Mukaiyama-Aldolreaktion

Edukte
Aldehyd (R^1 = Alkyl, Aryl) oder Ameisensäureester (R^1 = OR)
Silyliertes Enol (R^1 = Alkyl, Aryl, H; R^2 = Alkyl, Aryl, H, OR, SR)

Die Mukaiyama-Aldolreaktion, auch Mukaiyama-Reaktion genannt, ist eine Namensreaktion der organischen Chemie und wurde in den frühen 1970er Jahren durch den japanischen Chemiker Teruaki Mukaiyama entdeckt.[1][2]

Es handelt sich um eine Form der gekreuzten Aldolreaktion, die zu den wichtigsten Reaktionen zur Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zählt.[3]

Die Mukaiyama-Aldolreaktion ist verwandt mit der Mukaiyama-Michael-Reaktion.

Übersicht

Bei der Mukaiyama-Aldolreaktion werden silylierte Enole unter Anwesenheit einer Lewis-Säure an Carbonylverbindungen addiert. Die Reaktion lässt eine Vielzahl möglicher Reste zu (siehe Edukte).[3] Im einfachsten Fall (R^2 = H) und ohne den Einsatz von chiralen Katalysatoren läuft die Reaktion wie folgt ab:

Vereinfachte Übersicht mit einem Stereozentrum

Es bildet sich bei der Reaktion ein Gemisch aus zwei Reaktionsprodukten, genauer ein Racemat. Werden Gemische aus cis- und trans-Isomeren der jeweiligen silierten Enole verwendet, entstehen vier Reaktionsprodukte:

Übersichtsreaktion mit Berücksichtigung der Stereochemie

Sowohl das syn-Diastereomer als auch anti-Diastereomer treten als Racemat auf. Ob sich bei der Reaktion bevorzugt das anti-Diastereomer oder das syn-Diastereomer bildet, hängt von den eingesetzten Edukten, Reagenzien sowie den vorherrschenden Reaktionsbedingungen ab.

In der Originalarbeit wurden stöchiometrische Mengen von Lewis-Säuren, wie beispielsweise TiCl₄, SnCl₄ oder Ähnliche, verwendet.[2] In späteren Studien wurden jedoch verschiedene katalytische Versionen entwickelt. Dabei konnten sowohl verschiedene Lewis-Säuren als auch Lewis-Basen zur Durchführung der Reaktion verwendet werden.[1]

Mechanismus

Ein möglicher Mechanismus wird von László Kürti und Barbara Czakó in dem Buch Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis formuliert.[3] Der Übersichtlichkeit halber wird im Mechanismus nur die einfachere Variante für den Fall R^2 = H gezeigt:

Mukaiyama Aldol-Reaktion-Mechanismus V1

In dem vorliegenden Beispiel zum Reaktionsmechanismus wird die Lewis-Säure TiCl₄ als Katalysator verwendet. Im ersten Reaktionsschritt wird die Carbonylgruppe des Aldehyds durch die zugesetzte Lewis-Säure aktiviert. Anschließend greift die Doppelbindung des Silans an der aktivierten Carbonylgruppe an und bildet eine neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung aus. Unter Abspaltung eines Silylchlorids bildet sich die Reagenz 1. Durch Aufarbeitung, sprich Hydrolyse, erhält man ein racemisches Gemisch der Aldole 2 und 3.[3]

Anwendung

Der Reaktion kommt eine große Bedeutung in der modernen Synthesechemie zu. Durch den Einsatz chiraler Lewis-Säuren als Katalysator kann die Stereochemie besonders effektiv beeinflusst werden.[4] Unter Verwendung eines Enantiomers eines chiralen Katalysators, hier als L^* gekennzeichnet, verläuft die Reaktion nach folgendem Reaktionsschema:

Übersicht mit chiralem Katalysator

Eine der zahlreichen Anwendungen der Mukaiyama-Aldolreaktion findet sich beispielsweise in der Synthese des Naturstoffs Sphingofungin B.[3] Folgendes Reaktionsschema zeigt die Synthese eines wichtigen Zwischenprodukts in der Sphingofungin-B-Synthese:

Beispiel mit chiralem Katalysator

Die Mukaiyama-Aldolreaktion wird hier vor allem aufgrund der exzellenten Stereoselektivität genutzt.[4] Unter Verwendung eines (S)-Prolin-Derivats als chiraler Ligand am Katalysator kann mit einer Ausbeute von 87 % und einem Enantiomerenüberschuss von 94 % das abgebildete Produkt synthetisiert werden. Hierbei steht die verwendete Abkürzung Tf für Triflat.

Einzelnachweise

1. Zerong Wang: Comprehensive organic name reactions and reagents. John Wiley & Sons, Hoboken, N.J. 2009, ISBN 978-0-471-70450-8, S. 1991–1995. 
2. Teruaki Mukaiyama, Koichi Narasaka, Kazuo Banno: New Aldol Type Reaction. In: Chemistry Letters. Band 2, Nr. 9, 1973, S. 1011–1014, doi:10.1246/cl.1973.1011. 
3. László Kürti, Barbara Czakó: Strategic applications of named reactions in organic synthesis: background and detailed mechanisms. Elsevier Academic Press, Amsterdam / Boston 2005, ISBN 0-12-429785-4, S. 298–299. 
4. Thomas Laue und Andreas Plagens: Namen- und Schlagwort-Reaktionen der Organischen Chemie. Teuber Verlag, Wiesbaden 2006, ISBN 3-8351-0091-2, S. 11.