Nachhaltige Anwendungen für die Titanocenkatalysierte Hydrosilylierung

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung der titanocenkatalysierten Hydrosilylierung. Die Reaktion ermöglicht es, aus Epoxiden anti-Markownikow-Alkohole herzustellen, und ist damit komplementär zur herkömmlichen S_N2-Öffnung von Epoxiden unter Beachtung der Markownikow-Regel. Als externe Wasserstoffatomüberträgerreagenzien (HAT-Reagenzien) dienen leicht handhabbare und ökologisch unbedenkliche Silane. Behandelt werden dabei drei Themengebiete. Zum einen wird der Einsatz von deuteriertem Phenylsilan (PhSiD₃) beleuchtet, da für eine erfolgreiche Reaktion die Reaktionsbedingungen der bis dato etablierten Reaktion stark verändert werden mussten.[1] Das zentrale Ergebnis ist, dass die sog. "Benzylaktivierung", eine Aktivierung des Katalysators mit Benzyl-Grignard-Reagenzien, wesentlicher Bestandteil einer robusten Reaktion sein muss, um Isotopenscrambling zu verhindern und exzellente Deuteriuminkorporation (DI > 95 %) zu gewährleisten. Die Robustheit und Präzision der Methode wird durch die Umsetzung komplexer, enantiomerenreiner Substrate, die via <em>Shi</em>-Epoxidierung dargestellt wurden, validiert. Zudem unterstreicht die erfolgreiche Synthese einer Vorstufe von Venlafaxin das Potenzial der titanocenkatalysierten Deuterosilylierung für die pharmazeutische Wirkstoffforschung. Das zweite Themengebiet befasst sich mit der Steigerung der Nachhaltigkeit der titanocenkatalysierten Hydrosilylierung durch den Einsatz des Silikonabfalls Polymethylhydrosiloxan (PMHS) als Wasserstoff-Transfer-Reagenz (HAT-Reagenz).[2] Das steigert die ökologische Bilanz der Reaktion und senkt gleichzeitig die Kosten der Reaktion drastisch. Aber der simple Austausch von Silanen ist auch hier nicht möglich. Damit die Reaktion abläuft mussten zwei Hindernisse überwunden werden. Zum einen fehlt es PMHS an Reaktivität, um die initiale <em>σ</em>-Bindungsmetathese zur aktiven Titanocen(III)hydrid-Spezies durchzuführen. Das wird durch den Einsatz geringer Mengen von Phenylsilan umgangen. Zum anderen hat das Lösungsmittel einen direkten Einfluss auf den Reaktionserfolg. So wurde nach mehreren Durchläufen etabliert, dass ein Lösungsmittelgemisch von THF und 1,4-Dioxan im Verhältnis 1:1 als Medium ideal ist. PMHS hat allerdings durch seine polymere Struktur auch Vorteile offenbart. Es ermöglicht den Einsatz des einfachen Titanocendichlorid-Präkatalysators anstatt sterisch anspruchsvollerer Derivate unter Erhalt des exzellenten Diastereoisomerenverhältnisses der Produkte (<em>d</em>.<em>r</em>. > 95 : 5). Zudem ist die Skalierbarkeit der Reaktion durch einen Ansatz im 5-Gramm-Maßstab bewiesen und sie weist dieselbe Anwendungsbreite wie bei der Reaktion mit Phenylsilan auf. Das dritte Thema befasst sich mit der Synthese linearer, aliphatischer Alkohole aus terminalen Epoxiden. Aufgrund der geringeren elektronischen Stabilisierung der potenziellen radikalischen Intermediate ist die Reaktion zum primären anti-Markownikow-Alkohol schwieriger zu kontrollieren als bei benzylischen Epoxiden.[3] In einer umfassenden Untersuchung verschiedenster Titanocene wurden Titanocene-Derivate mit silylsubstituierte Cyclopentadienylliganden als aussichtreichste Katalysatoren etabliert. Dabei spielen sowohl der sterische Anspruch als auch die elektronenziehenden Eigenschaften der Silylliganden eine entscheidende Rolle, um die gewünschten Produkte zu erhalten. Durch vielfache, anspruchsvolle Derivatisierung der Silylgruppen wurde ein neuer Standard mit sehr guter Regioselektivität gesetzt (<em>r</em>.<em>r</em>. = 93 : 7). Die Reaktion ist für eine breite Substratpalette monosubstituierter Epoxide anwendbar.