Fe-katalysierte Cycloisomerisierungsreaktionen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst verschiedene Eisenkomplexe dargestellt und ihre katalytische Aktivität in der eisenkatalysierten Cycloisomerisierung von Eninestern evaluiert. Dabei bewies der erstmals durch Roustan beschriebene Eisen(0)nitrosylkomplex [Fe(CO)(NO)(PPh3)2][BF4] sein Potential als äußerst selektiver und aktiver Katalysator dieser Transformation. In der Folge konnten 29 Eninester in bis zu quantitativer Ausbeute und exklusiver Diastereoselektivität in ihre korrespondierenden Allenylpyrrolidine, -piperidine bzw. tetrahydrofurane überführt werden, wodurch neben einer guten funktionellen Gruppentoleranz auch die breite Anwendbarkeit in der organischen Synthesechemie aufgezeigt wurde. Die Variation des [BF4]−-Gegenions des Katalysators zu [BArF]− ermöglichte die Cycloisomerisierung von Eninestern mit terminalem Olefin zu 3 Azabicyclo[3.2.0]heptan-1-ylestern. Die Praktikabilität des entwickelten Protokolls zum in-situ Austausch des Gegenions wurde an vier Beispielen in guten Ausbeuten und akzeptablen (Z)/(E)-Selektivitäten veranschaulicht. Mit Hilfe verschiedener Kontroll- und Markierungsexperimente konnte in Anlehnung an die Literatur für den Katalysecyclus der Cycloisomerisierung von Eninestern eine Dichotomie aus initialer 1,2- bzw. 1,3-Oxyferrierung des Alkins vorgeschlagen werden. Im Anschluss konnte die entwickelte Methodik nach einigen Optimierungsarbeiten erfolgreich auf die Cycloisomerisierung von Arylallenylketonen übertragen werden. Dabei wurden anstelle der sonst üblichen Furanderivate durch den Eisenkatalysator selektiv 3 Aryliden- bzw. 3-Alkylidenindan-1-one in bis zu quantitativen Ausbeuten ohne Umlagerung der exocyclischen Doppelbindung generiert. An 24 Beispielen konnte eine breite Anwendbarkeit und gute funktionelle Gruppentoleranz der entwickelten Cycloisomerisierung aufgezeigt werden. Obwohl von einer Dichotomie des Katalysecyclus, bestehend aus initialer π- bzw. O Koordination ausgegangen werden muss, konnte durch etliche mechanistische Studien eine klare Tendenz hin zum π Koordinationsmechanismus der Cycloisomerisierung von Arylallenylketonen aufgezeigt werden.

In the present work, various iron-complexes were synthesized and their catalytic activity in the iron-catalyzed cycloisomerization of enyneesters was evaluated. Through this the iron(0)-nitrosyl-complex [Fe(CO)(NO)(PPh3)2][BF4], which was first described by Roustan, highlighted its potential as a very selective and active catalyst for this transformation. Subsequently, by converting 29 enyneesters to their corresponding allenylpyrrolidines, piperidines and -tetrahydrofuranes in up to quantitative yields and exclusive diastereoselectivities, a good functional group tolerance as well as the broad applicability in organic synthesis could be underscored. By means of variation of the catalysts [BF4]−- counterion to [BArF]− a cycloisomerization of enynesters bearing a terminal olefin to give 3-azabicyclo[3.2.0]heptan-1-ylesters was achieved. The practicability of the developed protocol for the in-situ counterion exchange was displayed transforming four substrates in good yields and acceptable (Z)/(E)-selectivities. Via various control- and labeling-experiments and in accordance to the literature a dichotomy of 1,2- and 1,3-oxyferration of the alkyne respectively was proposed as the initial steps of the catalytic cycle for the iron-catalyzed cycloisomerization of enynesters. After some optimizations the developed methodology could be adapted to the cycloisomerization of aryl allenyl ketones. Instead of the expected furan-derivates the iron catalyst selectively generated 3-aryliden- and 3-alkylidenindan-1-ones in up to quantitative yields without observing a rearrangement of the exocyclic double bond. By employing 24 aryl allenyl ketones a good functional group tolerance as well as the broad applicability of the developed cycloisomerization could be demonstrated. Although a dichotomy of initial π- and O-coordination must be assumed for the catalytic cycle of the iron-catalyzed cycloisomerization of aryl allenyl ketones, several mechanistic investigations revealed a clear tendency towards the π-coordination mechanism.