Enantioselektive Lewis‐Säure‐Katalyse in intramolekularen [2+2]‐Photocycloadditionen von Cumarinen

Abstract

Im Jahr 1989 beobachteten Lewis und Barancyk, dass die [2+2]-Photocycloaddition von 2,3-Dimethyl-2-buten an Cumarin (1), [5] die ohne Additiv ineffizient ist, durch BF 3 ·OEt 2 beschleunigt wird.[6] Bei Verwendung von 50 Mol-% der Lewis-Säure wurde nach fünfstündiger Bestrahlung mit einer Quecksilbermitteldrucklampe in einer Pyrex-Apparatur das Produkt 2 in 57 % Ausbeute erhalten. ¾hnliche Reaktionen wurden mit anderen Alkenen durchgeführt, und -basierend auf photochemischen und photophysikalischen Datenwurde die verbesserte Reaktivität des komplexierten gegenüber dem unkomplexierten Cumarin auf die erhöhte Lebensdauer und Elektrophilie des Singulettzustands zurück-geführt. Die beobachtete Aktivität von katalytischen LewisSäuren in der [2+2]-Photocycloaddition führte uns zu der Idee, chirale Lewis-Säuren zu verwenden, um einen enantioselektiven Prozess zu erreichen. Auf der Suche nach einem optimalen Lewis-Säure-Katalysator [7] wurde die Bestrahlung von Cumarin in Gegenwart von 2,3-Dimethyl-2-buten in CH 2 Cl 2 mit verschiedenen Lewis-Säuren bei l = 366 nm durchgeführt (Schema 1). Ohne Lewis-Säure konnte nach fünf Stunden keine Umsetzung beobachtet werden, während mit 50 Mol-% BF 3 ·OEt 2 unter diesen Bedingungen eine Ausbeute von 33 % erzielt wurde. Der aktivste Katalysator unter den getesteten Lewis-Säuren war AlBr 3 , das bei fast vollständigem Umsatz in 97 % Ausbeute zum isolierten Produkt 2 führte.Bei der Planung einer möglichen Lewis-Säure-katalysierten enantioselektiven photochemischen Reaktion kann die Lewis-Säure-Koordination als schwach und die Assoziation/Dissoziation des Cumarinsubstrats als relativ schnell angenommen werden. Eine intramolekulare [2+2]-Photocycloaddition schien folglich am besten geeignet, um hohe Enantioselektivitäten zu erreichen, da die selektivitätsbe-stimmende Bindungsbildung in einer intramolekularen Reaktion schneller abläuft als in einer intermolekularen Reaktion. 4-(Pent-4-enyl)cumarin (5) wurde als Testsubstrat gewählt und aus käuflichem 4-Hydroxycumarin (3) durch Umwandlung in das Triflat 4, [8] gefolgt von einer Negishi-Kreuzkupplung, hergestellt. Nach fünfstündiger Bestrahlung von 5 unter den Standardbedingungen für die Photoreaktion, aber ohne Lewis-Säure (Schema 2, Tabelle 1), konnte in 28 % Ausbeute das racemische Produkt 6 und ent-6 erhalten werden.Anschließend wurde in einer ausführlichen Studie eine große Vielfalt chiraler Aluminium-Lewis-Säuren als potenzielle enantioselektive Katalysatoren eingesetzt. Unter den wenigen Leitstrukturen -die meisten Lewis-Säuren führten nur zu racemischen Produkten -gingen die AlBr 3 -aktivierten Oxazaborolidine [9,10] 7 als eine vielversprechende Klasse kombinierter Säurekatalysatoren [11] für weitere Optimierungen hervor. Der bekannte Katalysator 7 a[10] (Tabelle 1, Nr. 2) ermöglichte die bevorzugte Bildung von 6 in einem Enantiomerenverhältnis (e.r.) 6/ent-6 = 60:40, was einem Enantiomerenüberschuss (ee) von 20 % entspricht. Die dreifach

Enantioselective Organo‐Photocatalysis Mediated by Atropisomeric Thiourea Derivatives

“…Pioneering studies by Lewis and co‐workers10b in the early 1980s established that photoreactions of coumarins can be fine‐tuned by the addition of Lewis acids that interact with the carbonyl functional group, which alters the properties of the excited state. Based on this precedence, Bach and co‐workers10c,d have recently developed an enantioselective [2+2] photocycloaddition of 4‐alkenylcoumarin derivatives that is mediated by a chiral Lewis acid. Furthermore, an electron‐transfer‐mediated cycloaddition reaction was recently reported by Griesbeck, Schmalz, and co‐workers 11.…”

Molecular Oxygen as a Redox Catalyst in Intramolecular Photocycloadditions of Coumarins

“…[7] The intramolecular [2+2] cycloaddition of 4-substituted coumarins was extensively studied by Bach and co-workers, who even succeeded in performing such reactions in an enantioselective fashion using chiral templates or Lewis acids. [8] Recently, we became interested in the intramolecular [2+2] cycloaddition of coumarins bearing an unsaturated alkyl substituent in the 3-position (such as 1), and we realized that virtually no examples for this type of transformation have been reported in the literature. [9] Herein we describe the results of a study which has led to the discovery that such transformations can be performed efficiently using visible light in the presence of oxygen as a redox catalyst.…”

Organische Chemie 2010

“…Chiralität ist auch das Stichwort für die abschließende Notiz: Neben der direkten, enantioselektiven Generierung von chiralen Molekülen durch eine neue Klasse von Katalysatoren29 wurde im letzten Jahr der bislang wenig beachtete Ansatz verfolgt, photochemisch erzeugte Verbindungen durch enantioselektive Folgeschritte zu veredeln. Das photochemisch aus 2‐Pyron (21) generierte b‐Lacton (22) bildet mit Pd‐Komplexen einen ç3‐Allylkomplex.…”