DE102010001364B4 - Neue P,O-Ferrocene, deren Herstellung und Verwendung in katalytischen Reaktionen - Google Patents

Abstract

P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel Iwobei R1 ein Rest ist, ausgewählt aus Aryl, substituiert oder unsubstituiert, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Arylreste, Halogene, Amine, Thioether oder Carbonsäuren, wobei R2, R3, R4 und R5 gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Aryl, verzweigtem oder geradkettigem Alkyl, Cycloalkyl, Alkoxy, Aryloxy, N(Alkyl)2, N(Aryl)2, jeweils substituiert oder unsubstituiert, oder Halogen, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Arylreste, Halogene, Ether, Amine, Thioether oder Carbonsäuren, oder wobei R2 und R3 und/oder R4 und R5 ein gesättigtes oder ungesättigtes, verzweigtes oder unverzweigtes Ringsystem der allgemeinen Formel Ia bilden,worin q 1 oder 2 ist, und R7 und R8 gleich oder verschieden und ausgewählt sind aus verzweigten oder geradkettigen Alkylresten wie CH3, CH2CH3, CH(CH3)2, C(CH3)3 oder Cycloalkylresten, wobei n 0 oder 1 ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft neue P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I,

  

  deren Herstellung und Verwendung als Liganden in katalytischen Reaktionen, besonders zur Veredelung von Halogenaromaten in organisch-chemischen C-C-Kupplungsreaktionen.
• Übergangsmetall-vermittelte Kreuzkupplungsreaktionen wie die Suzuki-, Stille-, oder Heck-Reaktion sind heute aus der Synthesechemie nicht mehr wegzudenken. Sie haben sich in den letzten Jahren als ein unersetzliches Werkzeug bei der Knüpfung von Kohlenstoff-Kohlenstoff oder Kohlenstoff-Heteroatom-Bindungen etabliert. Zentrales Metallatom ist hierbei meist Palladium, aber auch andere Übergangsmetalle wie Ruthenium, Rhodium, Iridium, Kupfer oder Nickel werden zunehmend genutzt. Durch die Variation der Liganden an besagtem zentralem Metallatom ist es möglich die katalytische Aktivität zu verändern.
• Die Gründe für die große Bedeutung der Übergangsmetall-vermittelten Kreuzkupplungsreaktionen sind die in aller Regel einfach zugänglichen Ausgangsstoffe, die unkomplizierten und breit anwendbaren Kupplungsmethoden sowie deren Toleranz gegenüber einer Vielzahl funktioneller Gruppen. Im Vergleich zur klassischen organischen Chemie können dadurch kürzere und selektivere Reaktionsfolgen realisiert werden. Die auf diesem Wege zugänglichen Kupplungsprodukte sind als Vorprodukte für die Herstellung von Pharmazeutika, Agro- und Feinchemikalien von Bedeutung [B. Cornils, W. A. Herrmann, R. Schlögl, C.-H. Wong, Catalysis from A to Z, 2. Auflage; Wiley-VCH: Weinheim, 2003; M. Beller, C. Bolm, Transition Metals for Organic Synthesis, 2. Auflage; Wiley-VCH: Weinheim, 2004; F. Diederich, P. J. Stang, Metal-Catalyzed Cross-coupling Reactions, Wiley-VCH: Weinheim, 1998; B. Cornils, W. A. Herrmann, Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds, 2. Auflage; Wiley-VCH: Weinheim, 2002; J.-P. Corbet, G. Mignani, Chem. Rev. 2006, 106, 2651–2710.].
• JP 2002363143 A offenbart die Herstellung optisch aktiver Trihaloanilin-Derivate und chiraler Phosphin-Liganden. Anhand des verfügbaren Abstracts wird ersichtlich, dass ein Trihaloanilin, 3-Hydroxy-2-propanon (bzw. das Hydroxy-geschützte Derivat), ein Übergangsmetallkomplex (Übergangsmetall der Gruppe VIII) und ein optisch aktiver Phosphin-Ligand in H₂-Atmosphäre zur Reaktion gebracht werden. Weiterhin wird die Synthese beschrieben, eine Mischung bestehend aus dem entsprechenden Trihaloanilin-Derivat, 3-Hydroxy-2-propanon (bzw. dem Hydroxy-geschützten Analogon) in Gegenwart eines Katalysators, erhalten aus einem Übergangsmetallkomplex (Übergangsmetall der Gruppe VIII), einem optisch aktiven Phosphin-Liganden unter H₂-Atmosphäre, umzusetzen.
• WO 98/15565 A1 beschreibt chirale Ferrocenyle, die als Liganden für enantioselektive übergangsmetallkatalysierte Synthesen eingesetzt werden. Im Unterschied zu den erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel I, verfügen die in D2 beschriebenen Ferrocene nicht über das Strukturelement -OR¹.
• WO 2008/034809 A1 enthält 1,1',2,2'-substituierte Ferrocene, die in den Positionen 3,3' sekundäre Phosphingruppen tragen, den Prozess ihrer Herstellung, die Komplexierung mit Übergangsmetallen der Gruppe VIII sowie den Einsatz dieser Metallkomplexe in der homogenen, stereoselektiven Synthese organischer Verbindungen.
• R. C. J. Atkinson et al. beschreiben die Synthese von neuartigen, unsymmetrisch substituierten P, O-Ferrocen-Liganden, die mit trans-[Ni(PPh₃)₂PhCl] komplexiert und für die Ethylenpolymerisation eingesetzt werden. In dieser Druckschrift werden O-geschützte Trimethylsilyl-P,O-Ferrocene als Zwischenstufe auf, die aber für das von uns beanspruchte Ferrocenylether-Strukturelement (vgl. Anspruch 1, -OR¹) nicht neuheitsschädlich sind. [R. C. J. Atkinson, V. C. Gibson, N. J. Long, A. J. P. White, D. J. Williams, Dalton Trans., 2004, 1823–1826.]
• Unter der Suzuki-Reaktion versteht man die Palladium-vermittelte Kupplung von Organoboronsäuren oder -boronsäureestem mit Arylhalogeniden oder -triflaten in Gegenwart einer Base [N. Miyaura, K. Yamada, A. Suzuki, Tetrahedron Lett. 1979, 20, 3437–3440; N. Miyaura, A. Suzuki, Chem. Rev. 1995, 95, 2457–2483.]. Während Aryliodide, -bromide und -triflate unter klassischen Suzuki-Katalysebedingungen, z. B. unter Verwendung von [Pd(PPh₃)₄] als (Prä)Katalysator, kuppeln, sind unter diesen Bedingungen Chloraromaten häufig unreaktiv [V. V. Grushin, H. Alper, Chem. Rev. 1994, 94, 1047–1062.]. Die oxidative Addition von Arylchloriden an die katalytische aktive Spezies ist meist nur bei Verwendung besonders elektronenreicher und sterisch anspruchsvoller Liganden möglich [A. F. Littke, G. C. Fu, Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 4176–4211.]. Neben [Pd(PPh₃)₄] und [(Ph₃P)₂PdCl₂] kommen als klassische (Prä)Katalysatoren auch häufig [Pd(OAc)₂] und [Pd₂(dba)₃] (dba = Dibenzylidenaceton) in Gegenwart von Phosphanen zum Einsatz, wobei als katalytisch aktive Spezies koordinativ ungesättigte 12-, 14- und 16-Valenzelektronen Palladium(0)-Komplexe angenommen werden. In neuerer Zeit sind aus den Arbeitsgruppen um Beller (Typ A und B Moleküle in ) [A. Zapf, M. Sundermeier, R. Jackstell, M. Beller, T. Riermeier, A. Monsees, U. Dingerdissen, Patent, WO 2004,101,581 A2 , 2004; M. Beller, A. Ehrentraut, C. Fuhrmann, A. Zapf, Patent, WO, 2002,010,178 A1 , 2002.], Buchwald (Typ C Molekül in ) [T. E. Barder, S. D. Walker, J. R. Martinelli, S. L. Buchwald, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4685–4696.] bzw. Beletskaya (Typ D Molekül in ) [O. Gusev, T. A. Peganova, A. M. Kalsin, N. V. Vologdin, P. V. Petrovskii, K. A. Lyssenko, A. V. Tsvetkov, I. P. Beletskaya, Organometallics 2006, 25, 2750–2760.] effiziente Phosphanliganden für Suzuki-Kreuzkupplungen entwickelt worden. In sind die beschriebenen Typen der Phosphanliganden für die Suzuki-Kupplung dargestellt.
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  Abb. 1: Phosphanliganden für die Suzuki-Kupplung
• Darüber hinaus wurden durch Herrmann und Mitarbeiter N-heterocyclische Carbene, abgleitet vom Imidazol und teilweise vom Pyrazol- und 1,2,4-Triazol-Typ, und carbocyclische Carbene als Liganden für die metallorganische und anorganische Koordinationschemie hergestellt sowie die Verwendung der entsprechenden Koordinationskomplexe als katalytisch aktive Systeme bei der C-H-Aktivierung sowie bei C-C-, C-H-, C-O- und C-N-Bindungsknüpfungen beschrieben [A. C. Hillier, G. A. Grasa, M. S. Viciu, H. M. Lee, C. Yang, S. P. Nolan, J. Organomet. Chem. 2002, 653, 69–82; W. A. Herrmann, Angew. Chem. 2002, 114, 1342–1363; W. A. Herrmann, K. Öfele, S. Schneider, DE 10,2005,062,920 A1 .]. Katalytisch aktiv sind auch hier entsprechende, allerdings phosphanfreie Palladium(0)-Spezies, die durch die Zugabe milder Reduktionsmittel aus den entsprechen Carben-Palladium(II)-Halogenid-Komplexen erhalten werden [W. A. Herrmann, M. Elison, J. Fischer, C. Köcher, G. R. J. Arms, Angew. Chem. 1995, 107, 2602–2605.].
• Ein Anwendungsgebiet der in aller Regel hoch selektiv verlaufenden Suzuki-Reaktion liegt in der atropselektiven Synthese von Molekülen mit Biarylstruktur, was weitere Anwendungen auf dem Gebiet der Naturstoffsynthese und der Herstellung von Vorprodukten für enantiomerenreine bzw. -angereicherte Pharmaka und Homogenkatalysatoren eröffnet [O. Baudoin, Eur. J. Org. Chem. 2005, 4223–4229.]. In Arbeiten aus den Gruppen um Cammidge und Buchwald konnte gezeigt werden, dass enantiomerenreine Phosphanliganden für die atropselektive Synthese von axial-chiralen Biarylen eingesetzt werden können [A. N. Cammidge, K. V. L. Crépy, Chem. Commun. 2000, 1723–1724; J. Yin, S. L. Buchwald, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12051–12052.]. Allerdings sind für die Synthese solcher Verbindungen mit mindestens zwei sterisch anspruchsvollen Substituenten in ortho-Position bisher hohe Katalysatorkonzentrationen und lange Reaktionszeiten notwendig, die einer möglichen technischen Anwendung dieses Verfahrens entgegenstehen. Die Herstellung von Biarylen mit sterisch anspruchsvollen ortho-Substituenten unter milden Bedingungen, wie z. B. Reaktionstemperaturen deutlich unter 100°C, Katalysatorkonzentrationen deutlich unter 1 mol-% und Reaktionsdauern von wenigen Stunden, konnte bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, neue Liganden für die Übergangsmetall-vermittelten Kreuzkupplungsreaktionen zu entwickeln, die die Herstellung von Verbindungen mit mindestens zwei sterisch anspruchsvollen Substituenten in ortho-Position oder die Umsetzung von unreaktiven Halogenaromaten bei milden Bedingungen ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die neuen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I gelöst,

  

  wobei R¹ ein Rest ist, ausgewählt aus, Aryl, substituiert oder unsubstituiert,
  wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Arylreste, Halogene, Amine, Thioether oder Carbonsäuren,
  wobei R², R³, R⁴ und R⁵ gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Aryl, verzweigtem oder geradkettigem Alkyl, Cycloalkyl, Alkoxy, Aryloxy, N(Alkyl)₂, N(Aryl)₂, jeweils substituiert oder unsubstituiert, oder Halogen,
  wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Arylreste, Halogene, Ether, Amine, Thioether oder Carbonsäuren,
  oder wobei R² und R³ und/oder R⁴ und R⁵ ein gesättigtes oder ungesättigtes, verzweigtes oder unverzweigtes Ringsystem der allgemeinen Formel Ia bilden, worin q 1 oder 2 ist, und R⁷ und R⁸ gleich oder verschieden und ausgewählt sind aus verzweigten oder geradkettigen Alkylresten wie CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃ oder Cycloalkylresten,

  

  wobei n 0 oder 1 ist.
• Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I gilt:
  R¹ ist ein substituierter oder unsubstituierter Arylrest mit 5 bis 14 C-Atomen,
  wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder unverzweigten Alkylreste mit 1 bis 5 C-Atomen,
  R², R³, R⁴ und R⁵ sind gleich oder verschieden und ausgewählt aus verzweigten oder geradkettigen Alkylresten mit 1 bis 10 C-Atomen oder substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylresten, die einen 5-, 6- oder 7-Ring bilden, oder substituierten oder unsubstituierten Arylresten mit 5 bis 14 C-Atomen,
  wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der Alkylreste mit 1 bis 5 C-Atomen, Halogene, Amine, Ether, Thioether oder Carbonsäuren,
  oder R² und R³ und/oder R⁴ und R⁵ bilden ein gesättigtes, verzweigtes oder unverzweigtes Ringsystem der allgemeinen Formel Ia, worin q 1 oder 2 ist und R⁷ und R⁸ gleich sind und ausgewählt sind aus CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃,

  

  und n 0 oder 1 ist.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I sind
  R², R³, R⁴ oder R⁵ gleich oder verschieden und ausgewählt aus CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃, ^cC₆H₁₁, C₆H₅, Mesityl (2,4,6-(CH₃)₃-C₆H₂) oder R⁹C₆H₄,
  wobei R⁹ ausgewählt ist aus Br, CH₃, OCH_{3 ,} N(CH₃)₂, SCH₃, SC₆H₅, CO₂H.
  und n 0 oder 1 ist.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I gilt für n = 1 bevorzugt der spezielle Fall, dass
  R² = R⁴ und R³ = R⁵ sind und gleich oder verschieden ausgewählt sind aus Aryl, verzweigtem oder geradkettigem Alkyl, Cycloalkyl, oder ein gesättigtes, verzweigtes oder unverzweigtes Ringsystem der allgemeinen Formel Ia bilden, worin q 1 oder 2 ist und R⁷ und R⁸ gleich sind und ausgewählt sind aus CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃.
• 
• Bevorzugte Beispiele für die erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I sind
• – Verbindung der allgemeinen Formel IIa, 1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(diphenylphosphino)ferrocen, worin bezogen auf die allgemeine Formel I n = 0, A = Einfachbindung, R¹ = C₆H₄C(CH₃)₃ und R² = R³ = C₆H₅ sind,
  
• – Verbindung der allgemeinen Formel IIb, 1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(di(2-toluyl)phosphino)ferrocen, worin bezogen auf die allgemeine Formel I n = 0, A = Einfachbindung, R¹ = C₆H₄C(CH₃)₃ und R² = R³ = C₆H₄CH₃ sind,
  
• – Verbindung der allgemeinen Formel IIc, 1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(dicyclohexylphosphino)-ferrocen, worin bezogen auf die allgemeine Formel I n = 0, A = Einfachbindung, R¹ = C₆H₄C(CH₃)₃ und R² = R³ = C₆H₁₁ sind,
  
• – Verbindung der allgemeinen Formel III 1-(4-tert-Butylphenoxy)-2,1'-bis(diphenylphosphino)ferrocen, worin bezogen auf die allgemeine Formel I n = 1, A = Einfachbindung und R¹ = C₆H₄C(CH₃)₃ mit R² = R³ = R⁴ = R⁵ = C₆H₅ sind.
• 
• Die Herstellung der erfindungegemäßen P,O-Ferrocene wie oben beschrieben erfolgt ausgehend von einem Ferrocenylether der allgemeinen Formel IV

  

  mit R¹ Aryl, substituiert oder unsubstituiert,
  wobei die Susbtituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Halogene, Amine, Thioether oder Carbonsäuren, über Deprotonierung mit anschließender Phosphanylierung nach folgender Gleichung:

  
• Dabei erfolgt die Deprotonierung bevorzugt über die Umsetzung mit n-Butyllithium, sec-Butyllithium, tert-Butyllithium oder Methyllithium gegebenenfalls unter Zugabe einer Hilfsbase wie z. B. N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin (tmeda), und die anschließende Phosphanylierung durch Umsetzung mit einem Chlorphosphan, welches die notwendigen Reste R² bis R⁵ mitbringt. Die Reaktionschritte 1a und 1b sind Teil des Deprotonierungsschrittes und werden nur für den Fall, dass A eine divalente Gruppe R⁶ ist, durchgeführt. Die Reaktionsschritte 2a und 2b sind Teil des Phosphanylierungsschrittes und werden nur für n = 1 und R² ≠ R⁴ und R³ ≠ R⁵ durchgeführt.
• Erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene nach Formel I nicht ausgehend von Ferrocenylethern, fallen während des Herstellungsprozesses viele, nur schwer voneinander abtrennbare Produkte an. Ein solcher Herstellungsprozess ist aufgrund der extrem geringen Gesamtausbeute technisch nur eingeschränkt anwendbar.
• Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus 2 aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten.
• Im ersten Verfahrensschritt wird ein Ferrocenylether deprotoniert. Dabei erfolgt die Deprotonierung zuerst in ortho-Position zum Ether und bei weiterer Zugabe einer starken Base als zweites an dem Cyclopentadienylring der die Ethergruppe nicht enthält. Geeignete Basen sind n-Butyllithium, sec-Butyllithium, tert-Butyllithium oder Methyllithium gegebenenfalls unter Zugabe einer Hilfsbase wie N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin (tmeda).
• Für den Fall, dass A eine divalente Gruppe R⁶ ist wird der deprotonierte Ferrocenylether mit einer R⁶-enthaltenden Halogenverbindung R⁶X₂, bevorzugt R⁶Cl₂, R⁶Br₂ oder R₆ClBr umgesetzt und anschließend entweder ein Halogen-Metall-Austausch durchgeführt oder die soeben hergestellte Verbindung in eine Grignardverbindung überführt. Die Zugabe der R⁶-enthaltenden Halogenverbindung R⁶X₂ erfolgt in Lösung in wasserfreiem, aprotischem Lösungsmittel oder in Substanz. Geeignete Halogen-Metall-Austauschmittel sind n-Butyllithium oder tert-Butyllithium in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel oder elementares Magnesium in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel.
• Im zweiten Verfahrensschritt wird das metallierte P,O-Ferrocene mit einem Chlorphosphan umgesetzt. Dazu wird das Chlorphosphan in Substanz oder als Lösung in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel direkt zu der Reaktionslösung des ersten Verfahrensschritts gegeben.
• Zur Herstellung von P,O-Ferrocenen der allgemeinen Formel I mit R² ≠ R⁴/R⁵ oder R³ ≠ R⁴/R⁵ hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, das zweifach deprotonierte P,O-Ferrocene aus Verfahrensschritt 1 mit einem Dichlorphosphan, welches R² enthält, umzusetzen und anschließend das entstandene cyclische Phosphan mit einer R3-enthaltenden Metallverbindung zu öffnen. Zuletzt wird mit einem Chlorphosphan, welches die Gruppen R⁴ und R⁵ enthält, umgesetzt. Die R³-enthaltende Metallverbindung kann LiR³, MgClR³ oder MgBrR³ sein und wird in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel in Lösung gebracht. Das entstandene cyclische Phosphan wird isoliert und in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel gelöst oder in Substanz der Lösung der R³-enthaltenden Metallverbindung zugegeben. Das Dichlorphosphan und das Chlorphosphan werden in Lösung in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel oder in Substanz zur Reaktionslösung zugegeben.
• Die folgende Übersicht zeigt das Verfahren zur Herstellung der erfindungegemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I.
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• Nachfolgend sind beispielhaft allgemeine Verfahrensvorschriften zur Herstellung von erfindungsgemäßen P,O-Ferrocenen der allgemeinen Formel I aufgeführt.
• Verfahren zur Herstellung eines deprotonierten Ferrocenylethers:
• Zur Lösung eines Ferrocenylethers in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel wie z. B. Hexan, Pentan oder Cyclohexan werden n + 0,8 bis n + 1,2 Mol-Äquivalente einer Lösung von Butyllithium in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel wie z. B. Hexan, Pentan oder Cyclohexan und gegebenfalls unter Zugabe von n + 0,8 bis n + 1,2 Äquivalenten tmeda (tmeda = N,N,N',N'-Tetramethylthylendiamin) getropft. Die Mischung wird mehrere Stunden bei 18–30°C gerührt.
• Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I mit A = Einfachbindung und n = 0 oder 1 und R² = R⁴ und R³ = R⁵ oder R² = R³ = R⁴ = R⁵:
• Der deprotonierte Ferrocenylether wird auf höchsten –50°C abgekühlt und n + 0,8 bis n + 1,2 Mol-Äquivalente eines Chlorphosphans ClPR²R³ entweder in Substanz oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran) zugetropft. Nach Beendigung der Reaktion wird mit Wasser und einem geeignetem Lösungsmittel wie z. B. Diethylether aufgearbeitet.
• Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I mit A = Einfachbindung, n = 1 und R² = R³ ≠ R⁴ = R⁵ bzw. R² ≠ R³ ≠ R⁴≠ R⁵:
• Der deprotonierte Ferrocenylether wird auf höchsten –50°C abgekühlt und 0,95 bis 1,05 Mol-Äquivalente eines Dichlorphosphans Cl₂PR² entweder in Substanz oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran) zugetropft. Nach Beendigung der Reaktion wird mit Wasser und einem geeignetem Lösungsmittel wie z. B. Diethylether aufgearbeitet.
• In einem nächsten Herstellungsschritt wird das eben hergestellte Ferrocenophan in Substanz bzw. als Lösung in wasserfreiem, aprotischen Lösungsmittel wie z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran zu einer Lösung von 1,5 bis 3,0 Mol-Äquivalente R³M (mit M = Li, MgCl oder MgBr) in wasserfreiem, aprotischen Lösungsmittel wie z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran bei höchstens –50°C gegeben und nach beendeter Zugabe bis zur Beendigung der Reaktion auf eine Temperatur zwischen –30 und 25°C erwärmt. Anschließend wird die Lösung auf höchstens –50°C abgekühlt. Es werden 1,5 bis 3,0 Mol-Äquivalente eines Chlorphosphans ClPR⁴R⁵ entweder in Substanz oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran) zugetropft. Nach Beendigung der Reaktion wird mit Wasser und einem geeignetem Lösungsmittel wie z. B. Diethylether aufgearbeitet.
• Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I mit A = R⁶, n = 0 und R² = R³ bzw. R² ≠ R³:
• Der deprotonierte Ferrocenylether wird auf höchsten –50°C abgekühlt und 0,8 bis 1,2 Mol-Äquivalente von R⁶Hal₂ (Hal = Cl, Br) entweder in Substanz oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran) zugetropft. Nach Beendigung der Reaktion wird erneut auf höchstens –50°C abgekühlt und 0,8 bis 1,2 Mol-Äquivalente n-Butyllithium oder 1,6 bis 2,4 Mol-Äquivalente tert-Butyllithium gelöst in wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel zugetropft oder die soeben hergestellte Lösung bei 18 bis 30°C zu elementarem Magnesium in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran) getropft und bei 30 bis 80°C zur Reaktion gebracht. Nach beendeter Reaktion werden bei höchstens –50°C abgekühlt und 0,8 bis 1,2 Mol-Äquivalente eines Chlorphosphans ClPR²R³ entweder in Substanz oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Diethylether oder Tetrahydrofuran) zugetropft. Nach Beendigung der Reaktion wird mit Wasser und einem geeignetem Lösungsmittel wie z. B. Diethylether aufgearbeitet.
• Die erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene wie oben beschrieben sind in Verbindung mit Übergangsmetallverbindungen gute Katalysatoren für Kreuzkupplungsreaktionen oder Hydrierungen.
• Die erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der Formel I werden gemäß Anspruch 10 dafür in Kombination mit Übergangsmetallkomplexen oder Übergangsmetallsalzen der 8. bis 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente nach der IUPAC-Nomenklatur für Anorganische Chemie aus dem Jahr2005, bevorzugt mit Nickel, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium und Cobalt, besonders bevorzugt mit Palladium oder Nickel, eingesetzt. Die Generierung der Katalysatoren kann in-situ durch Umsetzung der P,O-Ferrocene mit Übergangsmetallprecursoren erfolgen, gegebenenfalls ist die Isolierung der Übergangsmetallphosphankomplexe ML_kX_m von Vorteil, wobei M eines der oben definierten Übergangsmetalle, L eines der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene, k eine ganze Zahl von 1 bis 3, X ein Anion, z. B. Chlorid, Bromid, Iodid, Acetat, Acetylacetonat, Nitrat, H₂CSi(CH₃)₃ oder H₂CSi(CH₃)₂(C₆H₅), und m eine ganze Zahl von 0 bis 4 darstellen,.
• Als Palladiumprecursoren können mit den erfindungsgemäßen P,O-Ferrocenen beispielsweise Palladium(II)salze oder Lewis-Basen-stabilisierte Palladium(II)- sowie Palladium(0)-Verbindungen verwendet werden, u. a. Palladium(II)carboxylate (z. B. Acetat), Palladium(II)halogenide (z. B. Chlorid oder Bromid), Tetrachloropalladate(II) (mit Lithium, Natrium oder Kalium als Gegenion), Palladium(II)acetylacetonat, Palladium(II)nitrat, Palladium(II)chlorid(L)₂ (z. B. L = Acetonitril, Benzonitril, Tetrahydrothiophen, Triphenylphosphan), Palladium(II)chlorid-L (z. B. L = 1,5-Cyclooctadien), Palladium(II)allylchlorid-Dimer ([Pd(allyl)Cl]₂), Palladium(0)dibenzylidenaceton-Verbindungen (z. B. Pd(dba)₂, Pd₂(dba)₃, Pd₂(dba)₃xCHCl₃), Tetrakis(triphenylphosphino)palladium(0).
• Als Nickelprecursoren können mit den erfindungsgemäßen P,O-Ferrocenen beispielsweise folgende Nickel(II)- und Nickel(0)-Verbindungen verwendet werden: Ni(dme)X₂ (dme = 1,2-Dimethoxyethan; X = Cl, Br), Ni(PPh₃)X₂ (X = Cl, Br), Ni(cod)₂ (cod = 1,5-Cyclooctadien).
• Als Rutheniumprecursoren können mit den erfindungsgemäßen P,O-Ferrocenen beispielsweise folgende Rutheniumverbindungen verwendet werden: Ru(dmso)Cl₄ (dmso = Dimethylsulfoxid), [Ru(p-Cymen)Cl₂]₂ (p-Cymen = 4-Methylcumol), [C₅(CH₃)₅RuCl₂]₂, (C₇H₁₁)₂Ru (C₇H₁₁ = 2,4-Dimethylpent-2,4-dien-1-yl), [Ru(C₁₀H₁₆)Cl₂]₂ (C₁₀H₁₆ = 2,7-Dimethylocta-2,6-dien-1,8-diyl), Ru(cod)(Methallyl)₂ (Methallyl = 2-Methylallyl).
• Als Rhodiumprecursoren können mit den erfindungsgemäßen P,O-Ferrocenen beispielsweise folgende Rhodiumverbindungen verwendet werden: Rh(CO)₂(acac) (acac = Acetylacetonat), Rh(cod)₂(BF₄), Rh(nbd)₂(BF₄) (nbd = Norbornadien), [Rh(cod)Cl]₂, Rh(C₂H₄)₂(acac), Rh(cod)(acac), Rh₂(OAc)₄ (Ac = Acetyl).
• Als Iridiumprecursoren können mit den erfindungsgemäßen P,O-Ferrocenen beispielsweise folgende Iridiumverbindungen verwendet werden: [Ir(cod)Cl]₂, Ir(cod)₂Cl, Ir(cod)(acac), Ir(CO)₂(acac).
• Die erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I können gemäß Anspruch 12 in einem Kit mindestens enhaltend einen der oben genannten Metallprecursoren und ein erfindungsgemäßes P,O-Ferrocen kommerziell angeboten werden.
• Die erfindungsgemäß hergesteliten P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I sind in Gegenwart von Übergangsmetallen hervorragend als Homogenkatalysatoren für organisch-chemische Reaktionen wie die Kohlenstoff-Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Heteroatom-Kreuzkupplungen sowie Hydrierungsreaktionen von ungesättigten Verbindungen C = E (z. B. E = C, N, O) geeignet. Besonders bevorzugt ist die Anwendung in der Suzuki-Reaktion bei der Umsetzung von unreaktiven Chloraromaten sowie der Herstellung mehrfach orthosubstituierter Biaryle.
• Die erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene können in der Suzuki-Reaktion in Verbindung mit Übergangsmetallprecursoren bei Temperaturen zwischen 0 und 150°C und einem Palladiumgehalt von 5 bis 10^–4 Mol-% verwendet werden. Bevorzugt werden die Katalysatoren bei Temperaturen zwischen 20 und 100°C und einem Palladiumgehalt von 1–10^–3 Mol-% eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Temperaturen zwischen 20 und 70°C und ein Palladiumgehalt von 10^–1–10^–3 Mol-%.
• Beispielhaft zeigen Verbindungen der Formel (II) sehr gute Ergebnisse in der Suzuki-Kupplung. So lassen sich sowohl aktivierte, nicht-aktivierte und deaktivierte Chloraromaten innerhalb von 24 Stunden quantitativ umsetzen (Tabelle 1). Ähnlich gute Reaktivitäten sind für gleiche Reaktionen mit anderen Liganden in der Literatur beschrieben [A. F. Littke, G. C. Fu, Angew. Chem. 1998, 110, 3586–3587; A. F. Littke, C. Dai, G. C. Fu, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4020–4028; J. F. Jensen, M. Johannsen, Org. Lett. 2003, 5, 3025–3028; X. Bei, H. W. Turner, W. H. Weinberg, A. S. Guram, J. L. Petersen, J. Org. Chem. 1999, 64, 6797–6803.]. Allerdings sind die Verbindungen der Formel (II) im Vergleich zu Tri-tert-butylphosphan (Fu und Mitarbeiter) bezüglich ihrer Beständigkeit gegenüber Phosphanoxidation sowohl in Substanz als auch in Lösung deutlich überlegen. Tabelle 1. Suzuki-Kupplung von Chloraromaten.^[a]

  
• Für die Umsetzungen von Brom- und Chloraromaten mit Phenylboronsäure lässt sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene die Katalysatorkonzentration signifikant reduzieren. Die Kupplung von ortho-Bromtoluol erfolgt bei Verwendung des Phosphans nach Formel (IIa) (10^–2 Mol-%, 100°C) quantitativ; es können Umwandlungsraten (turnover number oder TON) > 10⁵ erreicht werden. Bei Verwendung von Chloraromaten liegen die Umwandlungsraten um 10³ (Tabelle 2).
• Die TON sagt dabei aus, wie viele Produktmoleküle ein Katalysatormolekül während der gesamten Reaktionszeit erzeugt, während die turnover frequency (TOF) aussagt, wie viele Produktmoleküle ein Katalysatormolekül pro Stunde erzeugt. Nach fachlicher Überzeugung [M. Beller, Chemie Ingenieur Technik 2006, 78, 1061–1067] sind Prozesse mit TON > 10.000 und TOF > 500 für eine industrielle Anwendung potentiell interessant.
• Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Katalysatoren wird deutlich, wenn man mit Umwandlungsraten zu Suzuki-Kupplungen von Halogenaromaten in der Literatur vergleicht. So werden für die Umsetzung von Phenylboronsäure mit dem im Vergleich zu nicht-aktivierten Brom- (z. B. ortho-Bromtoluol) und aktivierten Chloraromaten (z. B. 4'-Chloracetophenon) deutlich reaktiveren Iodbenzol (D. Astruc et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 8644–8648) bei z. T signifikant längeren Reaktionszeiten ähnliche Umwandlungsraten erzielt. Für noch reaktiveres 4'-Bromacetophenon (S. L. Buchwald, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9550–9561) sind in der Fachliteratur größere Umwandlungsraten beschrieben. Allerdings erlauben zuletzt genannte Ergebnisse nur bedingte Rückschlüsse auf den der Reaktion zugrundeliegenden Katalysator, da für die Umsetzung von 4'-Bromacetophenon mit Phenylboronsäure auch in Abwesenheit von aktiven Katalysatoren bereits erstaunliche Umwandlungsraten beobachtet werden konnten. Tabelle 2. Suzuki-Kupplung von Halogenaromaten, Reduzierung der Katalysatorkonzentration.^[a]

  
• Die erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene nach Formel I können in exzellenter Weise für die Suzuki-Kupplung sterisch gehinderter Substrate eingesetzt werden (Tabelle 3). Unter milden Reaktionsbedingungen sind Biaryle mit bis zu drei ortho-Substituenten zugänglich, es werden Umwandlungsraten von annähernd 10³ erreicht. Die gezeigten Katalyseergebnisse sind wegweisend und bisher unübertroffen. So sind für die in der Literatur häufig als bahnbrechend diskutierten Katalyseexperimente von (A. N. Cammidge, K. V. L. Crépy, Chem. Commun. 2000, 1723–1724) und (J. Yin, S. L. Buchwald, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12051–12052) meist Palladiumbeladungen zwischen 1 und 10 Mol-%, Reaktionstemperaturen deutlich größer als 50°C und Reaktionszeiten von bis zu 140 Stunden notwendig. Die Autoren beobachteten, dass geringere Katalysatorkonzentrationen, niedrigere Reaktionstemperaturen und kürzere Reaktionszeiten in spürbar geringeren Ausbeuten resultierten. Tabelle 3. Suzuki-Kupplung sterisch gehinderter Substrate.^[a]

  

  
• Obigen Katalyseergebnissen muss umso mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden, als die einfache Funktionalisierbarkeit der erfindungsgemäßen Ferrocene der Formel I eine individuelle Anpassung des Katalysators an die Kupplungsaufgabe ermöglicht. Die hohe Beständigkeit gegenüber Phosphanoxidation lässt eine unkomplizierte Anwendung in Forschung und Technik zu. Durch das allen Verbindungen zugrunde liegende Konzept der Hemilabilität sind die erfindungsgemäßen P,O-Ferrocene bezüglich Aktivität und Stabilität herkömmlichen Monophosphanen deutlich überlegen.
• Die folgenden Ausführungbeispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne sie darauf zu beschränken.
• Alle experimentellen Arbeiten erfolgen unter Schutzgas (Argon) unter Anwendung der Standardschlenktechnik.
• Dabei zeigen , , und die chemischen Strukturen der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 und ein allgemeines Reaktionsschema für eine Suzuki-Reaktion. Ausführungsbeispiel 1 Herstellung von rac-1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(diphenylphosphino)ferrocen IIa (Abb. 5):

  
• 0.50 g (1.5 mmol, 1.0 Äq.) (4-tert-Butylphenoxy)ferrocen werden in wenig n-Hexan (30 mL) gelöst, das auch 0.22 mL (1.5 mmol, 1.0 Äq.) tmeda enthält. Nach Zugabe von 0.6 mL (1.5 mmol, 1.0 Äq) ⁿBuLi (2.5 M in n-Hexan) innerhalb von 5 Minuten wird 12 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend werden nach Abkühlung auf –78°C 0.33 g (1.5 mmol, 1.0 Äq.) Chlordiphenylphosphan innerhalb von 5 Minuten zugegeben, es wird 30 Minuten bei –78°C und weitere 90 Minuten nach Entfernung des Kältebades nachgerührt. Nach Zugabe von Aluminiumoxid wird der Reaktionsansatz zur Trockne eingeengt, auf eine mit Aluminiumoxid/n-Hexan gepackte Chromatographiersäule überführt und säulenchromatographisch gereinigt (zunächst n-Hexan, dann n-Hexan:Diethylether = 95:5 (V/V)).
• Es werden 0.50 g (0.96 mmol, 64% bezogen auf (4-tert-Butylphenoxy)ferrocen) eines orangefarbenen Feststoffes erhalten.
  Fp: 96–98°C;
  ¹H NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 7.55–7.60 (m, 2H, C₆H₅), 7.34–7.38 (m, 3H, C₆H₅), 7.27–7.32 (m, 2H, C₆H₅), 7.18–7.22 (m, 3H, C₆H₅), 7.11–7.15 (m, 2H, m-C₆H₄), 6.81–6.84 (m, 2H, o-C₆H₄), 4.38–4.40 (m, 1H, H5/C₅H₃), 4.15 (s, 5H, C₅H₅), 4.05 (pt, ³J_HH = 2.6 Hz, 1H, H4/C₅H₃), 3.66–3.68 (m, 1H, H3/C₅H₃), 1.25 (s, 9H, C(CH₃)₃);
  ¹³C{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 31.4 (s, 3C, C(CH₃)₃), 34.0 (s, 1C, C(CH₃)₃), 61.9 (s, 1C, C5/C₅H₃), 64.0 (s, 1C, C4/C₅H₃), 66.5 (s, 1C, C3/C₅H₃), 67.3 (d, ¹J_CP = 9.7 Hz, 1C, C2/C₅H₃), 70.2 (s, 5C, C₅H₅), 117.2 (s, 2C, o-C₆H₄), 125.7 (s, 2C, m-C₆H₄), 126.6 (d, ²J_CP = 18.6 Hz, 1C, C1/C₅H₃), 127.8 (d, ³J_CP = 6.5 Hz, 2C, m-C₆H₅), 127.9 (s, 1C, p-C₆H₅), 128.0 (d, ³J_CP = 7.4 Hz, 2C, m-C₆H₅), 128.7 (s, 1C, p-C₆H₅), 132.8 (d, ²J_CP = 19.5 Hz, 2C, o-C₆H₅), 134.5 (d, ²J_CP = 20.8 Hz, 2C, o-C₆H₅), 137.4 (d, ¹J_CP = 9.1 Hz, 1C, i-C₆H₅), 138.9 (d, ¹J_CP = 10.8 Hz, 1C, i-C₆H₅), 145.1 (s, 1C, p-C₆H₄), 155.9 (s, 1C, i-C₆H₄); ³¹P{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = –24.3 (s). Ausführungsbeispiel 2 Herstellung von rac-1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(di(2-toluyl)phosphino)ferrocen IIb (Abb. 6):

  
• Die Synthese von IIb erfolgt wie für IIa beschrieben, statt Chlordiphenylphosphan werden 0.37 g (1.5 mmol, 1.0 Äq.) Chlordi(2-tolyl)phosphan eingesetzt, das zuvor in 5 mL Tetrahydrofuran gelöst wurde.
• Es werden 0.45 g (0.82 mmol, 55% bezogen auf (4-tert-Butylphenoxy)ferrocen) eines orangefarbenen Feststoffes erhalten.
  Fp: 119–122°C;
  ¹H NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 7.22–7.32 (m, 5H, C₆ H ₄CH₃ und m-C₆H₄OC(CH₃)₃), 7.16–7.20 (m, 1H, C₆ H ₄CH₃), 7.00–7.15 (m, 4H, C₆ H ₄CH₃), 6.96–7.00 (m, 2H, o-C₆H₄OC(CH₃)₃), 4.39–4.41 (m, 1H, H5/C₅H₃), 4.15 (s, 5H, C₅H₅), 4.08 (dpt, ³J_HH = 2.6 Hz, ⁴J_PH = 0.5 Hz, 1H, H4/C₅H₃), 3.76–3.78 (m, 1H, H3/C₅H₃), 2.91 (s, 3H, C₆H₄CH ₃), 2.21 (d, ⁴J_PH = 1.6 Hz, 3H, C₆H₄CH ₃), 1.30 (s, 9H, C(CH₃)₃);
  ¹³C{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 20.8 (d, ³J_CP = 20.3 Hz, 1C, C₆H₄ CH₃), 22.0 (d, ³J_CP = 24.3 Hz, 1C, C₆H₄ CH₃), 31.5 (s, 3C, C(CH₃)₃), 34.2 (s, 1C, C(CH₃)₃), 61.3 (d, ³J_CP = 2.0 Hz, 1C, C5/C₅H₃), 63.9 (s, 1C, C4/C₅H₃), 66.2 (d, ¹J_CP = 9.4 Hz, 1C, C2/C₅H₃), 66.8 (s, 1C, C3/C₅H₃), 70.0 (s, 5C, C₅H₅), 118.3 (s, 2C, o-C₆H₄), 125.2 (s, 1C, C ₆H₄CH₃), 125.5 (d, J_CP = 1.3 Hz, 1C, C ₆H₄CH₃), 125.9 (s, 2C, m-C₆H₄), 127.7 (s, 1C, C ₆H₄CH₃), 127.8 (d, ²J_CP = 18.9 Hz, 1C, C1/C₅H₃), 129.0 (s, 1C, C ₆H₄CH₃), 129.7 (d, ³J_CP = 4.3 Hz, 1C, C6/C₆H₄CH₃), 129.9 (d, ³J_CP = 5.7 Hz, 1C, C6/C₆H₄CH₃), 131.6 (s, 1C, C ₆H₄CH₃), 134.8 (d, ¹J_CP = 9.2 Hz, 1C, C2/C₆H₄CH₃), 135.7 (s, 1C, C ₆H₄CH₃), 138.8 (d, ¹J_CP = 13.5 Hz, 1C, C2/C₆H₄CH₃), 140.6 (d, ²J_CP = 25.6 Hz, 1C, C1/C₆H₄CH₃), 143.2 (d, ²J_CP = 29.2 Hz, 1C, C1/C₆H₄CH₃), 145.7 (s, 1C, p-C₆H₄), 155.6 (s, 1C, i-C₆H₄);
  ³¹P{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = –44.0 (s). Ausführungsbeispiel 3 Herstellung von rac-1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(dicyclohexylphosphino)-ferrocen IIc (Abb. 7):

  
• 0.21 g (0.34 mmol, 1.0 Äq.) rac-1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(tri-n-butylzinn)ferrocen werden in 10 mL Tetrahydrofuran gelöst und bei –78°C mit 0.13 mL (0.34 mmol, 1.0 Äq.) ⁿBuLi (2.5 M in n-Hexan) versetzt. Es wird zunächst 30 Minuten in der Kälte gerührt und dann 0.08 g (0.34 mmol, 1.0 Äq.) Chlordicyclohexylphosphan zugegeben. Anschließend werden 30 Minuten bei –78°C und weitere 90 Minuten nach Entfernung des Kältebades nachgerührt. Nach Zugabe von Aluminiumoxid wird der Reaktionsansatz zur Trockne eingeengt, auf eine mit Aluminiumoxid/n-Hexan gepackte Chromatographiersäule überführt und säulenchromatographisch gereinigt (zunächst n-Hexan, dann n-Hexan:Diethylether = 95:5 (V/V)).
• Es werden 0.16 g (0.31 mmol, 91% bezogen auf rac-1-(4-tert-Butylphenoxy)-2-(tri-n-butylzinn)ferrocen) eines orangeroten Feststoffes erhalten.
  Fp: 132–134°C;
  ¹H NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 7.28–7.32 (m, 2H, m-C₆H₄), 6.97–7.01 (m, 2H, o-C₆H₄), 4.25–4.26 (m, 1H, H5/C₅H₃), 4.21 (s, 5H, C₅H₅), 3.99 (pt, ³J_HH = 2.6 Hz, 1H, H4/C₅H₃), 3.94–3.96 (m, 1H, H3/C₅H₃), 1.57–2.10 (m, 12H, C₆H₁₁), 1.11–1.35 (m, 10H, C₆H₁₁), 1.32 (s, 9H, C(CH₃)₃);
  ¹³C{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 26.42 (d, ⁴J_CP = 1.0 Hz, 1C, C4/C₆H₁₁), 26.45 (d, ⁴J_CP = 0.9 Hz, 1C, C4/C₆H₁₁), 27.30 (d, J_CP = 10.4 Hz, 1C, C₆H₁₁), 27.39 (d, J_CP = 9.3 Hz, 1C, C₆H₁₁), 27.47 (d, J_CP = 8.3 Hz, 1C, C₆H₁₁), 27.48 (d, J_CP = 10.4 Hz, 1C, C₆H₁₁), 30.0 (d, J_CP = 13.1 Hz, 1C, C₆H₁₁), 30.7 (d, J_CP = 12.8 Hz, 1C, C₆H₁₁), 31.1 (d, J_CP = 9.7 Hz, 1C, C₆H₁₁), 31.2 (d, J_CP = 10.6 Hz, 1C, C₆H₁₁), 31.5 (s, 3C, C(CH₃)₃), 33.54 (d, ¹J_CP = 11.3 Hz, 1C, C1/C₆H₁₁), 33.55 (d, ¹J_CP = 11.5 Hz, 1C, C1/C₆H₁₁), 34.2 (s, 1C, C(CH₃)₃), 60.4 (s, 1C, C5/C₅H₃), 62.9 (d, ³J_CP = 2.7 Hz, 1C, C4/C₅H₃), 66.5 (d, ¹J_CP = 21.2 Hz, 1C, C2/C₅H₃), 67.0 (d, ³J_CP = 11.2 Hz, 1C, C3/C₅H₃), 70.2 (s, 5C, C₅H₅), 117.5 (s, 2C, o-C₆H₄), 125.4 (d, ²J_CP = 6.4 Hz, 1C, Cl/C₅H₃), 126.0 (s, 2C, m-C₆H₄), 145.5 (s, 1C, p-C₆H₄), 155.6 (s, 1C, i-C₆H₄);
  ³¹P{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = –8.6 (s). Ausführunsgbeispiel 4 Herstellung von rac-1-(4-tert-Butylphenoxy)-2,1'-bis(diphenylphosphino)ferrocen III (Abb. 8):

  
• 0.50 g (1.5 mmol, 1.0 Äq.) (4-tert-Butylphenoxy)ferrocen werden in wenig n-Hexan (30 mL) gelöst, das auch 0.45 mL (3.0 mmol, 2.0 Äq.) tmeda enthält. Nach Zugabe von 1.2 mL (3.0 mmol, 2.0 Äq.) ⁿBuLi (2.5 M in n-Hexan) innerhalb von 5 Minuten wird 12 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend werden nach Abkühlung auf –78°C 0.66 g (3.0 mmol, 2.0 Äq.) Chlordiphenylphosphan innerhalb von 5 Minuten zugegeben, es wird 30 Minuten bei –78°C und weitere 90 Minuten nach Entfernung des Kältebades nachgerührt. Nach Zugabe von Aluminiumoxid wird der Reaktionsansatz zur Trockne eingeengt, auf eine mit Aluminiumoxid/n-Hexan gepackte Chromatographiersäule überführt und säulenchromatographisch gereinigt (zunächst n-Hexan, dann n-Hexan:Diethylether = 90:10 (V/V)).
• Es werden 0.70 g (1.00 mmol, 67% bezogen auf (4-tert-Butylphenoxy)ferrocen) eines gelben Feststoffes erhalten.
  Fp: 186–188°C;
  ¹H NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 7.48–7.53 (m, 2H, C₆H₅), 7.22–7.36 (m, 15H, C₆H₅), 7.17–7.22 (m, 3H, C₆H₅), 7.117.16 (m, 2H, m-C₆H₄), 6.78–6.83 (m, 2H, o-C₆H₄), 4.48–4.53 (m, 1H, H_β-C₅H₄), 4.32–4.37 (m, 2H, H5/C₅H₃ und H_β-C₅H₄), 4.26–4.30 (m, 1H, H_α-C₅H₄), 3.91 (pt, ³J_HH = 2.5 Hz, 1H, H4/C₅H₃), 3.77–3.81 (m, 1H, H_α-C₅H₄), 3.50–3.53 (m, 1H, H3/C₅H₃), 1.26 (s, 9H, C(CH₃)₃);
  ¹³C{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = 31.4 (s, 3C, C(CH₃)₃), 34.1 (s, 1C, C(CH₃)₃), 63.6 (s, 1C, C5/C₅H₃), 66.2 (d, ³J_CP = 1.7 Hz, 1C, C4/C₅H₃), 67.4 (s, 1C, C3/C₅H₃), 67.9 (d, ¹J_CP = 10.9 Hz, 1C, C2/C₅H₃), 73.6 (d, ²J_CP = 11.4 Hz, 1C, o-C₅H₄), 74.0 (m, 1C, m-C₅H₄), 74.7 (d, ³J_CP = 4.2 Hz, 1C, m-C₅H₄), 75.4 (d, ²J_CP = 17.9 Hz, 1C, o-C₅H₄), 77.3 (d, ¹J_CP = 8.3 Hz, 1C, i-C₅H₄), 117.3 (s, 2C, o-C₆H₄), 125.8 (s, 2C, m-C₆H₄), 126.8 (d, ²J_CP = 18.4 Hz, 1C, Cl/C₅H₃), 127.9 (d, ³J_CP = 6.7 Hz, 2C, m-C₆H₅), 128.0 (d, ³J_CP = 7.3 Hz, 2C, m-C₆H₅), 128.0–128.1 (m, 5C, m-C₆H₅ und p-C₆H₅), 128.3 (s, 1C, p-C₆H₅), 128.5 (s, 1C, p-C₆H₅), 128.9 (s, 1C, p-C₆H₅), 132.9 (d, ²J_CP = 19.3 Hz, 2C, o-C₆H₅), 133.1 (d, ²J_CP = 19.1 Hz, 2C, o-C₆H₅), 133.6 (d, ²J_CP = 19.9 Hz, 2C, o-C₆H₅), 134.5 (d, ²J_CP = 20.9 Hz, 2C, o-C₆H₅), 137.1 (d, ¹J_CP = 9.0 Hz, 1C, i-C₆H₅), 138.7 (d, ¹J_CP = 9.9 Hz, 1C, i-C₆H₅), 138.8 (d, ¹J_CP = 10.7 Hz, 1C, i-C₆H₅), 139.2 (d, ¹J_CP = 10.0 Hz, 1C, i-C₆H₅), 145.4 (s, 1C, p-C₆H₄), 155.8 (s, 1C, i-C₆H₄);
  ³¹P{¹H} NMR (CDCl₃): δ (ppm) = –17.8 (s, 1P, C₅H₄P), –24.3 (s, 1P, C₅H₃P). Ausführungsbeispiel 5 Anwendung in der Suzuki-Kupplung:

  
• Die Arylboronsäure (1.5 mmol, 1.5 Äq.), 0.635 g wasserfreies K₃PO₄ (3.0 mmol, 3.0 Äq.), die entsprechenden Mengen an Pd₂(dba)₃ und dem Phosphanliganden (Pd:P = 1:2 (n/n)) sowie 0.154 g Acenaphthen als interner Standard werden in 2 mL getrocknetem Toluol suspendiert und bei Raumtemperatur gerührt. Nach wenigen Minuten erfolgt die Zugabe des Arylhalogenids (1.0 mmol, 1.0 Äq.). Anschließend wird im temperierten Ölbad bei der angegebenen Temperatur für die angegebene Zeit gerührt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird der Reaktionsansatz mit 10 mL Diethylether verdünnt, durch eine Schicht Kieselgel mit Diethylether als Eluent filtriert und im Membranpumpenvakuum zur Trockne eingeengt. Die Umsatzbestimmung erfolgt mittels ¹H NMR-Spektroskopie. Für die Versuche mit Katalysatorkonzentrationen unter 0.5 mol-% werden Stammlösungen geeigneter Konzentration des Palladiumprecursors und des Ferrocen-basierenden Phosphans in Toluol hergestellt. Diese Lösungen werden an Stelle des Toluols als Lösungsmittel in zuvor beschriebenen Reaktionen eingesetzt.

Claims (12)

1. P,O-Ferrocene der allgemeinen Formel I

   

   wobei R¹ ein Rest ist, ausgewählt aus Aryl, substituiert oder unsubstituiert, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Arylreste, Halogene, Amine, Thioether oder Carbonsäuren, wobei R², R³, R⁴ und R⁵ gleich oder verschieden sind und ausgewählt sind aus Aryl, verzweigtem oder geradkettigem Alkyl, Cycloalkyl, Alkoxy, Aryloxy, N(Alkyl)₂, N(Aryl)₂, jeweils substituiert oder unsubstituiert, oder Halogen, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Arylreste, Halogene, Ether, Amine, Thioether oder Carbonsäuren, oder wobei R² und R³ und/oder R⁴ und R⁵ ein gesättigtes oder ungesättigtes, verzweigtes oder unverzweigtes Ringsystem der allgemeinen Formel Ia bilden,

   

   worin q 1 oder 2 ist, und R⁷ und R⁸ gleich oder verschieden und ausgewählt sind aus verzweigten oder geradkettigen Alkylresten wie CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃ oder Cycloalkylresten, wobei n 0 oder 1 ist.
2. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R¹ ein substituierter oder unsubstituierter Arylrest mit 5 bis 14 C-Atomen ist, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder unverzweigten Alkylreste mit 1 bis 5 C-Atomen, dass R², R³, R⁴ und R⁵ gleich oder verschieden und ausgewählt sind aus verzweigten oder geradkettigen Alkylresten mit 1 bis 10 C-Atomen oder substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylresten, die einen 5-, 6- oder 7-Ring bilden oder substituierten oder unsubstituierten Arylreste mit 5 bis 14 C-Atomen, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der Alkylresten mit 1 bis 5 C-Atomen, Halogene, Amine, Ether, Thioether oder Carbonsäuren, oder dass R² und R³ und/oder R⁴ und R⁵ ein gesättigtes, verzweigtes oder unverzweigtes Ringsystem der allgemeinen Formel Ia bilden,

   

   worin q 1 oder 2 ist und R⁷ und R⁸ gleich sind und ausgewählt sind aus CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃, und n 0 oder 1 ist.
3. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass R², R³, R⁴ oder R⁵ gleich oder verschieden und ausgewählt sind aus CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃, ^cC₆H₁₁, C₆H₅, Mesityl (2,4,6-(CH₃)₃-C₆H₂) oder R⁹C₆H₄ wobei R⁹ ausgewählt ist aus Br, CH₃, OCH_{3 ,} N(CH₃)₂, SCH₃, SC₆H₅, CO₂H, und n 0 oder 1 ist.
4. Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass n = 1 ist und dass R2 = R4 und R3 = R5 sind und gleich oder verschieden ausgewählt sind aus Aryl, verzweigtem oder geradkettigem Alkyl, Cycloalkyl, oder ein gesättigtes, verzweigtes oder unverzweigtes Ringsystem der allgemeinen Formel Ia bilden,

   

   worin q 1 oder 2 ist und R⁷ und R⁸ gleich sind und ausgewählt sind aus CH₃, CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, C(CH₃)₃.
5. Verfahren zur Herstellung einer der Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ferrocenylether der allgemeinen Formel IV

   

   mit R¹ Aryl ist, substituiert oder unsubstituiert, wobei die Substituenten ausgewählt sind aus der Gruppe der verzweigten oder geradkettigen Alkylreste, Halogene, Amine, Thioether oder Carbonsäuren, a. deprotoniert b. phosphanyliert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deprotonierung des Ferrocenylethers mit einer Lösung von n-Butyllithium, sec-Butyllithium, tert-Butyllithium oder Methyllithium in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel und gegeben falls unter Zugabe einer Hilfsbase, bevorzugt N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphanylierung mit einem Chlorphosphan in Substanz oder in Lösung in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphanylierung in 3 Teilschritten erfolgt, beinhaltend a. Phosphanylierung b. Ringöffnung c. Phosphanylierung wobei die erste Phosphanylierung mit einem Dichlorphosphan in Substanz oder in Lösung in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel erfolgt, wobei die Ringöffnung mit einer R³-enthaltenden Metallverbindung, bevorzugt LiR³, MgClR³ oder MgBrR³, erfolgt, und wobei die zweite Phosphanylierung mit einem Chlorphosphan in Substanz oder in Lösung in einem wasserfreien, aprotischen Lösungsmittel erfolgt.
9. Verwendung der Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Kombination mit einem Übergangsmetallprecursor der 8. bis 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente nach der IUPAC-Nomenklatur für Anorganische Chemie aus dem Jahr 2005, bevorzugt mit Nickel, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium oder Cobalt, besonders bevorzugt mit Palladium oder Nickel, als Katalysatoren für Kohlenstoff-Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Heteroatom-Knüpfungsreaktionen sowie Hydrierungsreaktionen, insbesondere in der Suzuki-Reaktion.
10. Verbindungen der allgemeinen Formel ML_kX_m, wobei M ein Übergangsmetall der 8. bis 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente nach der IUPAC-Nomenklatur für Anorganische Chemie aus dem Jahr 2005, bevorzugt Nickel, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium oder Cobalt, besonders bevorzugt Palladium oder Nickel, L eine der Verbindungen aus einem der Ansprüche 1 bis 4, k eine ganze Zahl von 1 bis 3, X ein Anion wie Chlorid, Bromid, Iodid, Acetat, Acetylacetonat, Nitrat, H₂CSi(CH₃)₃ oder H₂CSi(CH₃)₂(C₆H₅) und m eine ganze Zahl von 0 bis 4 darstellen, in situ erhältlich durch Umsetzung der P,O-Ferrocene nach Anspruch 1 bis 4 mit Übergangsmetallprecursoren.
11. Verwendung der Verbindungen nach Anspruch 10 als Katalysatoren für die Herstellung mehrfach ortho-substituierter Biaryle.
12. Kit beinhaltend mindestens eine der Verbindungen nach Anspruch 1 bis 4 und einen Übergangsmetallprecursor der 8. Bis 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente nach der IUPAC-Nomenklatur für Anorganische Chemie aus dem Jahre 2005, bevorzugt mit Nickel, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium oder Cobalt, besonders bevorzugt mit Palladium oder Nickel.