich Dioxazolidinon ideal für die Verwendung in Verbindung mit Edelmetallkomplexen, wobei Kupferkomplexe besonders häufig sind. Die wichtigste und am häufigsten genutzte Anwendung sind Reaktionen zur Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen.
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildungsreaktionen
Dioxazolinliganden haben ihre Wirksamkeit in einer Reihe asymmetrischer Cycloadditionsreaktionen unter Beweis gestellt, angefangen mit der ersten Anwendung von BOX-Liganden in spinomeren Cyclopropanierungsreaktionen bis hin zu 1,3-bipolaren Cycloadditionen und Diels-Alder-Reaktionen. Dioxyzolinliganden zeigen auch bei mehreren Reaktionen eine gute Leistung, beispielsweise bei der Aldol-Reaktion, der Michael-Reaktion und der En-Reaktion.
Andere Reaktionen
Der Erfolg von Dioxazolinliganden in spinomeren Cyclopropanierungsreaktionen hat ihre Anwendung in Cyclonitrogenierungsreaktionen gefördert. Eine weitere häufige Reaktion ist die Hydrosilylierung, die seit der ersten Verwendung von PyBOX-Liganden zunehmend Anwendung findet. Darüber hinaus gibt es Nischenanwendungen als Fluorierungskatalysatoren und Wacker-Typ-Cyclisierungen.
Historischer HintergrundOxozolinliganden wurden erstmals 1984 in der asymmetrischen Katalyse verwendet, als Brunner et al. zeigten, dass sie in Kombination mit verschiedenen Schiff-Gruppen bei stereoselektiven spinosterischen Cyclopropanreaktionen wirksam waren. Schiff-Gruppen waren damals wichtige Liganden, da Noyori sie 1968 bei seiner Entdeckung der asymmetrischen Katalyse verwendet hatte (für die er und William S. Knowles später den Nobelpreis für Chemie erhielten). Brunners Forschung wurde von Tadatoshi Aratani inspiriert, der derzeit an selektiven Cyclopropanreaktionen arbeitet. Obwohl die Leistung des Oxazolinliganden in den ersten Tests enttäuschend war und nur 4,9 % Stereoselektivität erreichte, untersuchte Brunner den Oxazolinliganden erneut im Zuge der Untersuchung von monophenylierten Diolen, was zu der Entwicklung von chiralen Pyridyloxyzolinliganden führte, die mit einem ee von 30,2 % erreicht wurden. (asymmetrische Verstärkung, die 1986 bzw. 1989 45 % erreichte).
Im selben Jahr berichteten Andreas Pfaltz et al. über den Erfolg der asymmetrischen spinomeren Cyclopropanierung unter Verwendung C2-symmetrischer Halbkronenliganden mit ee-Werten von 92 % bis 97 %. Obwohl die Arbeit von Brunner und Aratani erwähnt wurde, basierte das Design des Liganden auch größtenteils auf seinen früheren Forschungen zu verschiedenen makrozyklischen Verbindungen. Ein Nachteil dieser Liganden besteht jedoch darin, dass sie mehrstufige Synthesen mit einer Gesamtausbeute von etwa 30 % erfordern. Brunners Forschung führte zur Entwicklung der ersten Dioxazoline und Nishiyama synthetisierte 1989 den ersten PyBox-Liganden, der den Weg für das Erreichen von Ergebnissen von bis zu 93 % ee bei Bindungsreaktionen ebnete. Anschließend berichteten Masamune et al. 1990 über den ersten BOX-Liganden und erzielten ein Ergebnis von bis zu 99 % ee in der kupferkatalysierten Spinocyclopropan-Reaktion, was zu dieser Zeit ein erstaunliches Ergebnis war und ein großes Interesse an BOX-Liganden auslöste. Interesse.
Im Zuge der eingehenden Untersuchung der Synthese des 2-Oxozolinrings wurden zahlreiche Veröffentlichungen dazu veröffentlicht. Heute gibt es eine beträchtliche Anzahl von Dioxazolinliganden, von denen die meisten strukturell immer noch auf den klassischen BOX- und PyBOX-Motiven basieren, aber auch einige alternative Strukturen wie axial-chirale Verbindungen umfassen. Aufgrund ihrer Vielfalt spielen Dioxyzolinliganden eine wichtige Rolle in der asymmetrischen Katalyse. Können Innovationen auch in Zukunft eine Herausforderung bleiben?
