Licht‐getriebene enantioselektive Organokatalyse

Abstract

In den vergangenen Jahren hat sich die Organokatalyse als ein wichtiges Teilgebiet der Katalyse etabliert, das die Metallund Enzymkatalyse ergänzt.[1] Durch organokatalytische Reaktionen wurden viele chirale Verbindungen enantiomerenrein zugänglich, die durch andere Verfahren nicht oder nur schwer enantioselektiv zu erhalten sind.[2] Dennoch gibt es noch immer zahlreiche Produktklassen, die durch die konventionelle, enantioselektive Organokatalyse nicht erschlossen werden. Jeder Reaktionspfad, der eine photochemische und keine thermische Aktivierung benötigt, kann nicht durch einen klassischen Organokatalysator beschleunigt werden, es sei denn, die Vorgänge einer photochemischen Aktivierung und der Katalyse werden getrennt.[3] Prozesse, in denen die Lichtenergie als direkter Antrieb für eine enantioselektive Bindungsknüpfung dient, erfordern einen chiralen Organokatalysator, der das Licht sammelt und durch Sensibilisierung auf das Substrat überträgt. [4,5] Nach ersten Erfolgen auf diesem Gebiet im Sinne eines photoinduzierten Elektronentransfers (bis zu 70 % ee mit 30 Mol-% Katalysator) [6] präsentieren wir nun einen chiralen Organokatalysator, der eine signifikante Reaktionsbeschleunigung durch Triplett-Energietransfer [7] mit hohen Enantioselektivitäten kombiniert. In der untersuchten Testreaktion (Schema 1) wurde mit 10 Mol-% dieses Katalysators eine Ausbeute von 90 % und eine Selektivität von 92 % ee erreicht.Die von Kaneko et al. erstmals beschriebene intramolekulare [2+2]-Photocycloaddition des Chinolons 1 führt bekanntermaßen zu zwei regioisomeren Produkten, dem geradlinigen (straight) Hauptprodukt 2 und dem gekreuzten (crossed) Produkt 3.[8] Wir wählten diese Umsetzung als Testreaktion, weil sie zum einen durch einen schnellen Fünfringschluss [9] ein Cycloadditionsprodukt liefert und weil zum anderen Krische et al. bereits gezeigt haben, [10] dass eine Sensibilisierung dieser Reaktion mit einem chiralen Benzophenon möglich ist (19 % ee mit 25 Mol-% Katalysator). Insofern bestand eine gute Aussicht, dass mit dem von uns früher beschriebenen Benzophenon 4 eine katalytische Reaktionsführung möglich sein würde. Das Lösungsmittel (Trifluortoluol) [11] und die Bedingungen (l = 366 nm) wurden angepasst, um eine möglichst hohe Stabilität des Sensibilisators sowie dessen selektive Anregung zu erzielen. 1 zeigt nur eine schwache UV-Absorption bei Wellenlängen über l > 350 nm, und als Konsequenz ergab die Bestrahlung mit einer Lichtquelle, die bei 366 nm emittiert (siehe Hintergrundinformationen), ohne Katalysator nach einer Stunde bei Zimmertemperatur nur einen geringen Umsatz (Tabelle 1, Nr. 1).Anschließend wurde Benzophenon 4 als Katalysator eingesetzt. Zwar wurde in dessen Gegenwart in der Tat eine Reaktionsbeschleunigung beobachtet, aber die erzielten Enantioselektivitäten waren niedrig. Das beste Ergebnis wurde in Trifluortoluol bei À25 8C erzielt (Tabelle 1, Nr. 2). Bei tieferen Temperaturen (in Toluol als Lösungsmittel) fand keine Reaktion statt. Da die relativ niedrige Triplettenergie und die vergleichsweis...

Photoredox Catalysis with Visible Light

“…The interactions with other species range from bimolecular reactions such as photocycloadditions to quenching processes. [8] Here, the most important pathways are energy-transfer reactions [9] and electron-transfer reactions; both play a crucial role as indirect initiators for all types of photocatalytic reactions. [10] Photoredox catalysis relies on the general property of excited states to be both more easily reduced as well as more easily oxidized than their corresponding ground states, and so the photocatalyst can serve either as an electron donor or an electron acceptor to be regenerated in the catalytic cycle (Scheme 1).…”

A Chiral Thioxanthone as an Organocatalyst for Enantioselective [2+2] Photocycloaddition Reactions Induced by Visible Light

“…The triplet energy of parent thioxanthone has been determined as 264 kJ mol À1 versus 310 kJ mol À1 for xanthone. [8] Based on the above-mentioned considerations and based on our successful work with a chiral xanthone as sensitizer, [9] it seemed promising to prepare a chiral thioxanthone which would incorporate a related hydrogen-bonding motif. Starting from the thioether 2, which was accessible by nucleophilic substitution of readily available 3-isopropoxy-4-nitrofluorobenzene [10] with methyl thiosalicylate, [11] the thioxanthone ring was closed upon saponification of the ester group by an intramolecular Friedel-Crafts acylation (Scheme 1).…”

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

“…[2,3] Wir stellen nun ein bisher unerforschtes Konzept für enantioselektive photochemische Reaktionen auf Basis von chiralen Lewis-Säuren vor. Nach einiger Optimierung haben wir einen chiralen kationischen Oxazaborolidin-Katalysator gefunden, der enantioselektive intramolekulare [2+2]-Photocycloadditionen [4] von 4-Alkenyl-substituierten Cumarinen ermöglicht, und wir berichten hier über erste Ergebnisse.…”