![Titre: Vergleich einer [Ni]- und [Pd]-katalysierten Suzuki-Kupplung. Untersuchung der E/Z-Selektivität einer Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion und Bestimmung der Enantiomerenreinheit einer Asymmetrischen Sharpless Dihydroxylierung](https://cdn.openpublishing.com/thumbnail/products/1497981/large.webp)
Das Protokoll behandelt eine Reihe von chemischen Synthesen, die im Rahmen eines Praktikums durchgeführt wurden. Zentrale Themen sind die Untersuchung einer [Ni]- und [Pd]-katalysierten Suzuki-Kupplung, die E/Z-Selektivität einer anschließenden Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion und die Bestimmung der Enantiomerenreinheit nach einer asymmetrischen Sharpless-Dihydroxylierung.
Ziel des Projekts war es einen Vergleich zwischen einer Palladium- und Nickel-katalysierten Suzuki- Kupplung zu ziehen. Als Vergleichsreaktion wurde für das Projekt eine Suzuki-Kupplung mit 4-Brombenzaldehyd und 3-Methoxycarbonylphenylboronsäure gewählt, die einmal mit Palladium(II)-acetat und einmal mit NiBr(Mes)(dppe) als Katalysator durchgeführt. Der Nickel-Katalysator wurde dabei selbst hergestellt und der Palladium-Katalysator wurde von einem Chemikalienhändler bezogen. Ziel bei dem Vergleich ist es die Reaktionen bezüglich Arbeitssicherheit, Reinheit und Ausbeute zu untersuchen und ein Fazit zu ziehen, welcher Katalysator objektiv gesehen der bessere, bezogen auf zuvor genannte Punkte, ist.
Im Weiteren wurde mit dem Produkt der Suzuki-Kupplung eine HWE-Reaktion durchgeführt. Um die HWE-Reaktion durchzuführen wurde in einer Michaelis-Arbuzov-Reaktion ein entsprechender Reaktionspartner gebildet. Ziel der Synthese war es die E/Z-Selektivität dieser HWE-Reaktion zu untersuchen.
Das entstandene Enoat wurde daraufhin in einer SAD zum entsprechenden (2S, 3R)-Diol umgesetzt. Dazu wurde der kommerziell erhältliche AD-Mix-β verwendet. Ziel der beschriebenen Synthese war es, das Diastereomerenverhältnis (dr) durch NMR, sowie den Enantiomerenüberschuss (ee) durch chirale Derivatisierung und NMR, der durchgeführten SAD zu bestimmen und zu bewerten.
Das Protokoll umfasst eine detaillierte Beschreibung der experimentellen Durchführung, inklusive Syntheseschritte, Analytik und Diskussion der Ergebnisse. Es liefert umfassende Einblicke in die Anwendung moderner katalytischer Methoden in der organischen Synthese und deren analytische Bewertung.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1. Katalysatoren
2. Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung
3. Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion
4. Asymmetrische Sharpless Dihydroxylierung
2. Zielsetzung
3. Experimenteller Teil
1. Synthese von Dibrom-bis-(triphenylphosphin)nickel(II)
2. Synthese und Titration von Mesitylmagnesiumbromid
3. Synthese von trans-[NiBr(Mes)(PPh3)2]
4. Synthese von [NiBr(Mes)(dppe)]
5. Synthese des Benzaldehyds 9 über eine [Ni]-katalysierte Suzuki-Kupplung
6. Synthese des Benzaldehyds 9 über eine [Pd]-katalysierte Suzuki-Kupplung
7. Synthese von Triethylphosphonoacetat durch eine Michaelis-Arbuzov-Reaktion
8. Synthese des Enoats 12 durch eine HWE-Reaktion
9. Synthese des Diols (-)-13b durch eine asymmetrische Sharpless-Dihydroxylierung
10. Bestimmung des Enantiomerenüberschusses (ee) des Diols (-)-13a durch chirale Derivatisierung
4. Ergebnisse und Diskussion
1. Synthese 1: Dibrom-bis-(triphenylphosphin)nickel(II)
2. Synthese 2: Mesitylmagnesiumbromid
3. Synthese 3: trans-NiBr(Mes)(PPh3)2
4. Synthese 4: [NiBr(Mes)(dppe)]
5. Synthese 5: Benzaldehyd 9 durch [Ni]-katalysierte Suzuki-Kupplung
6. Synthese 6: Benzaldehyd 9 durch [Pd]-katalysierte Suzuki-Kupplung und Vergleich
7. Synthese 7: Triethylphosphonoacetat
8. Synthese 8: Enoat 12 durch eine HWE-Reaktion
9. Synthese 9: Diol (-)-13b durch SAD
10. Enantiomerenüberschuss (ee) des Diols (-)-13a
11. Fazit des Projekts
5. Protokollfragen
(1) Analytik von [Ni]-Komplexen durch NMR
(2) Farbigkeit verschiedener [Ni]-Komplexe
(3) Bedeutung der [Ni]-katalysierten Suzuki-Kupplung in der Industrie
(4) Reaktionsmechanismus der Michaelis-Arbuzov-Reaktion
(5) Reaktionsmechanismus der Suzuki-Kupplung
(6) Reaktionsmechanismus der HWE-Reaktion
(7) Reaktionsmechanismus der SAD
(8) Chemische Verschiebung der Enantiomere
(9) Synthese von 2-Formylboronsäure aus 2-Brombenzaldehyd
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist der vergleichende Effizienz- und Sicherheitscheck zwischen Nickel- und Palladium-katalysierten Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsprozessen unter Verwendung von 4-Brombenzaldehyd und 3-Methoxycarbonylphenylboronsäure. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollen in nachfolgenden Syntheseschritten die E/Z-Selektivität einer Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion und die Enantiomerenreinheit nach einer Sharpless-Dihydroxylierung analysiert werden.
- Vergleich von [Ni]- und [Pd]-Katalysatoren bei der Suzuki-Kupplung
- Optimierung einer Michaelis-Arbuzov-Reaktion zur Gewinnung von HWE-Reaktanden
- Untersuchung der E/Z-Stereoselektivität bei der HWE-Reaktion
- Bestimmung der Enantiomerenreinheit von Diolen mittels chiraler Derivatisierung
Auszug aus dem Buch
3. Synthese von trans-[NiBr(Mes)(PPh3)2]
Dibrom-bis-(Triphenylphosphin)nickel(II) (2) ([Ni(PPh3)2Br2], C36H30Br2NiP2, 0.67 mmol, 743.08 g/mol, 0.50 g, 1 eq.) wird in 10 mL THF suspendiert, wobei eine grüne Suspension entsteht. Daraufhin werden 1.65 mL des Mesitylmagnesiumbromids (C9H11MgBr, 223.39 g/mol, 0.477 mol/L, 1.65 mL, 1.1 eq.) zugegeben. Es entsteht eine grüne Suspension mit gelblichen Schimmer. Die Suspension wird dann für 30 min gerührt, wobei sich die Lösung schwach färbt von grün zu gelb. Danach wird zu dem Reaktionsgemisch Ammoniumbromid-Lösung (NH4Br, w = 10 %, 10 mL) zugegeben, woraufhin sich die Suspension über gelb zu einer hell-braunen Suspension umsetzt. Nach 15 min werden 20 mL Wasser zum Reaktionsgemisch gegeben und das Gemisch auf 0 °C gekühlt. Dabei entsteht eine Suspension mit einem gelben Feststoff. Die entstandene Suspension wird abfiltriert und der Rückstand mit Ethanol (3x 5 mL) gewaschen. Der Rückstand wird dann für etwa 5 h am Feinvakuum (0.05 mbar, Rt) getrocknet und ergibt trans-[NiBr(Mes)(PPh3)2] (5) (C45H41BrNiP2, 782.37 g/mol, 0.2670 mmol, 0.2089 g, 39.9 %, 60.8 mol-%) als gelben Feststoff.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Vermittlung theoretischer Grundlagen zu Katalysekonzepten, der Suzuki-Miyaura-Kupplung, der Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion sowie der asymmetrischen Sharpless-Dihydroxylierung.
2. Zielsetzung: Darstellung der Vorhaben, insbesondere der Vergleich von Ni- und Pd-Katalyse sowie die Untersuchung nachfolgender Transformationsschritte wie HWE-Reaktion und SAD.
3. Experimenteller Teil: Detaillierte Beschreibung der Synthesewege für Nickelkomplexe, Suzuki-Kupplung, Arbuzov-Reaktion, HWE-Reaktion, asymmetrische Dihydroxylierung sowie chirale Derivatisierung.
4. Ergebnisse und Diskussion: Kritische Auswertung der synthetisierten Produkte, Reinheitsgrade, Ausbeuten, Vergleich der Katalysatoren und Diskussion der spektroskopischen Daten.
5. Protokollfragen: Fachliche Auseinandersetzung mit der Analytik (NMR), Farbigkeit, industriellen Relevanz und den Reaktionsmechanismen der durchgeführten chemischen Prozesse.
Schlüsselwörter
Suzuki-Kupplung, Palladium-Katalyse, Nickel-Katalyse, Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion, Sharpless-Dihydroxylierung, Enantiomerenüberschuss, Stereoselektivität, Michaelis-Arbuzov-Reaktion, Organometallchemie, Syntheseoptimierung, NMR-Spektroskopie, chirale Derivatisierung, Katalyse, Nickelkomplexe, Reaktionsmechanismus.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der vergleichenden Untersuchung von Nickel- und Palladium-Katalysatoren bei Suzuki-Miyaura-Kupplungen und der anschließenden Synthese-Sequenz von HWE-Reaktionen und asymmetrischer Dihydroxylierung.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen Übergangsmetallkatalyse, stereoselektive organische Synthese, analytische Methoden wie NMR-Spektroskopie zur Bestimmung von Reinheit und Stereochemie sowie mechanistische Aspekte chemischer Reaktionen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel besteht darin, einen objektiven Vergleich zwischen Nickel- und Palladium-Katalysatoren bezüglich Arbeitssicherheit, Ausbeute und Produktreinheit zu ziehen und die Eignung der Ni-Variante als Alternative zu prüfen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden klassische präparative organische Synthesemethoden unter Inertgasatmosphäre sowie moderne Analytik (NMR, IR, UV/Vis, MS) eingesetzt, um Reaktionsergebnisse quantitativ und qualitativ zu bewerten.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil dokumentiert akribisch die Syntheseschritte vom Nickel-Katalysator bis hin zum funktionalisierten Diol sowie die Diskussion der erzielten Ausbeuten und spektroskopisch belegten Reinheiten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Suzuki-Kupplung, Katalyse, stereoselektive Synthese, Enantiomerenreinheit, Übergangsmetallkomplexe und mechanistische Untersuchung.
Warum ist die Unterscheidung von Ni- und Pd-Katalyse wichtig?
Diese ist wichtig für industrielle Prozesse, da Nickel deutlich kostengünstiger ist, aber im Vergleich zu Palladium oft eine kritischere Einstufung bezüglich Arbeitssicherheit und oft niedrigere katalytische Effizienz aufweist.
Was ergab der Test der Enantiomerenreinheit?
Die chirale Derivatisierung des Diols mit (S)-Phenylethylamin und anschließende NMR-Analyse bestätigte für das Diol 13a einen Enantiomerenüberschuss (ee) von 94 %.
- Citation du texte
- Jesse Stellmach (Auteur), 2022, Vergleich einer [Ni]- und [Pd]-katalysierten Suzuki-Kupplung. Untersuchung der E/Z-Selektivität einer Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion und Bestimmung der Enantiomerenreinheit einer Asymmetrischen Sharpless Dihydroxylierung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1497981
