Design chiraler Katalysatoren: Cyclopentadien‐basierte Brønsted‐Säuren

Abstract

Aldolreaktionen ·Brønsted-Säuren ·Enantioselektivität ·Organokatalyse ·O xocarbeniumionen Die Einführung von BINOL-basierten (BINOL = [1,1'-Binaphthalin]-2,2'-diol) Phosphorsäuren 1 als chiralen Katalysatoren für Mannich-Reaktionen durch Akiyama et al. [1] sowie Te rada und Uraguchi [2] war der Anfang der raschen Entwicklung auf dem Gebiet der asymmetrischen Brønsted-Säurekatalyse (Abbildung 1). [3] Die Substrate werden durch eine Protonierung aktiviert, was zur Senkung der Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals (LUMO) führt und eine Reaktion mit einem Nucleophil erleichtert. Während sich der Großteil der Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet mit der Methodenentwicklung beschäftigte,z og die Untersuchung konzeptionell neuer Katalysatoren viel weniger Aufmerksamkeit auf sich. Zweifelsohne gelten heutzutage die BINOL-basierten Säuren 1 als die Katalysatorstrukturen der Wahl. [4] Die Reaktivität und Selektivität kçnnen hauptsächlich durch die Va riationen der 3,3'-Substituenten oder der Säurefunktion moduliert werden, z. B. bei den stärkeren N-Phosphoramid-basierten Säuren. [5] Darüber hinaus wurden andere Grundgerüste,w ie VA POL [2,2'-Diphenyl(3,3'-phenanthren)-4,4'-diol, 2] [6] oder SPINOL [2,2',3,3'-Tetrahydro-1,1'-spirobi(inden)-7,7'-diol, 3], [7] eingeführt. Allerdings er-fordert die nichtnatürliche Chiralität dieser Strukturen eine Racematspaltung während der Synthese,die in der Regel aus mehreren Stufen, einschließlich Schutzgruppenmanipulation, besteht. Dieser Hauptnachteil der nützlichen Katalysatoren spiegelt sich in ihrer begrenzten kommerziellen Verfügbarkeit und dem hohen Preis wider.Lambert und Mitarbeiter berichteten kürzlich über ein grundlegend neues Katalysatordesign. [8] Nicht nur überwindet der neue Katalysator die Nachteile der bekannten chiralen Brønsted-Säuren, sondern er repräsentiert auch ein altes und dennoch innovatives Konzept der Stabilisierung der konjugierten Base durch eine Kombination von Elektronenzug und induzierter Aromatizität, was zu einer Acidität vergleichbar derer von Mineralsäuren führt. Die neue Katalysatorklasse basiert auf dem 1,2,3,4,5-Pentacarboxycyclopentadien (PCCP) 4,das bevorzugt in der Enolform vorliegt und dessen Deprotonierung zum stabilen aromatischen Cyclopentadienylanion 5 führt (Schema 1). Der Pentamethylester 4a wurde bereits von Diels beschrieben, [9] und später wurde er von anderen Chemikern hauptsächlich wegen seiner Reaktivität untersucht. [10] Lambert und Mitarbeiter sahen vor, den Ester 4a mithilfe chiraler Alkohole und Amine zu modifizieren, um eine neue Art von chiralen Säurekatalysatoren hervorzubringen.Die Synthese einiger Vertreter erfolgte in drei Stufen aus kommerziell erhältlichen Ausgangsverbindungen. Zunächst wurde Dimethylmalonat (7)m it Dimethylacetylendicarboxylat (6)i nG egenwart von Pyridiniumacetat in eine Mischung aus dem Cycloheptadien 8 und dessen Regioisomer überführt. Die Dienmischung wurde direkt im nächsten Schritt mit KOAc zum Pentamethylester 4a in guter Ausbeute nach einer sauren Aufarbeitung umgesetzt. Diese e...