Synthese und Reaktionen elektronenreicher ...

Ruhr-Universität Bochum

Lehrstuhl für Organische Chemie I

Synthese und Reaktionen elektronenreicher,

umpolungsfähiger Diaminocarbene

Dissertation

Zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktors der Naturwissenschaften

der Fakultät für Chemie

der Ruhr-Universität Bochum

vorgelegt von

Claudia Nierhaus

aus Mülheim an der Ruhr

Erstprüfer: Prof. Dr. Stefan M. Huber

Zweitprüfer: Prof. Dr. Viktoria Däschlein-Gessner

Juni 2018

Die Wissenschaft, richtig verstanden, heilt den Menschen von seinem Stolz; denn sie zeigt

ihm seine Grenzen.

Albert Schweizer

Danksagung

Zuallererst möchte ich mich bei meinem Doktorvater, Prof. Dr. Stefan Huber für die

Themenstellung und die Betreuung meiner Dissertation bedanken. Danke für die vielen

konstruktiven Diskussionen und Ermutigungen in den Zeiten, in denen nichts so lief wie

geplant. Vielen Dank auch für die schnellen Korrekturen und zeitnahen Antworten auf E-

Mails.

Frau Prof. Dr. Däschlein-Gessner danke ich für die Übernahme des Amtes des Zweitprüfers.

Ein herzlicher Dank geht an meine Arbeitskollegen David Bulfield, Jan-Philipp Gliese, Jana

Holthoff, Elric Engelage, Flemming Heinen, Patrick Wonner, Alexander Dreger, Nils Schulz,

Martin Völkel, Lukas Vogel und Katja Schulz für den fachlichen Austausch und den vielen

Spaß zusammen im Labor. Es war eine schöne Zeit mit euch. Ganz besonders möchte ich

mich bei Jana Holthoff für das Korrekturlesen der Arbeit bedanken. Es war sehr schön mit dir

endlich eine Frau mit im Labor zu haben;-).

Außerdem möchte ich mich bei meinen Vertiefungspraktikanten Tobias Thomanek, Mika

Maehara, Markus Kratz, Julian Stösser und Liudmila Janzen sowie meiner Biologiestudentin

Dorothee Paul und meinen Bachelorstudenten Tim Riesebeck und Fabio Piras für ihre

unterstützende Arbeit danken.

Für die Beratung und Unterstützung bezüglich NMR-Messungen danke ich Martin Gartmann

und Hans Jochen Hauswald. Für die Aufnahme von Massenspektren und die Durchführung

von Elementaranalysen, auch bei empfindlichen Verbindungen danke ich Andrea Ewald,

Anna Cordes, Karin Bartholomäus und Lisa Feldhaus. Zudem danke ich Dr. Bert Mallick und

Elric Engelage für die Vermessung und Auswertung der Kristallstrukturen. Weiterhin möchte

ich mich bei Sabine Weiss, Jacinta Essling und Gundula Talbot bedanken, die mich in allen

organisatorischen Belangen stets unterstützt haben.

Zum Schluss möchte ich mich noch bei meiner Familie und meinen Freunden bedanken, die

mich die ganze Zeit unterstützt haben. Danke für die zahllosen Ermutigungen und die

Geduld, die ihr mit mir hattet! Ganz besonders sind hier Christian, der obwohl er nichts

verstanden hat, Teile der Arbeit Korrektur gelesen hat, und Ajitha, die mich während des

gesamten Studiums begleitet hat und vor allem während des Schreibens immer wieder

aufgebaut hat, zu nennen. Ohne euch wäre ich heute garantiert noch nicht fertig.

Inhalt

1 Einleitung ............................................................................................................................ 1

1.1 Elektronischer Aufbau der Carbene ............................................................................ 1

1.2 Geschichte der Carbene .............................................................................................. 2

1.3 N-heterocyclische Carbene .......................................................................................... 2

1.3.1 Elektronischer Aufbau .......................................................................................... 3

1.3.2 Carbenerzeugung ................................................................................................. 3

1.3.3 Anwendungen ...................................................................................................... 4

1.4 Acyclische Carbene ...................................................................................................... 7

1.5 Selbst-umpolungsfähige Carbene ................................................................................ 8

1.6 Aufgabenstellung ......................................................................................................... 9

2 Allgemeiner Teil ................................................................................................................ 13

2.1 Synthese und nucleophile Substitutionsreaktionen an einem

selbstumpolungsfähigen Carben auf Diazepin-5-ium-Basis ................................................. 13

2.1.1 Synthese von cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen ........................................................ 13

2.1.2 Ringschluss zum Dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepin-5-ium .............................. 24

2.1.3 Gegenionentausch ............................................................................................. 29

2.1.4 Herstellung der substituierten Derivate ............................................................ 31

2.1.5 Herstellung und Lithiierung von 10H-Benzo[e]dipyrido[1,2-c:2',1'-

g][1,3]diazepin-9,11-diium iodid ...................................................................................... 33

2.1.6 Herstellung des Thioharnstoffderivates ............................................................. 40

2.1.7 Herstellung der Boranverbindung ...................................................................... 44

2.1.8 Methylierung am Carben ................................................................................... 44

2.1.9 Verbrückung von cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen mit Triphosgen ........................ 45

2.1.10 Iodierung des Carbens ........................................................................................ 46

2.1.11 Bromierung des Carbens .................................................................................... 49

2.1.12 Herstellung der Kupfercarbenkomplexe ............................................................ 50

2.1.13 Herstellung der Palladiumkomplexe .................................................................. 50

2.1.14 Isolation des Carbens ......................................................................................... 51

2.2 Synthese und nucleophile Substitutionsreaktionen am 1,3-Bis(4-

(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium............................................................................... 53

2.2.1 Synthese von 1,3-Bis(4-(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium ....................... 54

2.2.2 Synthese von 1,3-Bis(p-dimethylaminophenyl)imidazolidin-2-thion ................ 59

2.3 Synthese und nucleophile Substitutionsreaktionen an einem Diaminocarben ........ 60

2.3.1 Synthese des Harnstoffderivates und Umsetzung zum Iodcarbenium-iodid .... 60

2.3.2 Nucleophile Substitution an 68 und 69 .............................................................. 68

2.3.3 Herstellung des Thioharnstoffderivats 74 aus dem Harnstoffderivat 63 .......... 74

2.3.4 Synthese der H-Verbindung 75 .......................................................................... 76

2.4 Synthese und Abfangreaktionen eines bidentaten Carbens ..................................... 79

2.4.1 Synthese des Carbenvoräufers 78/X .................................................................. 79

2.4.2 Synthese der Thiazol- und Oxazolhaltigen Verbindungen ................................. 84

2.4.3 Synthese des Thioharnstoffderivats ................................................................... 84

2.4.4 Synthese der Iodverbindung .............................................................................. 86

2.4.5 Synthese des Palladiumkomplexes .................................................................... 94

2.4.6 Synthese des Rutheniumkomplexes .................................................................. 98

2.4.7 Synthese des Platinkomplexes ........................................................................... 99

2.4.8 Synthese des Kupferkomplexes ....................................................................... 102

2.4.9 Synthese des Nickelkomplexes ........................................................................ 103

3 Zusammenfassung und Ausblick .................................................................................... 107

4 Experimentalteil ............................................................................................................. 114

4.1 Allgemeine Arbeitsweise ......................................................................................... 114

4.2 Synthesevorschriften ............................................................................................... 114

4.2.1 1,2-di(pyridin-2-yl)ethyne (13) ......................................................................... 114

4.2.2 cis-1,2-di(pyridin-2-yl)ethene (11) ................................................................... 115

4.2.3 pyridin-2-ylmethanol ........................................................................................ 116

4.2.4 triphenyl(pyridin-2-ylmethyl)phosphonium bromide (18) .............................. 116

4.2.5 cis-1,2-di(pyridin-2-yl)ethen (11) ..................................................................... 117

4.2.6 1,2-di(pyridin-2-yl)-2-(trimethylsilyl)ethanol (15) ............................................ 117

4.2.7 (Z)-1-(2-oxo-2-phenylethyl)-2-(2-(pyridin-2-yl)vinyl)pyridinium bromide (26) 118

4.2.8 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium iodid (31/I) ...................... 119

4.2.9 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium bromid (31/Br) ................ 119

4.2.10 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium triflat (31/OTf) ................. 120

4.2.11 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium hexafluorophosphat (31/PF6)

120

4.2.12 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium BArF (31/BArF) ................. 121

4.2.13 10H-benzo[e]dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-9,11-diium iodide (38) ..... 121

4.2.14 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-6-thione (45) .................................... 122

4.2.15 Glyoxal-bis-(4-N,N’-dimethylphenyl)imine (57) ............................................... 123

4.2.16 N,N’-bis(diethylaminoaniline)ethane (58) ....................................................... 123

4.2.17 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium chloride (59) ...................... 124

4.2.18 N,N'-bis(4-(dimethylamino)phenyl)formimidamide (60) ................................. 124

4.2.19 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium triflat (59) .......................... 125

4.2.20 1,3-bis(p-dimethylaminophenyl)imidazolidine-2-thione (61) .......................... 126

4.2.21 N1,N1,N4-trimethylbenzene-1,4-diamine (62) .................................................. 126

4.2.22 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-1,3-dimethylurea (63) ............................... 127

4.2.23 N1,N1'-((phosphoroxychloro)chloromethylene)bis(N1,N4,N4-trimethylbenzene-

1,4-diamine) (68) ............................................................................................................ 128

4.2.24 N1,N1'-((diiodomethylene)bis(N1,N4,N4-trimethylbenzene-1,4-diamine) (69) . 128

4.2.25 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-1,3-dimethylthiourea (74) ........................ 129

4.2.26 (Z)-1,2-Bis(dimetylamino)-1,2-bis(imidazolio)-ethen (79) ............................... 130

4.2.27 (Z)-1,2-bis(dimethylamino)-1,2-bis(N-methylimidazolio)-ethen-

bis(trifluoromethansulfonat) (78/OTf) ........................................................................... 130

4.2.28 (Z)-1,2-bis(dimethylamino)-1,2-bis(N-methyl-2-thione-imidazolio)-ethen (82)

131

4.2.29 5,6-bis(dimethylamino)-1,10-dimethyl-1H-diimidazo[1,2-a:2',1'-c]pyrazine-

4,10-diium iodide (84) .................................................................................................... 132

4.2.30 (Z)-1,2-bis(dimethylamino)-1,2-bis(N-methyl-2-iodo-imidazolio)-ethen (83) . 133

4.2.31 3,3’-(1,2-bis(dimethylamino)ethene-1,2-diyl)bis(1-methyl-imidazol-3-ium)

dichloro palladium (86) .................................................................................................. 133


dichloro platin (89) ......................................................................................................... 134


dinitro platin (90) ........................................................................................................... 135


platin oxalate (91) .......................................................................................................... 136

5 Literaturverzeichnis ........................................................................................................ 137

6 Daten zur Kristallstrukturanalyse ................................................................................... 143

6.1 Crystal data and structure refinement for 31/OTf .................................................. 143

6.2 Crystal data and structure refinement for 30 ......................................................... 143

6.3 Crystal data and structure refinement for 30 after lithiation ................................. 144


6.5 Crystal data and structure refinement for 63*2HCl ................................................ 146





6.10 Crystal data and structure refinement for 83 ...................................................... 150




7 Abkürzungsverzeichnis ................................................................................................... 154

Einleitung

1

1 Einleitung

1.1 Elektronischer Aufbau der Carbene

Carbene sind neutrale Verbindungen, die ein zweifach substituiertes Kohlenstoffatom

enthalten, welches sechs Elektronen in der Valenzschale besitzt (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Schematische Zeichnung eines Carbens.

Das Carben-Kohlenstoffatom besitzt also zwei freie Elektronen. Diese Elektronen sind dabei

entweder gepaart und befinden sich in einem Orbital oder sie sind ungepaart und befinden

sich in zwei verschiedenen Orbitalen. Der erste Zustand ist der eines Singulettcarbenes, und

der zweite Zustand beschreibt den eines Triplettcarbens.

Abbildung 2: Mögliche Verteilung der Elektronen am Carben-Kohlenstoff in verschiedenen Orbitalen.

Die Substituenten am Carben-Kohlenstoffatom können entweder in einer linearen oder in

einer angewinkelten Form vorliegen. Im ersten Fall ist das Carbenkohlenstoffatom sp-

hybridisiert, im zweiten Fall sp2-hybidisiert (siehe Abbildung 2). Welcher der möglichen

Zustände energetisch günstiger ist, hängt von den Substituenten R und R´ ab. σ-

elektronenziehende Substituenten begünstigen die Bildung eines Singulettcarbens, π-

elektronenschiebende Substituenten führen dazu, dass sich ein sp2-Singulett-Zustand

ausbildet. Der Triplettzustand wird durch große Substituenten, wie zum Beispiel Adamantyl,

stabilisiert. Diese zwingen das Carben, eine lineare Anordnung anzunehmen. Im lineraren

Zustand ist der Triplettzustand energetisch niedriger als der Singulettzustant.1

Singulett- und Triplettcarbene unterscheiden sich in ihrer Reaktivität. Singulettcarbene

können sowohl als Nucleophil als auch als Elektrophil reagieren, da über das leere p-Orbital

Elektronen aufgenommen und über das gefüllte sp2-Orbital Elektronen doniert werden

Einleitung

2

können. Triplettcarbene reagieren dahingegen als Diradikal und sind deutlich instabiler als

Singulettcarbene.1

1.2 Geschichte der Carbene

Obwohl die Existenz von Carbenen schon länger vermutet wurde, konnte das erste stabile

Carben erst 1988 von Bertrand et al. hergestellt werden.2 Dieses Carben besitzt sowohl

Phosphor- als auch Siliziumgruppen in Nachbarstellung zum Carbenkohlenstoffatom, welche

das Carben stabilisieren (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3: Struktur des von Bertrand et al. hergestellten Carbens.

Metall-Carbenkomplexe sind schon länger bekannt. Der erste Metall-Carbenkomplex wurde

bereits Anfang des 20 Jahrhunderts hergestellt. Skanawy‐Grigorjewa berichtete 1925 von

„Hydrazin-Carbylamin-Komplexen des Platins“.3 Er erkannte allerdings nicht, dass es sich

hierbei um einen Metall-Carbenkomplex handelt. Dies wurde erst später nachgewiesen,

nachdem bereits Metall-Carbenkomplexe durch weitere Arbeiten bekannt wurden.

Schema 1: Synthese des ersten Metall-Carbenkomplexes nach Skanawy‐Grigorjewa.

Als Pioniere der Carben-Metallkomplexe sind weiterhin zu nennen: E.O. Fischer, der der

erste war, der einen Metall-Carbenkomplex herstellte, ihn als solchen erkannte und

charakterisierte4; sowie Wanzlick5 und Öfele6, die unabhängig voneinander 1968 die

Synthese der ersten N-heterocyclischen Carben-Metallkomplexe (NHC-Metallkomplexe)

beschrieben.

1.3 N-heterocyclische Carbene

Unter dem Begriff NHCs werden alle zyklischen Verbindungen zusammengefasst, die ein

Carben-Kohlenstoffatom besitzen, welches zusammen mit mindestens einem Stickstoffatom

Einleitung

3

im Ring vorhanden ist. Aufgrund der elektronischen Struktur ist diese Klasse von Carbenen

stabiler als andere Carbene.

1.3.1 Elektronischer Aufbau

Die π-Elektronen des Stickstoffes können Elektronendichte in das leere p-Orbital des Carben-

Kohlenstoffes donieren, während die σ-Elektronen vom Carbenkohlenstoff in die

Stickstoffatome doniert werden (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Elektronische Struktur von Imidazoliumcarbenen. Die elektronenschiebenden sowie elektronenziehenden Effekte sind durch bunte Pfeile dargestellt.

Das führt dazu, dass hier der sp2-Singulettzustand ausgebildet wird. Diese Effekte verringern

die Energie des HOMOs (highest occupied molecular orbital) und führen so zu einer

Stabilisierung des Moleküls.7

1.3.2 Carbenerzeugung

Arduengo et al.8 gelang es 1991 als ersten ein freies NHC zu isolieren, das unter

Schutzgasbedingungen bei Raumtemperatur stabil war. Das von Arduengo et al. hergestellte

Carben 1 besitzt an beiden Stickstoffatomen der Imidazoleinheit Adamantylgruppen (siehe

Abbildung 5). Diese schirmen das Carbenkohlenstoffatom so ab, dass eine Dimerisierung von

zwei Carbenen nicht möglich ist.

Abbildung 5: Struktur des ersten stabilen NHC.

Carben 1 wurde durch Deprotonierung der entsprechenden Imidazoliumverbindung

hergestellt. Die meisten NHCs werden durch Deprotonierung der

Imidazol(inium)verbindungen erzeugt. Es gibt aber auch andere Wege, um NHCs zu

erhalten.7 Einige davon sind in dem folgenden Schema dargestellt:

1

Einleitung

4

Schema 2: Verschiedene Ausgangsverbindungen für NHCs.

NHCs können z. B. aus den Thioharnstoffderivaten durch Erhitzen derselben zusammen mit

Kalium in THF erhalten werden.9 Der Vorteil dieser Methode gegenüber der Deprotonierung

liegt darin, dass das Carben nach Abfiltrieren des unlöslichen Kaliumsulfids rein erhalten

wird. Bei der Deprotonierung ist immer auch noch die protonierte Base in der

Reaktionsmischung vorhanden, die meist nicht abgetrennt wird. Die thermisch induzierte α-

Eliminierung von verschiedenen flüchtigen Komponenten, wie zum Beispiel Methanol10,

Chloroform11, Fluoroform oder Pentafluorbenzol12 ist eine weitere Möglichkeit der

Herstellung von NHCs. Sie hat den Vorteil, dass hierbei die flüchtigen Nebenprodukte durch

Vakuumdestillation abgetrennt werden können. Auch ausgehend von CO2-Addukten des

Carbens lassen sich die freien Carbene erzeugen. Ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen

Synthesen liegt der Vorteil gegenüber der Deprotonierung darin, dass das Nebenprodukt

CO2 leicht flüchtig ist und so vom freien Carben abgetrennt werden kann. Die CO2-Addukte

sind einfach aus dem Carben und CO2 erhältlich und sehr stabil. Daher können sie als eine

Art Speichermedium für die Carbene verwendet werden.13

1.3.3 Anwendungen

Die Anwendungsmöglichkeiten von NHCs können in drei verschiedene Bereiche gegliedert

werden. NHCs können an Übergangsmetalle und an p-Block-Elemente gebunden sowie als

Organokatalysatoren eingesetzt werden.

Einleitung

5

NHCs eigenen sich besonders gut als Liganden an Übergangsmetallen, da sie starke σ-

Donoren sind. Obwohl das leere p-Orbital am Carbenkohlenstoff Elektronen aus dem

Metallzentrum aufnehmen kann, liegt der Beitrag der π-Rückbindung an der Gesamtbindung

bei Metallen aus der Gruppe 11 nur bei 20%.14 Die π-Rückbindung trägt also nicht so stark

zur Stabilisierung der Metall-Carben-Bindung bei. In diesem Punkt ähneln NHCs Phosphinen,

die auch starke σ-Donoren und schwache π-Akzeptoren sind. Phosphine sind eine der am

weitesten verbreiteten Ligandenarten an Metallkomplexen. Der genauere Vergleich von NHC

und Phosphinliganden zeigt aber auch die Unterschiede der beiden Verbindungsklassen.7 Im

Allgemeinen sind NHCs stärkere Elektronendonoren als Phosphine. Die

Bindungsdissoziationsenergien für Metall-NHC-Komplexe sind daher meist höher als bei

Metall-Phosphin-Komplexen. Das führt dazu, dass Metall-NHC-Komplexe thermodynamisch

stabiler sind als die entsprechenden Metall-Phosphin-Komplexe. Dies ist aber nicht der

einzige Vorteil von NHC- gegenüber Phosphinliganden. Es ist viel einfacher, die sterischen

und elektronischen Eigenschaften von NHCs zu variieren als die von Phosphinen. Eine

Variation der Substituenten am Phosphor ändert immer gleichzeitig die sterischen und

elektronischen Eigenschaften des Phosphins, während bei NHCs diese Eigenschaften durch

Modifikationen am Rückgrat, an den Substituenten am Stickstoff sowie durch die Art des

Heterozyklus beeinflusst werden kann. Dadurch können die sterischen und die

elektronischen Eigenschaften des NHC-Liganden unabhängiger voneinander variiert

werden.7 Eines der bekanntesten Beispiele, in denen ein Phosphinligand gegen ein NHC

ausgetauscht wurde, ist der second generation Grubbs Katalysator.

Abbildung 6: Struktur des first genereation Grubbs Katalysators (Grubbs I) und des second generation Grubbs Katalysators (Grubbs II). Cy steht für Cyclohexyl und Mes für Mesitylen.

Sowohl Grubbs I, als auch Grubbs II werden als Katalysatoren für die Olefinmetathese

eingesetzt. Durch den Austausch des Phosphinliganden durch den NHC-Liganden (siehe

Abbildung 6) konnte sowohl die thermische Stabilität als auch die Aktivität des Katalysators

in Metathesereaktionen verbessert werden.15 In den vergangenen Jahren wurde sehr viel

Einleitung

6

weiter geforscht, um durch Modifikationen am NHC-Liganden die Eigenschaften des

Metallkomplexes so zu verändern, dass diese sehr genau auf die Anforderungen der zu

katalysierenden Reaktionen passen. So wurde zum Beispiel von Grubbs et al. ein cis-

selektiver Katalysator für die Olefin Metathese entwickelt. Dieser besitzt ein

unsymmetrisches NHC als Liganden.16

Nicht nur in der Metathese, sondern auch bei Palladium katalysierten Kreuzkupplungen

werden NHCs als Liganden eingesetzt. Wie bereits beschrieben sind NHCs starke σ-Donoren

und erhöhen damit, als Liganden, die Elektronendichte am Metallzentrum. Das wiederum

erleichtert den ersten Schritt des Katalysezyklus (siehe Abbildung 7), die oxidative Addition

des Substrates. Auch die weiteren Schritte des Katalysezyklus profitieren von den sterischen

und elektronischen Eigenschaften des Liganden. Verglichen mit Phosphinliganden sind NHCs

stärkere σ-Donoren, wodurch es zu einer stärkeren Metall-NHC-Bindung kommt. Dies führt

dazu, dass die Zersetzung des Katalysators in der Oxidationsstufe 0 nicht so schnell eintritt.17

Durch große NHCs wird außerdem die reduktive Eliminierung erleichtert.18

Abbildung 7: Katalysezyklus von Palldium-katalysierten Kreuzkupplungen. X steht für Halogene und Pseudohalogenide und M für B(OR)2 (Suzuki-Miyaura-Kupplung), SnR3 (Stille-Kupplung), ZnR (Negishi-Kupplung) sowie HNR2 (Buchwald-Hartwig-

Kupplung).

Wie vielfältig sich die Eigenschaften von NHCs variieren lassen zeigt die Tatsache, dass NHC-

Metallkomplexe mit allen Übergangsmetallen19 sowie mit f-Blockelementen20 und

Erdalkalimetallen21 bekannt sind.

Einleitung

7

Die Koordination von NHCs an p-Blockelementen ist ein weiterer Anwendungsbereich von

NHCs. Hierdurch können reaktive Spezies, wie zum Beispiel Radikale22 und Nichtmetalle in

der Oxidationsstufe 023, stabilisiert werden.

Der dritte große Anwendungsbereich von NHCs liegt in der Organokatalyse. In den meisten

Fällen greift das NHC an der Carbonylgruppe des Substrates an und bewirkt so eine

Umpolung am Carbonyl-Kohlenstoffatom, welches nun nucleophil und nicht mehr

elektrophil reagiert. Ein sehr bekanntes Beispiel für eine solche Anwendung ist die Stetter-

Reaktion. Diese kann durch die Zugabe von Thiazoliumsalzen katalysiert werden. Auch die

Benzoinkondensation wird oft durch Zugabe von Thiazoliumsalzen katalysiert.24 Der

Reaktionsmechanismus der Benzoinkondensation ist am Beispiel der Kondensation von

Benzaldehyd dargestellt:

Schema 3: Reaktionsmechanismus der Benzoinkondensation am Beispiel von Benzaldehyd. Ein Thiazol-basiertes Carben agiert hier als Katalysator.

1.4 Acyclische Carbene

Neben NHCs werden auch acyclische Carbene als Liganden für Metallkatalysatoren

eingesetzt. Im Unterschied zu ihren cyclischen Verwanden, den NHCs, besitzen acyclische

Diaminocarbene (ADCs) einen größeren N-CCarben-N Winkel. Dieser beträgt für ADCs 116-

124°, während er für fünfring NHCs typischerweise 104-107° beträgt.25 Das führt dazu, dass

die Substituenten an den Stickstoffatomen der ADC-Metallkomplexe näher am

Metallzentrum sind als bei NHC-Metallkomplexen, wodurch wiederum die Regio- und

Stereoselektivität des Katalysators beeinflusst werden kann. Außerdem sind ADCs in der

Einleitung

8

Lage um die C-N-Achse zu rotieren, so dass von ADCs verschiedene Konformere vorliegen

können.26 Sowohl der größere N-CCarben-N Winkel, als auch die Unterbrechung der π-

Konjugation während der Rotation um die C-N-Achse bewirken eine geringere Stabilität von

ADCs im Vergleich zu NHCs. Hierdurch kann aber auch Einfluss auf die Katalyse genommen

werden: So können z.B. durch die sterische Flexibilität der ADCs die verschiedenen

sterischen Ansprüche der einzelnen Katalyseschritte besser bedient werden.27

1.5 Selbst-umpolungsfähige Carbene

Der Begriff „Selbst-umpolungsfähige Carbene“ wurde von Weiss et al. geprägt. Sie

beschreiben damit Carbene, die eine zweistufige Redoxeinheit besitzen, welche über ein π-

System mit dem Carben verbunden ist. Diese Redoxeinheit kann in oxidierter 3 und in

reduzierter Form 2 vorliegen. In der oxidierten Form 3 wird ein Elektronenpaar an das

Carben geliefert, welches so als di-id vorliegt (siehe Abbildung 8).

Abbildung 8: Schematische Zeichnung der allgemeinen Struktur von selbst-umpolungsfähigen Carbenen.

Auf diese Weise gelingt es selbst-umpolungsfähigen Carbenen sowohl die elektronischen

Bedürfnisse von elektronenziehenden als auch elektronendonierenden Substituenten am

Carben-Kohlenstoff zu erfüllen. Diese Systeme sind also flexibel und können sich an die

Anforderungen des an sie gebundenen Substrates anpassen.28

Ein Beispiel für solch ein umpolungsfähiges Carben ist das von Reichel und Weiss entwickelte

Dipyridoimidazol-2-yliden 4.29 Reagiert 4 mit einem Elektrophil (E+), so kann das Addukt

durch die beiden mesomeren Grenzstrukturen 5A und 5B beschrieben werden (siehe

Schema 4).

2 3

Einleitung

9

Schema 4: Reaktion des von Reichel und Weiss entwickelten Carbens mit einem Elektrophil. Die beiden möglichen Grenzstrukturen des entstehenden Moleküls sind angegeben.

Welche der beiden Grenzstrukturen dominiert, hängt davon ab, wie stark elektronenziehend

das Elektrophil ist. Bei stark elektronenziehenden Substituenten E überwiegt die

Grenzstruktur 5A, bei welcher die Elektronendichte am Brücken-Kohlenstoffatom hoch ist.

Die umgekehrte Situation 5B wird durch elektronendonierende Substituenten E begünstigt.29

Das Carben 4 wurde mit Schwefel, Selen und Tellur abgefangen. Das Harnstoffderivat konnte

aus dem Selenon durch Methylierung am Selen und anschließende Behandlung mit

Natriumhydroxid erhalten werden. Die entsprechenden Chalkogenverbindungen wurden auf

ihre Bindungsverhältnisse hin untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass von Sauerstoff nach

Tellur die Bedeutung der Resonanzstruktur 5B zunimmt.30

1.6 Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Carbenvorläufer vier verschiedener, selbst-

umpolungsfähiger Verbindungen hergestellt werden. Die Carbene sind in der folgenden

Abbildung dargestellt:

4

5A 5B

Einleitung

10

Abbildung 9: Strukturen der in dieser Arbeit untersuchten Verbindungen. Die Resonanzstrukturen sind einmal in der „normalen“ Form A, sowie in der selbstumgepolten Form B angegeben.

Um die Umpolungsfähigkeit dieser Verbindungen zu bewerten, wurden DFT-RechnungenI

durchgeführt. Als ein Maß für die Umpolungsfähigkeit der Verbindungen wurde die Fähigkeit

der Verbindungen, N22+ zu stabilisieren, gewertet. Das Diazoniumdikation (N2

2+) ist ein stark

elektronenziehender Rest. Durch die Addition dieses Moleküls wird die Verbindung in die

selbstumgepolte Form (B) gezwungen, da bei dieser zwei negative Ladungen an C2 lokalisiert

sind. Die Reaktionsenthalpien wurden auf der Grundlage der folgenden Reaktionsgleichung

berechnet, so dass im Gesamtbild die Thermodynamik der Übertragung von N22+ von 1,3-

Dimethylimidazol-2-yliden-N22+ an die in Abbildung 9 abgebildeten Carbene betrachtet

wurde.

Schema 5: Reaktionsgleichung zur Bestimmung der Selbstumpolungsfähigkeit der vorgestellten Carbene.

Die berechneten Werte sind in der folgenden Tabelle angegeben:

I Gaussian09, M06-2X 6-31G(d)

8A 8B

6A 6B

7A 7B

9A 9B

Einleitung

11

Tabelle 1: Reaktionsenthalpien für die in Schema 5 gezeigte Addition von N22+ an C2 der zu untersuchenden Verbindungen.

Carben 6 7 8 9

ΔH (kcal/mol) -94,2 -61,9 -78,5 -59,1

Alle vier gezeigten Verbindungen stabilisieren N22+ besser als 1,3-Dimethylimidazol-2-yliden.

Die Verbindung 6 ist von den gezeigten Verbindungen diejenige, welche am besten

umpolungsfähig ist. Bei Verbindung 8 können die N,N-Dimethylaminophenyl-Gruppen

entweder cis oder trans zueinander stehen. Der in der Tabelle angegebene Wert bezieht sich

auf die Struktur, bei der diese cis zueinander stehen. Für die entsprechende Struktur in

trans-Form ist der Wert von ΔH 4,3 kcal/mol weniger negativ. Der Unterschied für die

berechneten Reaktionsenthalpien zwischen den Verbindungen 7 und 9 ist sehr gering

(2,8 kcal/mol). Diese beiden Verbindungen sind also laut Berechnung ähnlich

umpolungsfähig. Bei 9 handelt es sich um ein Dicarben, hier wurde nur an eines der Carbene

N22+ addiert, da ansonsten die Ladung des Adduktes doppelt so hoch ist wie die der

Vergleichsverbindung 1,3-Dimethylimidazol-2-yliden-N22+. Hierdurch käme es bei zweifacher

Addition von N22+ zu verfälschten Werten aufgrund der Ladungsabstoßung in der Gasphase.

Interessant bei Verbindung 6 ist, dass sich hier die Struktur des Grundkörpers abhängig von

den Substituenten an C2 ändert. Während elektronenziehende Substituenten, wie z.B. N22+

zu einer gefalteten Konformation führen, nimmt die Verbindung mit elektronendonierenden

Substituenten eine vertwistete Konformation an (siehe Abbildung 10). Die Struktur der

Verbindung 6 mit CH2 (links) entspricht der in Abbildung 9 gezeichneten Grenzstruktur 6A,

während die Struktur der Verbindung 6 mit N22+ (rechts) zu der Grenzstruktur 6B passt.

Abbildung 10: Optimierte Strukturen der Verbindung 6 mit CH2 (links) und N22+ (rechts) als Substituenten am

Cabenkohlenstoff. Die Bilder wurden mit CYLview erstellt.31

Einleitung

12

Um die Umpolungsfähigkeit der in Abbildung 9 gezeigten Carbene zu belegen, sollten diese

durch verschiedene Elektrophile abgefangen werden. Mithilfe von NMR-Spektroskopie sowie

durch Analyse der Kristallstrukturen können Rückschlüsse auf den Grad der Umpolung der

Verbindung gezogen werden.

Außerdem sollten Metall-Carbenkomplexe der Verbindungen 6-9 hergestellt und auf ihre

Anwendbarkeit als Katalysatoren in Kreuzkupplungsreaktionen hin getestet werden.

Allgemeiner Teil

13

2 Allgemeiner Teil

Es wurden verschiedene NHC-Vorläufer für die in Abbildung 9 gezeigten Carbene

synthetisiert. Die Synthese der Vorläufer, sowie deren Reaktionen mit verschiedenen

Nucleophilen werden in den folgenden Kapiteln diskutiert.


selbstumpolungsfähigen Carben auf Diazepin-5-ium-Basis

Eine Vorlage für Verbindung 6 ist das von Reichel und Weiss entwickelte Dipyrido[1,2-c:2´,1´-

e]imidazolyliden 4.29 Dieses konnte mit diversen Elektrophilen umgesetzt werden. Sowohl

die Analyse der 13C-NMR Spektren, als auch eine Röntgenstrukturanalyse belegen die

partielle Umpolung des mit Selen und Tellur substituierten Carbens.32 Jellen untersuchte im

Rahmen seiner Doktorarbeit weitere Carbene auf Grundlage des von Reichel entwickelten

Carbens.33 Dabei sagte er mithilfe von semi-empirischen Rechnungen auf PM3 Niveau

voraus, dass das für Carben 6, welches aus Dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepin-5-ium 10

gewonnen werden kann, zwei verschiedene Geometrien möglich sind (siehe Abbildung 11).

Abbildung 11: Die beiden von Jellen berechneten Tautomere des Carbens.

Das hier gezeigte Carben zeigt sehr gute Umpolungsfähigkeiten in den in der

Aufgabenstellung beschriebenen Rechnungen.

2.1.1 Synthese von cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen

Ein Vorläufer des von Jellen berechneten, umpolungsfähigen Carben 6 ist die H-Verbindung

10. In diesem Molekül ist die Methin-Einheit, die die beiden Stickstoffatome der Pyridinringe

verbrückt, die labilste Stelle im Molekül. Retrosynthetisch betrachtet sollte demnach der

Ringschluss zur H-Verbindung 10 ausgehend von cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen 11 der letzte

Schritt der Syntheseroute sein.

6A 6B

Allgemeiner Teil

14

Schema 6: Retrosynthese des 7-Ring-Carben-Vorläufers.

Für cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen 11 wurde bereits im Rahmen der Masterarbeit von H.

Bensch eine Synthese entwickelt. Dazu wurde 2-Brompyridin in einer Sonogashira-artigen

Reaktion mit Acetylendicarbonsäure gekoppelt und das entstehende 1,2-Di(pyridin-2-

yl)ethin 13 unter Zuhilfenahme von Lindlar-Katalysator hydriert. Die Ausbeute betrug hierbei

nur 10% über 2 Stufen.34 Cooper et al. beschreiben, dass 11 durch Bestrahlung von trans-1,2-

Di(pyridin-2-yl)ethen 12 mit Licht einer Wellenlänge von 300 nm in 15% Ausbeute erhalten

wird.35 Weitere Möglichkeiten, Verbindung 11 zu synthetisieren, finden sich in der Literatur

nicht. Daher sollten im Rahmen dieser Arbeit alternative Syntheserouten für cis-1,2-

Di(pyridin-2-yl)ethen 11 entwickelt werden, die eine bessere Zugangsmöglichkeit zu 11

ermöglichen. Dazu wurden vier verschiedenen Syntheserouten benutzt, welche in Schema 9

dargestellt sind. Eine Möglichkeit 11 herzustellen ist die schon oben beschriebene

Hydrierung von 13 mithilfe von cis-selektiven Katalysatoren. Auch über Wittigreaktionen

ausgehend von Pyridinaldehyd 14 oder durch die Peterson Olefinierung ausgehend vom α-

silylierten Carbanion 15 kann 11 erhalten werden. Die letzte im Rahmen dieser Arbeit

untersuchte Möglichkeit zur Herstellung von 11 ist die Olefin-Metathese von 16.

Schema 7: verschiedene Wege zum cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen 11.

Bei den verschiedenen Herangehensweisen lag die Herausforderung in der Bildung des cis-

Isomers 11 anstelle des sterisch bevorzugten trans-Isomers 12. Für trans-1,2-Di(pyridin-2-

yl)ethen sind verschiedene Syntheserouten bekannt. Diese Verbindung ist von beiden

15 14

10 11

16 11 13

Allgemeiner Teil

15

Stereoisomeren das thermodynamisch stabilere Produkt und wird deshalb bevorzugt

gebildet. Eine Übersicht über einige, in der Literatur bekannten, Synthesewege für 12 ist in

Schema 8 abgebildet.

Schema 8: verschiedene Synthesewege zu 12.

Kang et al. erhalten 12 mithilfe einer Wittigreaktion in 73% Ausbeute,36 während Kantam et

al. 12 bei der Heckreaktion von 16 und 19 in 30% Ausbeute erhalten.37 Sowohl Schwan, als

auch Walsh et al. verwenden Sulfenat Anionen als Organokatalysatoren um 12 aus 17 zu

erhalten.38, 39

Im Folgenden werden die in dieser Arbeit verwendeten Syntheserouten zu 11 genauer

beschrieben. Dabei wird zunächst die Herstellung von 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethin 13 sowie

verschiedene Hydrierungsmöglichkeiten untersucht. Anschließend werden die Versuche zur

Wittigreaktion, der Peterson Olefinierung und der Olefin-Metathese beschrieben.

2.1.1.1 Sonogashira-Kupplung

Zunächst wurde aufbauend auf den Ergebnissen der Masterarbeit von H. Bensch 1,2-

Di(pyridin-2-yl)ethin 13 mithilfe einer Sonogashira-artigen Reaktion hergestellt. Lee et al.40

beschreiben die Kupplung von 3-Brompyridin mit Acetylendicarbonsäure in DMSO bei 110°C

mit 5% Palladiumkatalysator. Diese Reaktionsbedingungen wurden auf die Kupplung von 2-

18/Cl 16 19

12

17

Allgemeiner Teil

16

Brompyridin mit Acetylendicarbonsäure übertragen und das gewünschte Produkt in 10-35%

Ausbeute erhalten.

Schema 9: Synthese von 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethin.

Die Kupplung wurde in verschiedenen Ansatzgrößen auf konventionelle Weise durch

Erhitzen im Ölbad, sowie in der Mikrowelle durchgeführt. Für die Reaktion wurden sowohl

trockenes DMSO, als auch DMSO p.A. benutzt, welches in einzelnen Versuchen entgast

wurde. Die Ausbeuten der einzelnen Versuche sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2: Reaktionsbedingungen und Ausbeute für die Herstellung von 13.

Nr. Reaktionsart Ansatzgröße (mmol Acetylendicarbonsäure)

Trockene Lösemittel?

Entgasungsart Ausbeute (%)

1 Mikrowelle 5 Nein a 5

2 6 Nein a 16

3 17 Ja b 13

4 Konventionell

9 Ja a 14

5 22 Ja a 30

6 22 Ja b 28

7 13 Ja b 19

8 19 Ja b 30

9 13 Ja b 28

10 9 Ja b 17

11 26 Nein b 15

12 26 Nein b 11

13 13 Nein b 29

14 9 Nein b 23

15 9 Nein b 36

16 9 Nein b 27

17 9 Nein b 28

18 9 Nein c 24 a: LM nicht entgast, aber Argon über die Lösung geleitet, b: 30 min Argon durch das LM geleitet, c: freeze-pump-thaw zum

Entgasen angewandt

Die Versuchsreihe zeigt, dass für die Durchführung der Reaktion das konventionelle

Erwärmen der mikrowellenassistierten Reaktion vorzuziehen ist. Ein Grund dafür kann sein,

13

Allgemeiner Teil

17

dass das freiwerdende Kohlenstoffdioxid bei der Reaktion in der Mikrowelle nicht

kontinuierlich abgeführt werden kann. Es wurde zwar ein Programm benutzt, das

mehrmaliges Belüften des Gefäßes vorsah, allerdings ist die Anzahl der Belüftungsvorgänge

durch das Gerät begrenzt. Während trockene Lösemittel nicht notwendig sind, um eine gute

Ausbeute zu erhalten, sollte die Ansatzgröße kleiner als 26 mmol sein, da bei dieser

Ansatzgröße niedrigere Ausbeuten erhalten wurden. Das Entgasen des DMSO mithilfe der

freeze-pump-thaw- Methode ergab keine besseren Ausbeuten, als beim Entgasen durch

Durchleiten von Argon durch das Lösemittel. Unter den optimierten Reaktionsbedingungen,

welche da sind: Konventionelles Erhitzen im Ölbad, Ansatzgröße von 9 mmol und Entgasen

des Lösemittels (LM) durch 30 minütiges Durchleiten von Argon; wurde das Produkt in

Ausbeuten zwischen 23 und 36% erhalten.

Aryliodide sind reaktiver als Arylbromide in Kreuzkupplungsreaktionen, daher wurde die

Verwendung von 2-Iodpyridin anstelle von 2-Brompyridin getestet. Die Ausbeute bei diesem

Versuch betrug 44%, das sind zwar 11 Prozentpunkte mehr als mit 2-Brompyridin, aber der

Preis für 2-Iodpyridin ist auch viel höher, so dass sich der Einsatz von 2-Iodpyridin nicht

lohnt.

Lee et al. beschreiben in einer weiteren Publikation die Kupplung von 2-Brompyridin mit

Propinsäure in Wasser unter Zugabe eines Phasentransferkatalysators.41 Hier wurde 13 in

48% Ausbeute bei einem Ansatz mit 1,5 mmol Propinsäure erhalten. Diese Ergebnisse

konnten bei einem Ansatz, der fünfach so groß war, nicht reproduziert werden: die Ausbeute

betrug lediglich 6%. Das Ziel dieses Versuches, war es zu überprüfen, ob mithilfe der von Lee

et al. entwickelten Methode bessere Ausbeuten an 13 in einer ähnlichen Ansatzgröße, die

auch bei der Kupplung mithilfe von Acetylendicarbonsäure verwendet wurden, erhalten

werden können. Da die Ausbeute sehr gering war, wurde hier nicht weiter geforscht.

2.1.1.2 Hydrierung von 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethin

Für die Synthese von 11 soll die Verbindung 13 cis-selektiv hydriert werden. Bensch benutzte

hierzu Wasserstoff und Lindlar-Katalysator,34 der dafür bekannt ist, cis-selektive

Hydrierungen zu ermöglichen.42

Allgemeiner Teil

18

Schema 10: Synthese von cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen.

In dieser Arbeit wurde die Hydrierung bei 2,9 bar Wasserstoffatmosphäre durchgeführt. Die

Ausbeute belief sich auf 30-33%. Ein Teil des Eduktes konnte nach jeder Reaktion

zurückgewonnen werden, doch auch durch verlängerte Reaktionszeiten von fünf Tagen ließ

sich die Ausbeute nicht erhöhen. Obwohl der Katalysator cis-selektiv hydrieren sollte, wurde

das Trans-produkt jedes Mal in ca. 30% Ausbeute erhalten. Um auszuschließen, dass noch

Palladiumreste in dem Druckgefäß vorhanden waren, wurde dieses sehr gründlich gereinigt,

trotzdem konnte keine Verbesserung der Ausbeute bei der anschließenden Hydrierung

festgestellt werden. Es ist bekannt, dass auch bei der Hydrierung mithilfe des cis-selektiven

Lindlar-Katalysators trans-Olefine entstehen. Ob diese Primärprodukte sind oder durch

Stereomutation unter dem Einfluss des Katalysators von einem Teil der cis-Olefine gebildet

werden ist nicht für jede Reaktion eindeutig zu klären.43

In der Literatur sind noch weitere Methoden zur cis-selektiven Hydrierung beschrieben. Sato

et al. nutzen Titanocendichlorid als Katalysator für die cis-selektive Hydrierung von

verschiedenen Alkinen.44 Dabei wird zunächst aus Zinkiodid und Lithiumhydrid Zinkhydrid

gebildet, welches Titanocendichlorid zu Titanocenhydrid reduziert. Titanocenhydrid greift

am Acetylen an und hydriert dieses. Bei der Reduktion von 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethin 13 mit

Titanocenhydrid wurde jedoch nur 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethan 20 erhalten (siehe Schema 11).

Im Unterschied zu der Vorschrift von Sato et al. wurde Lithiumaluminiumhydrid als

Hydridquelle verwendet, da mit dem vorhandenen Lithiumhydrid die beschriebene

Farbänderung des Metallkomplexes nicht zu beobachten war und die Umsetzung zum Alkin

nicht erfolgreich war. Wahrscheinlich war das Lithiumhydrid schon zu alt und hatte sich

bereits zu Lithiumhydroxid zersetzt.

13 11

Allgemeiner Teil

19

Schema 12: Titanocen-katalysierte Reduktion von 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethin.

Richmond und Moran benutzen Ameisensäure, Nickelbromid und Zink um Alkine cis-selektiv

zu reduzieren.45 Die angegebenen Reaktionsbedingungen wurden auf 1,2-Di(pyridin-2-

yl)ethin 13 übertragen, doch wie schon bei der Reduktion mithilfe von Titanocen wurde auch

hier nur das vollständig hydrierte Produkt erhalten. Richmond und Moran testen in ihrem

Bericht zwar verschiedene Alkine, allerdings keine Pyridin-substituierten Alkine.

Schema 13: Nickel-katalysierte Reduktion von 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethin.

Weitere Hydrierungsmöglichkeiten wurden nicht getestet. Es gibt auch andere Palladium-

(0)-Katalysatoren, die cis-selektiv hydrieren46, 47, allerdings sind diese kommerziell nicht

erhältlich, oder sehr teuer. Auch die Verwendung von Rhodium basierten, kationischen

Metallkomplexen für die cis-selektive Hydrierung ist literaturbekannt.48 Der Nachteil hierbei

ist der hohe Preis für Rhodium und rhodiumhaltige Verbindungen. Auch Vanadiumkomplexe

11

13 20

13 20

11

Allgemeiner Teil

20

können als Katalysatoren für Hydrierungen genutzt werden.49 Diese müssen allerdings über

mehrere Stufen synthetisiert werden, so dass der Aufwand nicht gerechtfertigt erschien.

2.1.1.3 Wittig Reaktion

Da sich der bekannte Syntheseweg nicht so optimieren ließ, dass 11 in guten Ausbeuten

erhalten werden konnte, wurden weitere Synthesewege getestet. Die Wittig Reaktion und

Abwandlungen derselben (Schlosser-Variante, Still-Gennari-Variante, Horner-Wadsworth-

Emmons-Reaktion) schienen gut geeignet für die Herstellung von 11. Zwar laufen ein großer

Teil der Horner–Wadsworth–Emmons-Reaktionen trans-selektiv ab, doch das gilt nicht für

alle Kupplungen. Teilweise sind die Verhältnisse von trans zu cis-Produkt nahe an 1:1.50 Ließe

sich 11 mithilfe dieser Reaktionen in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten, wäre dies

eine Verbesserung zu der bekannten Synthese.

Schema 14: Horner–Wadsworth–Emmons Reaktion

Als Basen wurden n-Butyllithium, Kalium-tert-butanolat (KOtBu) und Natriumhydrid für diese

Reaktion getestet. In allen Fällen konnte kein gewünschtes cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen 11

erhalten werden. Mit n-Butyllithium und Kalium-tert-butanolat wurde laut GC-MS Analyse

trans-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen als das Hauptprodukt der Reaktion erhalten, bei der Reaktion

mit Natriumhydrid hat kein Umsatz stattgefunden.

Schema 15: Horner–Wadsworth–Emmons-Reaktion ausgehend vom fluorierten Phosphorester.

21 14

11

22 14 11

12

Allgemeiner Teil

21

Die fluorierten Phosphorester sind elektronenärmer, als die nicht fluorierten Phosphorester.

Die Reaktivität und die Stereoselektivität in der Wittigreaktion hängen auch von der

elektronischen Struktur des Ylids ab. Für die Herstellung von ungesättigten Estern wurde

eine hohe cis-Selektivität beobachtet, wenn fluorierten Phosphorester in der Horner–

Wadsworth–Emmons-Reaktion eingesetzt wurden.51 Daher wurde Bis(2,2,2-trifluoroethyl)-

(pyridin-2-ylmethyl)phosphonat 22 hergestellt und mit Kalium-tert-butanolat, unter

Zuhilfenahme von [18]-Krone-6, deprotoniert und mit Picolinaldehyd 14 umgesetzt. In der

GC-MS konnten zwar Spuren des 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethens 11 nachgewiesen werden, die

Integration der Signale zeigte aber, dass weniger als 1% entstanden war.

Schema 16: Wittig Reaktion

Auch die entsprechende Wittig-Reaktion wurde getestet (siehe Schema 16). Das

Phosphoniumsalz 18/X wurde mit verschiedenen Basen deprotoniert, um zum cis-1,2-

Di(pyridin-2-yl)ethen zu gelangen. Durch die Wahl der Base kann das Verhältnis von cis- zu

trans-Produkt verändert werden. Wobei durch Zugabe von Lithiumionen zur

Reaktionslösung eine höhere trans-Selektivität beobachtet wird. Dies lässt sich durch die

Bildung von Betain-Intermediaten während der Reaktion erklären.52 Weder mit

n-Butyllithium, noch mit Natriumhydrid konnte das gewünschte Produkt 11 erhalten

werden. Bei den Reaktionen mit Natriumhydrid wurde während der Aufarbeitung eine

Gasentwicklung beobachtet, daher muss davon ausgegangen werden, dass das Ylid nicht

gebildet wurde. Bei der Verwendung von Kalium-tert-butanolat als Base und Chlorid als

Gegenion wurde das Produkt 11 in 11% Ausbeute erhalten. Diese Ausbeute ließ sich jedoch

in anderen Versuchen nicht reproduzieren. Hier konnte das Produkt nur noch in Spuren

nachgewiesen werden. Um die Ausbeute zu erhöhen, wurde in weiteren Versuchen [18]-

Krone-6 zugegeben, welches das Kaliumion komplexiert und so für eine bessere Löslichkeit

der Base in organischen Lösemitteln sorgt. Unter Zugabe von [18]-Krone-6 konnte die

Ausbeute auf ca. 43% erhöht werden. Ein Problem zeigte sich bei der Aufarbeitung: Auch

nach zweimaliger Säulenchromatographie und Extraktion mit Wasser waren im 1H-NMR

18/X 14 11

Allgemeiner Teil

22

noch nicht weiter identifizierbare Verunreinigungen zu erkennen. Wurde die Reaktion unter

gleichen Bedingungen ausgehend vom Bromidsalz 18/Br durchgeführt, konnten sowohl cis-

1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen 11 als auch trans-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen 12 nur in Spuren

nachgewiesen werden.

2.1.1.4 Peterson Olefinierung

Eine weitere Methode um stereoselekitv zu cis- und trans-Alkenen zu gelangen ist die

Peterson Olefinierung. Hierbei wird aus einem α-Silylcarbanion und einer

Carbonylverbindung in zwei Schritten ein Alken gebildet.53 Der Vorteil dieser Reaktion ist,

dass sich die diastereomeren β-Hydroxysilane meist gut auftrennen lassen und so getrennt

voneinander sauer oder basisch behandelt werden können.53 Dadurch kann abhängig von

der Art der Aufarbeitung entweder das cis-, oder das trans-Produkt im großen Überschuss

erhalten werden. Bei der Reaktion von 2-Methylpyridin zum β-Hydroxysilan 23 (siehe

Schema 17) wurde ein Gemisch aus verschiedenen Produkten erhalten.

Schema 17: Herstellung des β-Hydroxysilans 23.

Diese sollten säulenchromatographisch über Silica aufgereinigt werden. Dabei ist zum Teil

das trans-Produkt 12 entstanden, die β-Hydroxysilane 23 konnten nicht isoliert werden.

Zunächst wurde vermutet, dass dieses während der Aufarbeitung entstanden ist. Silica ist

leicht sauer, was möglicherweise die Eliminierung begünstigen kann. Daher wurde in einem

zweiten Versuch das Produktgemisch nicht aufgetrennt, sondern zur Hälfte sauer und zur

Hälfte basisch aufgearbeitet (siehe Schema 18). Laut der Theorie sollte ausgehend vom

selben Diasteromer bei basischer Eliminierung das gegenteilige Isomer wie bei saurer

Eliminierung erhalten werden. In einem Fall sollte also cis- und im anderen trans-Produkt

entstehen.

23

Allgemeiner Teil

23

Schema 18: Eliminierung an 23 zum Alken.

Die beiden Reaktionen wurden bei -80°C in THF durchgeführt. In beiden Fällen konnte nach

der Reaktion nur 12 und nicht 11 nachgewiesen werden. Es ist bekannt, dass es bei

Arylgruppen, die in Konjugation zur Silylgruppe stehen, zu einer sofortigen Eliminierung

kommen kann. In diesem Fall kann das β-Hydroxysilan in diesem Fall nicht isoliert werden.53

Wahrscheinlich ist das auch bei diesem Fall sofort Eliminiert worden, so dass das

Zwischenprodukt nicht isoliert werden konnte.

2.1.1.5 Olefinmetathese

Eine weitere Möglichkeit cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen zu synthestisieren besteht darin, 2-

Vinylpyridin mithilfe eines cis-selektiven Rutheniumkatalysators unter Abspaltung von Ethen

zu kuppeln. Herbert und Grubbs haben einen Ruthenium basierten Katalysator entwickelt,

der cis-selektive Metathese ermöglicht (siehe Schema 19).54

Schema 19: Metathese von 16 mithilfe eines cis-selektiven Katalysators.

Dieser Katalysator (24) wurde für die Metathese von 2-Vinylpyridin getestet. Laut Herbert

und Grubbs ist der Katalysator nicht luftempfindlich, trotzdem wurde die Synthese unter

Schutzgas durchgeführt. In einem ersten Versuch wurde 2-Vinylpyridin in THF gelöst und

beides entgast. Anschließend wurde für 18 h auf 35°C erhitzt, dabei konnte kein Umsatz

festgestellt werden. Daher wurde der Katalysatoranteil verdoppelt und die Reaktion bei

16 11

23 12

24

Allgemeiner Teil

24

700 mbar und 70°C noch einmal für weitere 18 h durchgeführt. Unter diesen Bedingungen

haben Grubbs et al. Allylbenzol mit einem sehr ähnlichen Katalysator gekuppelt.55 Dieser

Katalysator hat anstelle der Nitratgruppe eine Pivalatgruppe. Auch bei erhöhter Temperatur

und höherem Katalysatoranteil konnte weder 11 noch 12 nachgewiesen werden. Das kann

daran liegen, dass Vinylpyridin einen der Liganden des Rutheniumkomplexes ersetzt und

nicht mit einem weiteren Molekül Vinylpyridin kuppelt. Das bei der Kupplung entstehende

1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen ist ein vinyloges Bipyridin. Bipyridine sind stabile Liganden an

Ruthenium, die unter anderem als Liganden für medizinisch relevante Rutheniumkomplexe

verwendet werden.56 Daher bleibt die Frage offen, ob das 1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen nach der

Metathese wieder vom Katalysator dissoziiert, oder nicht. Verbleibt Di(pyridin-2-yl)ethen am

Ruthenium, ist der Katalysezyklus unterbrochen und der Katalysator ist inaktiv.

Die Verbindung 11 konnte nur auf zwei Wegen hergestellt werden. Einmal auf dem schon

bekannten Weg durch Sonogashira-Kupplung von 2-Brompyridin mit Acetylendicarbonsäure

und anschließende Hydrierung mithilfe von Lindlar-Katalysator. Zum anderen in einer

Wittigreaktion ausgehend von 18/Cl wobei für die Deprotonierung KOtBu verwendet wurde.

Da die erste Syntheseroute zuverlässigere Ausbeuten lieferte ist diese vorzuziehen.

2.1.2 Ringschluss zum Dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepin-5-ium

Der nächste Schritt bei der Synthese von 10 ist die Verbrückung der beiden Stickstoffatome

der Pyridineinheiten. Dafür wurden verschiedene Wege ausprobiert.

2.1.2.1 Ringschluss mithilfe von 2-Bromo-1-phenylethanon

Sasse et al. beschreiben verschiedenen Möglichkeiten für Ringschlüsse an 2,2´-Bipyridinen.57-

59 Eine Möglichkeit besteht darin, mit 2-Bromo-1-phenylethanon 25 nucleophil an einem

Stickstoffatom des Bipyridins anzugreifen, so dass ein Monokation entsteht. Anschließend

wird der Ringschluss mithilfe von Brom oder Tosylchlorid induziert.59 Jellen wandte die von

Sasse et al. beschriebene Vorschrift bei der Synthese des Reichel-Carben-Vorläufers an und

entwickelte den Syntheseweg weiter. So dass er die H-Verbindung des Carbens 4 auch in

größeren Ansätzen in guten Ausbeuten erhielt.33

Allgemeiner Teil

25

Schema 20: Ringschluss mit Phenylacylbromid und anschließende Abspaltung von Benzaldehyd.

Ausgehend von diesen Vorschriften wurde 11 mit 25 in Acetonitril gekocht. Das gewünschte

Salz 26 wurde in 95% Ausbeute erhalten. Die Entstehung dieses Produktes konnte mithilfe

von ESI-MS nachgewiesen werden. Jellen beschreibt in seiner Dissertation, dass die

Abspaltung von Benzaldehyd nach dem Ringschluss an einem sehr ähnlichen Molekül

während säulenchromatographischer Aufreinigung über aktiviertes Aluminiumoxid

stattfindet.33 So wurde zunächst nicht versucht 27 zu isolieren, sondern das Produktgemisch

an Aluminiumoxid chromatographisch aufgereinigt. In keiner der aufgefangenen Fraktionen

ließ sich das Produkt 28 nachweisen. Das kann mehrere Gründe haben, so ist zum Beispiel

möglich, dass 28 zu stark ans Säulenmaterial bindet und nicht eluiert wird oder dass der

Ringschluss zu 27 nicht geklappt hat. Daher wurde in einem weiteren Versuch zunächst

versucht, das Ringschlussprodukt 27 nachzuweisen. Aus dem erhaltenen Produktgemisch

nach der Reaktion mit Brom wurde ein ESI-MS gemessen, dabei konnte 27 nicht

nachgewiesen werden. Das Problem bei dieser Reaktion scheint also der Ringschluss von 26

zu 27 zu sein. Sasse et al. schrieben, dass der Ringschluss entweder mit Brom, oder mit

Tosylchlorid induziert werden kann. Mit Brom wurden bessere Ausbeuten erhalten, in

einigen Fällen war es aber besser Tosylchlorid zu verwenden, da dieses nicht an reaktive

Methylgruppen an Aromaten angreift.59 Reaktive Methylgruppen sind zwar nicht am

Aromaten vorhanden, aber die Etheneinheit, die die beiden Pyridine verbindet kann auch

11 25 26

28 27

Allgemeiner Teil

26

von Brom angegriffen werden. Die Verwendung von Tosylchlorid anstelle von Brom wurde in

dieser Arbeit nicht getestet, da der Ringschluss auf einem anderen Weg vollzogen werden

konnte.

2.1.2.2 Ringschluss mit Dihalogenmethan

Eine weitere Möglichkeit für den Ringschluss von Bipyridinen besteht laut Sasse et al. darin,

diese sechs Tage mit Diiodmethan in Acetonitril unter Schutzgas zu erhitzen.57 Wird 11 sechs

Tage mit Diiodmethan in Acetonitril erhitzt, wird 10 nicht erhalten.34 Eine Möglichkeit dieses

Problem zu umgehen besteht darin, die Reaktion unter höherem Druck durchzuführen.

Isaacs et al. beschrieben bereits 1986, das tertiäre Amine unter Druck mit Halogenalkanen

reagieren und quartäre Ammoniumsalze bilden. Iodalkane wiesen eine höhere Reaktivität als

die entsprechenden Brom- oder Chloralkane auf.60 Anwendung fand diese Idee auch in

neueren Aufsätzen bei der Verbrückung von Pyridineinheiten: Hilt et al. benutzen

Diiodmethan, um den Ringschluss von 29 zu 30 vollziehen (siehe Schema 21).61

Schema 21: Ringschluss nach Hilt et al.

Die Ergebnisse von Hilt et al. zeigen, dass der Ringschluss zwischen den beiden

Stickstoffatomen an Systemen ähnlich zu 11 möglich ist.

Da die Reaktion von 11 zu 31/I bei Normaldruck nicht stattgefunden hat, wurde sie bei

höheren Drücken wiederholt. Mikrowellenreaktionen in der Discover® SP von CEM können

bei einem Druck von bis zu 20 bar durchgeführt werden.

Schema 22: Ringschluss mit Diiodmethan in einer Mikrowellenreaktion.

29 30

11 31/I

Allgemeiner Teil

27

Hierbei konnte 31/I nach Waschen mit Diethylether und Dichlormethan sauber erhalten

werden. In weiteren Versuchen wurde gezeigt, dass die Ausbeute bei einem ca. 10-fachen

Überschuss an Diiodmethan höher war als bei der Verwendung von einem Äquivalent

Diiodmethan. Acetonitril sollte am besten nur in geringen Mengen (0,1 ml) eingesetzt

werden, da bei größerer Verdünnung die Ausbeute sinkt. Acetonitril ist wichtig um eine gute

Aufnahme der Mikrowellenstrahlung zu gewährleisten. Sowohl 11 als auch Diiodmethan sind

nicht sehr polar und können daher die Energie aus der Mikrowellenstrahlung nicht gut

absorbieren. Die Ausbeute in dieser Reaktion schwankt stark, es wurde zwischen 0 und 49%

des gewünschten Produktes erhalten. Um eine möglichst hohe Ausbeute zu erhalten, ist es

wichtig, dass das Diiodmethan vor Gebrauch destilliert und über Kupfer gelagert wird. In

zwei Fällen ist bei der Zugabe von Diiodmethan etwas Kupferstaub in die Reaktionslösung

gelangt, in einem Fall betrug die Ausbeute 17%, in dem anderen Fall konnte 31/I nicht

erhalten werden. Warum die Ausbeute in verschiedenen Fällen unterschiedlich war, konnte

nicht geklärt werden.

Im 1H-NMR ist das Signal der Protonen am Brücken-Kohlenstoffatom (C15) bei 7,01 ppm zu

sehen (siehe Abbildung 12). Diese spalten als Dublett von Dublett mit einer

Kopplungskonstante von 175,8 Hz und 13,9 Hz auf. Im COSY (2D-Experiment zur H,H-

Korrelation) ist zu sehen, dass die beiden Protonen miteinander koppeln. Dass die Signale

aufgespalten sind ist ein Zeichen dafür, dass die beiden Protonen nicht stereochemisch

identisch sind. Die Aufspaltung der restlichen Signale der Verbindung im 1H-NMR ist sehr

ähnlich zu der des nicht verbrückten Eduktes 11. Der detaillierte Vergleich der beiden

Spektren ist jedoch nicht möglich, da 11 in CDCl3 und 31/I in DMSO-d6 vermessen wurde. Das

Signal von C15 kommt bei 73,2 ppm. Das Signal des Brücken-Kohlenstoffatoms der

Verbindung, die durch zweifache Protonierung des Reichel-Carbens 4 entsteht, hat eine

Verschiebung von 77,7 ppm in CD3CN32 und ist damit sehr ähnlich zu der Verschiebung des

hier gefundenen Signals.

Allgemeiner Teil

28

Abbildung 12: Ausschnitt aus dem 1H-NMR von 31 in DMSO-d6

Abbildung 13: Ausschnitt aus dem 13C-NMR von 31 in DMSO-d6

Wie bereits erwähnt musste das Diiodmethan vor der Reaktion jedes Mal frisch destilliert

werden. Um diesen Reinigungsschritt zu umgehen wurde Dibrommethan anstelle von

Diiodmethan verwendet. Dibrommethan ist, im Gegensatz zu Diiodmethan, stabil und muss

nicht über Kupfer gelagert werden, eine Aufreinigung des Eduktes vor der Reaktion war nicht

notwendig. Die Reaktionsbedingungen waren die gleichen wie für die Reaktion mit

Allgemeiner Teil

29

Diiodmethan. Das Produkt wurde in Ausbeuten zwischen 15 und 58% erhalten. Die

durchschnittliche Ausbeute betrug 32%.

Schema 23: Ringschluss mit Dibrommethan in einer Mikrowellenreaktion.

Die Reaktion wurde außerdem testweise in einem verschlossenen Druckgefäß bei 80°C im

Heizbad durchgeführt. Die Ausbeute betrug in diesem Fall 18%. In vorherigen Experimenten

von Bensch wurde die Reaktion ohne Druck durchgeführt, dabei konnte das gewünschte

Produkt nicht erhalten werden.34

Die Reaktion mit Dibrommethan verläuft zuverlässiger, als die Reaktion mit Diiodmethan.

Deshalb ist die Verwendung von Dibrommethan der von Diiodmethan vorzuziehen. Die

Reaktion mit Dichlormethan funktionierte trotz Zugabe von Aluminiumtrichlorid als

Katalysator nicht. Ein Teil des Eduktes 11 wurde während der Reaktion zur Trans-verbindung

isomerisiert, das verbrückte Molekül konnte nicht nachgewiesen werden. Nach den

Erfahrungen von Isaacs et al. sind Chloralkane aber auch weniger reaktiv,60 daher ist es nicht

verwunderlich, dass die Synthese unter Verwendung von Dichlormethan als C-Baustein nicht

zur Bildung des Produkts führt.

2.1.3 Gegenionentausch

Sowohl 31/I als auch 31/Br sind in unpolaren Lösemitteln schlecht löslich, daher sollte die

Löslichkeit durch das Eintauschen verschiedener Gegenionen erhöht werden. Der Austausch

von Iodid zu Triflat durch Zugabe von Natriumtriflat funktionierte nicht. Das Edukt 31/I

wurde bei dieser Reaktion zurückgewonnen. Ausgehend vom Iodidsalz 31/I konnte mit

Silbertriflat als Austauschreagenz nur Zersetzung beobachtet werden. Dahingegen lieferte

die Reaktion ausgehend vom Bromidsalz 31/Br mithilfe von Silbertriflat 31/OTf in

durchschnittlich 67% Ausbeute. Es kann sein, dass ein Teil des Produktes während der

Aufreinigung, also beim Filtrieren über Celite, verloren geht und daher die Ausbeute nicht

bei 100% liegt. 31/OTf zeigt eine deutlich bessere Löslichkeit als 31/Br und ist in Aceton

löslich. In unpolareren Lösemitteln wie THF und Diethylether ist 31/OTf nicht löslich.

11 31/Br

Allgemeiner Teil

30

Schema 24: Gegenionentausch vom Bromidsalz zum Triflatsalz.

Abbildung 14: Kristallstruktur von 31/OTf. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Von der Verbindung konnten durch langsames Eindampfen von Diethylether in eine Lösung

von 31/OTf in Acetonitril Kristalle erhalten werden. 31/OTf kristallisierte mit einem Molekül

Acetonitril in der Raumgruppe 𝑃 1 aus. Kurze Abstände gibt es im Kristall zwischen den

Wasserstoffatomen am Brücken-Kohlenstoffatom und den Sauerstoffatomen des Triflats.

Die Abstände zwischen diesen Atomen betragen 2,2; 2,3 und 2,7 Å. Auch zwischen den

anderen Wasserstoffatomen des Moleküls 31 und den Sauerstoffatomen des Triflats sind

Kontakte zu erkennen.

Die direkte Synthese des Triflatsalzes 31/OTf ausgehend von 11 und Methylbistriflat ist ein

anderer Weg um das Produkt zu erhalten. Im Massenspektrum des Produktes sind Signale

mit der Masse von m/z =196 zu sehen. Im 1H-NMR sind zwar Signale, die zu den

Wasserstoffatomen am verbrückenden Kohlenstoffatom gehören, zu erkennen, das

Spektrum zeigt aber deutlich, dass das Produkt nicht sauber ist. Das Produktgemisch ließ sich

31/Br 31/OTf

Allgemeiner Teil

31

nicht durch Kristallisation auftrennen. Ein Teil des Gemisches scheint sich im Laufe der Zeit

zu zersetzen, daher wurde dieser Syntheseweg nicht weiter verfolgt.

Das Hexafluorophosphatsalz 31/PF6 ließ sich aus 31/Br mithilfe von

Silberhexafluorophosphat herstellen (siehe Schema 25), der Gegenionentausch mit

Natriumhexafluorophosphat funktionierte nicht. 31/PF6 war besser löslich in organischen

Lösemitteln als 31/Br aber nicht so gut wie 31/OTf.

Schema 25: Gegenionentausch vom Bromidsalz zum Hexafluorophosphatsalz.

Der Austausch von Bromid zu Tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borat (BArF) konnte

mithilfe von NaBArF vollzogen werden. Das Produkt 31/BArF zeigte eine bessere Löslichkeit,

als das Edukt 31/Br und war in Diethylether löslich.

Schema 26: Gegenionentausch vom Bromidsalz zum BArF-salz.

2.1.4 Herstellung der substituierten Derivate

Im Rahmen der Bachelorarbeit von Tim Riesebeck wurde versucht, die Löslichkeit der

Verbindung 31 zu verbessern, indem an der Pyridineinheit Methyl- bzw. Tert-butylgruppen

eingeführt wurden.62 Dazu wurde die Synthese der Carbenvorläufer von 4-Methylpyridin

bzw. von 4-Tert-butylpyridin ausgehend gestartet. Die substituierten Brompyridine wurden

nach Vorschriften aus der Literatur hergestellt.63, 64 Diese wurden in einer Sonogashira-

artigen Reaktion, analog zur Synthese von 13, eingesetzt.

31/Br 31/PF6

31/Br 31/BArF

Allgemeiner Teil

32

Schema 27: Synthese des methylierten Acetylen-bipyridins.

Das Kupplungsprodukt 33 konnte in 19% Ausbeute erhalten werden. Der nächste Schritt, die

cis-selektive Hydierung, wurde für 33 auf demselben Weg wie für die nicht substituierte

Verbindung 11 durchgeführt (siehe Schema 28). Das Produkt konnte jedoch nur in 4%

Ausbeute erhalten werden. Die Verbrückung zum 7-Ring wurde aufgrund der geringen

Substanzmenge nicht mehr versucht.

Schema 28: Syntheseversuch des tert-butyl-substituierten Acetylen-bipyridins.

Das Produkt 35 konnte über die oben abgebildete Kreuzkupplung nicht dargestellt werden.

Das kann daran liegen, dass die 2-Position an der Pyridineinheit durch die tert-Butylgruppe

sterisch zu sehr abgeschirmt wird. Da die Kupplung in einer Stufe nicht realisiert werden

konnte, sollte 35 in einer zweistufigen Synthese hergestellt werden. Hierzu sollte zunächst in

einer Sonogashirakupplung 36 aus 34 gebildet werden und anschließend mit einem

weiterem Molekül 34 gekoppelt werden (siehe Schema 29).

32 33

34 35

Allgemeiner Teil

33

Schema 29: zweistufiger Syntheseversuch des tert-butyl-substituierten Acetylen-bipyridins.

Das Zwischenprodukt 36 konnte in 39% Ausbeute erhalten werden. Die anschließende

Sonogashira-Kupplung zu 35 war jedoch nicht erfolgreich.

2.1.5 Herstellung und Lithiierung von 10H-Benzo[e]dipyrido[1,2-c:2',1'-

g][1,3]diazepin-9,11-diium iodid

Als ein weiterer Carbenvorläufer wurde 38 hergestellt. Dieser sollte als einfach zugängliches

Vergleichsmolekül für die Verbindung 31 dienen. Hilt et al. stellten bereits die Synthese des

Vinyl substituierten Moleküls 30 vor (siehe auch Kapitel 2.1.2.2).61 Sie unternahmen

allerdings keine Versuche zur Deprotonierung der Verbindung 30.

Schema 30: Herstellung des benzyl substituierten Carbenvorläufers 38.

Die Synthese von 37 ist literaturbekannt und kann in einer Stufe aus kommerziell

erhältlichen Edukten durchgeführt werden.65 Damit ist es einfacher und auch schneller

erhältlich als 11. Die Verbrückung mithilfe von Diiodmethan ließ sich mit durchschnittlich

41% in zufriedenstellender Ausbeute durchführen.

37 38

34 36

35

34

Allgemeiner Teil

34

Im 1H-NMR (siehe Abbildung 15) spalten die Protonen am Brücken-Kohlenstoffatome zu

einem Dublett von Dublett mit einer Kopplungskonstante von 180,7 und 13,8 Hz auf. Für die

nicht benyzl substituierte Verbindung 31 wurde eine Aufspaltung der Signale der Protonen

am Brücken-Kohlenstoffatom zum Dublett von Dublett mit einer Kopplungskonstante von

175,8 und 13,9 Hz gefunden.

Abbildung 15: Ausschnitt aus dem 1H-NMR-Spektrum von 38 in DMSO-d6.

Die Verbindung 38 konnte durch langsames Eindampfen einer Methanol-Lösung kristallisiert

werden. Im Kristall sind mehrere Kontakte zwischen den Iodiden und Protonen der

Verbindung 38 zu sehen. Außerdem wird eine Wasserstoffbrücke zwischen Methanol und

Iod ausgebildet. Der Abstand zwischen H und I beträgt hier 2,46 Å und der Bindungswinkel

von O-H-I 164°. Die Bindungslängen der Kohlenstoffatome im Benzylring weisen darauf hin,

dass hier ein isolierter Aromat vorliegt. Sie sind ca. 0,1 Å kürzer als die Bindungslängen von

C32 zu C33 bzw. C27 zu C26. Die Bindungsabstände in diesem Molekül unterscheiden sich

nur geringfügig zu denen, die Hilt et al. für die Verbindung gefunden haben, bei der an C21

oder C28 eine Ethengruppe anstelle von Wasserstoff gebunden ist.61

Allgemeiner Teil

35

Abbildung 16: Kristallstruktur von 38. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Ausgewählte Abstände in Å: C21-N21: 1,48; N21-C26: 1,36; C26-C27: 1,48; C27-C28: 1,40; C28-C29: 1,38; C29-C30: 1,39; C30-C31: 1,38; C31-C32:1,38; C32-C27: 1,42;

C32-C33: 1,50; C33-N22: 1,36; N22-C21: 1,47.

Glorius et al. beschreiben den Ringschluss in einem Bisoxazolin mithilfe von Chloromethyl-

pivalat.66 Diese Methode wurde auch auf 37 angewendet (siehe Schema 31).

Schema 31: Versuchter Ringschluss nach der Methode von Glorius et al.

Der Vorteil vom Ringschluss durch Chloromethyl-pivalat gegenüber dem mit Diiodmethan

besteht darin, dass das Monokation erhalten wird, so muss, um das Carben zu erzeugen, nur

noch ein Proton entfernt werden. Jedoch konnte nach der Reaktion das gewünschte Produkt

nicht nachgewiesen werden.

Das Carben sollte durch zweifache Deprotonierung von 38 mit tert-Butyllithium (tBuLi)

erhalten werden.

37 39

Allgemeiner Teil

36

Schema 32: Versuch der Deprotonierung von 38.

Nach Entfernen des Lösemittels vom Reaktionsgemisch wurde ein 1H-NMR des Produktes

aufgenommen. Dabei wurde ein 1H-NMR Spektrum, welches fast identisch zu dem von 38 ist

erhalten(siehe Abbildung 17). Das Signal für eines der beiden Brücken-Kohlenstoffatome ist

um 0,06 ppm im Vergleich zum Edukt verschoben, das kann aber auch daran liegen, dass hier

noch Spuren von THF im 1H-NMR zu sehen sind. THF könnte Wasserstoffbrücken zu dem

Wasserstoffatom aufbauen und so für eine Verschiebung der Signale sorgen.

Abbildung 17: Ausschnitt aus dem 1H-NMR von dem Produkt der Reaktion von 38 mit tBuLi (grün) und zum Vergleich das des Eduktes (lila) in CD3CN.

38 40

41

Allgemeiner Teil

37

Es kann sein, dass zwar das Carben entstanden ist, aber durch im deuterierten Lösemittel

enthaltenes Wasser wieder protoniert wurde. Daher wurden von dem Produkt Kristalle

gezüchtet, um so die Lithiierung nachweisen zu können. Im Kristall ist Lithium zusätzlich zu

38 zu sehen. Die Abstände der Kohlenstoffatome im Ring sind, im Rahmen der

Messgenauigkeit, identisch zu denen, die für 38 gefunden wurden.

Abbildung 18: Kristallstruktur nach der versuchten Deprotonierung mit tert-Butyllithium. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Ob die Struktur tatsächlich ein Proton weniger besitzt als 38, kann mithilfe der

Kristallstrukturanalyse nicht verifiziert werden, da Wasserstoffatome nicht detektiert

werden können. Allerdings ist die Restelektronendichte im Kristall bei der oben gezeigten

Verbindung (siehe Abbildung 18) klein. Es ist also unwahrscheinlich, dass hier noch ein

weiteres Proton vorhanden ist. Um die Neutralität des gesamten Kristalls zu gewährleisten

muss die Verbindung einfach deprotoniert worden sein. Daher ist es sehr wahrscheinlich,

dass hier wirklich ein Proton entfernt wurde. Das Lithium ist nicht kovalent ans

Kohlenstoffatom gebunden, wie es für viele lithiierte Spezien der Fall ist, sondern koordiniert

an die beiden Pyridinringe des Moleküls. Der Abstand von Li zu N1 und N2 beträgt 2,95 bzw.

2,90 Å. Der Abstand von Li zu C1 ist mit 3,52 Å deutlich größer als zu C2 (3,17 Å), C6 (3,06 Å),

C13 (3,19 Å) oder C17 (3,22 Å). Die Abstände der einzelnen Atome zueinander sind sehr

ähnlich zu denen im Kristall des Eduktes 38. Die räumliche Nähe der verschiedenen Ionen

zueinander ist in Abbildung 19, einem größeren Ausschnitt aus dem Kristall, etwas besser zu

sehen. Der Abstand von I zu Li beträgt hier 3,35 bzw. 3,44 Å.

Allgemeiner Teil

38

Abbildung 19: Kristallstruktur von 38 nach versuchter Deprotonierung mit tert-Butyllithium im größeren Ausschnitt. Kontakte zwischen I- und Li+ mithilfe von Rot-gestrichelten Linien deutlich gemacht.

Obwohl zwei Äqivalente tBuLi für die Deprotonierung verwendet wurden, konnte nur das

einfach deprotonierte Produkt sowie das Edukt nachgewiesen werden. Da nach wie vor nicht

eindeutig geklärt werden konnte, ob das freie Carben synthetisiert werden konnte, sollte es,

statt isoliert zu werden, mit geeigneten Reagenzien/Elektrophilen abgefangen werden.

Enders et al. beschrieben, dass sie durch Zugabe von elementarem Schwefel zu

triazolbasierten Carbenen die entsprechenden Triazolinthione erhalten. Dazu rühren sie das

Carben zusammen mit Schwefel drei Stunden lang bei 110°C in Toluol.67 Da 38 nicht in Toluol

löslich ist, wurde die Synthese von 42 in Acetonitril durchgeführt (siehe Schema 33). Bei

Deprotonierung mit Natriumhydrid in Acetonitril kommt es zu Nebenreaktionen, da

Acetonitril mit Natriumhydrid reagiert.68 Das kann ein Grund für die Probleme der im

Folgenden beschriebenen Versuche sein. Die Deprotonierung von verschiedenen

Verbindungen in Acetonitril mithilfe von Natriumhydrid ist literaturbekannt und weit

verbreitet. Das Problem hierbei ist, dass die entstehenden Nebenprodukte schwierig mit den

klassischen Analysenmethoden zu detektieren sind und schnell übersehen werden.68 Bei der

Verbindung 38 müssen zwei Protonen entfernt werden, damit das Carben gebildet wird. Hier

ist die Frage, ob Natriumhydrid eher 38 zweifach deprotoniert als mit Acetonitril zu

reagieren.

Allgemeiner Teil

39

Schema 33: versuchte Darstellung des Thioharnstoffs.

Da angenommen wurde, dass das Carben nicht stabil ist, wurde die Synthese als

Eintopfsynthese durchgeführt. Zu der Lösung von 38 in Acetonitril wurde Schwefel und

Natriumhydrid gegeben. Beim Erhitzen auf 82°C kam es zu mehreren Farbänderungen.

Anders als für die Triazolinthione von Enders et al. fiel nach Beendigung der Reaktion kein

kristalliner Feststoff aus, daher wurde das Lösemittel entfernt und der Feststoff mit

Diethylether gewaschen. Weder im 1H-NMR, noch im GC-MS Spektrum konnte das

gewünschte Produkt nachgewiesen werden. Stattdessen scheint es unter den

Reaktionsbedingungen zu einer Ringöffnung zu kommen. Hinweis darauf gibt die

Untersuchung des Produkts mittels GC-MS, bei der ein Signal, das der Masse von 1,2-Di(2‘-

pyridin)benzol 37 entspricht, nachgewiesen werden konnte. Die Reaktion wurde bei

niedrigeren Temperaturen (65°C und 40°C) wiederholt, aber auch hier konnte das

gewünschte Produkt nicht erhalten werden.

Da sich Schwefel nicht als Reagenz zum Abfangen des möglicherweise entstandenen Carbens

eignet, sollte stattdessen Iod eingesetzt werden, um zu der entsprechenden iodierten

Spezies 43 zu gelangen.

Schema 34: Versuche zu Iodierung von 38.

Dazu wurde 38 in Acetonitril schrittweise zunächst mit Natriumhydrid, dann mit

elementarem Iod umgesetzt. Das gewünschte Produkt konnte nicht nachgewiesen werden,

sowohl im 1H-NMR-Spektrum, als auch im FAB-MS Spektrum war nur das Edukt 38 zu sehen.

38 42

38 43

Allgemeiner Teil

40

Schema 35: Versuchte Synthese des Palladiumkomplexes. Für die Synthese wurden 0,7 eq. Pd(OAc)2 verwendet.

Weiterhin sollte getestet werden, ob es gelingt, das Carben an ein Metallzentrum zu binden.

Die „Palladiumacetat-Route“ ist eine sehr bekannte Möglichkeit um NHC-Palladium-

Komplexe herzustellen.69 Der Vorteil hierbei ist, dass keine Base zugegeben werden muss.

Dieser Weg ist vor allem für Imidazol-basierte Verbindungen beschrieben welche nur ein

Proton an C2 besitzen. Die Verbindung 38 besitzt zwei Protonen an C2 und muss, um den

Metallkomplex 44 bilden zu können, zweifach deprotoniert werden. Daher ist es nicht

verwunderlich, dass hierbei der Palladiumkomplex 44 nicht erhalten wurde.

Die Versuche zur Deprotonierung von 38 und anschließendem Abfangen mit Schwefel und

Iod zeigen, dass diese Verbindungen nicht so einfach zu deprotonieren sind wie klassische,

imidazolbasierte NHC-Vorläufer. Da das Carben, das aus 38 erzeugt werden kann, nicht so

flexibel ist, wie das, welches aus 31 durch zweifache Deprotonierung gewonnen wird,

wurden keine weiteren Versuche mit dieser Verbindung unternommen.

Weitaus mehr Versuche wurden unternommen, um aus der nicht benzyl-substituierten

Verbindung 31 das Carben zu erzeugen und dieses mit verschiedenen Elektrophilen

umzusetzen.

2.1.6 Herstellung des Thioharnstoffderivates

Eine der klassischen Carben-Abfangreaktionen, die Enders et al. in ihrem Artikel

beschreiben70 ist die Reaktion mit Chalkogenen.

Schema 36: Deprotonierung des 7-Rings 31 und Umsetzung zum Thioharnstoff 45. Die Base wurde in 2,1 eq. zugegeben.

Dazu wurde eine Reihe von verschiedenen Bedingungen getestet, die in Tabelle 3 aufgelistet

sind:

31 45

38 44

Allgemeiner Teil

41

Tabelle 3: Reaktionsbedingungen für die Herstellung von 45.

Gegenion Base Lösemittel T in °C Produktbildung?

I- NaH Acetonitril 82 Nein

I- NaH Acetonitril 40 Nein

I- KOtBu THF 40 Nein

I- KOtBu Diethylether 23 Nein

Br- n-BuLi Diethylether -20 - RT Nein

Br- n-BuLi Diethylether -70 - RT Nein

Br- sec-BuLi THF -78 - RT Nein

OTf- n-BuLi THF -78 - RT Nein

OTf- KOtBu THF -78 - RT Nein

OTf- KOtBu Acetonitril -78 - RT Ja

Ausgehend von 31/I ließ sich das gewünschte Produkt nicht erhalten, hier wurden nur

Gemische aus vielen verschiedenen Produkten erhalten. Die Reaktion von 31/Br mit

Lithiumbasen resultierte ebenfalls in der Bildung eines nicht analysierbaren Gemisches.

31/OTf zeigt, wie in vorherigen Abschnitten beschrieben, eine deutlich bessere Löslichkeit.

Mit KOtBu wurde in THF das erste Mal ein 1H-NMR-Spektrum erhalten, das zwei definierte

Signalsätze zeigt. Um die Löslichkeit zu verbessern und so die Deprotonierung zu erleichtern

wurde der nächste Ansatz in Acetonitril angesetzt. Hierbei konnte ein 1H-NMR-Spektrum

erhalten werden, in dem keine Signale für die Protonen am Brücken-Kohlenstoffatom zu

sehen waren. Außerdem ist hier nur ein Signalsatz mit leichten Verunreinigungen zu sehen

(siehe Abbildung 20).

Allgemeiner Teil

42

Abbildung 20: 1H-NMR von 45 in CD3CN.

Die Verschiebung der Signale zueinander ist eine andere als beim Edukt 31/OTf. Das 13C-

NMR-Spektrum zeigt ein Signal bei 156 ppm, welches laut HMQC-Messung kein zugehöriges

Protonensignal besitzt. Dieses Signal ist dem Kohlenstoff zuordnen, an den das

Schwefelatom gebunden ist. Das Fehlen der H-Signale am Brücken-Kohlenstoffatom, die

veränderten Verschiebungen der anderen H-Signale, sowie die Ergebnisse der 13C-NMR-

Messung weisen darauf hin, dass die Synthese zum Thioharnstoff 45 erfolgreich verlaufen

ist.

Schema 37: Herstellung des Thioharnstoffderivats 47 aus dem Carbenvorläufer 46 nach Weiß30.

Reichel und Weiß berichten für die Verbindung 47 einen Shift von 142 ppm für das

Kohlenstoffatom, an dem der Schwefel gebunden ist bei der Messung eines 13C-NMRs in

DMSO-d6.30 Es ist zu erwarten, dass das Signal des Kohlenstoffatoms, an denen der Schwefel

gebunden ist bei 47 und 45 bei einer ähnlichen Verschiebung zu sehen ist. Das Lösemittel

46 47

Allgemeiner Teil

43

beeinflusst die Verschiebung des Signals, dies ist ein weiterer Faktor der bei den beiden

Messungen berücksichtigt werden muss.

Ein weiterer Hinweis auf das Produkt 45 ist im Massenspektrum des ESIs zu finden: Ein Signal

bei m/z=226,59 ist zu erkennen, welches dem gewünschten Produkt 45 (226,06 g/mol)

entspricht. Ein weiteres, sehr intensives Signal mit m/z 182,89 kann dem nicht verbrückten

Edukt 11 bzw. der Trans-verbindung 12 zugeordnet werden, das vermutlich als Fragment des

Thioharnstoffs 45 während der Messung entsteht. Mithilfe der Tandem-

Massenspektrometrie konnte gezeigt werden, dass das Zersetzungsprodukt der Substanz mit

226,59 m/z ein Signal bei 182,89 m/z gibt. Da im 1H-NMR nur eine Spezies zu sehen ist (siehe

Abbildung 20) ist es wahrscheinlich, dass das Signal bei 182,89 m/z durch die Zersetzung von

45 unter den Bedingungen der Massenspektrometrie stammt. Genauere Hinweise zu der

Reinheit der Substanz könnten nur durch eine Elementaranalyse erbracht werden. Leider

ließ sich das Produkt nicht mehr reproduzieren. In weiteren Versuchen wurden immer

Produktgemische erhalten, aus denen die einzelnen Produkte nicht isoliert werden konnten.

Unter Schutzgas konnten von der Verbindung aus Acetonitril durch langsames Eindampfen

von Ether Kristalle gezüchtet werden, welche sich leider zersetzten, bevor sie gemessen

werden konnten.

Schema 38: Methylierung am Schwefelatom der Verbindung

Ausgehend von 45 sollte die methylierte Spezies 48 hergestellt werden. Dazu wurden sowohl

Methyltriflat, Methyliodid als auch Trimethyloxoniumtetrafluoroborat als

Methylierungsreagenzien getestet. Die Methylierung mit Methyltriflat wurde bei 0 °C in

trockenem DCM durchgeführt. Mit Trimethyloxoniumtetrafluoroborat wurde die Reaktion

bei Raumtemperatur in THF und mit Methyliodid bei Raumtemperatur in trockenem

Acetonitril durchgeführt. Es konnten jedoch nur Produktgemische erhalten werden.

45 48

Allgemeiner Teil

44

2.1.7 Herstellung der Boranverbindung

Eine Möglichkeit NHCs abzufangen besteht darin diese mit Boranen umzusetzen. Die dabei

erhaltenen Verbindungen sind relativ stabil können als Lewis-Säure-Base-Addukte aufgefasst

werden.71

Der Thioharnstoff 45 konnte durch Deprotonierung von 31/OTf mit KOtBu und

anschließender Umsetzung mit Schwefel in Acetonitril hergestellt werden. Diese

Bedingungen wurden auf die Reaktion zur Herstellung der entsprechenden

Boranverbindungen 49 übertragen.

Schema 39: Abfangen des Carbens mit BH3.

Anders als bei der Synthese von 45 wurde die Reaktion Schrittweise durchgeführt. Dazu

wurde zunächst bei -30°C KOtBu zugegeben. Die Lösung wurde 30 min bei dieser Temperatur

gerührt und dann über einen Whatman-Filter zu einer Lösung von BH3*THF in Acetonitril

kanüliert. Auf diese Weise sollte sichergestellt werden, dass das entstehende Kaliumtriflat

abgetrennt wird. Das 1H-NMR sah nicht sehr vielversprechend aus. Anders, als erhofft, sind

viele verschiedene Produkte zu sehen, was auf Zersetzung hinweist.

2.1.8 Methylierung am Carben

Carbene können indirekt durch Abfangreaktionen nachgewiesen werden. Eine mögliche

Abfangreaktion ist die Methylierung. Huber et al. zeigten, dass lithiierte

Imidazoliumverbindungen mit Methyliodid am Carbenkohlenstoff methyliert werden

können. Das Produkt wurde hier in 86% Ausbeute erhalten.28

Schema 40: Methylierung des Carbens.

Die Reaktion wurde unter verschiedenen Bedingungen getestet (siehe Tabelle 4).

31/OTf 49

31/OTf 50

Allgemeiner Teil

45

Tabelle 4: Reaktionsbedingungen für die Methylierung an 31/OTf.

Äquivante Base Base Methylierungsmittel Lösemittel T in °C

1 n-BuLi MeI THF -78-RT

1 KOtBu MeI THF 0-RT

2,1 KOtBu MeI THF -78

2,2 KOtBu MeOTf MeCN -30

Zunächst sollte mit einem Äquivalent Base gezielt ein Proton entfernt und anschließend mit

Methyliodid methyliert werden. Sowohl mit n-BuLi, als auch mit KOtBu wurde nur Zersetzung

beobachtet. Daher wurde die Reaktion mit zwei Äquivalenten KOtBu wiederholt. Auf diese

Weise sollte zunächst das Carben gebildet werden, welches dann mit Methyltriflat bzw.

Methyliodid abgefangen wird. Das führte nicht zur Bildung des Produktes 50. Im

Massenspektrum (EI-MS) des Versuches mit 2,1 Äquivalenten KOtBu und Methyliodid ist eine

Masse von m/z=181 zu sehen. Dies entspricht den Verbindungen 11 und 12. Wurden 2,2

Äquivalente KOtBu und Methyltriflat verwendet, wurde leicht verunreinigtes Edukt

wiedergewonnen. Das sind sehr ähnliche Bedingungen zu denen, bei den der Thioharnstoff

45 erhalten werden konnte (siehe Kapitel 2.1.6).

2.1.9 Verbrückung von cis-1,2-Di(pyridin-2-yl)ethen mit Triphosgen

Triphosgen wird verwendet, um aus primären und sekundären Aminen Harnstoffderivate zu

erzeugen. Dass Phosgen auch mit Pyridin Addukte bildet, zeigte schon 1956 Scholtissek.72 Er

leitete Phosgen in verdünntes Pyridin ein, dabei fiel ein mikrokristallines Pulver aus. Analyse

desselben ergab dass es sich hierbei um das zweifach kationisch geladene Salz zweier

Pyridine handelte, welche am Stickstoffatom über CO verbrückt sind. Triphosgen ist leichter

zu handhaben als Phosgen und wurde deshalb in dieser Arbeit bei der Synthese von 51

verwendet (siehe Schema 41). Da in anderen Vorschriften zur Verbrückung mit Triphosgen

ein Äquivalent Triethylamin zugegeben wurde73, wurde das auch bei diesem Versuch

gemacht.

Allgemeiner Teil

46

Schema 41: Verbrückung mithilfe von Triphosgen.

Das gewünschte Produkt 51 konnte hierbei nicht isoliert werden. Möglich ist, dass sich das

Produkt zwar gebildet hat, während der Aufarbeitung aber wieder zersetzt hat.

2.1.10 Iodierung des Carbens

Eine weitere Möglichkeit das Carben abzufangen besteht darin, es mit Iod zu quenchen. Das

wurde auch unter verschiedenen Bedingungen getestet.

Schema 42: Versuch der Iodierung von 31.

Tabelle 5: Reaktionsbedingungen für die versuchte Herstellung der iodierten Spezies 52.

Ausgangsverbindung Base Lösemittel Iodquelle T in °C

31/Br tBuLi THF NIS -78

31/Br tBuLi THF I2 -78

31/I NaH MeCN I2 40

31/BArF n-BuLi THF I2 -78

31/BArF n-BuLi THF NIS -78

31/Br wurde bei -78°C in THF mit tert-Butyllithium deprotoniert und anschließend mit NIS

oder Iod abgequencht. In beiden Fällen wurde kein gewünschtes Produkt, sondern nur 31/Br

zurückerhalten. Auch ausgehend vom Iodidsalz 31/I konnte mit Natriumhydrid kein

gewünschtes Produkt erhalten werden. Um auszuschließen, dass die Probleme von der

schlechten Löslichkeit herrühren, wurde das BArF-Salz 31/BArF mit n-BuLi deprotoniert und

anschließend einmal mit NIS und einmal mit Iod umgesetzt. Auch hier konnte 52 nicht


11 51

31 52

Allgemeiner Teil

47

Eine weitere Syntheseroute zu 52 besteht darin, die Verbrückung von 11 mit Iodoform

anstelle von Diiodmethan durchzuführen, sodass das Iodatom am Brücken-Kohlenstoff direkt

beim Ringschluss schon vorhanden ist.

Schema 43: Reaktion von 11 mit Iodoform.

Wie schon bei der Synthese von 31/I und für 31/Br wurde auch hier das Edukt 11 zwei

Stunden lang zusammen mit dem Verbrückungsreagenz (hier Iodoform) und ca. 0,1 ml

Acetonitril in einer Mikrowelle auf 80° C erhitzt. Hierbei wurde ein 4,5-facher Überschuss an

Iodoform eingesetzt. Das Produkt wurde mit Diethylether gewaschen, um überschüssiges

Iodoform zu entfernen. Die Signale im 1H-NMR sind gegenüber denen von 11 verschoben

(siehe Abbildung 21), es ist kein Signal für das Proton am Brücken-Kohlenstoffatom zu sehen.

So wurde zunächst angenommen, dass das Iodidsalz 52 erhalten wurde. Das breite Signal bei

1,6 ppm stammt vermutlich von Iodoform, welches nicht durch Waschen entfernt wurde.

11

53

52

Allgemeiner Teil

48

Abbildung 21: 1H-NMR in CDCl3 von 53 in grün, sowie 11 in lila zum Vergleich.

Im 13C-NMR fehlt das Signal für das Brücken-Kohlenstoffatom, es wurde zunächst

angenommen, dass die Intensität zu gering ist, um es zu erkennen. Zur vollständigen

Strukturaufklärung wurden Kristalle durch langsames Eindampfen von Diethylether in eine

gesättigte Dichlormethanlösung gezüchtet.

Abbildung 22: Kristallstruktur von 53. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Abbildung 22 zeigt die Lösung der Röntgenstrukturanalyse des Einkristalls. Bei dieser handelt

es sich nicht um die Struktur des gewünschten Produkts 52. Stattdessen ist ein Proton

zwischen den beiden Stickstoffatomen gebunden. Der Abstand dieses Protons zu den beiden

Allgemeiner Teil

49

Stickstoffatomen beträgt 1,27 und 1,32 Å. Das ist länger als die durchschnittliche

Bindungslänge einer kovalenten Bindung zwischen einem positiv geladenen Stickstoffatom

und einem Wasserstoffatom (1,03 Å).74 Der Winkel von N-H-N beträgt 165°. Für den

protonierten Protonenschwamm 1,8-Bis(dimethylamino)naphthalen beträgt der Winkel

abhängig vom Gegenion zwischen N-H-N 140-160° und ist damit etwas kleiner.75 Der

Anstand der beiden Stickstoffatome, zwischen denen das Proton sitzt, ist bei 53 mit 2,57 Å

im selben Bereich wie der für 1,8-Bis(dimethylamino)naphthalen mit 2,55-2,65 Å.75 Obwohl

es strukturell einige Ähnlichkeiten zu bekannten Protonenschwämmen gibt, sollte die

Verbindung nicht als solche aufgefasst werden. Protonenschwämme besitzen eng

beieinander stehende Aminogruppen bei welchen es zu einer Überlappung der gefüllten sp3-

Orbitale der Stickstoffatome kommt. Die Überlappung wird durch die Protonierung

verringert. Die Pyridineinheiten der Verbindung 11 sind frei drehbar. Eine destabilisierende

Überlappung der gefüllten Orbitale am Stickstoff kann durch das Rausdrehen der

Pyridineinheiten aus der Ebene verhindert werden.

Es ist bekannt, dass sich Iodoform bei höheren Temperaturen zu Kohlenstoff, Iodwasserstoff

und Iod zersetzt.76 Das scheint auch bei dieser Reaktion passiert zu sein. Die Zersetzung ist

schneller als die Addition an 11. Die Verbrückung mit Diiodmethan gelang nur bei erhöhter

Temperatur und Druck, deshalb wurde auch bei der Reaktion mit Iodoform eine Temperatur

von 80°C für die Mikrowellenreaktion eingestellt. Vielleicht lässt sich 52 bei einer etwas

niedrigeren Temperatur erhalten, dies wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht getestet.

2.1.11 Bromierung des Carbens

Neben der Iodierung wurde auch die Bromierung am Brücken-Kohlenstoffatom angestrebt.

Dazu wurde bei -78°C mit tert-Butyllithium das Carben erzeugt, welches anschließend mit

NBS oder Brom abgequencht wurde. In beiden Fällen konnte das gewünschte Produkt nicht


Schema 44: Bromierung von 31/OTf.

31/OTf 54

Allgemeiner Teil

50

Die 1H-NMS-Spektren der erhaltenen Produkte weisen auf Zersetzung hin. Eine mögliche

Nebenreaktion ist die Bromierung der Doppelbindung zwischen den beiden Pyridineinheiten.

2.1.12 Herstellung der Kupfercarbenkomplexe

Kupfer-NHC-Komplexe werden vielfach als Katalysatoren für eine ganze Reihe von

verschiedenen Reaktionen eingesetzt: Sie dienen der Funktionalisierung von Carbonylen,

Alkenen, Alkinen, Aromaten und Heteroaromaten. 77 Der Vorteil gegenüber anderen Metall-

NHC-Verbindungen liegt vor allem beim niedrigen Preis für Kupfer.

Die Kupfercarbene aus 31/OTf sollten durch Deprotonierung mit Kalium-tert-Butanolat und

Kupferiodid als Kupferquelle hergestellt werden.

Schema 45: Herstellung des Kupfercarbens.

Im Arbeitskreis wurde herausgefunden, dass Imidazoliumsalze iodiert werden können,

indem sie zunächst mit Kupferiodid zu Kupfercarbenen umgesetzt werden, welche nach

Aufreinigung mit Iod zu den iodierten Verbindungen umgesetzt werden können. Nach

demselben Prinzip sollte zunächst der Kupferkomplex gebildet werden. Da beim ersten

Versuch mit THF als Lösemittel nur sehr wenig Substanz nach der Aufarbeitung erhalten

wurde, wurde in einem zweiten Versuch Acetonitril als Lösemittel verwendet. Hier wurde

zwar mehr Produkt erhalten, aus dem 1H-NMR-Spektrum ist aber zu erkennen, dass ein

Produktgemisch aus verschiedenen Substanzen erhalten wurde. Da in keinem Fall das

gewünschte Produkt erhalten werden konnte, wurde dieser Weg nicht weiter verfolgt.

2.1.13 Herstellung der Palladiumkomplexe

Ausgehend von verschiedenen Palladiumsalzen wurde versucht, einen Palladium-

Carbenkomplex herzustellen.

Schema 46: Bildung des NHC-Palladiumkomplexes.

31/OTf 55

31/X

Allgemeiner Teil

51

Diese Reaktion wurde ausgehend von verschiedenen Gegenionen, Basen, Lösemitteln bei

unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt (siehe Tabelle 6).

Tabelle 6: Reaktionsbedingungen für die Herstellung des Palladium-NHC Komplexes.

Gegenion (X) Base T in °C Lösemittel Pd Quelle

OTf tBuLi -78 THF Pd(OAc)2

OTf tBuLi -78 THF [PdCl(allyl)]2

OTf tBuLi -78 THF [PdCl(allyl)]2

OTf KOtBu RT MeCN [PdCl(allyl)]2

OTf n-BuLi+KOtBu -78 Diethylether [PdCl(allyl)]2

PF6 KOtBu 0 THF [PdCl(allyl)]2

BArF n-BuLi -78 THF [PdCl(allyl)]2

PF6 n-BuLi -78 THF Pd(PPh3)2Cl2

PF6 n-BuLi -78 THF Pd0

Da in keinem der Fälle ein Komplex aus Palladium und dem 7-Ring-Carben nachgewiesen

werden konnte, bleibt die Frage, ob dieser so instabil ist, dass er auch unter

Schutzgasbedingungen zerfällt, oder ob er gar nicht gebildet wird. Da auch bei den vorher

beschriebenen Abfangreaktionen oft nur Zersetzungsprodukte erhalten wurden, ist es

wahrscheinlich, dass der Komplex nicht gebildet wurde.

2.1.14 Isolation des Carbens

Obwohl viele verschiedene Bedingungen zur Deprotonierung der H-Verbindung 31 und

anschließendem Abfangen des Carbens getestet wurden, konnte nur der Thioharnstoff 45

nachgewiesen werden. Dieser ließ sich leider nicht reproduzierbar sauber herstellen. Daher

sollte das Carben hergestellt und mithilfe von NMR-Spektroskopie nachgewiesen werden.

Mithilfe von verschiedenen Basen wurde versucht, 31 einfach und zweifach zu

deprotonieren.

Allgemeiner Teil

52

Tabelle 7: Reaktionsbedingungen für die Deprotonierung von 31.

Nr. Gegenion Äquivalente Base Base Lösemittel

1 OTf 1 n-BuLi Diethylether

2 OTf 1,1 n-BuLi THF

3 OTf 1,1 KOtBu MeCN

4 OTf 1,1 KOtBu THF

5 OTf 1,1 tBuLi THF

6 OTf 1,1 NaH Toluol

7 OTf 2,2 tBuLi THF

8 OTf 2 KOtBu THF

9 PF6 2 tBuLi THF

Bei dem Versuch Nummer 1 konnte nach Rühren der Lösung über Nacht bei -78° C ein

vielversprechendes 1H-NMR-Spektrum erhalten werden (siehe Abbildung 23).

Abbildung 23: 1H-NMR des Produktes von Versuch Nummer 1 (Deprotonierung von 31/OTf) in CD3CN. Der Bereich von 6,4 bis 9,8 ppm ist vergrößert oben links in der Abbildung zu sehen.

Hier ist nur noch ein Dublett bei 6,5 ppm für die Protonen am Brücken-Kohlenstoffatom

(C15) zu sehen. Die Integration dieses Signals ist nur halb so groß wie für die restlichen

Signale im Aromatenbereich. Das entspricht einer Integration von einem Proton. Das

Allgemeiner Teil

53

Spektrum zeigt, dass das Produkt nicht ganz sauber ist. Von 7,6 bis 8,2 ppm sind nicht

zuordenbare Signale zu sehen. Die Frage, warum das Signal bei 6,5 ppm aufgespalten ist

bleibt bestehen. Wenn nur noch ein Proton vorhanden ist, dann sollte dieses nicht mehr

aufspalten, da es nicht mehr mit anderen Wasserstoffatomen koppeln kann. Die weiteren

Signale im Aromatenbereich können aufgrund des Vergleichs mit dem 1H-NMR-Spektrum

des Edukts 31 wie in der Abbildung 23 dargestellt zugeordnet werden.

Bei den Versuchen 2 und 4-6 konnte kein sauberes Produkt erhalten werden. Bei Versuch 3

wurde ein Spektrum identisch zu dem der Ausgangsverbindung 31/OTf erhalten. Bei Versuch

4, 5 und 6 ist das Edukt während der Deprotonierung zersetzt worden. Der Umsatz mit zwei

Äquivalenten Base führte nicht zum sauber isolierbaren Carben. Stattdessen legen die 1H-

NMR-Spektren die Zersetzung der Substanz nahe.

Im Rahmen dieser Arbeit gelang es erstmalig die Verbindung 31 herzustellen. Versuche aus

dieser das Carben durch zweifache Deprotonierung zu erhalten waren nicht erfolgreich.

Durch Behandlung von 31/OTf mit KOtBu und Schwefel konnte das Thioharnstoffderivat 45

erhalten werden. Andere Derivate konnten nicht nachgewiesen werden. Von der

benzylverbrückten Verbindung 38 konnte eine Kristallstruktur des einfach lithiierten

Produktes gemessen werden.

2.2 Synthese und nucleophile Substitutionsreaktionen am 1,3-Bis(4-

(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium

In einem zweiten Projekt sollte ein anderes Carben, welches auch umpolungsfähig ist,

synthetisiert werden. Zielstruktur des Projekts ist die Verbindung 56. Sie verfügt über einen

imidazoliniumbasierten Grundkörper. Elektronendichte kann über die beiden Aminogruppen

an den Phenylringen doniert werden. Huber et al. untersuchten die 4,5-bis-(dimethylamino)-

substitutierte Imidazoliumverbindung 57 auf ihre Umpolungsfähigkeit hin. Elektronendichte

sollte hier vor allem durch die Dimethylaminogruppen am Imidazol induziert werden (siehe

Schema 47).

Allgemeiner Teil

54

Schema 47: Die von Huber et al. untersuchte Verbindung.

Von der Verbindung 57 konnte kein umgepoltes Derivat nachgewiesen werden. In der

Kristallstruktur der entsprechenden H-Verbindung stehen die Phenylringe senkrecht zur

Imidazoleinheit.28 Elektronendichte von den Dimethylaminogruppen am Phenylring kann so

nicht so gut an C2 doniert werden. So entstand die Idee, die Verbindung 56 zu

synthetisieren, da bei dieser die Möglichkeit besteht, dass sich sowohl die

Imidazoliniumeinheit, als auch die Phenylringe in einer Ebene anordnen.

Die hier beschriebene Struktur 56 ist bereits bekannt und wurde von Özdemir et al. als

Ligand für die Rhodium-NHC katalysierte Addition von Phenylboronsäure an Aldehyde

verwendet.78 Der Metall-Carbenkomplex wurde allerdings nicht isoliert und auch nicht

mithilfe einer Kristallstrukturanalyse auf seine Umpolungsfähigkeit hin untersucht. Im

Rahmen dieser Arbeit sollten unterschiedliche Substituenten an C2 eingeführt werden, um

so die Umpolungsfähigkeit dieser Verbindung zu untersuchen.

2.2.1 Synthese von 1,3-Bis(4-(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium

Die Synthese der Verbindung wurde nach der von Arduengo et al. publizierten Methode zur

Synthese von 1,3-diarylimidazoliniumchloriden durchgeführt (siehe Schema 48).79 Anders,

als bei Arduengo beschrieben, wurde Lithiumaluminiumhydrid für die Reduktion verwendet,

da die Reduktion von 58 mit Natriumborhydrid nicht vollständig verlief. Das Produkt 56/Cl

wurde in einer Gesamtausbeute von 25% über drei Stufen erhalten.

57

Allgemeiner Teil

55

Schema 48: Synthese von 56 nach der Vorschrift von Arduengo et al.

Parallel zu diesem Syntheseweg wurde ein zweiter Weg zur Herstellung der Verbindung 56

ausprobiert, um so zu schauen, welcher Weg verlässlicher gute Ausbeuten des Produktes

liefert.

Schema 49: Synthese von 56/OTf.

Bei diesem Syntheseweg wird der Ringschluss zum Imidazolinium durch 1,2-Ethanbistriflat

induziert. 1,2-Ethanbistriflat wurde nach einer Vorschrift von Taylor et al. hergestellt.80 Das

Produkt 56/OTf konnte auf die oben gezeigte Weise in 87% Ausbeute erhalten werden.

Somit ist also der zweite Weg dem ersten vorzuziehen.

56/Cl 59

60

58

56/OTf

Allgemeiner Teil

56

Von 56/OTf wurde ein CV gemessen. Dieses bestätigt die vermutete Redoxfähigkeit der

Verbindung. Es sind zwei verschiedene, reversible Oxidationen bei 0,134 V und bei 0,272 V

vs. NHE zu beobachten.

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4

-2

-1

0

1

2

3

4

5

I(µ

A)

U(V)

Abbildung 24: CV von 56. Arbeitselektrode: Glassy Carbon, Gegenelektrode: Platin und Referenz: Ag/AgCl (3 M KCl).

Ausgehend von der Imidazoliniumverbindung 56 sollte das Carben über Deprotonierung

hergestellt werden und von verschiedenen Elektrophilen abgefangen werden.

Schema 50: Reaktion von 56 mit Elektrophilen.

Dazu wurden verschiedene Basen und auch Elektrophile getestet. Tabelle 8 zeigt die

Bedingungen für die Reaktionen an.

56/OTf

Allgemeiner Teil

57

Tabelle 8: Reaktionsbedingungen für das Abfangen des Carbens aus 56 mit Elektrophilen.

Base Elektrophil Lösemittel T in °C

LiHMDS Br2 THF 0

NaHMDS Br2 DME 0

n-BuLi/KOtBu Br2 DME -35

NaHMDS Br2 THF RT

NaH Br2 MeCN 0

KOtBu Br2 THF 26

LDA CBr4 THF -40

NaH CBr4 THF 0

n-BuLi C2F4Br2 Et2O -78

LDA C2F4Br2 THF -20

NaH C2F4Br2 THF 0

NaH C2F4Br2 MeCN 0

NaHMDS I2 THF RT

KOtBu I2 THF RT tBuLi I2 DME -78 -RT

tBuLi/KOtBU I2 DME -78 -RT

NaOMe I2 MeCN 0

NaHMDS CS2 THF RT

KOtBu CO2 THF 40

- Cu(OAc)2*H2O MeCN RT

- AgO THF 90

- Pd(OAc)2 Dioxan 100

Obwohl sehr viele verschiedene Basen benutzt wurden, konnten die entsprechenden

Zielverbindungen nicht nachgewiesen werden. Sowohl Lithium-, als auch Natrium- und

Kaliumbasen wurden verwendet. Die Temperatur reicht von -78°C bis 100°C, so dass auch

hier ein breites Spektrum an verschiedenen Temperaturen getestet wurde. In den meisten

Fällen wurde versucht, das Carben zu iodieren oder zu bromieren. In der Literatur gibt es

einige Beispiele, dass NHCs iodiert oder bromiert werden können. So benutzen Zhang et al.

Iod um 1-(9-Anthracenylmethyl)-3-ethylimidazolium iodid zu iodieren,81 Kuhn et al.

bromieren ein NHC mithilfe von 2-Brom-1-iodtetrafluorethan82 und Huber et al. berichten

vom erfolgreichen Einsatz von elementarem Brom bzw. Iod um die entsprechenden Brom-

und Iodsalze aus einem NHC zu erhalten.28

Allgemeiner Teil

58

Doch nicht nur die Synthese der Iod- und Brom-substituierten Derivate schlug fehl. Auch der

Umsatz zum Kupfer-, Silber- und Palladiummetallkomplex war auch nicht möglich. Sowohl

das CS2-Addukt als auch das CO2-Addukt konnten nicht nachgewiesen werden. Daher wurde

die Deprotonierung mithilfe von einem Äquivalent Natriumhexamethyldisilazid (NaHMDS) in

THF-d6 im NMR-Rohr durchgeführt und im 1H-NMR beobachtet (siehe Abbildung 25).

Abbildung 25: 1H-NMR des Deprotonierungsversuchs von 56 mit NaHMDS in THF-d6.

Eindeutig lässt sich das Spektrum nicht interpretieren. Das Singulett bei 8,16 ppm stammt

wahrscheinlich vom nicht deprotonierten Edukt 56/OTf. Im Aromatenbereich sind zwei

Signalsätze zu sehen, die als Dublett von Dublett aufspalten. Auch sind zwei Singuletts bei

2,89 und 2,69 ppm zu sehen, welche von den Methylgruppen (C19, C20, C22 und C23)

stammen könnten. Was fehlt sind die Signale der Protonen an C1 und C2. Das Signal dieser

Protonen kommt bei der H-Verbindung 56/OTf bei 4,53 ppm in MeOD. Es besteht natürlich

die Möglichkeit, dass dieses Signal hier vom Lösemittel (THF) überdeckt wird. Die Integration

der Signale ist anders als erwartet. Anhand der Kopplungskonstanten kann bestimmt

werden, dass die Signale bei 7,02 (8,64 Hz) und 6,68 ppm (8,69 Hz); sowie die bei 6,56

(8,76 Hz) und 6,41 ppm (8,77 Hz) zusammen gehören. Beide Sets haben jeweils ein Dublett

mit der Integration von ca. 2,5 H und ein Dublett mit 4 bzw. 4,35 H. Sowohl für das Edukt

Allgemeiner Teil

59

56/OTf als auch für das daraus entstandene Carben sollte die Integration der Signale des

Aromaten gleich sein.

Da mit diesem Experiment nicht eindeutig geklärt werden konnte, ob das Problem bei dieser

Reaktion beim Deprotonierungsschritt liegt oder nicht, wurde ein anderer Weg gewählt um

zum Carben zu gelangen. In der Einleitung wurde bereits auf Alternativen zur Herstellung

von Carbenen hingewiesen. Kuhn et al. erhielten Carbene durch Behandlung der

Thioharnstoffderivate mit Kalium.9

2.2.2 Synthese von 1,3-Bis(p-dimethylaminophenyl)imidazolidin-2-thion

Um diesen Weg der Carbenerzeugung nutzen zu können, sollte zunächst das

Thioharnstoffderivat hergestellt werden. Dabei wurde sich an der Vorschrift von Wanzlick et

al. für die Herstellung von 1,3-Diphenylimidazolidin-thion orientiert (siehe Schema 51).83 Der

Thioharnstoff 61 konnte in 55% Ausbeute aus dem Edukt 59 erhalten werden.

Schema 51: Herstellung des Thioharnstoffs und anschließender Umsatz zum Carben.

Der Thioharnstoff 61 wurde mit Kalium für vier Stunden in THF auf Rückfluss erhitzt. Das

hierbei entstehende Carben sollte mit verschiedenen Elektrophilen abgefangen werden. Die

Elektrophile sowie die eingesetzten Äquivalente derselben sind in Tabelle 9 angegeben.

59 61

Allgemeiner Teil

60

Tabelle 9: Verschiedene Elektrophile für das Abfangen des Carbens.

Elektrophil Äquivalente Produkt?

Br2 2.5 Nein

C2F4Br2 2 Nein (Imidazoliniumsalz im ESI-MS)

CBr4 2 Nein (Imidazoliniumsalz im ESI-MS)

Br2 2 Nein (Imidazoliniumsalz im ESI-MS)

NBS 1 Nein

NIS 1 Nein

I2 2.5 Nein (Imidazoliniumsalz im ESI-MS)

In keinem Fall wurde das gewünschte Produkt nachgewiesen, im ESI-MS konnte aber die H-

Verbindung 56 nachgewiesen werden. Damit diese gebildet werden kann, muss vorher das

Carben entstanden sein. Im ESI-MS von 61 ist kein Signal mit der Masse der H-Verbindung 56

zu sehen, es ist also unwahrscheinlich, dass dieses erst während der Messung gebildet wird.

Der Komplex aus dem Carben aus 56 und einem Rhodiumprecursor wurde schon von

Özdemir et al. auf seine katalytische Aktivität bei der Addition von Arylboronsäuren zu

Aldehyden untersucht.78 Dabei wurde der Rhodium-NHC-Komplex in situ erzeugt und als

Katalysator eingesetzt. Da es nicht möglich war ein Additionsprodukt des Carbens zu

isolieren und die katalytische Aktivität des Rhodium-NHC-Komplexes bereits bekannt war

schien es nicht sinnvoll dieses Projekt weiter zu verfolgen.


Diaminocarben

In Rechnungen wurde gezeigt, dass das acyclische Diaminocarben 8 deutlich bessere

Umpolungsfähigkeiten besitzen als das im vorherigen Kapitel beschriebene 5-Ring-Carben 7.

Daher sollte das acyclische Diaminocarben 8 synthetisiert werden.

2.3.1 Synthese des Harnstoffderivates und Umsetzung zum Iodcarbenium-iodid

Anders, als in den Projekten zuvor, sollte hier nicht die H-Verbindung, sondern der Harnstoff

als Ausgangssubstanz für weitere reaktive Zwischenstufen dienen. Das nicht methylierte

Harnstoffderivat 64 wurde bereits von Miess im Rahmen seiner Doktorarbeit hergestellt.84

Allgemeiner Teil

61

Dieses setzte er mithilfe von Oxalylchlorid zum Chlorcarbenium-chlorid um. Analog zu der

von Miess entwickelten Syntheseroute für das nicht methylierte Harnstoffderivat 64 wurde

auch das Harnstoffderivat 63 synthetisiert.

Schema 52: Synthese des Harnstoffderivats.

Die Synthese des Harnstoffderivates 63 verlief mit guten Ausbeuten. 62 wurde nach der

Vorschrift von Zalibera hergestellt85 und konnte in 48-72% Ausbeute erhalten werden. Die

Umsetzung zum Harnstoffderivat wurde analog zu der Vorschrift von Clayden et al. für die

Synthese von 1,3-Bis(2-bromophenyl)-1,3-dimethylharnstoff durchgeführt73, hierbei wurden

durchschnittlich 89% des gewünschten Produktes 63 erhalten.

Durch langsames Abdampfen von Dichlormethan ließen sich Kristalle von 63 erhalten.

63

62

Allgemeiner Teil

62

Abbildung 26: Kristallstruktur von 63. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Ausgewählte Abstände in Å: O1-C013: 1,22; C013-N002: 1,39; N002-C021: 1,46; N002-C006: 1,43; C017-N99: N004-C011: 1,37; C009-N005: 1,41; N005-C024: 1,48;

N005-C013: 1,39.

Die Abstände der Atome zueinander in der Harnstoffeinheit ist sehr ähnlich zu denen in N,N'-

dimethyl-N,N'-diphenylharnstoff. Für C-O wurde dort eine Bindungslänge von 1,23 Å

gemessen.86 Das ist nur 0,01 Å mehr als im Kristall von 63. Auch die Abstände von anderen

Atomen zueinander variieren in den beiden Kristallen nur um höchsten 0,02 Å. Die beiden

Phenylgruppen sind zueinander gedreht. Wie auch schon an den Abständen der einzelnen

Atome zueinander zu sehen ist, ist das Molekül weder spiegelsymmetrisch noch C2-

symmetrisch. Die einzelnen Moleküle liegen versetzt zueinander in einer wellenförmigen

Anordnung im Kristall vor (siehe Abbildung 27). Besondere Interaktionen zwischen den

Molekülen im Kristall sind nicht zu sehen: weder gibt es Interaktionen der π-Systeme

untereinander, noch Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen.

Allgemeiner Teil

63

Abbildung 27: Anordnung der Moleküle im Kristall von Harnstoff 63.

Miess schriebt in seiner Doktorarbeit84, dass das nicht methylierte Harnstoffderivat 64

mithilfe von Oxalylchlorid zum Chlorcarbenium-chlorid 65 umgesetzt werden kann. Dieses

setzt er anschließend mit 66 zur Guanidiniumverbindung 67 um (siehe Schema 53). Dabei

wurde im ersten Schritt eine lebhafte Gasentwicklung beobachtet. Die

Guanidiumverbindung 67 konnte von Miess in knapp 70% Ausbeute erhalten werden.

Allgemeiner Teil

64

Schema 53: Guanidiniumsynthese nach Miess.

Das methylierte Harnstoffderivat 63 sollte auf dieselbe Art wie 64 chloriert werden. Die

beiden Verbindungen unterscheiden sich nur darin, dass 63 Methylgruppen an den beiden

Stickstoffatomen des Harnstoffs besitzt. Daher wurde auch von einer ähnlichen Reaktivität

der beiden Verbindungen ausgegangen. Dass das nicht der Fall ist, zeigte sich bei der Zugabe

von Oxalylchlorid zu 63. Eine Gasentwicklung war hier, anders als für 64 beschrieben, nicht

zu beobachten. Auch bei 60°C in Chloroform konnte keine Gasentwicklung beobachtet

werden. Chlorierungen mit Oxalylchlorid können durch die Zugabe von DMF katalysiert

werden.87, 88 Dabei wird aus DMF das Vilsmeier Reagenz gebildet, welches am Harnstoff

angreift und so die Bildung des Chlorcarbenium-chlorids beschleunigt. Doch auch bei Zugabe

von katalytischen Mengen DMF konnte keine Reaktion beobachtet werden. Deshalb wurde

die Reaktion im NMR-Rohr durchgeführt, um mittels 1H-NMR Spektroskopie zu überprüfen,

ob eine Reaktion stattfindet. Wie in Abbildung 28 zu sehen, wurde hier kein sauberes

Produkt erhalten. Möglicherweise handelt es sich bei dem Signal bei 14,5 ppm um

Oxalsäure. Diese entsteht bei der Hydrolyse von Oxalylchlorid. Im Spektrum des Eduktes ist

kein Signal bei 1,56 ppm zu sehen, das heißt, dass das Edukt und Lösemittel trocken sind.

64 65

67

66

Allgemeiner Teil

65

Abbildung 28: 1H-NMR von 63 vor (in grün) und nach (in lila) der Zugabe von Oxalylchlorid in CDCl3.

Im Vergleich zur Harnstoffverbindung von Miess ist das Carbonyl-Kohlenstoffatom stärker

abgeschirmt, daher ist der Angriff hier schwieriger. Sinitsa et al. benutzen

Phosphoroxychlorid, um N,N,N´,N´-Tetramethylharnstoff zu chlorieren.89 Dazu rühren sie

N,N,N´,N´-Tetramethylharnstoff mit einem Äquivalent Phosphoroxychlorid sechs Tage lang

bei Raumtemperatur. Im Rahmen dieser Arbeit zeigte sich, dass bei der Zugabe von zehn

Äquivalenten Phosphoroxychlorid eine Reaktionsdauer von ca. 16 Stunden ausreichte, um 68

aus 63 zu bilden (siehe Schema 54).

Schema 54: Umsetzung des Harnstoffderivats zum Chlorcarbenium-chlorid.

In mehreren Versuchen zersetzte sich das chlorierte Intermediat sehr schnell, daher wurde

es mithilfe von TMSI weiter zum Iodcarbenium-iodid umgesetzt (siehe Schema 55). Das

63 68

Allgemeiner Teil

66

hierbei entstehende Produkt muss zwar immer noch unter Schutzgas gehandhabt werden,

ist aber stabiler als das Chlorcarbenium-chlorid 68.

Schema 55: Umsetzung des Harnstoffderivats zum Iodcarbenium-iodid.

Das 1H-NMR zeigt eine saubere Verbindung (siehe Abbildung 29). Nur das Signal bei

10,76 ppm passt nicht zum Produkt. Aufgrund der Verschiebung ist es wahrscheinlich, dass

dieses von Säurespuren stammt. Die Protonen am Aromaten sind als Dublett von Dublett

aufgespalten und bei einer Verschiebung von 7,19 ppm zu sehen. Die Signale der

Methylgruppen sind bei 3,17 und 3,09 ppm zu sehen. Die Integration der einzelnen Signale

zueinander passt zu den erwarteten Werten.

Abbildung 29: 1H-NMR von 69 in Acetonitril-d3.

Sowohl im 1H-NMR- als auch im 13C-NMR Spektrum sind noch Reste von DCM zu erkennen

welches als Lösemittel für die Reaktion benutzt wurde. Das Signal des Kohlenstoffatoms

(160 ppm), an dem das Iod gebunden ist, ist im 13C-NMR Spektrum nur sehr schwach zu

erkennen (siehe Abbildung 30).

63 69

Allgemeiner Teil

67

Abbildung 31: 13C-NMR von 69 in Acetonitril-d3.

Im Gegensatz zum Edukt 63 ist das Produkt ist nicht mehr in Chloroform löslich. Daraus lässt

sich schließen, dass eine neue Verbindung erhalten wurde. Massenspektrometrisch konnte

das gewünschte Produkt nicht eindeutig nachgewiesen werden. Im EI-MS-Spektrum sind 63

und 62 zu sehen, sowie, mit sehr geringer Intensität, ein Peak bei 564 m/z, was dem

Iodoiodid 69 entspricht. Es ist unwahrscheinlich, dass die Verbindung mit zwei Iodatomen

nach der Ionisierung noch stabil ist. Möglicherweise stammt dieser Peak von

Verunreinigungen und passt nur zufällig. Im ESI-MS-Spektrum lässt sich nur der Peak bei

m/z=327 dem Harnstoffderivat 63 zuordnen. Signale mit m/z passend zu 69,

beziehungsweise dem Natriumaddukt davon sind nicht zu sehen. 69 ist nicht sehr stabil.

Wird die Substanz wenige Tage unter Schutzgas im Schlenkkolben aufbewahrt, so bildet sich

ein dunkles Öl. Es ist also möglich, dass die Verbindung unter den Bedingungen im

Massenspektrometer nicht stabil ist und daher keine Signale für die entsprechende Masse

gefunden wurden. Leider gelang es nicht, Kristalle der Verbindung zu erhalten. In den

Kristallisationsansätzen fiel immer nur nicht kristalliner Feststoff aus. Die Elementaranalyse

wich deutlich von den erwarteten Werten ab. Die gefundenen Werte für Kohlenstoff,

Wasserstoff und Stickstoff waren deutlich höher als die berechneten Werte für 69.

Allgemeiner Teil

68

Im nächsten Schritt sollte 69 mit verschiedenen Reagenzien umgesetzt werden. Das Iodid,

welches am Kohlenstoff gebunden ist eine gute Abgangsgruppe, daher sollte hier auch ein

Angriff mit Nucleophilen möglich sein.

2.3.2 Nucleophile Substitution an 68 und 69

Eine Reihe von verschiedenen Nucleophilen wurde mit 68 und 69 zur Reaktion gebracht

(siehe Schema 56).

Schema 56: Reaktion von 68 und 69 mit unterschiedlichen Nucleophilen.

So sollte das am Kohlenstoff gebundene Iod gegen Cyanid getauscht werden. Die

entstehende Verbindung könnte stabiler sein als das Iodcarbenium-iodid 69.

Schema 57: Nucleophiler Angriff mit Cyanidsalzen an das Iodcarbenium-iodid.

69 70

X=Cl 68 X=I 69

Allgemeiner Teil

69

Da bei der Zugabe von Tetraethylammoniumcyanid zum Iodcarbenium-iodid 69 das

gewünschte Produkt nicht nachgewiesen werden konnte, wurde in einem zweiten Versuch

Silbercyanid anstelle von Tetraethylammoniumcyanid verwendet. Auch hier konnte das

gewünschte Produkt nicht erhalten werden. In einem weiteren Ansatz wurde ein Äquivalent

Silbercyanid und ein Äquivalent Silbertriflat zu 69 gegeben, so dass hier das Gegenion mit

ausgetauscht werden sollte. Bei diesem Ansatz kristallisierte aus der Mischung 63*2HCl aus.

Abbildung 32: Kristallstruktur von 63*2HCl. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Das von 63*2HCl erhaltene 1H-NMR Spektrum weist deutliche Unterschiede zu dem des

Iodcarbenium-iodids 69 auf. Wäre das, was in dieser Arbeit für 69 gehalten wurde die

zweifach protonierte Form des Harnstoffs 63, dann sollten die beiden NMR-Spektren

identisch sein.

Allgemeiner Teil

70

Abbildung 33: 1H-NMR von 69 (lila) und 63*2HCl (grün) in CD3CN.

Miess setzt das Chlorcarbenium-chlorid 65 mithilfe eines TMS-geschützen Amins zur

Guanidiniumverbindung 67 um.84 Da bei den Reaktionen mit Cyaniden die gewünschten

Produkte nicht erhalten werden konnten, sollte die Reaktivität von 69 in der Reaktion mit

N,N-Dimethyltrimethylsilylamin (TMSNMe2) getestet werden (siehe Schema 58). Dabei

wurde sowohl 68 als auch 69 als Ausgangmaterial benutzt. Im ESI-MS wurde neben den

Signalen mit der Masse des Harnstoffs 63 auch ein schwaches Signal bei m/z=353,95

gefunden. Dieses Signal kann der Masse des gewünschten Produktes mit M=354,27 g/mol

zugeordnet werden. Im 1H-NMR ist nur eine Spezies zu sehen, deren Signale sich deutlich

von denen des Harnstoffs 63 unterscheiden.

Schema 58: Reaktion von 68 bzw. 69 zur Guanidiniumverbindung.

X=Cl 68 71 X=I 69

Allgemeiner Teil

71

Abbildung 34: 1H-NMR des Produktes der Reaktion von 68 mit TMSNMe2 (grün) im Vergleich dazu im Hintergrund das Spektrum von 63 (lila) in CDCl3.

Das 1H-NMR-Spektrum des Produktes der Reaktion von 68 mit TMSNMe2 passt nicht ganz zu

dem erwarteten Produkt. Die Methylgruppen am Stickstoff sollten ein Singulett mit der

Integration von sechs ergeben. Dieses Signal fehlt, stattdessen ist ein Triplett bei 2,7 ppm

mit einer Integration von 4,5 H zu sehen. Auch die Signale bei 9,7 und 0,1 ppm passen nicht

zum erwarteten Produkt 71. Daher ist fraglich, ob 71 gebildet wurde. Der Versuch wurde

noch fünfmal wiederholt. Dabei konnte das oben gezeigte Spektrum nicht reproduziert

werden. Die 1H-NMR Spektren der später erhaltenen Produkte nach Waschen mit Pentan

waren identisch zu dem des Harnstoffderivats 63.

Bei der Reaktion von 69 mit Silbertriflat und Triphenylphosphin konnte nicht das Addukt,

sondern nur der Harnstoff nachgewiesen werden.

Fürstner et al. setzen Tetrakis(triphenylphosphin)palladium(0) (Pd(PPh3)4) mit

2-Chloroimidazolinium-salzen um und erhalten so Metall-Diaminocarbencomplexe durch

oxidative Insertion des Palladiums.90 Ausgehend von 68 sollte der Palladiumkomplex 72

synthetisiert werden. Die dafür gewählten Bedingungen wurden wie in der Literatur

beschrieben gewählt (siehe Schema 59).

Allgemeiner Teil

72

Schema 59: Synthese des Palladiumkomplexes nach Fürstner et al.

Im Massenspektrum (ESI-MS) kann ein Peak mit m/z=749,67 nachgewiesen werden, der die

typische Isotopenaufspaltung für palladiumhaltige Verbindungen zeigt. Der Komplex 72, bei

dem am Palladium eine Triphenylphosphin-, zwei Chloroliganden sowie das Carben

gebunden sind, hat eine Masse von 749,16 g/mol als Protonaddukt. Das würde sehr gut zu

der gefunden Masse passen.

Abbildung 35: 1H-NMR des erhaltenen Produktes 72 in CD3CN.

Auch das 1H-NMR-Spektrum weist darauf hin, dass nur eine Triphenylphosphingruppe im

Komplex vorhanden ist. Die Integration der Signale des Triphenylphosphins (Multiplett bei

7,58 ppm) ist zu gering für zwei Triphenylphosphingruppen. Die beiden Dubletts bei 7,41 und

6,95 ppm stammen von den Protonen am Aromaten des Carbenliganden. Das Singulett bei

68 72

Allgemeiner Teil

73

3,15 ppm gehört zu der Methylgruppe am Stickstoffatom. Das Singulett bei 3,04 ppm

stammt von den Protonen der NMe2-Gruppe des Carbenliganden. Das Spektrum zeigt auch,

dass die erhaltene Verbindung nicht ganz sauber ist. Das breite Singulett bei 7,22-7,43 ppm

passt nicht zu dem erwarteten Produkt 72. Im 31P-NMR Spektrum sind Signale von 11

verschiedenen Phosphorspezies zu sehen (siehe Abbildung 36). Die identifizierbaren Signale

stammen von PF6- und Pd(PPh3)4. Die weiteren Signale konnten nicht eindeutig zugeordnet

werden.

Abbildung 36: 31P-NMR des erhaltenen Produktes 72 in CD3CN.

Um eindeutige Auskunft über die Zusammensetzung des entstandenen Komplexes zu

erhalten wurden Kristalle gezüchtet. Hierbei wurde in mehreren Ansätzen

Bis(triphenylphosphin)palladium(II)dichlorid (PdCl2(PPh3)2) erhalten.

Die Reaktion wurde ein weiteres Mal ausgehend von 68 ohne den Gegenionentausch zum

Hexafluorophosphat und bei Raumtemperatur durchgeführt. Hier konnte weder im 1H-NMR

noch im Spektrum der EI-MS ein Hinweis auf die Bildung des gewünschten

Palladiumkomplexes 72 gefunden werden. Auch die Verwendung von PdCl2(PPh3)2 statt

Pd(PPh3)4 als Pd-Precursor resultierte nicht in der Bildung eines Palladium-Carbenkomplexes.

Pd(PPh3)4

PF6-

Allgemeiner Teil

74

Holthoff hat in ihrer Masterarbeit in unserem Arbeitskreis gezeigt, dass Iodcarbeniumiodide

sowohl mit elementarem Gold als auch mit elementarem Palladium reagieren.91 Daher

wurde 69 in Acetonitril suspendiert und elementares Palladium zugegeben, hier konnte das

gewünschte Produkt nicht in der Masse nachgewiesen werden. In weiteren Versuchen

wurde nach der Zugabe von Palladium noch Bis(diphenylphosphino)butan (dppb) oder

Triphenylphosphin hinzugegeben. Diese neutralen Phosphorliganden sollen am Palladium

koordinieren und so den Komplex stabilisieren. Teilweise kristallisierte aus der Lösung ein

Feststoff aus, eine Kristallstrukturanalyse ergab, dass es sich bei der kristallinen Spezies um

den Harnstoff 63 handelte. In der Reaktionslösung war bei den oben beschriebenen

Versuchen immer noch schwarzer Feststoff zu erkennen. Dieser löste sich auch bei Rühren

über Nacht nicht auf. Es ist wahrscheinlich, dass es sich hierbei um das zugegebene

Palladium handelt. Eine Reaktion zwischen 69 und Palladium(0) konnte nicht nachgewiesen

werden, stattdessen wurde 69 hydrolysiert.

Auch der Versuch ausgehend von 69 und elementarem Kupfer einen Metallkomplex zu

erzeugen war nicht erfolgreich. Hier konnte keine Auflösung des Kupfers beobachtet

werden.

Schema 60: Umsetzung von 69 mit Kupfer.

2.3.3 Herstellung des Thioharnstoffderivats 74 aus dem Harnstoffderivat 63

Da bei den oben genannten Reaktionen die gewünschten Produkte nicht eindeutig

nachgewiesen werden konnten, sollte der Harnstoff 63 zum Thioharnstoff 74 umgesetzt

werden, da dieser möglicherweise im Anschluss mithilfe von Kalium zum Carben umgesetzt

werden kann. Dass aus Thioharnstoffderivaten mithilfe von Kalium die entsprechenden

Carbene erhalten werden können zeigten Kuhn et al.9

In einem ersten Versuch wurde 63 zusammen mit Lawessons Reagenz für 20 Stunden auf

110°C erhitzt (siehe Schema 61). Hier konnte 74 nicht erhalten werden. Wurde die Reaktion

jedoch in der Mikrowelle durchgeführt, wurde 74 in 10% Ausbeute erhalten.

69 73

Allgemeiner Teil

75

Schema 61: Herstellung des Thioharnstoffs 74.

Von der Verbindung 74 wurden Kristalle durch langsames Eindampfen einer gesättigten

Lösung in Chloroform gezüchtet. Die Verbindung ist sehr ähnlich zu 63 und kristallisiert

genau wie diese in der Raumgruppe C 2/c aus. Die Bindung von C1 zu S1 ist 0,01 Å kürzer als

bei 1,1,3,3-Tetramethylthioharnstoff. Dafür sind die Abstände von C1 zu N1 bzw. N3 0,01 Å

länger als bei 1,1,3,3-Tetramethylthioharnstoff.92 Im Vergleich zum Harnstoffderivat

unterscheiden sich die Abstände der einzelnen Atome um höchstens 0,02 Å (siehe Kapitel

2.3.1).

63 74

Allgemeiner Teil

76

Abbildung 37: Kristallstruktur von 74. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Ausgewählte Abstände in Å: C1-S1: 1,68; C1-N1: 1,37; N1-C2: 1,47; C1-N3: 1,37; N3-C11: 1,46; N3-C12: 1,44.

Da die Ausbeute von 74 nicht besonders hoch war sollten alternative Carbenvorläufer

hergestellt werden. Klassischerweise wird zur Carbenerzeugung die H-Verbindung genutzt.7

2.3.4 Synthese der H-Verbindung 75

Die H-Verbindung 75 kann auf verschiedene Weise synthetisiert werden. Die im Rahmen

dieser Arbeit versuchten Syntheserouten zu 75 sind in Schema 62 dargestellt. In keinem Fall

gelang es 75 sauber zu erhalten.

Allgemeiner Teil

77

Schema 62: verschiedene Wege zu 75.

In der Literatur gibt es verschiedene Beispiele für die Synthese von Formamidinsalzen. So

reduzieren Yam et al. N,N’-Diarylimidazol-2-on mithilfe von Lithiumaluminiumhydrid um

nach anschließender Oxidation mit Iod N,N’-diarylimidazolium iodid zu erhalten.93 Perillo et

al. benutzen NBS und NIS um Imidazoliniumsalze aus den entsprechenden bis-H-

Verbindungen zu erhalten.94 Diese beiden Vorschriften wurden als Grundlage für die

Synthese von 75 nach Weg a benutzt. Eine Ursache für das Fehlschlagen dieser Reaktion

könnte bei der Reduktion des Harnstoffs mit Lithiumaluminiumhydrid liegen. Bates et al.

haben die Reduktion von cyclischen Harnstoffen mit Lithiumaluminiumhydrid untersucht

und dabei herausgefunden, dass es sehr wichtig ist, dass das Lithiumaluminiumhydrid sehr

sauber und nicht schon teilweise hydrolysiert ist.95 Es ist aber eher unwahrscheinlich, dass

das der Grund für den Fehlschlag der beiden Reaktionen ist, da Lithiumaluminiumhydrid als

Lösung in THF benutzt wurde. Diese Lösung wird unter Schutzgas gehandhabt und sollte

daher nicht hydrolisiert sein. Bei dem Versuch in dieser Arbeit sollte eine nicht cyclische

Verbindung reduziert werden. In den oben zitierten Vorschriften wird beim letzten Schritt

der Synthese ein Aromat gebildet. Diese Triebkraft fehlt bei der hier beschriebenen

Synthese. Es ist wahrscheinlich, dass hier der Grund für das Fehlschlagen der Reaktion liegt.

62

75

60

76

63

62

62

Allgemeiner Teil

78

Weg b beschreibt die Verbrückung von 62 zu 75 mithilfe von Triethylorthoformiat durch 14

stündiges Erhitzen der drei Komponenten auf 110°C. Hier wurde sich an der Vorschrift von

Claisen für die Herstellung von N,N'-Diphenylformamidin aus Anilin orientiert.96 Im

Gegensatz zu 62 ist Anilin ein primäres Amin. Für sekundäre Amine ist die Verbrückung mit

Triethylorthoformiat nur als intramolekulare Ringschlussreaktion bekannt.97

William et al. beschreiben den Weg ausgehend von sekundären Aminen mithilfe von

Oxonium-Salzen zu Tetraalkylformamidinium Salzen.98 Dies diente als Vorlage für die

Synthese nach Weg c. Das Oxoniumsalz wurde für diese Reaktion frisch aus 5,5-dimethyl-1,3-

dioxan und HBF4*Et2O erzeugt und bei -78°C zu 62 gegeben.

Hartmann und Schönewerk stellen N,N’-Tetraphenyl-formamidiniumtetrafluoroborat her,

indem sie N,N-Diphenylformamid chlorieren, mit einem Äquivalent Diphenylamin umsetzen

und mit wässriger Tetrafluoroborat-Lösung das Produkt ausfällen.99 Das diente als Vorbild

für die Synthese nach Weg d. Die Chlorierung von 76 wurde sowohl mithilfe von

Oxalylchlorid als auch mit Phosphoroxychlorid durchgeführt. Der Rückstand, der sich nach

der Zugabe von 62 bildet, wurde mit Natriumtetrafluoroborat oder Tetrafluoroborsäure

behandelt.

Als letzter hier begangener Weg sei der Weg e genannt. Hierbei sollte das nicht methylierte

Formamidin 60 hergestellt werden und anschließend selektiv methyliert werden. Hanan et

al. synthetisieren ausgehend von verschiedenen Anilinderivaten Formamidine in einer

Mikrowellenreaktion.100 Tatsächlich konnte 60 in 88% Ausbeute in einer zehnminütigen

Mikrowellenreaktion bei 130°C erhalten werden (siehe Schema 63).

Schema 63: Synthese der nicht methylierten Vorstufe.

Die Methylierung von 60 wurde mithilfe von Methyliodid durchgeführt. Dabei wurde bei der

Verwendung von zwei Äquivalenten Methyliodid bei einer Konzentration von 5 oder

50 mmol/l gearbeitet. Der Einsatz von drei Äquivalenten Iodmethan wurde bei einer

Konzentration von 50 mmol/l durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurden nur nicht

auftrennbare Gemische erhalten.

60

Allgemeiner Teil

79

Offen bleibt die Frage, ob ausgehend von 75/X das Carben erhalten werden kann und ob

dieses dann mit Elektrophilen abgefangen werden kann. Da drei verschiedene Ansätze, in

unterschiedlichen Modifikationen, ausprobiert wurden, um 75/X zu erhalten, die alle nicht

erfolgreich waren, wurde dieses Projekt nicht weiter verfolgt.

2.4 Synthese und Abfangreaktionen eines bidentaten Carbens

Das bidentate Carben 9 ist laut Rechnungen ähnlich umpolungsfähig, wie das in Kapitel 2.2

beschriebene Carben 7. Die Synthese des Carbenvorläufers, die Bisimidazoliumverbindung

78, wurde bereits von Weiss et al. beschrieben.101 Obwohl diese Verbindung zwei

Imidazoleinheiten besitzt und so einfach durch Deprotonierung in das entsprechende Carben

zu überführen sein sollte, wurde dies bislang noch nicht probiert. Auch wurde die

Verbindung bislang nur als ein Gemisch aus cis- und trans-Isomeren erhalten.

2.4.1 Synthese des Carbenvoräufers 78/X

Die Synthese von 1,2-Dichlor-1,2-bis(dimethylemino)-ethen 77 wurde bereits 1981 von

Böhme et al. beschrieben.102 Huber fertigte daraus die Bisimidazolverbindungen cis- und

trans-78 an (siehe Schema 64).28, 103

Schema 64: Herstellung von 78/Cl, die Synthese erfolgt im Eintopfverfahren.

DMF wird hier durch Oxalylchlorid zum Vilsmeier Reagenz umgesetzt und durch Zugabe von

Hünig-Base zu 77 umgesetzt, welches mit N-Methylimidazol zu cis- und trans-78/Cl reagiert.

Wichtig bei der Herstellung von 78/Cl ist, dass darauf geachtet wird, dass alle verwendeten

78/Cl 77

Allgemeiner Teil

80

Lösemittel und Reagenzien wasserfrei sind.103 Außerdem muss die Hünigbase langsam

zugegeben werden und die Mischung dabei stark gerührt werden. Die Synthese von 78/Cl

war nur in etwa 50% der Fälle erfolgreich. In den anderen Fällen färbte sich die Lösung bei

der Zugabe der Hünigbase orange-braun und wurde verworfen bevor Methylimidazol

hinzugegeben wurde.103 Das Produkt konnte in Ausbeuten bis zu 60% erhalten werden, das

Verhältnis von Z/E betrug zwischen 7:1 und 40:1. In der Literatur wurde das Verhältnis der

Isomere mit 7:1 angegeben.103 Das Produktgemisch aus cis- und trans-78/Cl ist stark

hydroskopisch und bildet mit Wasser aus der Luft ein Öl, welches sich nicht im präperativen

Maßstab umkristallisieren ließ. Nach zweiwöchigen, langsamen Eindampfen von Ether in

eine gesättigte Lösung von cis- und trans-78/Cl in Acetonitril konnten Kristalle erhalten

werden. Röntgenstrukturanalyse dieser Kristalle ergab, dass diese vom cis-Isomer stammen,

welches mit zwei Molekülen Wasser pro Molekül 78/Cl auskristallisiert.

Abbildung 38: Kristallstruktur von 78/Cl. Gegenionen (Cl) und Wassermoleküle aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht angezeigt. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Die Wasserstoffbrücken zwischen Wasser und Cl- sind besser in einem größeren Ausschnitt

aus der Kristallstruktur zu sehen. Die Bindungswinkel von O-Cl-O betragen 137° und 101°.

Allgemeiner Teil

81

Abbildung 39: Wasserstoffbrücken im Kristall von 78/Cl. Bindungswinkel in dunkelblau.

Ausgehend von dem oben beschriebenen Syntheseweg ließ sich das cis-Isomer nicht ohne

das trans-Isomer erhalten, daher wurden zunächst die neutralen, nicht-methylierten

Verbindungen cis- und trans-79 hergestellt. Die Synthese dieses Gemisches wurde auch

bereits von Huber beschrieben.103 Im Rahmen dieser Arbeit gelang es allerdings erstmalig die

beiden Isomere aufzutrennen. Die Verbindungen cis- und trans-79 sind neutral und können

durch Säulenchromatographie in die beiden Isomere aufgetrennt werden.

Schema 65: Herstellung der neutralen Verbindung 79.

79 77

Allgemeiner Teil

82

Die Synthese erfolgt analog zur Synthese von 78. Anders als für 78 konnte das

Produktgemisch aus cis- und trans-79 aufgrund seiner besseren Löslichkeit in unpolaren

organischen Lösemitteln säulenchromatographisch aufgereinigt werden. Dabei war es

möglich, das cis-Isomer von 79 zu isolieren. Dass die Verbindung sauber ist, ist sehr gut im

1H-NMR Spektrum zu sehen. Hier ist nur noch ein Signalsatz zu sehen (siehe Abbildung 40).

Abbildung 40: 1H-NMR der reinen Verbindung cis-79 in CDCl3.

Außerdem wurde eine Mischfraktion aus beiden Isomeren erhalten, welche durch

mehrfache Kristallisation aus heißem Ether aufgetrennt werden konnte. Die Ausbeute an

reinem cis- 79 betrug hierbei 6% bezogen auf DMF. Diese Ausbeute ist zwar nicht besonders

hoch, es gelang jedoch hierbei das cis-Isomer rein zu isolieren. Die Konformation wurde

durch eine Kristallstrukturanalyse des reinen Produktes bestätigt. Die Kristallstruktur der

Verbindung ist bereits bekannt103 und dient hier nur der Bestätigung der Konformation der

Verbindung.

Allgemeiner Teil

83

Abbildung 41: Kristallstruktur von 79. Ellipsoide auf 25% Wahrscheinlichkeit. Messung bei RT.

Um das gewünschte Produkt cis-78/X zu erhalten, muss in einem weiteren Schritt die

Methylierung der Imidazoleinheiten durchgeführt werden. Wird diese in zu polaren

Lösemitteln, wie Acetonitril, durchgeführt kommt es erneut zu einem Gemisch aus cis- und

trans-78/X im Verhältnis von A/B = 1:1,16. Die Isomerisierung lässt sich gut mittels 1H-NMR-

Spektroskopie beobachten: Das Spektrum von cis-79 in CDCl3 zeigt nur einen Signalsatz. Wird

dasselbe Produkt cis-79 jedoch in CD3CN vermessen, kann das Auftreten eines zweiten

Signalsatzes beobachtet werden. Die neu auftretenden Signale bleiben auch beim

anschließenden Messen in CDCl3 erhalten. Die Methylierung wurde aus diesem Grund in

Dichlormethan durchgeführt. Als Methylierungsreagenzen wurden Methyliodid,

Methyltriflat und Trimethyloxoniumtetrafluoroborat verwendet. Nur bei der Methylierung

mithilfe von Methyltriflat konnte cis-78/OTf sauber erhalten werden. Bei den Reaktionen mit

den beiden anderen Methylierungsreagenzien konnte kein sauberes Produkt isoliert werden.

Schema 66: Methylierung von 79.

Die Ausbeute bei der Methylierung mit Methyltriflat betrug bis zu 86%.

79 78/OTf

Allgemeiner Teil

84

2.4.2 Synthese der Thiazol- und Oxazolhaltigen Verbindungen

Da sowohl mit Imidazol als auch mit Methylimidazol 79 bzw. 78 erhalten werden konnten,

sollten 80 und 81 durch Abfangen von 77 mit Thiazol und Oxazol hergestellt werden (siehe

Schema 67).

Schema 67: Versuch der Herstellung von thiazol- und oxazolhaltigen Derivaten.

Bei der Aufarbeitung des Produktgemisches des Thiazolansatzes kristallisierte das HCl-

Addukt des Thiazols aus. Das gewünschte Produkt 80 konnte nicht erhalten werden. Auch

aus der Reaktion mit Oxazol konnte 81 nicht erhalten werden. Da bei beiden Ansätzen bei

jeweils zwei Versuchen kein gewünschtes Produkt isoliert werden konnte, wurden diese

Synthesewege nicht weiter verfolgt.

2.4.3 Synthese des Thioharnstoffderivats

NHCs lassen sich normalerweise sehr gut mit elementarem Schwefel zu den entsprechenden

Thioharnstoffderivaten umsetzen.70 Daher wurde zunächst untersucht unter welchen

Bedingungen das Thioharnstoffderivat 82 erzeugt werden kann. Die Reaktion wurde im

Eintopfverfahren durchgeführt und das Carben in Situ abgefangen. Bei der Reaktion von

78/Cl mit KOtBu und Schwefel ist nach Beendigung der Reaktion noch sehr viel Edukt 78/Cl

vorhanden. Wird die Reaktion mithilfe von n-BuLi durchgeführt (siehe Schema 68), dann ist

nur noch wenig Edukt 78/Cl im 1H-NMR-Spektrum zu sehen.

Schema 68: Herstellung des Thioharnstoffs. 78/Cl 82

X=S 80 X=O 81

77

Allgemeiner Teil

85

Bei der Reaktion mit n-BuLi wurde 82 als 10:1 Gemisch der Isomere A und B in 36% Ausbeute

erhalten. Wurde die Reaktion mit Kaliumhexamethyldisilazid (KHMDS) anstelle von n-BuLi

durchgeführt, konnte das Produkt in besserer Ausbeute (72%) mit einem umgekehrten

Verhältnis der Isomere A und B erhalten werden. Dieses ist sehr gut im 1H-NMR zu sehen

(siehe Abbildung 42).

Abbildung 42: 1H-NMR von 82 in CDCl3, in grün aus der Reaktion mit KHMDS und in lila aus der Reaktion mit n-BuLi.

Die isomerenreine cis-Verbindung 78/OTf wurde mit KHMDS und Schwefel umgesetzt, um so

zu überprüfen, ob hierbei das cis-Isomer von 82 sauber erhalten werden kann. Das Produkt

82 wurde bei dieser Reaktion nur in 14% Ausbeute erhalten. Das Problem bei dieser

Reaktion liegt wahrscheinlich beim Deprotonierungsschritt. Während sich die Lösung von

78/Cl in THF bei -78 °C bei Zugaben von n-BuLi nach einigen Minuten gelb färbt wurde bei

Zugabe von n-BuLi zu 78/OTf keine Farbänderung beobachtet. Möglich ist, dass auch mit

KHMDS das Edukt nicht vollständig deprotoniert werden konnte und die Ausbeute bei der

Verwendung von 78/OTf geringer ist als bei 78/Cl. Dabei wurde das Produkt als ein Gemisch

aus cis- und trans-Verbindung in einem Verhältnis der beiden Isomere A und B von 1:5

erhalten. Bliebe die Stereochemie während der Reaktion erhalten, sollte auch nur die cis-

Verbindung entstehen. Da das nicht der Fall ist, muss davon ausgegangen werden, dass die

Allgemeiner Teil

86

Verbindung während der Deprotonierung isomerisiert. Es bleibt also fraglich, wie sinnvoll es

ist, die Verbindung 78/X isomerenrein herzustellen.

2.4.4 Synthese der Iodverbindung

Analog zu der Synthese des Thioharnstoffs 82 sollte auch die iodierte Spezies 83/I hergestellt

werden. Die iodierte Spezies 83/I könnte als Halogenbrückendonor zum Beispiel in der

Katalyse oder der Anionenerkennung eingesetzt werden. Halogenbrückendonoren wurden

bereits als Katalysatoren für verschiedenen Reaktionen eingesetzt. Im Gegensatz zu

klassischen Organokatalysatoren, die über Wasserstoffbrücken mit den Substraten

interagieren, besitzen Halogenbrückendonoren eine höhere Direktionalität.104

Um 83/I herzustellen wurde 78/Cl mit n-BuLi bei -78°C deprotoniert und mit Iod

abgequencht (siehe Schema 69).

Schema 69: Versuch der Iodierung von 78.

Im 1H-NMR-Spektrum des Produktes sind zwei Spezies zu sehen, die kein Signal für das

Proton in 2-Position am Imidazol besitzen (siehe Abbildung 43). Das Signal dieses Protons

kommt bei der Verbindung 78/OTf bei 8,81 ppm in CD3CN. So wurde zunächst vermutet,

dass es sich um das cis- und trans-Isomer von 83/I handelt.

78/Cl 83/I

84

Allgemeiner Teil

87

Abbildung 43: 1H-NMR des Produktes nach der Lithiierung von 78/Cl und Iodzugabe in CD3CN. Die zu einem Molekül gehörenden Signale sind durch Umkreisung in derselben Farbe gekennzeichnet.

Vom Produkt wurden sowohl FAB- als auch ESI-MS gemessen. In beiden Spektren ist kein

Signal zu sehen, welches auf das Produkt 83 (m/z=264) hinweisen würde. Dafür ist im FAB-

MS ein Signal bei m/z=275,2 zu sehen, welches zum Protonaddukt des Carbendimers passt.

Im ESI-MS ist ein Signal bei m/z=400,86 zu sehen. Dieses Signal passt zu der Verbindung bei

der eine der Imidazoleinheiten iodiert wurde und die andere als Carben vorliegt

(m/z=401,10).

Aus der Lösung konnten Kristalle erhalten werden, deren Analyse zeigt, dass das

Carbendimer 84 bei der Reaktion von 78/Cl mit n-BuLi und Iod synthetisiert wurde.

Allgemeiner Teil

88

Abbildung 44: Kristallstruktur von 84, das Molekül kristallisiert mit einem Molekül Wasser aus. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Messung bei RT. Ausgewählte Abstände in Å: C00B-C00C: 1,33; C00C-N4: 1,41; N4-C009: 1,37; C009-

C00A: 1,41; C00A-N2: 1,36; N2-C00B: 1,40; C00A-N1: 1,38; C009-N3: 1,34; C00B-N5: 1,39; C00C-N6: 1,39.

Abbildung 45: Seitenansicht der Kristallstruktur von 84.

Im Kristall lassen sich Anion-π-Bindungen beobachten, dabei sitzt eines der beiden Iodide

oberhalb des Rings und ein Wassermolekül unterhalb des Rings (siehe Abbildung 44). Der

Abstand der Kohlenstoffatome C00A zu C009 ist mit 1,41 Å ähnlich den Abständen zweier

Kohlenstoffatome im Benzol. Der Abstand von C00B zu C00C ist mit 1,33 Å dahingegen der

einer klassischen Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen.74 Die Abstände der

Atome C00B zu N5 und C00C zu N6 liegen zwischen den Abständen einer C-N Doppelbindung

und einer Einfachbindung. Werden die Abstände der Atome in der Pyrazineinheit mit denen

von Pyrazin verglichen fällt auf, dass die Werte nicht übereinstimmen. Der Abstand von C zu

Allgemeiner Teil

89

N in Pyrazin beträgt 1,34 Å und der von C zu C 1,38 Å.74 In diesem Molekül sind Werte von

1,33 und 1,41 Å für die Abstände von C zu C und 1,36; 1,37; 1,41 und 1,40 Å für die Abstände

von C zu N in der Pyrazineinheit zu finden. Die Grenzstruktur, die den gemessenen Werten

am nächsten kommt ist auch in Schema 69 gezeichnet. Das Molekül kristallisiert in der

Raumgruppe P 21/c aus.

Ausgehend vom Triflatsalz 78/OTf ließ sich das gewünschte Produkt 83 unter denen in

Schema 69 angegebenen Bedingungen nicht erhalten. Stattdessen wurde das Edukt als ein

Gemisch aus cis- und trans-Isomeren zurückerhalten. Dies war auch bei der Verwendung von

LDA als Base der Fall. Anders als bei der lithiierung von 78/Cl war keine gelbfärbung der

Lösung innerhalb von 30 min nach Zugabe der Base zu 78/Cl zu beobachten. Daher wurde in

einem Versuch über 15 Stunden lithiiert bevor Iod zugegeben wurde. Hier wurde das Edukt

78/OTf als Isomerengemisch im Verhältnis 1:0,5 zurückerhalten. Wurde anstellen von n-BuLi

KOtBu zur Deprotonierung verwendet konnte nur Zersetzung beobachtet werden.

Da die Reaktion der H-Verbindung 78 mit BuLi und Iod nicht für die Synthese der

Diiodverbindung 83/I geeignet ist, sollte stattdessen N-Iodsuccinimid für die Iodierung

eingesetzt werden. Diese Methode konnte in unserem Arbeitskreis bereits mehrfach für die

Iodierung von Imidazoliumchloriden angewandt werden (unveröffentlichte Ergebnisse).

Mithilfe dieser Methode ließ sich 83 erhalten. Das Produkt wurde als eine Mischung eines

hellen, fast weißen Feststoffes und eines braunen Feststoffes erhalten. Von dem Gemisch

konnten Kristalle erhalten werden. Kristallstrukturanalyse dieser ergab, dass das Produkt 83

sowohl mit I3- /I- als auch mit ICl2- /Cl- als Gegenionen auskristallisierte.

Schema 70: Iodierung von 78 mithilfe von NIS.

X=I3- /I- 83/I3

X=ICl2- /Cl- 83/ICl2

78/Cl

Allgemeiner Teil

90

Abbildung 46: Kristallstruktur von 83/ICl2, H-Atome weggelassen. Es teilen sich immer zwei Moleküle von Verbindung 83 ein Chloratom. Die Summenformel der Einzelzelle beträgt: C28 H44 Cl5 I5 N12. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Halogenbrücken sind durch rotgestrichelte Linien dargestellt. Die dazugehörenden Abstände sind in Å (rot) angegeben.

Abbildung 47: größerer Ausschnitt der Kristallstruktur von 83/ICl2. Hier ist die Koordination von Cl- an vier verschiedene Moleküle der Verbindung 83 zu sehen. Das Chloridion bildet zwei Halogenbrücken aus. Halogenbrücken sind durch

rotgestrichelte Linien dargestellt. Die dazugehörenden Abstände sind in Å (rot) angegeben.

Allgemeiner Teil

91

Abbildung 48. Kristallstruktur von 83/I3, H-Atome weggelassen. Die Summenformel der Einzelzelle beträgt: C56 H88 Cl3.29 I16.71 N24. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Halogenbrücken sind durch rotgestrichelte Linien dargestellt. Die

dazugehörenden Abstände sind in Å (rot) angegeben.

In beiden Kristallen sind pro Molekül 83 jeweils drei weitere Moleküle Cl/I vorhanden, dabei

bildet sich, wie abgebildet, zwischen den Iodatomen am Imidazol und den freien Chlorid-

bzw. Iodid-Ionen eine Halogenbrücke aus. Der C-I-Cl-Winkel in 83/ICl2 beträgt 174 bzw. 175°

und ist damit im Einklang mit dem erwarteten Wert von ca. 180° (siehe Abbildung 46). Sehr

ähnlich ist es bei 83/I3, hier ist der Winkel zwischen C-I-I 173 bzw. 175° (siehe Abbildung 48).

Auch hier sind die hier gemessenen Winkel im Einklang mit den erwarteten Werten von

180°. Die Abstände von C-I zu Cl- (2,91 und 2,88 Å) bzw. von C-I zu I- (2,97 und 3,33 Å) sind

deutlich kürzer als die Van der Waals Radien der beiden Atome (3,73 bzw. 3,96 Å).105 Es

werden weder zum I3- noch zum ICl2- Halogenbrücken ausgebildet. Beide Verbindungen

kristallisieren in der Raumgruppe C 2/c aus.

Beide Verbindungen sind nur schlecht in organischen Lösemitteln löslich, daher sollten auf

verschiedenen Wegen die Gegenionen ausgetauscht werden. Zunächst sollte die Mischung

aus 83/I3 und 83/ICl2 mithilfe einer mit Triflat beladenen Resinsäule zu 83/OTf getauscht

werden. Hierbei ergab sich das Problem, dass sich ein großer Teil der Verbindung auf der

Säule zersetzte. Daher sollte der Austausch mithilfe von Silbertriflat durchgeführt werden.

Dabei wurde laut 1H-NMR-Spektrum ein Gemisch von zwei verschiedenen Isomeren im

Verhältnis von 1:0,6 erhalten. Es wurde versucht, diese mithilfe von Kristallisation zu

trennen, was nicht gelang. Das Produkt ist zwar besser in organischen Lösemitteln löslich als

83/I3 und 83/ICl2 aber nicht in DCM oder unpolaren Lösemitteln. Ein Ion, welches deutlich

Allgemeiner Teil

92

weniger koordinierend ist als Triflat ist Tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate (BArF),

dessen Salze häufig eine bessere Löslichkeit aufweisen als die entsprechenden Triflatsalze.106

Das BArF-Salz wurde versucht herzustellen indem ein Gemisch aus 83/I3 und 83/ICl2 mit

NaBArF in Acetonitril gerührt wurde (siehe Schema 71).

Schema 71: Versuchter Gegenionentausch mit NaBArF.

Nach dem Entfernen des Lösemittels wurde der erhaltene Feststoff mit DCM gewaschen. Da

das Edukt nicht in DCM löslich sollte so das Produkt von Eduktresten abgetrennt werden.

Von dem in DCM löslichen Teil des Produktes wurde ein 1H-NMR aufgenommen. Das Integral

für die Protonen des Anions (BArF) ist im Vergleich zu denen des Kations zu hoch. Daher

wurde der erhaltene Feststoff mit Diethylether gewaschen, der unlösliche Rückstand in

Dichlormethan gelöst und durch langsames Eindampfen von Pentan zur Kristallisation

gebracht. Hierbei kristallisierte nur das Edukt 83/I3 aus. Die überstehende Lösung wurde

eingeengt und mit Diethylether gewaschen; dabei wurde verunreinigtes NaBArF erhalten. In

allen Fällen war im 1H-NMR ein doppelter Signalsatz für 83 zu sehen (siehe Abbildung 49).

Die 1H-NMR Spektren wurden in deuteriertem Acetonitril vermessen, es ist allerding nicht

wahrscheinlich, dass die Verbindung 83/BArF in diesem Lösemittel isomerisiert. Von der

iodierten Verbindung 83/I3 wurde ein 1H-NMR Spektrum in deuteriertem Acetonitril

vermessen, hier ist nur ein Signalsatz zu sehen. Wenn die Verbindung 83/BArF in Acetonitril

isomerisiert sollte das auch für die Verbindung 83/I3 beobachtet werden.

83/I3- 83/BArF

Allgemeiner Teil

93

Abbildung 49: 1H-NMR in CD3CN des Produktes nach Rühren von 83/I3 mit NaBArF.

Da die Verbindung sich nicht mithilfe von Kristallisation aufreinigen ließ, wurde versucht das

Produktgemisch mithilfe von Sublimation aufzutrennen. Bei einem Druck von 2*10-3 bar und

einer Temperatur von 65°C konnte keine Sublimation Beobachtet werden. Das Produkt

färbte sich langsam braun, was als ein Zeichen für Zersetzung gewertet wurde. Daher wurde

diese Aufreinigungsmethode nicht weiter verfolgt. Da weder 83/OTf noch 83/BArF sauber

isoliert werden konnten, konnten an diesen Verbindungen keine ITC-Messungen

(ITC=Isotherme Titrationskalorimetrie) durchgeführt werden. Mithilfe von ITC-Messungen

kann die Bindungskonstante und die Bindungsenthalpie von 83 an Halogene bestimmt

werden. 83/I3 und 83/ICl2 sind zwar durch Kristallisation sauber erhältlich, allerdings sind

diese Verbindungen sehr schlecht in organischen Lösemitteln löslich.

Eine weitere Möglichkeit, zur Iodverbindung 83 zu gelangen besteht darin, 77 mit 2-

Iodimidazol statt mit Imidazol abzufangen. Hierbei entsteht ein neutrales Molekül, welches

sich im Idealfall durch Kristallisation oder mithilfe von Säulenchromatographie aufreinigen

lassen sollte.

Allgemeiner Teil

94

Schema 72: Versuch der Herstellung von 85.

Im 1H-NMR des Produktgemisches waren sehr viele Produkte sowie nicht reagiertes

Iodimidazol zu sehen. Falls das gewünschte Produkt 85 entstanden ist, dann nur in kleinen

Mengen.

2.4.5 Synthese des Palladiumkomplexes

Ausgehend von 78 sollten auch verschiedene Metallkomplexe hergestellt werden.

Metallkomplexe werden oft als Katalysatoren für Kreuzkupplungen verwendet. Besonders

häufig werden hierfür Palladiumkomplexe benutzt.107 Daher lag es nah einen Palladium-

Komplex ausgehend von 78 herzustellen.

Eine Möglichkeit diesen Palladium-NHC-Komplex zu erstellen ist es, die H-Verbindung 78/Cl

zusammen mit Palladiumacetat zu rühren.108 Dabei wirkt das Acetat als Base. Hierbei wurde

kein gewünschtes Produkt erhalten. Deshalb sollte in einem nächsten Versuch zuerst das

Carben mithilfe von Butyllithium erzeugt und dann Palladiumacetat zugegeben werden.

Auch hier konnte das gewünschte Produkt nicht erhalten werden.

Schema 73: Herstellung des Palladiumkomplexes mithilfe von Palladiumacetat.

Auch die Reaktion ausgehend von Palladiumdichlorid mit Natriumacetat als Base bei 85 °C

lieferte nicht das Produkt 86. Bei dieser Reaktion zersetzte sich das Palladiumdichlorid zu

elementarem Palladium. Lithiierung von 78/Cl und anschließende Zugabe von

Bis(dibenzylidenaceton)palladium(0) führte nicht zur Bildung eines Palladium-Komplexes.

Eine weitere literaturbekannte Möglichkeit zur Herstellung von Palladium-NHC-Komplexen

besteht darin, dass nicht von der H-Verbindung, sondern von der iodierten Spezies

77 85

78/Cl 86

Allgemeiner Teil

95

ausgegangen wird. Palladium(0)-Verbindungen insertieren sehr gut in die C-I-Bindung, so

dass auf diesem Weg ein Palladium-NHC-Komplex gebildet werden kann.109

Schema 74: Herstellung des Carben-Pd-Komplexes durch Insertion von Palladium.

Für die in Schema 74 abgebildete Reaktion war dieser Weg nicht erfolgreich. Der

Palladiumkomplex 86 ließ sich aber durch Lithiieren und Abfangen mit [Pd(allyl)Cl]2

herstellen.

Schema 75: Herstellung von 86.

Im 1H-NMR-Spektrum des Rohprodukts sind zwei Spezies bestehend aus der Bisimidazol-

Verbindung 78/Cl, die kein Proton mehr an der C2-Position der Imidazoleinheiten besitzt,

und Allyl zu erkennen (siehe Abbildung 50). Alle mit einem Stern gekennzeichneten Signale

stammen von an Palladium gebundenen Allylgruppen. Diese Signale sind nach der

Umkristallisation nicht mehr zu sehen.

78/Cl 86

83 87

Allgemeiner Teil

96

Abbildung 50: 1H-NMR-Spektren in CD3CN des Produktes aus der Reaktion von 78/Cl mit [Pd(allyl)Cl]2. Vor der Umkristallisation in grün, nach Umkristallisation in lila.

Das Gemisch wurde in Acetonitril gelöst und durch langsames Eindampfen von Ether zur

Kristallisation gebracht. Dabei fiel ein schwarzer Feststoff, vermutlich Palladiummohr aus.

Außerdem bildeten sich gelbe Kristalle. Die Röntgenstrukturanalyse zeigt, dass es sich um

den gewünschten Palladiumkomplex 86 handelt. Während der Kristallisation wurde der Allyl-

Ligand am Palladium gegen einen Chloro-Liganden ausgetauscht. Das ist durch das

Verschwinden der Signale des Allyls im 1H-NMR-Spektrum zu sehen. Der Komplex 86 konnte

auf diese Weise in ca. 10% Ausbeute erhalten werden. Intermolekulare Wasserstoffbrücken

oder π-π Wechselwirkungen konnten im Kristall nicht beobachtet werden. Die Abstände der

Atome der NHC-Einheit im Metallkomplex zueinander weichen höchstens 0,03 Å von den

Abständen der Atomen der H-Verbindung 78 zueinander ab. Der Abstand von C020 zu Pd01

und von C021 zu Pd01 beträgt 2,01 Å und ist damit nur 0,02 Å kürzer als bei einer

methylenverbrückten Bisimidazol-Palladiumverbindung.108

Allgemeiner Teil

97

Abbildung 51: Kristallstruktur von 86. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Ausgewählte Abstände in Å: N4-C020: 1,33; C020-N3: 1,35; N3-C91: 1,44; C91-C011: 1,35; C011-N1: 1,45; N1-C021: 1,33; C021-Pd01: 1,99; Pd01-C020: 1,99.

Ausgehend von diesen Ergebnissen sollte der Palladiumkomplex im Rahmen einer

Bachelorarbeit in größerem Maßstab synthetisiert und auf seine katalytische Aktivität hin

überprüft werden. Fabio Piras testete 2017 während seiner Bachelorarbeit in unserem

Arbeitskreis die Eignung des Palladiumkomplexes als Katalysator in Suzuki-Reaktionen. Dazu

verwendete er verschiedene Boronsäuren und Arylbromidverbindungen (siehe Schema

76).110

Schema 76: Suzuki-Testreaktionen.

Die Ausbeute der Reaktionen wurde mittels GC-MS ermittelt. Zum Vergleich wurde jede

Reaktion mit Pd(PPh3)4 als Katalysator durchgeführt.

86

Allgemeiner Teil

98

Tabelle 10: Ausbeute am Suzuki-Kupplungsprodukt.

Nr. Ausbeute der Reaktion

mit 86

Ausbeute der Reaktion

mit Pd(PPh3)4

1 <1% 54%

2 1% 37%

3 <1% <1%

4 <1% nicht gemessen

Das Reaktionsgefäß der vierten Reaktion mit Tetrakis(triphenylphosphin)palladium zerbrach

leider bei der Aufarbeitung. Da die Ausbeute mit dem Palladiumkatalysator 86 für diese

Reaktion auch unter 1% lag, wurde die Vergleichsreaktion nicht wiederholt. Bei den

Reaktionen, bei denen 86 als Katalysator eingesetzt wurde, fiel schon nach wenigen Stunden

ein schwarzer Feststoff aus. Das ist ein Hinweis auf Zersetzung des Katalysators. Auch bei der

Aufreinigung von 86 wurde die Zersetzung eines Teils des Produktes beobachtet. Ein guter

Katalysator sollte stabil sein und möglichst hohe Turn-over-Zahlen haben. Das ist bei 86 nicht

gegeben. In Acetonitril und DMSO bildet sich schon bei Raumtemperatur nach einem Tag ein

schwarzer Feststoff, bei welchem es sich vermutlich um elementares Palladium handelt.

2.4.6 Synthese des Rutheniumkomplexes

Da der Palladiumkomplex nicht stabil genug für Katalysereaktionen war, sollte im Rahmen

der Bachelorarbeit von Fabio Piras stattdessen ein Rutheniumkomplex hergestellt werden.110

Die Synthese desselben erfolgte nach denen in Schema 77 angegebenen Bedingungen.110, 111

Rutheniumkatalysatoren können zum Beispiel in Metathesereaktionen verwendet werden.15

Schema 77: Herstellung des Rutheniumkomplexes.

Im Massenspektrum des ESIs ist eine Masse m/z=510,88 mit einer typische

Isotopenaufspaltung für rutheniumhaltige Verbindungen zu sehen. Diese Masse passt sehr

78/Cl 88

Allgemeiner Teil

99

gut zu der Verbindung, bei der kein Chlorid mehr am Rutheniumatom gebunden ist

(510,20 g/mol). Das 1H-NMR zeigt, dass mehrere Spezies gebildet wurden. Trotz mehrfacher

Versuche konnten aus dem Produktgemisch keine Kristalle erhalten werden. Es bleibt also

offen, ob der Ruthenium-NHC-Komplex gebildet wurde oder nicht.

2.4.7 Synthese des Platinkomplexes

Herrmann et al. beschreiben eine einfache Syntheseroute, um Platin-NHC Komplexe aus den

H-Verbindungen zu erhalten.112 Dazu erhitzen sie Platindichlorid, Natriumacetat und H-

Verbindung in DMSO. Die H-Verbindung 78/Cl konnte zu den bei Herrmann et al.

beschriebenen Bedingungen in den Platinkomplex 89 überführt werden. In Ethanol und

Acetonitril lässt sich die Synthese hingegen nicht durchführen.

Schema 78: Synthese des Platinkomplexes 89.

Die Reaktion in DMSO lieferte den gewünschten Komplex 89 in Ausbeuten zwischen 20 und

25%. Nach Abdestillieren des DMSOs blieb ein hellgelber Feststoff zurück, welcher mit

Dichlormethan gewaschen wurde. Durch langsames Eindampfen von Ether in eine gesättigte

Lösung von 89 in DMSO konnten Kristalle erhalten werden. Die Kristallstruktur bestätigt die

Bildung des gewünschten Produktes (siehe Abbildung 52). Der Platinkomplex 89 ist sehr

ähnlich zu dem Palladiumkomplex 86. Der Abstand von C5 zu C6 beträgt bei 89 1,34 Å und ist

damit 0,01 Å kürzer als bei 86. Der Abstand von N5 zu C6 und N2 zu C5 ist hier mit 1,45 bzw.

1,42 Å ähnlich zu den entsprechenden Abständen im Komplex 86 (1,44 und 1,45 Å).Der

Abstand von C11 zu Pt1 und C13 zu Pt1 ist 0,01 bzw. 0,02 Å kürzer als bei einem

literaturbekannten methylenverbrückten bisimidazol-Platinkomplex.113 Genau wie beim

Palladiumkomplex sind hier keine besonderen Interaktionen zwischen den einzelnen

Molekülen im Kristall zu beobachten. Zwischen den Chloratomen am Palladium und den

Protonen an den Methylgruppen an N4 und N3 sind zwar Kontakte zu sehen, der Abstand

beträgt aber 2,89 und 2,76 Å und ist damit vergleichsweise lang.

78/Cl 89

Allgemeiner Teil

100

Abbildung 52: Kristallstruktur von 89. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Ausgewählte Abstände in Å: Pt1-C11: 1,94; C11-N5: 1,38; N5-C6: 1,45; C6-C5: 1,34; C5-N2: 1,42; N2-C13: 1,37; C13-Pt1: 1,95.

Als nächstes sollten die beiden Chloride gegen andere Liganden ausgetauscht werden, um so

eine größere Bandbreite an verschiedenen Verbindungen zu erhalten. Zunächst wurden

einzähnige Liganden, wie Thiocyanat, Nitrit und Tert-butylisocyanat als Liganden getestet.

Vom Produkt der Reaktion mit Kaliumthiocyanat wurde ein IR-Spektrum gemessen: Im

Bereich von 2200-2000 cm-1 sind nur sehr schwache Banden zu sehen. Die NCS-Gruppe

absorbiert sehr stark in diesem Bereich, weshalb davon ausgegangen werden kann, dass der

Austausch von Chlorid zu Thiocyanat nicht funktioniert hat. Das 1H-NMR des Produktes der

Ligandenaustauschreaktion mit Tert-butylisocyanat zeigte mehrere Spezies an, weswegen

diese Synthese verworfen wurde.

Schema 79: Ligandenaustausch mit Natriumnitrit.

89 90

Allgemeiner Teil

101

Beim Ligandenaustausch von Chlorid zu Nitrit (siehe Schema 79) hingegen ist im IR-Spektrum

des in Acetonitril unlöslichen Teils des Produktes aus der Reaktion mit Natriumnitrit eine

intensive Bande bei 1576 cm-1 zu sehen, sowie eine nur etwas weniger intensive Bande bei

1445-1420 cm-1. Diese Banden lassen sich den Banden der Nitritschwingungen zuordnen.

Das 1H-NMR des Feststoffes zeigte nur sehr schwache Signale, was zwei Ursachen haben

kann: 1. Das Produkt ist nur sehr schlecht löslich oder 2. es ist fast nur Natriumnitrit, welches

nicht reagiert hat. Für die erste Annahme spricht, dass nach Zugabe von DMSO-d6 noch viel

Feststoff im NMR-Röhrchen zu sehen war. Von dem in Acetonitril löslichen Teil des

Produktes wurde ein 1H-NMR Spektrum gemessen, welches leicht verschoben zu dem

Spektrum des Edukts ist (siehe Abbildung 53).

Abbildung 53: 1H-NMR-Spektren von 89 (grün) sowie von 90 (lila) in DMSO-d6.

Eindeutige Antworten auf die Frage, ob der Ligandenaustausch funktioniert hat, können nur

mithilfe von Massenspektrometrie oder durch eine Kristallstrukturanalyse gegeben werden.

Leider war es nicht möglich ein ESI- oder FAB-MS zu messen, da beide Geräte außer Betrieb

sind.

Allgemeiner Teil

102

Neben den einzähnigen Liganden wurden auch zweizähnige Liganden zum Austausch

angeboten. Aufgrund des Chelateffekts binden diese oft besser als einzähnige Liganden. Ein

sehr oft verwendeter zweizähniger Ligand ist 2,2´-Bipyridin. Dieser ließ sich nicht an 89

addieren. Auch 1,4-Bis(diphenylphosphino)butan konnte nicht anstelle der Chloride am

Platin binden. Das Problem hierbei ist, dass es sich bei den beiden Liganden um neutrale

Liganden handelt, sodass kationische Komplexe entstehen würden, wenn diese anstelle von

Cl- binden. Oxalat ist ein zweizähniger, zweifach anionisch geladener Ligand und sollte besser

am Komplex binden als neutrale Liganden.

Schema 80: Ligandenaustausch mit Natriumoxalat.

Das Produkt aus der Reaktion von 89 mit Natriumoxalat ist nur sehr schlecht löslich in

gängigen NMR-Lösemitteln. Auch bei 128 Scans am 300 MHz NMR-Messgerät liegen die

Signale im 1H-NMR-Spektrum nur knapp über dem Rauschen der Baseline, weshalb ein 13C-

NMR nicht gemessen werden konnte. Im IR-Spektrum ist eine sehr intensive Bande bei

ca. 1640 cm-1 zu sehen, die durch die C=O Schwingung des Oxalats verursacht wird, sowie

weitere intensive Banden von 1639-1315 cm-1, welche zur C-O Schwingung passen. Aus dem

IR-Spektrum ist nicht erkennbar, ob es sich um ein Gemisch von 89 und Natriumoxalat oder

um 91 handelt. Daher sollten von der Verbindung Kristalle gezüchtet werden. Während des

Kristallisationsprozesses fiel Natriumchlorid aus. Das ist ein Hinweis darauf, dass der

Ligandenaustausch geklappt hat, da als Nebenprodukt Natriumchlorid gebildet wird. Ob sich

das Produkt weiterhin zersetzt hat oder nicht, kann mit den oben erwähnten

Spektroskopiemethoden nicht geklärt werden. Hier würde eine massenspektrometrische

Untersuchung oder eine Kristallstrukturanalyse weiterhelfen.

2.4.8 Synthese des Kupferkomplexes

Es wurden zwei verschiedene Wege zur Herstellung des Kupfercarbenkomplexes

ausprobiert. Zum einen über den literaturbekannten Weg via Lithiierung und Zugabe von

Kupferchlorid114 als auch analog zur Herstellung des Platinkomplexes (siehe Kapitel 2.4.7).

89 91

Allgemeiner Teil

103

Schema 81: Versuchte Herstellung des Kupferkomplexes.

Durch Lithiierung und Zugabe des Palladiumprecursors ließ sich der Palladium-NHC-Komplex

herstellen, daher wurde diese Methode auch bei der Herstellung von 92 verwendet. Hierbei

konnte 92 nicht isoliert werden. Auch der Versuch, 92 durch Erhitzen mit Natriumacetat und

Kupferchlorid zu erhalten war nicht erfolgreich. Hier wurde ein Gemisch aus vielen

verschiedenen Produkten enthalten, es war nicht möglich daraus 92 zu isolieren.

2.4.9 Synthese des Nickelkomplexes

Wie beim Kupferkomplex wurden auch beim Nickelkomplex zwei verschiedene Wege für die

Herstellung des Komplexes ausprobiert. Einerseits durch Lithiierung der H-Verbindung 78/Cl

und Zugabe von Ni(PPh3)2Cl2 ähnlich zu der Vorschrift von Ong et al.115 als auch durch

Erhitzen mit Natriumacetat und Nickeldichlorid in DMSO.

Schema 82: Versuch der Herstellung von 93.

Bei der Reaktion von 78/Cl mit Ni(PPh3)2Cl2 wurde ein Gemisch aus verschiedenen Produkten

erhalten, aus denen 93 nicht isoliert werden konnte (siehe Schema 82). 93 konnte auch nicht

durch Deprotonierung von 78 mithilfe von Natriumacetat und Abfangen mit Nickeldichlorid

gebildet werden (siehe Schema 83).

78/Cl 92

78/Cl 93

Allgemeiner Teil

104

Schema 83: Versuch der Herstellung von 93 mithilfe von Natriumacetat.

Die Signale in den 1H-NMR-Spektren des Produktes waren sehr breit. Aus der NMR-Lösung

bildeten sich Kristalle welche mithilfe von Röntgenstrukturanalyse untersucht wurden. Dabei

wurde nicht das gewünschte Produkt 93, sondern ein Komplex bestehend aus zwei

dimerisierten Methylimidazoleinheiten verbrückt über zwei Nickeldichloridfragmente

gefunden (siehe Abbildung 54).

Abbildung 54: Kristallstruktur des Produktes der Reaktion mit Nickeldichlorid. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Die beiden am Carbenkohlenstoff verbrückten Imidazole stehen fast senkrecht zueinander.

Die Torsionswinkel betragen 98,2° für das im Bild links liegende, sowie 103,2° für das im Bild

rechts liegende Segment.

Der genaue Reaktionsmechanismus für die Bildung dieses Produktes ist nicht bekannt.

Wahrscheinlich ist, dass die beiden Imidazolreste zunächst durch die Base deprotoniert

werden und dimerisieren. In einem zweiten Schritt erfolgt die Hydrolyse der

Bis(dimethylamino)-Einheit und Nickel koordiniert an den Stickstoff des Imidazols (siehe

Schema 84).

78/Cl 93

Allgemeiner Teil

105

Schema 84: Mögliche Schritte bei der Bildung von 95.

Für die Herstellung von Nickelkomplexen gibt es verschiedene Vorschriften, eine Möglichkeit

ist es diese durch Transmetallierung aus den entsprechenden Silbercarbenen zu erhalten.

Außerdem werden die Komplexe ausgehend von den Carbenen und Ni(COD)2, Ni(acac)2,

Ni(PPh3)xClx oder NiX2 (X=Halogen) erzeugt.116 Die Methode der Transmetallierung wurde

bereits für die Herstellung der Rutheniumkomplexe ausprobiert. Dort war sie nicht

erfolgreich, deshalb wurde sie nicht für die Synthese der Nickelkomplexe getestet.

2.4.9.1 Herstellung des Eisenkomplexes

Royo et al. zeigen, dass es möglich ist aus NHC-Imidazoliumchlorid-Vorläufern und Fe3(CO)12

Eisen-NHC-Komplexe zu erzeugen.117 Die Komplexe zeigen eine gute Aktivität bei der

Reduktion von Benzaldehyd. Daher wurden die Reaktionsbedingungen für die Herstellung

des Komplexes auf 78/Cl übertragen.

Schema 85: Herstellung des Eisenkomplexes.

Hierbei konnte 96 nicht erhalten werden. In einem Versuch wurde zwar ein relativ sauberes

1H-NMR-Spektrum erhalten (siehe Abbildung 55), in dem die Signale vom Imidazol-Rückgrat,

sowie der Methylgruppe am Imidazol zu sehen waren. Allerdings war nur noch ein weiteres

Signal mit größerer Intensität zu sehen, welches von der Verschiebung zu dem der NMe2-

Gruppen passen würde. Die Integration dieses Signals war zu gering und das Signal ist zum

Dublett aufgespalten. Das Spektrum passt also nicht zu der Verbindung 96. Da dieser

Versuch nur im kleinen Maßstab (0,17 mmol) durchgeführt wurde und hierbei auch nur

gerade genug Substanz für ein 1H-NMR erhalten wurde wurden hiermit keine weiteren

78/Cl 96

78/Cl 94 95

Allgemeiner Teil

106

Untersuchungen durchgeführt. Ein Massenspektrum der Verbindung konnte leider nicht

gemessen werden, da sowohl das FAB- als auch das ESI-Massenspektrometer außer Betrieb

sind.

Abbildung 55: 1H-NMR-Spektrum des Produktes aus der Reaktion von 78/Cl mit Fe3(CO)12 in CD3CN.

In weiteren Versuchen wurde kein sauberes Produkt erhalten. Daher konnten leider keine

weiteren Untersuchungen dieses Produktes durchgeführt werden. Um die Bildung des

Carbens zu begünstigen wurde in einem Versuch ein Äquivalent Kaliumcarbonat zu der

Mischung gegeben, bei dieser Reaktion konnte 96 nicht erhalten werden. Royo et al.

schreiben, dass sie auch ausgehend vom Carben und Fe3(CO)12 Eisen-NHC-Komplexe

erhalten konnten.117 Daher wurde auch versucht zunächst das Carben durch Deprotonierung

mit n-BuLi zu erzeugen und dieses anschließend mit Fe3(CO)12 abzufangen. Auch hier konnte

96 nicht isoliert werden.

Zusammenfassung und Ausblick

107

3 Zusammenfassung und Ausblick

Das Ziel dieser Arbeit war es, verschiedene selbstumpolungsfähige Diamino-Carbene

herzustellen. Als selbstumpolungsfähig werden solche Verbindungen beschrieben, die ein

zweistufiges Redoxsystem besitzen, welches über ein π-System mit dem Carben verbunden

ist. So können sowohl elektronenziehende als auch elektronendonierende Substituenten am

Carben-Kohlenstoff unterstützt werden.

Für die folgenden vier Ziel-Verbindungen wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene

Synthesewege getestet:

Schema 86: Strukturen der in dieser Arbeit untersuchten Carbene.

Mithilfe von DFT-Rechnungen auf M062X-Niveau wurde die Umpolungsfähigkeit von

verschiedenen Verbindungen vorhergesagt. Dabei wurde verglichen, welche Verbindung im

Vergleich zu 1,3-Dimethylimidazol-Carben am besten N22+ stabilisiert. Die beste

Umpolungsfähigkeit wurde für 6 vorausgesagt. Die Verbindung 8 liegt im Mittelfeld der

Umpolungsfähigkeit. Die Verbindungen 7 und 9 sind ähnlich umpolungsfähig, wobei erstere

etwas stärker ist (ca. 2,8 kcal/mol Unterschied).

Folgende Ergebnisse wurden im Rahmen dieser Arbeit erzielt:

Es gelang, den Vorläufer der Carbenverbindung 6 herzustellen (siehe Schema 87).

Schema 87: Herstellung des Carbenvorläufers 31/OTf.

11 31/Br 31/OTf

6 7

8 9


108

Die Löslichkeit der Verbindung 31 in organischen Lösemitteln konnte durch

Gegenionentausch von Bromid zu Triflat verbessert werden.

Eine Kristallstrukturanalyse des Triflatsalzes 31/OTf bestätigte die Struktur der

Verbindung.

Abbildung 56: Kristallstruktur von 31/OTf. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Der Thioharnstoff 45, welcher bei der Reaktion von 31/OTf mit KOtBu und Schwefel

entsteht (siehe Schema 88), konnte mithilfe von NMR- und Massenspektrometrie


Schema 88: Herstellung des Thioharnstoffderivates 45.

Die Benzyl-substituierte Verbindung 30 konnte durch Zugabe von zwei Äquivalenten

tBuLi einfach lithiiert werden. Von dieser Verbindung wurde die Kristallstruktur

bestimmt.

Schema 89: Lithiierung der Benzyl-substituierten Verbindung 30.

31/OTf 45

30 41


109

Abbildung 57: Kristallstruktur der lithiierten Verbindung 41. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit. Lithium in Rot.

Zwei verschiedene Vorläufer des Carbens 7 konnten synthetisiert werden.

Abbildung 58: Strukturen der Vorläufer der Verbindung 7.

Es gelang weder ausgehend von 56 noch ausgehend von 61, Substituenten am C2-

Kohlenstoff der Imidazoleinheit einzuführen.

Als Vorläufer der Verbindung 8 wurde der Harnstoff 63 aus 62 erstellt (siehe Schema 90).

Schema 90: Herstellung des Harnstoffderivats 63.

Der Harnstoff 63 konnte in einer mikrowellen-assistierten Reaktion in den Thioharnstoff

74 überführt werden (siehe Schema 91).

Schema 91: Herstellung des Thioharnstoffderivats 74.

56 61

62 63

63 74


110

Sowohl vom Harnstoff 63 als auch vom Thioharnstoff 74 konnten Kristallstrukturen

bestimmt werden.

Abbildung 59: Kristallstrukturen des Harnstoffderivats 63 (links) und des Thioharnstoffderivats 74 (rechts). Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Die Verbindung 78, welche ein Vorläufer des Carbens 9 ist, konnte als reines cis-Isomer

isoliert werden.

Schema 92: Synthese der H-Verbindung 78 als reines cis-Isomer.

Die Dithion-Verbindung 82 konnte aus 78 durch Deprotonierung und anschließendem

Abfangen mit Schwefel erzeugt werden.

Schema 93: Herstellung der Dithion-Verbindung 82.

Hier stellte sich heraus, dass unabhängig davon, ob die Verbindung 78 als reine cis-

Verbindung eingesetzt wurde oder nicht, das Produkt als ein Gemisch aus der cis- und

trans-Verbindung 82 erhalten wurde.

Aus der Verbindung 78/Cl konnten noch weitere Verbindungen erhalten werden.

77 79 78/OTf

X=OTf 78/OTf 82 X=Cl 78/Cl


111

Schema 94: Erfolgreich durchgeführte Substitutionen an den Imidazoleinheiten von 78/Cl.

Die entsprechende Iodverbindung 83 konnte durch Iodierung mit NIS erzeugt werden.

Eine Iodierung durch Lithiierung und anschließendes Abfangen der lithiierten Spezies mit

Iod war nicht möglich. Im Kristall der Verbindung 83 sind Halogenbrücken zu den

Gegenionen zu sehen.

Abbildung 60: Kristallstruktur der iodierten Verbindung 83. Halogenbrücken durch rotgestrichelte Linien dargestellt. Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Von der Palladiumverbindung 86 und der Platinverbindung 89 konnten ebenfalls

Kristallstrukturen bestimmt werden.

89 86

83

78/Cl


112

Abbildung 61: Kristallstrukturen des Palladiumkomplexes 86 (links) und des Platinkomplexes 89 (rechts). Ellipsoide auf 50% Wahrscheinlichkeit.

Der Palladiumkomplex 86 wurde auf seine Eignung als Katalysator für Suzuki-Kupplungen

getestet. Dabei stellte sich heraus, dass sich der Palladiumkomplex 86 unter den

Reaktionsbedingungen zersetzt. Die Ausbeuten an Suzuki-Kupplungsprodukt waren sehr

gering.

Obwohl bereits viele verschiedene Versuche für das Erstellen und Abfangen des aus 31

gewonnenen Carbens durchgeführt wurden, bleibt die Synthese eines Metall-Carben-

Komplexes eine Herausforderung für die Zukunft. Aus den bereits durchgeführten Versuchen

lässt sich folgern, dass es hierbei wichtig ist, unter absolutem Wasser- und Luftausschluss zu

arbeiten. Wieweit der Komplex bei höheren Temperaturen stabil ist, lässt sich schwer

vorhersagen. Sicherer ist es jedoch hier, bei möglichst niedrigeren Temperaturen zu arbeiten

und schrittweise die Temperatur zu erhöhen. Da die schwefelhaltige Verbindung 45 durch

Behandlung der Bis-H-Verbindung 31/OTf mit zwei Äquivalenten KOtBu und Schwefel

erhalten werden konnte, sollten die hier angewendeten Reaktionsbedingungen als

Ausgangspunkt zur Erstellung weiterer Derivate benutzt werden.

Bei den in Kapitel 2.3 vorgestellten Diaminocarben gelang es leider nicht die H-Verbindung

zu synthetisieren. Hier konnte jedoch, wenn auch nur in geringen Ausbeuten, der

Thioharnstoff 74 erhalten werden. Die Ausbeute könnte z.B. durch eine etwas niedrigere

Temperatur während der Reaktion verbessert werden. Ausgehend von Thioharnstoff 74


113

könnte durch Desulfurierung mithilfe von elementarem Kalium das Carben erzeugt werden,

welches dann mit Elektrophilen oder Metallverbindungen reagieren kann.

Von den getesteten vier Verbindungen war die bidentate Verbindung 78 die, welche am

besten mit verschiedenen Elektrophilen reagiert hat. Da 83 als Halogenbrückendonor

eingesetzt werden kann, sollte versucht werden, diese Verbindung mit einem schwach

koordinierenden Gegenion sauber zu isolieren. Der Halgenbrückendonor könnte dann auf

seine Einsatzmöglichkeit als Organokatalysator hin getestet werden. Erste Versuche die

neutrale Verbindung 85 aus 77 und Iodimidazol zu erhalten, waren nicht erfolgreich,

allerdings könnte hier durch Variation der Temperatur und des Lösemittels die

Reaktionsbedingungen so angepasst werden, dass das gewünschte Produkt 85 doch erhalten

wird. Es sollte möglich sein, das Produkt als reines cis-Isomer zu isolieren. Die Methylierung

sollte auf dieselbe Weise wie für die nicht iodierte Verbindung 79 erfolgen, um so das reine

cis-Isomer in der iodierten Form zu erhalten.

Alternativ sollte weiter versucht werden, die Gegenionen von 85/I3- und 85/ICl2

- durch

Rühren mit Tetralkylammonium-BArF oder Natriumtriflat zu weniger koordinierenden

Gegenionen zu tauschen. Auch Hexafluoroantimonat ist deutlich schwächer koordinierend

als Iodid und Chlorid und könnte durch das Natriumsalz eingetauscht werden.

Die Palladiumverbindung 86 wurde bislang nur auf ihre Katalysefähigkeit in Suzuki-

Kupplungsreaktionen hin getestet. Hier sollten noch weitere Tests über die Eignung als

Katalysator der Verbindung in anderen Reaktionen erfolgen. Das Problem lag hier daran,

dass sich der Komplex unter den Reaktionsbedingungen zersetzte. Die Reaktion wurde bei

50° C durchgeführt. Vielleicht kann durch die Wahl anderer Basen und einer niedrigeren

Temperatur die Zersetzung verhindert werden. Die Platinverbindung 89 ist stabiler als die

Palladiumverbindung 86 und damit auch ein vielversprechender Metallkomplex für die

Katalyse. Hier sollten weitere Tests für die Anwendung als Katalysator erfolgen.

Experimentalteil

114

4 Experimentalteil

4.1 Allgemeine Arbeitsweise

Unless otherwise noted all reactions were conducted under ambient conditions and no care

was taken to exclude air and moisture. Commercially available reagents were not further

purified, unless otherwise stated.

For oxygen and moisture sensitive reactions Schlenk technique was used. Argon was used as

inert gas. All glass equipment was pre-dried in an oven for at least 3h and heated under high

vacuum.

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectra were measured on DPX-200 (200 MHz), DPX-

250 (250 MHz), AVII-300 (300 MHz) and DPX-400 (400 MHz) spectrometer from Bruker. The

spectra were evaluated using the software MestReNova (v 9.0) from Mestrelab Research S.L.

Chemical shifts (δ) are given in parts per million (ppm) against internal standard. Short terms

for the signals and multiplicities are as followed: s (Singlet), d (Doublet), t (Triplet), dd

(Doublet of Doublet), ddd (Doublet of Doublet of Doublet), dt (Doublet of Triplet), td (Triplet

of Doublet) and m (Multiplet). Coupling constants J are given in Hertz (Hz).

GC-MS spectra were measured on a 5890 SERIES II spectrometer from Hewlett Packard. The

spectra were evaluated using the software MestReNova (v 9.0) from Mestrelab Research S.L.

ESI-MS spectra were measured on ESQUIRE 6000 from Bruker.

All IR spectra were measured on an IRAffnity-1S FTIR spectrometer from Shimadzu.

Elemental analysis was performed on vario Micro cube (Elementar Analysensysteme).

4.2 Synthesevorschriften

4.2.1 1,2-di(pyridin-2-yl)ethyne (13)

Synthesis was performed according to Bensch.34

Experimentalteil

115

100 ml DMSO were filled in a 250 ml Schlenk flask. While stirring, argon was bubbled

through the DMSO to remove dissolved gases like oxygen. After 30 minutes of degassing the

DMSO was split in two portions (~50 ml) under inert conditions to decrease the scale of the

reaction. Both flasks were treated equally. 1.5 g (13.2 mmol) acetylendicarboxylic acid,

62 mg (0.66 mmol) bis(triphenylphosphine)palladium(II)dichloride and 561 mg (1.3 mmol)

1,4-bis(diphenylphosphino)butane were added in argon counter-current. After closing the

flask with a septum, 4.16 g (26.3 mmol) 2-bromopyridine and 4.00 g (26.3 mmol) 1,8-

diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU) were added with a syringe. During the addition of DBU

the formerly yellowish solution turned brown. The two flasks were equipped with a reflux

condenser and stirred at 110 °C in an oil bath over the weekend (~67 h). Both flasks were

combined and transferred into separation funnel. Approx. 100 ml saturated ammonium

chloride solution was added. The mixture was extracted three times with ~200 ml DCM each.

The combined DCM phases were dried over magnesium sulfate. After this, the solution was

filtered and the solvent was removed on a rotary evaporator. To remove side-products and

reactants the reaction mixture was cleaned by column chromatography (Et2O). 440 mg

(2.44 mmol, 19%) of the expected compound could be obtained as yellow crystals.

Rf = 0.23 (Et2O)

GC-MS: (16 min) m/z= 181 (M+)

4.2.2 cis-1,2-di(pyridin-2-yl)ethene (11)

Synthesis was performed according to Bensch.34

1.5 g (8.3 mmol) 1,2-di(pyridin-2-yl)ethyne was transferred into a hydrogenation flask with

several milliliters of DCM and 1.5 g Lindlar catalyst was added. The flask was mounted into a

hydrogenation machinery which provides a hydrogen pressure of 2.95 bar and constant

shaking of the flask. After 65 h of hydrogenation the products were dissolved in DCM and

cleaned by column chromatography (ethyl acetate/petroleum ether 6:1). 462 mg (20%,

2.5 mmol) of cis-1,2-bis(2-pyridyl)ethylene was obtained as a slightly yellow solid.

Experimentalteil

116

Rf = 0.07 (ethyl acetate/petroleum ether 6:1)

1H-NMR (200 MHz, Chloroform-d): δ= 8.59 (ddd, J = 4.9, 1.8, 1.0 Hz, 1H), 7.50 (td, J = 7.7,

1.9 Hz, 1H), 7.28 – 7.21 (m, 1H), 7.12 (ddd, J = 7.5, 4.9, 1.2 Hz, 1H), 6.88 (s, 1H).

4.2.3 pyridin-2-ylmethanol

Reaction conditions were applied from Bjørnholm et al.118

2-Pyridinecarboxaldehyde (10 ml, 105.5 mmol) was dissolved in ethanol (technical grade)

sodiumboronhydride (4.39 g, 116.1 mmol, 1.1 eq.) was added potion wise at 0°C. The

mixture was stirred overnight and poured onto ice. Diluted hydrochloric acid was added until

the pH-value was below 5. Afterwards it was neutralized with sodiumhydrogencarbonate

(NaHCO3) to pH 7. The mixture was extracted six times with dichloromethane, dried over

sodiumsulfate and filtered. Removal of the solvent gave pyridin-2-ylmethanol as a colourless

oil in 74% yield (8.54 g, 78.3 mmol).

4.2.4 triphenyl(pyridin-2-ylmethyl)phosphonium bromide (18)

Reaction conditions were applied from Bjørnholm et al.118

The reaction was performed under exclusion of air and moisture.

2-Pyridinmethanol (8.12 g, 74.4 mmol) was placed in a flask with several millilieter

diethylether. While cooling the solution in an ice bath 6.65 g (2.30 ml, 24.6 mmol)

phosphorus tribromide was added in a dropwise fashion. After one hour of stirring at room

temperature (rt) the mixture was poured onto ice and neutralized with NaHCO3. The layers

were separated, and the aqueous phase was extracted five times with diethylether. The

combined organic layers were washed once with water and dried over MgSO4. The resulting

solution of 2-(Brommethyl)pyridine was used without further purification and was

transferred into a Schlenk flask. The solvent was removed at room temperature with an

Experimentalteil

117

external cooling trap and 40 ml dried toluene and triphenylphosphine (19.52 g, 74.4 mmol)

was added under argon. The mixture was stirred at 110 °C for 24 hours. Subsequently the

toluene was evaporated. The resulting crystals were washed with diethylether and then

dissolved in DCM. The DCM was evaporated which gave 18.23 g (42.0 mmol, 56%) of

triphenyl(pyridin-2-ylmethyl)phosphonium bromide.

4.2.5 cis-1,2-di(pyridin-2-yl)ethen (11)


In a baked out Schlenk flask dry THF was placed. 2.50 g (6.4 mmol) triphenyl(pyridin-2-

ylmethyl)phosphonium chloride was added. After adding 720 mg (6.4 mmol) KOtBu the

mixture was cooled to -78 °C and 867 mg (0.61 ml, 6.4 mmol) 2-pyridinecarboxaldehyde was

added. The mixture was stirred overnight which gave a black solution. It was washed with

brine and extracted with THF. After drying with MgSO4 the solvent was evaporated and the

product purified using column chromatography (ethyl acetate:petroleum ether 6:1). To give

the product in 11% yield (128 mg, 0.7 mmol). 1H-NMR was similar to the one observed for

the product via a different synthetic route.

Rf: 0.07 (ethyl acetate:petroleum ether 6:1)

1H-NMR (200 MHz, Chloroform-d): δ= 8.59 (ddd, J = 4.9, 1.8, 1.0 Hz, 1H), 7.50 (td, J = 7.7,

1.9 Hz, 1H), 7.28 – 7.21 (m, 1H), 7.12 (ddd, J = 7.5, 4.9, 1.2 Hz, 1H), 6.88 (s, 1H).

4.2.6 1,2-di(pyridin-2-yl)-2-(trimethylsilyl)ethanol (15)

2-Picoline was pre dried over MgSO4 and molecular sieves.

Experimentalteil

118


To a solution of 1 ml (10.1 mmol) 2-Picoline in THF n-buthyllithium (4.46 ml, 2.5 M,

11.1 mmol) at -78°C was added. After 90 min TMSCl (1,29 ml, 10.1 mmol) was added. The

mixture was allowed to warm to room temperature over night. Afterwards the solution was

cooled to -78°C and n-buthyllithium (4.46 ml, 2.5 M, 11.1 mmol) was added. After 30 min 2-

pyridinecarboxaldehyde (0.96 ml, 10.13 mmol) was added. The mixture was again allowed to

warm to room temperature and quenched with saturated NH4Cl-solution. The organic layer

was separated from the aqueous phase and the aqueous phase was extracted once with

ether. The combined organic phases were dried with MgSO4 and the solvent was evaporated

to give 2.14 g 1,2-di(pyridin-2-yl)-2-(trimethylsilyl)ethanol (7.9 mmol, 78%). The product

could not be obtained pure, it decomposed during column chromatography Therefore the

crude product was used without further purification.

1H-NMR (200 MHz, Chloroform-d): δ = 8.22 – 8.15 (m), 7.29 – 7.18 (m), 6.99 (dt, J = 7.8, 1.1

Hz), 6.74 (ddd, J = 7.5, 4.8, 1.2 Hz), -0.29 (s) ppm.

4.2.7 (Z)-1-(2-oxo-2-phenylethyl)-2-(2-(pyridin-2-yl)vinyl)pyridinium bromide (26)


To 355 mg (2.0 mmol) (Z)-1,2-di(pyridin-2-yl)ethane in 25 ml dry THF 388 mg (2.0 mmol) 2-

bromo-1-phenylethanone was added. The mixture was stirred at 60 °C for 75 min during

which a solid formed. The solid was filtered off and washed with THF. The product was

obtained as a brown solid in 95% yield (707 mg). The formation of the product was

confirmed by ESI-MS.

ESI-MS: m/z= 300.9 (M+)

Experimentalteil

119

4.2.8 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium iodid (31/I)

Reaction conditions according to Hilt et al for a similar molecule.61

Diiodmethane was destilled prior to use and stored over copper-powder.

126 mg (0.7 mmol, 1 eq.) of cis-1,2,di(pyridine-2-yl)ethene, 0.5 ml (6.2 mmol, 9 eq.) of

diodmethane and 0.1 ml acetonitrile were mixed in a microwave tube and heated at 80°C for

2 h at a maximum of 150 W. After that diethyl ether was used for precipitation and the

precipitate was then washed with diethyl ether and dichloromethane until the washing

liquor remained colourless. The product was obtained as a black solid (153 mg, 0.3 mmol,

49%)

ESI-MS: m/z= 182.9 (Edukt) 194.9 (M-H+)

1H-NMR (200 MHz, DMSO-d6): δ = 9.48 – 9.41 (m, 2H), 8.82 (td, J = 7.8, 1.2 Hz, 1H), 8.50 –

8.32 (m, 3H), 8.06 (s, 1H), 7.01 (dd, J = 175.8, 13.9 Hz, 1H) ppm.

13C-NMR (63 MHz, DMSO-d6): δ = 148.25, 148.09, 146.57, 132.39, 131.86, 128.42,

73.21 ppm.

elemental analysis:

N C H S

calculated*DMSO 5,15 33,11 3,33 5.89

found 5,09 33,81 3,34 5.43

4.2.9 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium bromid (31/Br)

Compound 31/Br was synthesised in a similar manner as 31/I.

Dibromomethane was used as received.

Experimentalteil

120

Yield: 15 to 58%

ESI-MS: m/z= 182.9 (Edukt 11), 194.8 (M-H+)

1H NMR (200 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 10.49 (dd, J = 6.8, 1.4 Hz, 1H), 8.80 – 8.64 (m, 2H),

8.31 – 8.21 (m, 2H), 7.86 (s, 1H), 6.28 (d, J = 13.4 Hz, 1H) ppm.

4.2.10 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium triflat (31/OTf)

The reaction was performed in the dark.

In a 50 ml round bottom flask 212 mg (0.6 mmol, 1 eq.) of 6H-dipyrido[1,2-

2’1’][1,3]diazepine-5,7-diium bromide 31/Br were dissolved in 30 ml methanol. To the

solution 306 mg (1.2 mmol, 2 eq.) of silver trifluoromethanesulfonate was added and the

reaction mixture was stirred in the dark at room temperature for 40 h. Afterwards the

solution was filtered over a plug of celite with methanol as eluent and the solvent removed

in vacuum. The solid was dissolved in acetone and filtered over a frit to remove insoluble

side products. Thus resulting in 283 mg (0.6 mmol, 96%) of 6H-dipyrido[1,2-

2’1’][1,3]diazepine-5,7-diium trifluoromethanesulfonate as an off-white solid. Crystals

suitable for X-ray analysis were grown via slow evaporation of a saturated solution of 31/OTf

in acetone.

1H-NMR (250 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 9.23 (d, J = 6.3 Hz, 1H), 8.73 (td, J = 8.0, 1.3 Hz, 1H),

8.34 – 8.20 (m, 2H), 7.89 (s, 1H), 6.82 (dd, J = 174.2, 14.0 Hz, 1H) ppm.

19F-NMR (235 MHz, Acetonitrile-d3): δ = -79.31 ppm.

4.2.11 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium hexafluorophosphat

(31/PF6)

Preparation similar to 31/OTf, AgPF6 used instead of AgOTf.

Experimentalteil

121

Yield: 78% as a brown solid

1H-NMR (250 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 9.21 (d, J = 6.2 Hz, 1H), 8.73 (td, J = 8.0, 1.2 Hz, 1H),

8.35 – 8.20 (m, 2H), 7.89 (s, 1H), 7.15 (d, J = 14.0 Hz, 0.5H), 6.47 (d, J = 14.0 Hz, 0.5H) ppm.

19F-NMR (235 MHz, Acetonitrile-d3): δ = -72.78 (d, J = 707.0 Hz, 2F), -79.25 (s, 0.5F) ppm.

4.2.12 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-5,7-diium BArF (31/BArF)

In a 50 ml round bottom flask 104 mg (0.3 mmol, 1 eq.) of 6H-dipyrido[1,2-

2’1’][1,3]diazepine-5,7-diium bromide were dissolved in 20 ml acetonitrile and 10 ml

methanol. NaBArF was added and the mixture stirred for 6 h. The solvent was evaporated

and the remaining solid washed with Ether. The solvent was evaporated and washed with

cold chloroform to remove excess NaBArF. The product was obtained in 98% (550 mg) yield

as an off-white solid.

1H-NMR: (200 MHz, Acetonitrile-d3) δ = 9.11 (d, J = 6.6 Hz, 1H), 8.73 (td, J = 8.0, 1.4 Hz, 1H),

8.33 – 8.19 (m, 2H), 7.87 (s, 1H), 7.67 (s, 29H), 6.72 (dd, J = 132.1, 14.0 Hz, 1H) ppm.

4.2.13 10H-benzo[e]dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-9,11-diium iodide (38)

Reaction conditions according to Hilt et al. for a similar molecule.61

To a solution of 266 mg (1.15 mmol) 1,2-bis(2-pyridyl)benzene in 7 ml dry acetonitrile, 3 ml

(37.2 mmol, 32 eq.) diiodomethane were added. The mixture was stirred for 2 h at 81 °C in a

microwave with a maximum power of 150 W and the solvent was removed from the

resulting brown slurry in vacuo afterwards. The obtained orange residue was washed with

25 ml ether and 25 ml dichloromethane, respectively, to yield a yellow solid which was

Experimentalteil

122

recrystallized in methanol at 75 °C. The product was obtained as yellow crystals in 296 mg

(0.6 mmol, 52%) yield.

1H-NMR (200 MHz, DMSO-d6 ): δ = 6.67 (1 H, d, J = 13.2 Hz), 7.50 (1 H, d, J = 13.5 Hz), 8.19 (2

H, m), 8.29, 8.41 (4 H, m, t, J = 6.93 Hz), 8.71 (2 H, d, J = 7.83 Hz), 8.91 (2 H, t, J = 7.53 Hz),

9.51 (2 H, d, J = 6.62 Hz) ppm

13C NMR (200 MHz, DMSO-d6): δ = 72.97, 127.84, 129.65, 129.89, 132.84, 133.61, 145.47,

148.40, 151.41 ppm

FAB-MS: m/z = 245.0 (M-H+), 372.9 (M++I-).

IR: ῦ [cm-1] = 734 (vs), 766 (vs), 846 (m), 1089 (w), 1092 (w), 1177 (s), 1295 (m), 1443 (m),

1513 (w), 1550 (m), 1559 (m), 1618 (m), 1646 (s), 2160 (vw), 2363 (vw), 3001 (m), 3038 (m),

3434 (m), 3485 (m)

4.2.14 6H-dipyrido[1,2-c:2',1'-g][1,3]diazepine-6-thione (45)


To a solution of 31/OTf (285 mg, 0.6 mmol) in dry acetonitrile sulphur (19 mg, 0.6 mmol) and

potassium tertbutanolate were added at -78 °C under argon atmosphere. The mixture was

slowly warmed to room temperature and filtered under argon with the help of a schlenk-

fritt. The solvent was removed at room temperature using an external trap to give a brown

solid. To obtain crystals the solid was dissolved in dry acetonitrile and dry diethylether slowly

diffused into the solution to give red crystals. These crystals were very sensitive towards

moisture and air and decomposed before they could be measured with an X-ray diffract

meter. The yield could not be determined, as the product decomposed before the weight

was measured. In a second attempt to synthesise 45 the measured mass was higher than

expected for a yield of 100%. This can either be due to impurities or due to measurement

inaccuracies.

1H-NMR (300 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 8.57 (ddd, J = 4.8, 1.8, 0.9 Hz, 1H), 7.73 (td, J = 7.7,

1.9 Hz, 1H), 7.65 (s, 1H), 7.51 (dt, J = 7.9, 1.1 Hz, 1H), 7.22 (ddd, J = 7.5, 4.8, 1.2 Hz, 1H) ppm.

Experimentalteil

123

13C-NMR (75 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 155.84 (no hydrogen at this carbon), 150.66, 137.65,

132.61, 123.91, 123.71, 121.87 (q, J = 320.1 Hz, OTf-carbon-atom).

ESI-MS: m/z= 182.89 (1,2-Ethenebipyridine), 226.59 (M+) MS-MS of 226.59: (182.80)

4.2.15 Glyoxal-bis-(4-N,N’-dimethylphenyl)imine (58)

Reaction conditions according to Arduengo et al. for a similar molecule.79

4-(dimethylamino)aniline (5 g, 36.7 mmol) was dissolved in 22 ml of n-pentanol to which

3.86 g of a 40% aqueous glyoxal solution (18.4 mol of glyoxal, 0.5 eq.), 7.3 ml of n-pentanol,

and 3.7 ml of H2O were added. The reaction mixture was allowed to react overnight at room

temperature after which a highly viscous darkbrown substance was obtained. The mixture

was further heated to 60 °C and stirred for 4 h. Upon addition of 12 ml of H2O, an ocher

precipitate was formed which was collected by filtration, washed with small amounts of

water, and dried in vacuo to give the product in 91% yield (4.9 g, 18.4 mmol).

1H-NMR (CDCl3): δ = 8.46 (s, 2 H), 7.25 (d, 4 H), 6.73 (d, 4 H), 3.01 (s, 12 H) ppm

13C-NMR (CDCl3): δ = 155.14, 150.6, 139.1, 123.4, 112.6, 40.6 ppm

4.2.16 N,N’-bis(diethylaminoaniline)ethane (59)


To a pre-cooled solution of glyoxal-bis-(4-N,N’-dimethylphenyl)imine (1 g, 3.4 mmol) and dry

THF (5 ml), a suspension of LiAlH4 (152.7 mg, 1.2 eq ) and THF (1.2 ml) was added. During

addition, the mixture turned grey and the reaction mixture was allowed to react at room

temperature overnight. To the obtained darkbrown mixture, a mixture of ice and HCl (0.5 ml,

Experimentalteil

124

2 M) was added. A color change to yellow-green could be observed. Afterwards, the reaction

mixture was adjusted to pH 10 by using 2 M NaOH upon which a grey precipitate was

formed. The mixture was extracted using ether, the obtained brown organic layers

combined, and dried over MgSO4. Concentration yielded the desired compound as a black

solid in 69% yield (700 mg).

1H-NMR (CDCl3): δ (ppm) = 6.75 (d, 4 H), 6.64 (d, 4 H), 3.33 (s, 4 H), 2.82 (s, 12 H) ppm

4.2.17 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium chloride (56)

Reaction conditions according to Arduengo et al. for a similar molecule.79

N,N’-bis(diethylaminoaniline)ethane (919 mg, 3.08 mmol) and triethylorthoformiat (6 eq.,

3.1 ml, 18.48 mmol) and ammonium chloride (165mg, 3.1 mmol) were heated in a

distillation apparatus to 130 °C over night. After cooling to room temperature diethylether

was added, the precipitate was filtered off and washed with ether and DCM to give the

product as a green solid in 40% yield (428 mg, 1.24 mmol).

1H-NMR (200 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 9.38 (s, 1H), 7.49 – 7.35 (m, 4H), 6.86 – 6.75 (m, 4H),

4.41 (d, J = 0.6 Hz, 4H), 2.95 (s, 12H) ppm.

4.2.18 N,N'-bis(4-(dimethylamino)phenyl)formimidamide (60)

Method A:

Reaction conditions according to Claisen for a similar molecule.96

N,N-dimethylaminoaniline (2 eq., 2.43 g, 18 mmol) and triethyl orthoformate (1.47 ml,

9 mmol) were heated to 230 °C in a distillation aperture until the formation of ethanol

Experimentalteil

125

ceased. The remaining solid was cooled to room temperature and washed with pentane to

give the product as a dark solid in 89% (2.25 g, 8 mmol) yield.

Method B:

Reaction conditions according to Hanan et al. for a similar molecule.100

N,N-dimethylaminoaniline (2 eq., 1 g, 7 mmol) and triethyl orthoformate (0,5 ml, 7 mmol),

one drop of glacial acetic acid and a few pellets of molecular sieves (4 Å) were heated in a

microwave to 130 °C at a pressure of around 5 bar for 10 min. The oily solid was washed

with pentane and diethyl ether to give the product in 88% (840 mg, 6 mmol) yield.

1H-NMR (200 MHz, Chloroform-d): δ = 8.08 (s, 1H), 7.05 – 6.97 (m, 4H), 6.82 – 6.73 (m, 4H),

2.95 (s, 12H) ppm.

NMR data matched those reported before.119

4.2.19 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-imidazolinium triflat (56)


To a solution of 1.13 g (4 mmol) 60 in 50 ml DCM was added ethane-1,2-diyl

bis(trifluoromethanesulfonate) (1,31 g, 4 mmol) in a dropwise fashion at -78 °C. The mixture

was slowly warmed to room temperature overnight and extracted with saturated sodium

hydrogen carbonate solution. The organic phase was dried over MgSO4 and the solvent

evaporated. The solid was recrystallised from hot ethyl acetate several times.

1H-NMR (400 MHz, Methanol-d4)II: δ = 7.35 (d, J = 9.1 Hz, 4H), 6.84 (d, J = 9.2 Hz, 4H), 4.53 (s,

4H), 2.98 (s, 12H) ppm.

II Due to fast exchange of hydrogen to deuterium with the solvent (MeOD) the peak for the proton at the imidazolinium moiety is not visible.

Experimentalteil

126

13C-NMR (101 MHz, Methanol-d4): δ = 151.49, 126.83, 121.05, 114.01, 50.49, 40.64 ppm.

19F-NMR (235 MHz, Methanol-d4): δ = -80.07 ppm.

ESI-MS: m/z= 308.9 (M+)

4.2.20 1,3-bis(p-dimethylaminophenyl)imidazolidine-2-thione (61)

Reaction conditions according to Wanzlick et al. for a similar molecule.83

N,N’-bis(diethylaminoaniline)ethane (100 mg, 335 µmol), triethyl orthoformate (474 µl,

2.9 mmol), and elemental sulphur (16 mg, 64 µmol, 1.5 eq S) were heated to reflux

overnight. The mixture was allowed to cool to room temperature, the solid filtered and

washed with petrol ether. For further purification column chromatography was applied using

ethyl acetate:petrol ether 3:1 as eluent to obtain the product as a yellow-brown solid in 55%

(63 mg, 0.2 mmol) yield.

Rf: 0.7 (ethyl acetate:petrol ether 3:1)

1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ = 7.34 (d 4H), 6.75 (d, 4H), 4.06 (s, 4H), 2.96 (s, 12H) ppm

13C-NMR (CDCl3): δ = 182.65, 149.47, 130.48, 127.12, 112.70, 50.26, 40.78 ppm

ESI-MS: m/z= 341 (M+H+), 362 (M+Na+)

elemental analysis:

N C H S

calculated 16.46 67.02 7.11 9.42

found 16.38 66.89 7.45 9.45

4.2.21 N1,N1,N4-trimethylbenzene-1,4-diamine (62)

Experimentalteil

127

N1,N1,N4-trimethylbenzene-1,4-diamine was synthesised according to Zalibera.85

4.2.22 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-1,3-dimethylurea (63)

Reaction conditions according to Clayden et al. for a similar molecule.73


N1,N1,N4-Trimethylbenzene-1,4-diamine (3.17 g, 21.1 mmol) was dissolved in dry CH2Cl2

(15 ml) at room temperature and dry triethylamine (6.44 ml, 46.4 mmol, 2.2 eq.) was added

in one portion. TriphosgeneIII (1 g, 3.4 mmol, 0.16 eq.) was added in small portions. After

complete addition the reaction mixture was stirred for 1 h. The solution was concentrated

under reduced pressure, the residue was dissolved in toluene (30 ml) and heated to reflux

for 18 h. After cooling, water (60 ml) was added and the aqueous phase was extracted with

EtOAc (3×50 ml). The combined organic fractions were dried over MgSO4, filtered and

concentrated under reduced pressure. The residue was purified by recrystallization from

pentane to give the product as white crystals in 97% (3.33 g, 10.2 mmol) yield.

1H-NMR (250 MHz, Chloroform-d): δ = 6.68 – 6.59 (m, 4H), 6.49 – 6.38 (m, 4H), 3.08 (s, 6H),

2.84 (s, 12H) ppm.

13C-NMR (63 MHz, Chloroform-d): δ = 162.41, 148.38, 135.97, 126.95, 113.09, 41.04,

39.99 ppm.

GC-MS: (34 min): m/z= 326 (M+)

elemental analysis:

N C H S

calculated 17.16 69.91 8.03 0

found 16.91 69.72 7.80 0

III Caution: Triphosgene is highly toxic. Precaution has to be taken while working that none of it is inhaled. Wash bottles need to be applied to the aperture.

Experimentalteil

128

4.2.23 N1,N1'-((phosphoroxychloro)chloromethylene)bis(N1,N4,N4-

trimethylbenzene-1,4-diamine) (68)

Reaction conditions according to Bezgubenko et al. for a similar molecule.89


To a solution of 103 mg (0.3 mmol) 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-1,3-dimethylurea in

dry dichloromethane phosphoroxychloride (10 eq., 0.3 ml, 3.2 mmol) was added. The

mixture was stirred over night at room temperature. Afterwards the solvent and excess

phosphoroxychloride were removed under reduced pressure using an external trap. Since

the product was very unstable, it was used without further purification or characterization.

4.2.24 N1,N1'-((diiodomethylene)bis(N1,N4,N4-trimethylbenzene-1,4-diamine) (69)


68 (0.3 mmol) was dissolved in dry THF and TMSI (2 eq., 77 µl, 0.6 mmol) was added and the

mixture stirred for 3 h at rt. A white solid formed, which was filtered off under argon. The

product was obtained in 77% (124 mg, 0.2 mmol) yield.

1H-NMR (200 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 7.38 (d, J = 8.9 Hz, 4H), 7.00 (d, J = 8.8 Hz, 4H), 3.17

(s, 6H), 3.09 (s, 12H) ppm.

13C-NMR (50 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 147.75, 139.32, 127.92, 122.36, 55.31, 47.43,

38.82 ppm.

EI-MS: m/z= 326.2 (Urea-compound 63) 149.1 (N1,N1,N4-Trimethylbenzene-1,4-diamine 62)

ESI-MS: m/z= 326.97 (Urea-compound 63+H+) 344.86 (chlorinated compound 68+)

elemental analysis:

Experimentalteil

129

N C H S

calculated 9.93 40.44 4.64 -

found 12.19 52.09 6.74 -

4.2.25 1,3-bis(4-(dimethylamino)phenyl)-1,3-dimethylthiourea (74)

150 mg (0.5 mmol) of the urea compound 63 was placed in a microwave tube together with

1.5 ml o-Xylol and 111 mg (0.6 eq., 0.28 mmol) Lawesson`s Reagent. The mixture was heated

in a microwave to 145 °C at 165 W for 2 h. The solvent was removed and the mixture was

purified using column chromatography using a 3:1 mixture of ethylacetate and petrolether

as eluent. The product was obtained in 10% yield (15 mg, 0.46 mmol) as a light brown solid.

Rf: 0.7 (ethylacetate:petrolether 3:1)

ESI-MS: 365.04 (M+Na+)

1H-NMR (300 MHz, Chloroform-d): δ = 6.61 – 6.53 (m, 4H), 6.47 – 6.40 (m, 4H), 3.43 (s, 6H),

2.87 (s, 12H) ppm.

13C-NMR (63 MHz, Chloroform-d): δ = 190.68, 148.49, 137.56, 126.18, 112.92, 45.76,

40.93 ppm.

IR: ῦ [cm-1] = 426.27 (m), 486.06 (m), 511.14 (m), 528.5 (s), 545.85 (m), 563.21 (m), 644.22

(w), 727.16 (m), 808.17 (s), 819.75 (m), 906.54 (w), 943.19 (m), 1028.06 (w), 1058.92 (m),

1091.71 (s), 1118.71 (m), 1132.21 (m), 1166.93 (w), 1186.22 (w), 1215.15 (m), 1334.74 (s),

1436.97 (m), 1479.4 (w), 1514.12 (s), 1610.56 (m), 2798.71 (w), 2887.44 (w), 2954.95 (w).

elemental analysis:

N C H S

calculated 16.36 66.63 7.65 9.39

found 14.52 58.98 6.22 8.63

Experimentalteil

130

4.2.26 (Z)-1,2-Bis(dimetylamino)-1,2-bis(imidazolio)-ethen (79)

Reaction conditions according to Huber,103 except that Hünig-base was used instead of

triethylamine and column chromatography on silica was performed using ethyl

acetate/triethyamine in a ratio of 10:1 as eluent. Fractions containing both isomers can be

purified via repeated crystallisation from hot diethylether.

Rf: 0.23 (ethylacetate/triethyamine 10:1)

1H-NMR (300 MHz, Chloroform-d): δ = 7.27 (t, J = 1.1 Hz, 1H), 6.93 (dd, J = 1.4, 0.9 Hz, 1H),

6.68 (t, J = 1.3 Hz, 1H), 2.67 (s, 6H) ppm.

4.2.27 (Z)-1,2-bis(dimethylamino)-1,2-bis(N-methylimidazolio)-ethen-

bis(trifluoromethansulfonat) (78/OTf)


88 mg (0.35 mmol) of cis-79 (0.35 mmol) were dissolved in dry dichloromethane.

Methyltriflate was added at 0°C and the mixture was stirred over-night. The solvent was

evaporated to give a red oil. This oil was treated with diethylether, decanted and stirred in

dichloromethane over night during which an off-white solid was formed. The solid was

filtered off and dried in vacuum. 1H-NMR data matched those reported before.103

Experimentalteil

131

1H-NMR (300 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 8.81 (s, 1H), 7.56 (t, J = 1.8 Hz, 1H), 7.53 (t, J = 1.8 Hz,

1H), 3.94 (s, 3H), 2.38 (s, 6H) ppm.

13C-NMR (75 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 138.05, 125.74, 124.27, 123.57, 40.73, 37.75 ppm.

4.2.28 (Z)-1,2-bis(dimethylamino)-1,2-bis(N-methyl-2-thione-imidazolio)-ethen

(82)


At -78°C n-butyllithium (1.14 ml, 1.49 M, 2.1 eq., 1.7 mmol) was added to 77 (281 mg,

0.8 mmol). The mixture was slowly warmed to 6°C over night and sulphur was added (52 mg,

2 eq., 1.6 mmol). The mixture was stirred for 1 h at room temperature. Afterwards the

solvent was removed in vacuum under aerobic conditions. The solid was washed with

pentane as well as with diethylether and the organic fractions combined and purified using

column chromatography using a 1:1 mixture of ethylacetate and dichloromethane as eluent.

The product was obtained in 36% yield (100 mg, 0.3 mmol) as a slightly yellow solid.

Rf: 0.7 (dichloromethane:ethylacetate 1:1)

ESI-MS: m/z 337.68 (M+), 225.01 (M-(1-methyl-imidazolinium-2-thione); this was found to be

the decomposition product of 337.68 via MS/MS analysis)

1H-NMR (200 MHz, Chloroform-d): δ = 7.20 (s, 1H), 6.92 (d, J = 2.4 Hz, 1H), 6.37 (d, J = 2.4 Hz,

1H), 3.43 (s, 3H), 2.64 (s, 6H) ppm.

13C-NMR (63 MHz, Chloroform-d): δ = 164.17, 126.44, 119.03, 117.32, 40.05, 35.19 ppm.

IR: ῦ [cm-1] = 428 (w), 471 (w), 482 (w), 544 (s), 606 (m), 625 (m), 669 (s), 708 (s), 818 (m),

847 (w), 914 (m), 986 (m), 1007 (m), 1045 (m), 1057 (m), 1080 (m), 1098 (m), 1146 (s), 1211

(s), 1246 (m), 1275 (s), 1329 (m), 1371 (s), 1393 (m), 1449 (m), 1568 (w), 1672 (w), 2795 (w),

2918 (w), 2980 (w), 3096 (w), 3134 (w), 3171 (w)

elemental analysis:

Experimentalteil

132

N C H S

calculated 24.83 49.68 6.55 18.94

found 24.94 49.10 6.247 18.237

4.2.29 5,6-bis(dimethylamino)-1,10-dimethyl-1H-diimidazo[1,2-a:2',1'-c]pyrazine-

4,10-diium iodide (84)


170 mg (0.5 mmol) 78/ClIV were suspended in dry THF. The mixture was cooled to -78 °C, n-

BuLi was added (2.1 eq., 1.6 M, 0.64 ml, 1 mmol) and the resulting yellow solution was

stirred for 2 h at -78 °C. Iodine (2 eq., 248 mg, 1 mmol) was dissolved in dry THF and added

via syringe. The mixture was slowly warmed to room temperature and filtered under argon.

The solid was washed with THF four times and dried in high vacuum. Since the 1H-NMR-

spectrum showed that the product was not clean, the solid was dissolved in acetonitrile and

the solution was overlaid with ether, whereby a light-yellow coloured solid formed. 1H-NMR

analysis showed that a mixture of two products was isolated, both lacking the proton signal

on the imidazole core on 2-position. Crystals were grown via slow diffusion of ether into a

saturated solution of the product in acetonitrile. X-ray analysis of the crystals showed that

84 was obtained.

1H-NMR (300 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 8.21 (d, J = 2.2 Hz, 1H, A), 8.09 (d, J = 2.2 Hz, 1H, A),

7.49 (d, J = 2.1 Hz, 1H, B), 7.34 (d, J = 2.2 Hz, 1H, B), 4.46 (s, 3H, A), 3.73 (s, 4H, B), 3.02 (s, 6H,

A), 2.79 (s, 9H, B) ppm. A/B : 1/1.2

IV With 78/OTf no clean product was obtained, the 1H-NMR was different to the one obtained with 78/Cl.

Experimentalteil

133

4.2.30 (Z)-1,2-bis(dimethylamino)-1,2-bis(N-methyl-2-iodo-imidazolio)-ethen (83)

57 mg (0.2 mmol) 78 were dissolved in dry acetonitrile and 73 mg NIS (1.98 eq., 0.3 mmol)

were added to the solution. The mixture was stirred in a closed schlenkflask for 2-16 h at

50 °C. The solvent was removedV and the residue was washed with THF and chloroform.

Crystals were grown via slow diffusion of ether into a saturated solution of 83 in methanol or

acetonitrile.

1H-NMR (300 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 7.47 (d, J = 2.1 Hz, 1H), 7.31 (d, J = 2.1 Hz, 1H), 3.73

(s, 3H), 2.79 (s, 6H) ppm.

13C-NMR (63 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 204.35, 194.89VI, 126.88, 126.28, 125.96, 40.61,

40.11 ppm.


dichloro palladium (86)

In a 50 ml Schlenkflask 121 mg (0.4 mmol) of 78 was dissolved in 50 ml THF. 0.44 ml of

n-BuLi (1.6 M 0.4 mmol, 2 eq) was slowly added at-78°C and stirred for 2 h. The solution

turned yellow. 63 mg (0.5 eq., 0.2 mmol) of allyl palladium dichloride was added and the

mixture was stirred over-night. The solid was filtered off and dissolved in acetonitrile. The

insoluble solid was filtered off, the solvent was removed in vacuum and 1H-NMR was

V In some cases a solid formed in a reasonable amount, then this solid was filtered off and purity tested via 1H-NMR spectroscopy. In most cases it was then suspended in chloroform, ultrasonicated and the supernatant discarded. VI The signal at 204.35 and 194.89 ppm are weak, there should be only one signal for the imidazol carbon next to iodine, so the question remains why there are two signals.

Experimentalteil

134

measured. A mixture of three different compounds were visible, all showing signals for the

allyl ligand on palladium. To purify the mixture, the solid was dissolved in acetonitrile and

ether was allowed to diffuse slowly into the solution. With this method crystals suitable for

X-ray diffraction were obtained and some black solid was formed, which was insoluble in

common organic solvents. It was supposed that the complex decomposed partly during

crystallisation. The ally group was exchanged during the crystallisation progress to a chlorine

atom.

1H-NMR (300 MHz, Acetonitrile-d3): δ = 7.24 (d, J = 2.0 Hz, 1.8H), 7.19 (dd, J = 2.2, 1.1 Hz,

5.6H), 5.46 (tt, J = 13.4, 7.5 Hz, 1H), 5.29 (ddd, J = 18.6, 12.2, 6.6 Hz, 0.6H), 5.13 (tt, J = 13.3,

7.4 Hz, 1H), 4.13 (dt, J = 7.5, 1.1 Hz, 2.1H), 3.94 (s, 0.5H), 3.90 (dt, J = 7.4, 0.8 Hz, 2.2H), 3.69

(s, 5.7H), 3.65 (d, J = 6.7 Hz, 1H), 3.56 (s, 6H), 2.88 (dt, J = 13.3, 0.8 Hz, 2.6H), 2.72 (s, 1.1H),

2.68 (d, J = 12.0 Hz, 0.9H), 2.59 (s, 12.4H), 2.51 (s, 12H), 2.49 – 2.41 (m, 2.5H) ppm.

ESI-MS: (before recrystallisation): 420.63 (M-Cl-(m/z=421.13))

IR: ῦ [cm-1] = 409 (m); 451 (m); 505 (m); 538 (w); 617 (m); 642 (m); 667 (m); 696 (m); 710

(m); 727 (m); 750 (s); 816 (w); 841 (w); 866 (w); 918 (m); 989 (m); 1040 (m); 1072 (m); 1092

(w); 1105 (m); 1130 (m); 1144 (m); 1207 (s); 1233 (w); 1285 (m); 1335 (m); 1362 (s); 1395 (s);

1450 (s); 1560 (w); 1676 (w); 2791 (w); 2837(w); 3098 (w)

elemental analysis:

N C H S

calculated 18.61 37.23 4.91 -

found 18.38 36.94 4.92 -


dichloro platin (89)

360 mg 78/Cl (1 mmol), platindichloride (275 mg, 1 mmol) and sodiumacetate trihydrate

(2 eq., 282 mg, 2.1 mmol) were suspended in DMSO. The suspension was heated to 85°C for

Experimentalteil

135

4 h and then cooled to room temperature. An off-white solid formed which was filtered off

and washed with dichloromethane to give pure 89 in 32% yield (179 mg, 0.33 mmol) as a

white powder. The product was only slightly soluble in DMSO and not soluble in unpolar

solvents. Crystals suitable for X-Ray analysis were obtained via slow diffusion of ether into a

saturated solution of the product in DMSO.

1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 7.38 – 7.32 (m, 4H), 3.81 (s, 6H), 2.65 (s, 12H) ppm.

ESI-MS: 562.71 m/z (M+Na+)

IR: ῦ [cm-1] = 642 (w), 662 (m), 673 (w), 716 (s), 750 (s), 816 (w), 843 (w), 918 (w), 957 (w),

989 (m), 1043 (m), 1137 (m), 1186 (w), 1209 (s), 1234 (w), 1288 (m), 1339 (w), 1362 (m),

1396 (s), 1449 (m), 1458 (m), 1535 (w), 2791 (w), 2839 (w), 2941 (w), 3113 (m)


dinitro platin (90)

41 mg 89 (0.076 mmol) and sodiumnitrite (2 eq., 10 mg, 0.151 mmol) were suspended in

acetonitrile and heated to 70°C over night. The product was filtered and the solvent of the

mother liquor was removed to give the product, which was partly soluble in acetonitrile in

39% yield (17 mg, 0.03 mmol).

1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ = 7.47 (d, J = 2.1 Hz, 1H), 7.39 (d, J = 2.1 Hz, 1H), 3.81 (s, 3H),

2.70 (s, 6H) ppm.

13C-NMR (75 MHz, DMSO-d6): δ = 164.07VII, 146.63, 129.80, 123.55, 122.04, 41.81,

36.91 ppm.

IR: ῦ [cm-1] = 621(m), 650(s), 663(m), 754(s), 773(w), 924(w), 1013(w), 1043(w), 1186(w),

1445(s), 1576(s), 3111(w)

VII This signal is very weak.

Experimentalteil

136


platin oxalate (91)

80 mg 89 (0.15 mmol) and sodiumoxalate (20 mg, 0.15 mmol) were suspended in

acetonitrile and heated to 70 °C over night. The solvent was removed in vacuum and the

solid washed with diethylether. The product was only slightly soluble in DMSO and water

and insoluble in other organic solvents.

1H-NMR (300 MHz, DMSO-d6):VIII δ = 7.67 (s, 1H), 7.26 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 4.18 (s, 3H), 2.54 (s,

12H) ppm.

IR: ῦ [cm-1] = 515(s); 664(m); 689(w); 752(s); 773(s); 959(w); 1186(m); 1233(w); 1315(s);

1339(m); 1445(m); 1503(w); 1537(m); 1635(s); 3111(m).

VIII The signals in 1H-NMR spectra are very weak, the signal at 2.54 ppm overlays with the signal of DMSO, so Integration is difficult.

Literaturverzeichnis

137

5 Literaturverzeichnis

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109. Avinash, I.; Gupta, V.; Karthik, V.; Anantharaman, G., A straightforward synthesis of 4,5-dihalofunctionalized imidazol-2-ylidene/imidazolyl-metal complexes from trihaloimidazolium salts/imidazoles: Structure and catalytic studies. J. Organomet. Chem. 2017, 851, 104-114. 110. Piras, F. Synthesis and catalytic applications of bidentate NHC-metal complexes. Bachelorarbeit Ruhr-Universität Bochum 2017. 111. Zhang, C.; Zhao, Y.; Li, B.; Song, H.; Xu, S.; Wang, B., The intramolecular sp2 and sp3 C-H bond activation of (p-cymene)ruthenium(II) N-heterocyclic carbene complexes. Dalton Transactions 2009, 5182-5189. 112. Muehlhofer, M.; Strassner, T.; Herdtweck, E.; Herrmann, W. A., Synthesis and structural characterization of novel bridged platinum(II) biscarbene complexes. J. Organomet. Chem. 2002, 660, 121-126. 113. Taige, M. A.; Ahrens, S.; Strassner, T., Platinum(II)-bis-(N-heterocyclic carbene) complexes: synthesis, structure and catalytic activity in the hydrosilylation of alkenes. J. Organomet. Chem. 2011, 696, 2918-2927. 114. G., R. H.; Stephanie, C.; J., O. P.; G., T. J.; H., v. R. P., Synthese und Kristallstrukturanalyse eines Monocarbenkupferkomplexes. Angewandte Chemie 1994, 106, 687-688. 115. Huang, Y.-P.; Tsai, C.-C.; Shih, W.-C.; Chang, Y.-C.; Lin, S.-T.; Yap, G. P. A.; Chao, I.; Ong, T.-G., Kinetic and Thermodynamic Study of Syn−Anti Isomerization of Nickel Complexes Bearing Amino-Linked N-Heterocyclic Carbene Ligands: The Effect of the Pendant Arm of the NHC. Organometallics 2009, 28, 4316-4323. 116. Haynes, M. T. J., Evan P.; Montgomery, John, Nickel Complexes of N‐Heterocyclic Carbenes. In N‐Heterocyclic Carbenes,2014. 117. Warratz, S.; Postigo, L.; Royo, B., Direct Synthesis of Iron(0) N-Heterocyclic Carbene Complexes by Using Fe3(CO)12 and Their Application in Reduction of Carbonyl Groups. Organometallics 2013, 32, 893-897. 118. Stuhr-Hansen, N.; Christensen, J. B.; Harrit, N.; Bjørnholm, T., Novel Synthesis of Protected Thiol End-Capped Stilbenes and Oligo(phenylenevinylene)s (OPVs). J. Org. Chem. 2003, 68, 1275-1282. 119. Hirano, K.; Urban, S.; Wang, C.; Glorius, F., A Modular Synthesis of Highly Substituted Imidazolium Salts. Org. Lett. 2009, 11, 1019-1022.

Daten zur Kristallstrukturanalyse

143

6 Daten zur Kristallstrukturanalyse

6.1 Crystal data and structure refinement for 31/OTf

Identification code cn-48

Empirical formula C17H15F6N3O6S2

Formula weight 535.44

Temperature/K 100.00(10)

Crystal system triclinic

Space group P-1

a/Å 8.3462(4)

b/Å 10.9030(6)

c/Å 13.2271(7)

α/° 114.255(5)

β/° 92.907(4)

γ/° 97.291(4)

Volume/Å3 1081.46(11)

Z 2

ρcalcg/cm3 1.644

μ/mm-1 3.109

F(000) 544.0

Crystal size/mm3 0.6 × 0.15 × 0.15

Radiation Cu Kα (λ = 1.54184)

2Θ range for data collection/° 7.378 to 132.97

Index ranges -7 ≤ h ≤ 9, -12 ≤ k ≤ 12, -15 ≤ l ≤ 14

Reflections collected 6676

Independent reflections 3805 [Rint = 0.0347, Rsigma = 0.0534]

Data/restraints/parameters 3805/0/308

Goodness-of-fit on F2 1.096

Final R indexes [I>=2σ (I)] R1 = 0.0498, wR2 = 0.1303

Final R indexes [all data] R1 = 0.0598, wR2 = 0.1383

Largest diff. peak/hole / e Å-3 0.49/-0.41

6.2 Crystal data and structure refinement for 30

Identification code zv-nni

Empirical formula C72H72I8N8O4


Temperature/K 170(2)


144

Crystal system orthorhombic

Space group Pbca

a/Å 12.5062(12)

b/Å 18.484(2)

c/Å 32.870(3)

α/° 90

β/° 90

γ/° 90

Volume/Å3 7598.4(13)

Z 4

ρcalcg/cm3 1.861

μ/mm-1 3.316

F(000) 4064.0

Crystal size/mm3 0.33 × 0.27 × 0.15

Radiation MoKα (λ = 0.71073)


Index ranges -16 ≤ h ≤ 16, -24 ≤ k ≤ 24, -43 ≤ l ≤ 43








6.3 Crystal data and structure refinement for 30 after lithiation

Identification code cn10-fs

Empirical formula C17H13I2LiN2



Crystal system monoclinic

Space group P21/c

a/Å 8.2242(13)

b/Å 23.888(2)

c/Å 10.254(2)

α/° 90

β/° 118.799(13)

γ/° 90


145

Volume/Å3 1765.3(5)

Z 4

ρcalcg/cm3 1.904

μ/mm-1 3.559

F(000) 952.0

Crystal size/mm3 0.24 × 0.11 × 0.1



Index ranges -9 ≤ h ≤ 9, -28 ≤ k ≤ 28, -12 ≤ l ≤ 12









Identification code cn-60b

Empirical formula C19H26N4O




Space group C2/c

a/Å 21.5137(6)

b/Å 6.1628(2)

c/Å 28.2810(8)

α/° 90

β/° 108.620(3)

γ/° 90

Volume/Å3 3553.36(19)

Z 8

ρcalcg/cm3 1.220

μ/mm-1 0.613

F(000) 1408.0

Crystal size/mm3 0.25 × 0.22 × 0.11




146

Index ranges -25 ≤ h ≤ 23, -7 ≤ k ≤ 7, -21 ≤ l ≤ 33








6.5 Crystal data and structure refinement for 63*2HCl

Identification code cn-76-3

Empirical formula C19H28Cl2N4O




Space group P21/c

a/Å 16.1802(16)

b/Å 12.3179(11)

c/Å 11.5634(11)

α/° 90

β/° 110.009(11)

γ/° 90

Volume/Å3 2165.5(4)

Z 4

ρcalcg/cm3 1.225

μ/mm-1 0.315

F(000) 848.0

Crystal size/mm3 0.34 × 0.27 × 0.15



Index ranges -19 ≤ h ≤ 19, -15 ≤ k ≤ 15, -14 ≤ l ≤ 14









147


Identification code cn-69

Empirical formula C19H26N4S




Space group C2/c

a/Å 22.1474(4)

b/Å 6.11503(10)

c/Å 28.4870(6)

α/° 90

β/° 110.525(2)

γ/° 90

Volume/Å3 3613.13(13)

Z 8

ρcalcg/cm3 1.259

μ/mm-1 1.636

F(000) 1472.0

Crystal size/mm3 0.27 × 0.24 × 0.19



Index ranges -26 ≤ h ≤ 17, -7 ≤ k ≤ 7, -33 ≤ l ≤ 33









Identification code CN-114c

Empirical formula C14H28Cl2N6O2





148

Space group P212121

a/Å 7.9723(5)

b/Å 15.0944(9)

c/Å 16.4465(9)

α/° 90

β/° 90

γ/° 90

Volume/Å3 1979.1(2)

Z 4

ρcalcg/cm3 1.286

μ/mm-1 0.347

F(000) 816.0

Crystal size/mm3 0.34 × 0.22 × 0.21

Radiation Mo Kα (λ = 0.71073)


Index ranges -9 ≤ h ≤ 8, -17 ≤ k ≤ 17, -15 ≤ l ≤ 19









Identification code CN-117

Empirical formula C28H48Cl1.29I2.71N12O2




Space group Pc

a/Å 6.8994(2)

b/Å 26.3280(10)

c/Å 10.5398(4)

α/° 90

β/° 103.776(4)

γ/° 90

Volume/Å3 1859.45(12)


149

Z 2

ρcalcg/cm3 1.740

μ/mm-1 2.414

F(000) 963.0

Crystal size/mm3 0.42 × 0.13 × 0.13



Index ranges -8 ≤ h ≤ 7, -32 ≤ k ≤ 32, -13 ≤ l ≤ 12








Flack parameter 0.44(5)


Identification code cn-127-4-needle

Empirical formula C56H88Cl3.29I16.71N24




Space group C2/c

a/Å 16.2497(8)

b/Å 11.1586(5)

c/Å 27.2315(16)

α/° 90

β/° 97.808(5)

γ/° 90

Volume/Å3 4891.9(4)

Z 2

ρcalcg/cm3 2.264

μ/mm-1 5.420

F(000) 3067.0

Crystal size/mm3 ? × ? × ?




150

Index ranges -11 ≤ h ≤ 19, -13 ≤ k ≤ 12, -32 ≤ l ≤ 32









Identification code cn-127-6_RT

Empirical formula C28H44Cl5I5N12O




Space group C2/c

a/Å 32.703(8)

b/Å 9.2769(11)

c/Å 22.304(9)

α/° 90

β/° 117.94(4)

γ/° 90

Volume/Å3 5978(3)

Z 4

ρcalcg/cm3 1.512

μ/mm-1 2.852

F(000) 2584.0

Crystal size/mm3 ? × ? × ?



Index ranges -27 ≤ h ≤ 36, -8 ≤ k ≤ 10, -18 ≤ l ≤ 24









151


Identification code cn-120-2

Empirical formula C14H22Cl2N6Pd




Space group Cc

a/Å 15.0682(14)

b/Å 9.7831(10)

c/Å 13.2034(13)

α/° 90

β/° 111.697(10)

γ/° 90

Volume/Å3 1808.5(3)

Z 4

ρcalcg/cm3 1.659

μ/mm-1 1.329

F(000) 912.0

Crystal size/mm3 0.25 × 0.23 × 0.17



Index ranges -19 ≤ h ≤ 19, -12 ≤ k ≤ 12, -17 ≤ l ≤ 17









Identification code cn-138b

Empirical formula C14H22Cl2N6Pt





152

Space group Cc

a/Å 15.0152(4)

b/Å 9.7706(3)

c/Å 13.1027(4)

α/° 90

β/° 110.974(3)

γ/° 90

Volume/Å3 1794.91(9)

Z 4

ρcalcg/cm3 2.000

μ/mm-1 8.123

F(000) 1040.0

Crystal size/mm3 0.3 × 0.3 × 0.3



Index ranges -20 ≤ h ≤ 20, -12 ≤ k ≤ 13, -18 ≤ l ≤ 18









Identification code cn134-2

Empirical formula C16H20Cl4N8Ni2




Space group Pbcn

a/Å 11.4112(7)

b/Å 13.908(2)

c/Å 14.569(6)

α/° 90

β/° 90

γ/° 90

Volume/Å3 2312.2(11)


153

Z 4

ρcalcg/cm3 1.677

μ/mm-1 2.111

F(000) 1184.0

Crystal size/mm3 0.45 × 0.45 × 0.45



Index ranges -15 ≤ h ≤ 15, -19 ≤ k ≤ 13, -9 ≤ l ≤ 20








Abkürzungsverzeichnis

154

7 Abkürzungsverzeichnis

AcOH Essigsäure

BArF Tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borat

eq. Äquivalent

δ Chemische Verschiebung

DBU 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en

DCM Dichlormethan

DFT Dichtefunktionaltheorie

DMSO Dimethylsulfoxid

dppb 1,4-Bis(diphenylphosphino)butan

FAB Fast Atom Bombardment

EI-MS Elektronenstoß Ionisations-Massenspektrometrie

ESI-MS Elektronenspray Ionisation-Massenspektrometrie

ITC Isotherme Titrationskalorimetrie

J Kupplungskonstante

LM Lösemittel

MeCN Acetonitril

MeOH Methanol

n-BuLi n-Butyllithium

NBS N-Bromsuccinimid

NHC N-Heterocyclisches Carben

NIS N-Iodsuccinimid

NMR Kernspinresonanzspektroskopie

OTf Trifluormethansulfonat

ppm Parts per million

Rf Retentionsfaktor

RT Raumtemperatur

tBuLi tert-Butyllithium

THF Tetrahydrofuran

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Synthese und Reaktionen elektronenreicher ...

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