Nobelpreis Chemie 2001

Nobelpreis Chemie 2001
Stereoselektive Hydrierung von
Olefinen und Ketonen durch chirale
Katalysatoren
Anorganische Chemie – Hauptseminar
Lukas Karst
3. Juli 2012

Inhalt
1. Einführung
Nobelpreisträger
Chiralität von Molekülen
Stereoselektive Synthese
2. Sharpless
Epoxidierung, cis-Dihydroxilierung
3. Knowles
chirale Phosphinkatalysatoren, Liganden, Mechanismus
4. Noyori
BINAP, Olefinhydrierung, Ketohydrierung, Mechanismus,
Phosphanrutheniumdiamin-Komplex
5. Kempe
Vergleich
2

Nobelpreisträger 2001
• K. Barry Sharpless (*1941)
„The Search for New Chemical Reactivity”
• William S. Knowles (*1917 - †2012)
„Asymmetric Hydrogenations“
• Ryoji Noyori (*1938)
„Asymmetric Catalysis: Science and Opportunities“
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/ (21.6.2012)
3

Chiralität von Molekülen
• Viele biologisch aktive Moleküle sind chiral
• Chiralität beeinflusst Wirkung
– Schlüssel-Schloss Prinzip nach Emil Fischer
• Thalidomid (Ende ´50er)
Per Ahlberg, Advanced Information on the Nobel Prize in Chemistry 2001
4

Stereoselektive Synthese
• Chirale Information wird aus einem sterisch
definierten System bezogen:
1. Enzyme
2. Chiral Pool
3. Asymmetrische Katalyse
5

Stereoselektive Synthese
Enzyme
• Tertiärstruktur ist selektiv für Substrat und
resultierendes Produkt
Nicht-Häm-Fe(II)-Oxygenase
http://portal.uni-freiburg.de/pharmazeutische-chemie/bilder/Forschung/huettelAbb1/image (21.6.2012) 6

Stereoselektive Synthese
• Terpene
• Alkaloide
• Kohlenhydrate
• natürliche Aminosäuren
Chiral Pool
– Substratgesteuerte Synthese
– Katalytische Synthese
L-Prolin
M. Breuning, Skript zur Volesung „Moderne Synthesemethoden, 2012, Univ. Bayreuth 7

Stereoselektive Synthese
asymmetrische Katalyse
• NP Chemie 2001
Knowles
Chiralität im Phosphin
Noyori
Chiralität in Backbone-Struktur
DiPAMP – (R,R)-Di(methylphenyl-o-anisylphosphin)
BINAP - (S)-2,2'–Bis(diphenylphosphino)–1,1'–binaphthyl
Per Ahlberg, Advanced Information on the Nobel Prize in Chemistry 2001
8

Sharpless - Epoxidierung
Per Ahlberg, Advanced Information on the Nobel Prize in Chemistry 2001
9

Sharpless – cis-Dihydroxilierung
Per Ahlberg, Advanced Information on the Nobel Prize in Chemistry 2001
10

Knowles – Entwicklung chiraler
Phosphinkatalysatoren
1. Wilkinson Katalysator [RhCl(PPh 3 ) 3 ]
2. Synthese optisch aktiver Phosphine (Horner & Mislow)
1983:
W. S. Knowles, Acc. Chem. Res. 1983, 16, 106-112 11

Knowles - L-DOPA
• Parkinson Therapeutikum
W. S. Knowles, Assymetric Hydrogenations (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001 12

Knowles - Liganden
W. S. Knowles, Assymetric Hydrogenations (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001 13

Knowles - Mechanismus
Ligandensubstitution
reduktive Eliminierung
oxidative Hydrierung
Olefininsertion
J. D. Morrison, Assymetric Synthesis, Vol.5, Chiral Catalysis, 1985, Academic Press 14

Noyori – BINAP
(S)-BINAP
(R)-BINAP
(S/R)-2,2'–Bis(diphenylphosphino)–1,1'–binaphthyl
Per Ahlberg, Advanced Information on the Nobel Prize in Chemistry 2001
15

Noyori - Olefinhydrierung
• Naproxen: Entzündungshemmer
(S)-Naproxen
92% yield, 97% ee
Per Ahlberg, Advanced Information on the Nobel Prize in Chemistry 2001
16

Noyori - Olefinhydrierung
L-Aminosäuren
R. Noyori, Asymmetric Catalysis: Science and Opportunities (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001
17

Noyori - Ketohydrierung
• Carbapeneme: Antibiotika
Carbapenem
R. Noyori, Asymmetric Catalysis: Science and Opportunities (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001
18

Noyori - Mechanismus
R. Noyori, Asymmetric Catalysis in Organic Synthesis, Wiley, 1994 19

Noyori - Phosphanrutheniumdiamin-
Katalysatoren
R. Noyori, T. Ohkuma, Angew. Chem., 2001, 113, 40-75 20

Kempe - Katalysator
Keton ee yield
I >99% >99%
II >99% 97%
III >99% >99%
IV >99% >99%
V >99% >99%
VI >99% >99%
VII >99% >99%
VIII >99% 70%
R 1 =C 6 H 5 ,
R 2 = CH 2 CH(CH 3 ) 2
R 3 =R 4 =CH 3
T. Irrgang, D. Friedrich, R.Kempe, Angew. Chem., 2011, 123, 2231-2234 21

Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit.

Quellen
• Per Ahlberg, Advanced Information on the Nobel Prize in Chemistry 2001
• W. S. Knowles, Assymetric Hydrogenations (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001
• R. Noyori, Asymmetric Catalysis: Science and Opportunities (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001
• W. S. Knowles, Acc. Chem. Res. ,1983, 16, 106-112
• W. S. Knowles, Chem. Commun.,1968, 1445 f
• R. Noyori, Asymmetric Catalysis in Organic Synthesis, Wiley, 1994
• R. Noyori et al., J. Am. Chem. Soc. , 1980, 102, 27
• R. Noyori et al., J. Am. Chem. Soc. , 1988, 110, 629-631
• R. Noyori et al., Inorg. Chem., 1988, 27, 566-569
• R. Noyori, T. Ohkuma, Angew. Chem., 2001, 113, 40-75
• J. D. Morrison, Assymetric Synthesis, Vol.5, Chiral Catalysis, 1985, Academic Press
• T. Irrgang, D. Friedrich, R.Kempe, Angew. Chem., 2011, 123, 2231-2234
• M. Breuning, Skript zur Volesung „Moderne Synthesemethoden, 2012, Univ. Bayreuth
• http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/ (21.6.2012)
• http://portal.uni-freiburg.de/pharmazeutische-chemie/bilder/Forschung/huettelAbb1/image
(21.6.2012)
23

Knowles - Stereoselektivität
W. S. Knowles, Assymetric Hydrogenations (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001
24

Noyori – BINAP-Synthese (1)
R. Noyori, Asymmetric Catalysis: Science and Opportunities (Nobel Lecture), Dec. 8th, 2001 25

Noyori – BINAP-Synthese (2)
R. Noyori et al., J. Am. Chem. Soc., 102, 27, 1980
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