Metallorganische Reagenzien sind essenzielle Werkzeuge der synthetischen Chemie. In Kombination mit Alkali-Alkoholaten funktionieren sie noch besser und effektiver. Die genaue Natur dieses Effekts war bisher jedoch nicht gut verstanden. Ein Team in der Schweiz hat jetzt den Mechanismus einer Reaktion von Brom-Aromaten mit Magnesium-organischen Reagenzien und Lithium-Alkoholaten detailliert untersucht. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, spielt dabei ein komplexes Gleichgewicht bimetallischer Intermediate die Schlüsselrolle.

Substituierte aromatische Ringsysteme sind eine wichtige Klasse von Bausteinen für die Synthese vieler Produkte, wie Pharmaka, Agrochemikalien und Naturstoffe. Die benötigten funktionellen Seitengruppen lassen sich meist jedoch nicht so ohne Weiteres an die Ringsysteme anknüpfen. Ein verbreitete Methode nutzt einen Umweg über einen Halogen-Metall-Austausch: Zunächst wird ein Halogenatom, z.B. Brom, an der gewünschten Position des Ringsystems angeknüpft. Mittels spezieller metallorganischer Reagenzien, d.h. Verbindungen mit mindestens einer Metall-Kohlenstoff-Bindung, kann das Br-Atom dann gegen ein Metallatom, z.B. Magnesium, ausgetauscht werden. Anschließend kann das Mg-Atom letztlich durch den gewünschten Substituenten ersetzt werden.

Interessanterweise ergeben sich synergistische Effekte, eine gesteigerte Reaktivität und veränderte Reaktivitätsprofile, wenn die organometallischen Reagenzien zusammen mit Alkali-Alkoholaten eingesetzt werden. So aktivieren etwa Lithium-Alkoholate (LiOR) das Magnesium-organische Reagenz sBu2Mg (di-sek.-Butyl-Magnesium), das mit Brom-haltigen Aromaten einen Mg/Br-Austausch ermöglicht.

Das Team um Eva Hevia von der Universität Bern hat diesen Reaktionstyp nun genauer beleuchtet und die auftretenden organometallischen Intermediate mithilfe verschiedener Methoden abgefangen und analysiert. „Wir fanden ein komplexes Gleichgewicht zwischen verschiedenen bimetallischen Spezies“, so Hevia. „Schlüsselkomponenten sind zwei verschiedene Intermediate des Br/Mg-Austauschs, die vom Substitutionsmuster des aromatischen Substrats abhängen.“

Detaillierte NMR-spektroskopische Studien ergaben, dass das Herzstück der Reaktion ein neuartiger Typ eines sogenannten Schlenk-Gleichgewichts zwischen zwei bimetallischen Intermediaten – Lithium-Magnesiaten – ist, die nicht nur verschiedene Sätze von Liganden tragen, sondern auch verschiedene Li:Mg-Verhältnisse aufweisen. Überraschenderweise konnte ein in situ erzeugtes alkylreiches Lithium-Magnesiat als die aktive Spezies beim Mg/Br-Austausch identifiziert werden.

„Unsere Erkenntnisse vertiefen das Verständnis des modus operandi dieser faszinierenden bimetallischen Systeme“, so Hevia, „die neue Wege zu neuen interessanten synthetischen Anwendungen ebnen könnten.“


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Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (03/2020)


Publikation:
https://doi.org/10.1002/ange.202016422