Asymmetrische [3]Ferrocenophane – Von Chelatliganden zu artifiziellen Aminosäuren

Tebben, Ludger

Abstract

Asymmetrische Ferrocenderivate finden Verwendung in verschiedensten chemischen Prozessen. Seit den 1970er Jahren bis heute werden Metallkomplexe mit chiralen1,2-disubstituierten Ferrocenliganden z.T. industriell als Katalysatoren für asymmetrischeorganische Transformationen eingesetzt. In Verbindung mit biologischen Systemen dienen Ferrocenderivate u.a. der Aufklärung von Faltungsprozessen in Proteinen. Diese Arbeit spannt einen Bogen von der Synthese stereoisomerenreiner [3]Ferrocenophane für die asymmetrische Übergangsmetallkatalyse hin zur Entwicklung neuer artifiziellerAminosäuren auf der Basis von [3]Ferrocenophanen. Zur Gewinnung isomerenreiner Vorläufersubstanzen wurden bevorzugt chromatographische Trennungen von diastereomerenreinen [3]Ferrocenophanen II (R1 = Br,H, R2 = Me, H) angewendet. Diese wurden ausgehend vom α-Dimethylamino[3]ferrocenophan I dargestellt, welches durch Mannich-artige Kondensation zugänglich ist. Für die anschließenden Funktionsgruppenumwandlungen der isomerenreinen Bausteine zu 1,2-disubstituierten [3]Ferrocenophanen III wurden z.T. neue Transformationen entwickelt. Es konnten u.a. reaktive α-Chlor[3]ferrocenophane (Y = Cl, X = CHO, Br, H) und primäre α-Amino[3]ferrocenophane (Y = NH2, X = CHO, CO2H, Br, H) erhalten werden. Des Weiteren wurde der Zugang zu α-[3]Ferrocenophanonen erschlossen. Zur Funktionalisierung wurden komplementäre Reaktionstypen entwickelt, die vom jeweiligen Zweitsubstituenten toleriert werden. Bspw. gelang ortho-Derivatisierung auch in Gegenwart nicht dirigierender Gruppen durch Brom/Lithium-Permutation. Die entwickelten Reaktionssequenzen konnten gezielt zur Synthese von isomerenreinen P,P und P,O-Liganden IV herangezogen werden. Einer der Bisphosphanliganden zeigte hohe Enantiomerenüberschüsse in der Rh(I)-vermittelten Hydrierung von Dimethylitaconat, ein zweiter sehr hohe Aktivitäten in der Pd(II)-katalysierten CO/Propen-Copolymerisation. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die Synthese artifizieller Aminosäuren auf Basis von[3]Ferrocenophanen erarbeitet. Es konnten insgesamt 14 Derivate des Ferroceno[c]-1H-pyrrols charakterisiert werden, einer Substanzklasse, die bis dato in nur einem Fall für das Ferrocengerüst beschrieben ist. Verschiedene Ansätze zur Darstellung der pyrroloiden Substruktur wurden realisiert. Dabei gelang die gezielte Adressierung jeweils beider α-N-Positionen des Ferroceno[c]pyrrols, auf der einen Seite durch elektrophile Addition (zur Synthese z.B. von α-Aminonitrilen), andererseits durch α-N-dipolar stabilisierte Lithiierung/Substitution. Die Synthese des am Ferrocengerüst anellierten Prolingerüsts konnteschließlich durch α-N-Lithiierung eines pyrrolidinoiden N-Boc-Carbamats verwirklichtwerden. Exploratische Versuche zur Verwendung dieses „quart-FeProlins" (V) alsOrganokatalysator bspw. in intermolekularen Aldolreaktionen zeigten unter den in dieserArbeit angewandten Bedingungen noch keine Aktivitäten. Weitere, nicht zyklische Aminosäuren waren in kurzer Reaktionssequenz ausgehend von enantiomerenreinem α-Dimethylamino[3]ferrocenophan I zugänglich. Es zeigte sich, dass beide Funktionalitäten in geeigneter Weise orthogonal geschützt werden können. Entsprechend war ein Ferrocenpeptidkonjugat in Form des Pentapeptids VI aus der korrespondierenden artifiziellen γ-Aminosäure zugänglich und stellt das erste Beispiel für einsolches Konjugat aus 1,2-disubstituierten Ferrocenen dar.