Fakultät für Chemie und Pharmazie

Cobaltkatalysierte Kreuzkupplungsreaktionen von Luft stabilen Zinkreagenzien

Feste und Luft stabile Organozink-Reagenzien (Bild: Peter Dowling)

Übergangsmetallkatalysierte Kreuzkupplungen sind unverzichtbare Werkzeuge für die Knüpfung neuer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, die für die Synthese von Pharmazeutika und Agrochemikalien von großer Bedeutung sind. Für solche Reaktionen wurden in der Medizinalchemie bis jetzt vor allem Borreagenzien aufgrund ihrer hohen Verfügbarkeit und ihrer Luft- und Feuchtigkeitsbeständigkeit ausgiebig eingesetzt. Jedoch weisen viele Boronsäureester genotoxische Eigenschaften auf, die deren Einsatz im industriellen Maßstab besonders schwierig machen. Im Vergleich dazu zeigen Organozink-Reagenzien eine ausgezeichnete Kompatibilität funktioneller Gruppen und eine bessere Reaktivität bei Kupplungsreaktionen. Eine der bekanntesten Anwendungen für Organozink-Reagenzien ist deren Verwendung in der sogenannten Negishi-Kreuzkupplung, für deren Entdeckung 2010 der Nobelpreis in Chemie verliehen wurde. Die meisten dieser Reaktionen werden durch Palladium oder Nickel katalysiert; diese Metalle haben jedoch den Nachteil hoher Toxizität und/oder Kosten. Im Gegensatz dazu sind Cobaltsalze eine kostengünstige und weniger toxische Alternative für die Knüpfung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen.

 

Unter der Leitung von Professor Paul Knochel, haben der Doktorand Jeffrey Hammann und der Masterand Ferdinand Lutter, eine neue robuste und breit anwendbare Cobaltkatalysierte Kreuzkupplung von festen und Luft stabilen Organozink-Reagenzien entwickelt. "Cobaltkatalysierte Kupplungen sind von besonderem Interesse, da Cobaltsalze weit weniger toxisch sind als Palladiumsalze und zusätzlich ca. 800 mal billiger," erklärt Professor Knochel. “Diese Kupplungsreaktionen können auch in technischem (undestilliertem) THF mit ähnlicher Effizienz durchgeführt werden.”

Kreuzkupplungen zwischen Heterozyklen sind ebenfalls eine synthetische Herausforderung in der industriellen Forschung. Wenn Palladium- oder Nickelkatalysatoren verwendet werden, wird häufig eine Katalysator-Deaktivierung aufgrund der Chelatisierung der Reagenzien mit dem Katalysator beobachtet. “Dieses Verfahren kann auch heterozyklische Einheiten leicht verknüpfen. Das Spektrum der Kopplungspartner, auf die es angewendet werden kann, ist sehr breit," sagt Professor Knochel. “Grundsätzlich können diese Kopplungsreaktionen nahezu mit allen ungesättigten organischen Halogeniden durchgeführt werden, die verschiedene empfindliche funktionelle Gruppen beinhalten.” Diese Ergebnisse erschienen in der führenden Zeitschrift Angewandte Chemie International und öffnen den Weg für eine ganze Reihe von Anwendungen in der pharmazeutischen und agrochemischen Industrie, die Palladium- oder Nickel-Katalysatoren durch billige und weniger toxische Cobalt-Katalysatoren ersetzen können.

Publikation: Angewandte Chemie