Titankatalysierte C-H-Aktivierung an sp3-Zentren in der Alpha-Position zum Stickstoffatom

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Beckhaus; Professor Dr. Sven Doye
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 119336804

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurde die titankatalysierte C-H-Aktivierung in der α-Position zum Stickstoffatom sowohl mechanistisch untersucht als auch für die Entwicklung effizienter Syntheseverfahren genutzt. Im Bereich der mechanistischen Untersuchungen ist es dabei durch kinetische Studien und präparative Untersuchungen an Titankomplexen erstmals gelungen, einen experimentellen Beleg für den zuvor nur vorgeschlagenen Reaktionsmechanismus der auch industriell relevanten Hydroaminoalkylierung von Alkenen zu erhalten. In diesem Zusammenhang sind Titanaaziridine bzw. η2-Imintitankomplexe als Schlüsselintermediate der titankatalysierten Hydroaminoalkylierung von Alkenen akzeptiert. Im Verlauf des abgeschlossenen Projektes wurde ein effizienter Zugang zu dieser Verbindungsklasse, ausgehend von N-Methylanilinen und Bis(η5:η1- pentafulven)titankomplexen gefunden. Folgereaktionen der ersten strukturell charakterisierten η2-Methylenanilinkomplexe belegen die vielfältigen Reaktionsmuster dieser Titanacyclen. Insbesondere werden Hydroaminoalkylierungsprodukte in Reaktionen des titanacyclischen Dreiringes mit Olefinen gefunden. Erstmalig können alle Intermediate der Hydroaminoalkylierung experimentell zugänglich gemacht werden. Im Bereich der präparativen Studien ist es im Berichtszeitraum gelungen, verschiedene, bei der Antragstellung noch ungelöste Syntheseprobleme der Hydroaminoalkylierungschemie zu lösen. Hierbei ist z.B. der erstmalige erfolgreiche Einsatz von konjugierten Dienen für Hydroaminoalkylierungsreaktionen zu nennen, durch den die abfallfreie Bildung von Aminoalkenen, welche wertvolle Ausgangsmaterialien für Folgeschritte darstellen, ermöglicht wird. Darüber hinaus ist es gelungen, die zuvor nur moderate Regioselektivität der katalytischen Hydroaminoalkylierung von Styrolen durch den Einsatz des kommerziell erhältlichen Katalysators Ta(NMe2)5 stark zu verbessern, wodurch die entsprechenden verzweigten Reaktionsprodukte nun erstmals selektiv zugänglich sind (mit Regioselektivitäten > 99:1). Andererseits ist es durch den vorher für Hydroaminoalkylierungen nie beschriebenen Einsatz von Aminopyridinato-Titankatalysatoren auch gelungen, erstmals die linearen Produkte als Hauptprodukte der Hydroaminoalkylierung von Styrolen zu erhalten. Neben der Tatsache, dass hierdurch ein einfacher und atomökonomischer Zugang zu Verbindungen mit biologisch relevanter 3-Phenylpropylamin-Einheit geschaffen worden ist, ermöglichte der Einsatz der neuen Katalysatorklasse erstmalig auch die erfolgreiche Umsetzung von Dialkylaminen mit Styrolen. Zusätzlich konnten im Berichtszeitraum neue Synthesewege zu Chelatliganden tragenden Titankatalysatoren erschlossen werden, deren Einsatz nicht nur Hydroaminoalkylierungen von Alkenen sondern auch effiziente Hydroaminierungen von Alkinen und Alkenen ermöglicht. Letztendlich kann angemerkt werden, dass beide am Projekt beteiligte Arbeitsgruppen durch ihre Zusammenarbeit ausgesprochen stark profitiert haben. Hierbei ist neben dem ohne diese Kooperation nicht möglich gewesenen tiefen Einblick in den Mechanismus der titankatalysierten C-H-Aktivierung in der α-Position zum Stickstoffatom ganz besonders der "Transfer von Arbeitstechniken" zwischen den Arbeitskreisen zu nennen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "The Mechanism of the Titanium-Catalyzed Hydroaminoalkylation of Alkenes" Angew. Chem. 2011, 123, 6525-6529; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 6401-6405
  I. Prochnow, P. Zark, T. Müller, S. Doye
  
• "Aminopyridinato Titanium Catalysts for the Hydroaminoalkylation of Alkenes and Styrenes" Angew. Chem. 2013, 125, 1851-1854; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1806-1809
  J. Dörfler, S. Doye
  
• "Titanium-Catalyzed Intermolecular Hydroaminoalkylation of Conjugated Dienes" Chem. Eur. J. 2013, 19, 3833-3837
  T. Preuß, W. Saak, S. Doye
  
• "A Commercially Available Tantalum Catalyst for the Highly Regioselective Intermolecular Hydroaminoalkylation of Styrenes" Eur. J. Org. Chem. 2014, 2790-2797
  J. Dörfler, S. Doye
  
• "Aromatic Imines in the titanocene coordination sphere - Titanaaziridine vs. 1-Aza-2-titanacyclopent-4-ene structures", Organometallics 33 (2014) 6785-6795
  F. Loose, I. Plettenberg, D. Haase, W. Saak, M. Schmidtmann, A. Schäfer, T. Müller und R. Beckhaus
  
• "Bulky Titanium Amides - C-H Bond Activation under mild Conditions", European Journal of Inorganic Chemistry (2014) 1289-1302
  C. Adler, A. Bekurdts, D. Haase, W. Saak, M. Schmidtmann und R. Beckhaus
  
• "Remarkably Robust Mono-n-butyl Group IV Dicyclohexylamido Complexes {(Cy)2N}3M(n-butyl) (Cy: cyclohexyl [C6H11], M: Ti, Zr)", Organometallics 33 (2014) 7011-7014
  C. Adler, G. Tomaschun, M. Schmidtmann, und Rüdiger Beckhaus
  
• "Efficient Access to Titanaaziridines by C−H Activation of N-Methylanilines at Ambient Temperature", Angew. Chem. 2015, 127, 4458-4462; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4383-4387
  M. Manßen, N. Lauterbach, J. Dörfler, M. Schmidtmann, W. Saak, S. Doye, R. Beckhaus
  
• "Highly flexible synthesis of indenylethylamines as ligand precursors for titanium complexes", ARKIVOC 2015, (ii), 76-92
  J. H. Ross, S. H. Rohjans, M. Schmidtmann, S. Doye