In recent years the incidence of scientific misconduct has increased. While the direct responsibility lies with the individual researcher, the educational role of mentors and research institutions needs rethinking and renewal. Researchers, principal investigators, departments, institutions, funding agencies, chemical societies, publishers, scientific journal editors, referees and editorial board members all have responsibilities in order to maintain the integrity of chemistry within the scientific community and to restore the confidence of the general public in chemistry as a responsible contributor to the solutions of the global problems facing mankind in this century.
As Louis Pasteur said, “Chance favors only a prepared mind.” Serendipitous events reorienting the pathway of science often occur through the actions of dedicated individuals with unique cultural and educational backgrounds, an original sense of values, and firm principles. Science is the fountainhead of human knowledge and possesses an indispensable cultural value. Science-based technologies and the innovations derived from them are the foundation of the civilized society in which we live today. All scientific endeavors begin with observations, or facts. However, the real goal of research activity is to convert accumulated knowledge to something with new technological, economic, or social value. Innovation is an essential aspect to assure the continued survival of humanity. And often, as my half-century of research reflects, the act of turning facts into values is facilitated by dialogue. Thus, to acquire the necessary combined wisdom, scientists must have ongoing conversations with the societies they serve, as well as with their counterparts in other nations.
The solution structures of a number of trans-RuH(η1-BH4)[(S)-tolbinap](1,2-diamine) precatalysts [TolBINAP = 2,2′-bis(di-4-tolylphosphino)-1,1′-binaphthyl; 1,2-diamine(S,S)- or (R,R)-1,2-diphenylethylenediamine (DPEN), ethylenediamine (EN), and (S)-1,1-di(4-anisyl)-2-isopropylethylenediamine (DAIPEN)] have been determined using 2D NMR (1H1H DQF-COSY, 1H13C HMQC, 1H31P HSQC, and 1H15N HSQC), and a double-pulsed field-gradient spin-echo (DPFGSE) NOE technique. All the octahedral Ru complexes adopt a trans configuration with respect to the BH4 and hydride ligands. Amine protons of trans-RuH(η1-BH4)[(S)-tolbinap](1,2-diamine) complexes undergo H/D exchange in (CD3)2CDOD. This inherent high acidity, coupled with the lability and chemical properties of the BH4 ligand, allows for precatalyst activation without the need for an added base, in contrast to trans-RuCl2[(S)-tolbinap](1,2-diamine) precatalysts, which require a strong base for generation of a catalytic species. The H/BH4 complex in a 2-propanol solution is converted to catalytically active [trans-RuH{(S)-tolbinap}{(S,S)-dpen}(ROH)]+ [(RO)(ROH)n]− (R = (CH3)2CH), a loosely associated ion pair of the discrete (solvated) cationic fragment and anionic species. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.
Chiral arene–N-tosylethylenediamine–RuII complexes can be made to effect both asymmetric transfer hydrogenation and asymmetric hydrogenation of simple ketones through a slight functional modification and by switching reaction conditions. [Ru(OSO2CF3){(S,S)-TsNCH(C6H5)CH(C6H5)NH2}(η6-p-cymene)] catalyzes the asymmetric hydrogenation of acetophenone in methanol to afford (S)-1-phenylethanol with 96 % ee in 100 % yield. Like the transfer hydrogenation catalyzed by similar Ru catalysts with basic 2-propanol or a formic acid/triethylamine mixture, this hydrogenation proceeds through a metal–ligand bifunctional mechanism. The reduction of the CO function occurs via an intermediary 18e RuH species in its outer coordination sphere without metal–substrate interaction. The high catalytic efficiency relies on the facile ionization of the Ru triflate complex in methanol. The turnover rate is dependent on hydrogen pressure and medium acidity and basicity. The RuCl analogue can be used as a precatalyst, albeit less effectively. Unlike the well-known diphosphine–1,2-diamine–RuII-catalyzed hydrogenation that proceeds in a basic alcohol, this reaction takes place under slightly acidic conditions, creating new opportunities for asymmetric hydrogenation.
Asymmetric catalysis, in its infancy in the 1960s, has dramatically changed the procedures of chemical synthesis, and resulted in an impressive progression to a level that technically approximates or sometimes even exceeds that of natural biological processes. The recent exceptional advances in this area attest to a range of conceptual breakthroughs in chemical sciences in general, and to the practical benefits of organic synthesis, not only in laboratories but also in industry. The growth of this core technology has given rise to enormous economic potential in the manufacture of pharmaceuticals, animal health products, agrochemicals, fungicides, pheromones, flavors, and fragrances. Practical asymmetric catalysis is of growing importance to a sustainable modern society, in which environmental protection is of increasing concern. This subject is an essential component of molecular science and technology in the 21st century. Most importantly, recent progress has spurred various interdisciplinary research efforts directed toward the creation of molecularly engineered novel functions. The origin and progress of my research in this field are discussed.
Die asymmetrische Katalyse hat seit ihren Anfängen in den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts die Arbeitsweisen in der chemischen Synthese drastisch verändert und zu einem eindrucksvollen Niveau geführt, das dem natürlicher biologischer Prozesse nahe kommt oder es gar übertrifft. Die jüngsten herausragenden Fortschritte auf diesem Gebiet sind Ausdruck einer Reihe konzeptioneller Durchbrüche in der Chemie allgemein und beim praktischen Nutzen der organischen Synthese nicht nur im Laboratorium, sondern auch in der Industrie. Die asymmetrische Katalyse brachte ein enormes ökonomisches Potential für die Fertigung von Pharmazeutika, Gesundheitsprodukten für Tiere, Agrarchemikalien, Fungiziden, Pheromonen sowie Duft- und Aromastoffen hervor. Sie erlangte auch eine wachsende Bedeutung für eine nachhaltig orientierte moderne Gesellschaft, für die der Schutz der Umwelt ein immer wichtigeres Anliegen ist. Die Forschung auf diesem Gebiet macht einen wesentlichen Teil der molekularen Wissenschaft und Technologie im 21. Jahrhundert aus. Der wohl wichtigste Aspekt ist, dass die jüngsten Fortschritte den Ansporn zu einer Vielzahl interdisziplinärer Forschungsarbeiten gaben, die auf die Schaffung neuartiger Funktionen durch molekulares Design abzielen. Die Entwicklung und die Fortschritte meiner Forschungstätigkeit auf diesem Gebiet sollen hier vorgestellt werden.
Asymmetric catalysis, in its infancy in the 1960s, has dramatically changed the procedures of chemical synthesis, and resulted in an impressive progression to a level that technically approximates or sometimes even exceeds that of natural biological processes. The recent exceptional advances in this area attest to a range of conceptual breakthroughs in chemical sciences in general, and to the practical benefits of organic synthesis, not only in laboratories but also in industry. The growth of this core technology has given rise to enormous economic potential in the manufacture of pharmaceuticals, animal health products, agrochemicals, fungicides, pheromones, flavors, and fragrances. Practical asymmetric catalysis is of growing importance to a sustainable modern society, in which environmental protection is of increasing concern. This subject is an essential component of molecular science and technology in the 21st century. Most importantly, recent progress has spurred various interdisciplinary research efforts directed toward the creation of molecularly engineered novel functions. The origin and progress of my research in this field are discussed.
The BINAP/1,2-diphenylethylenediamine RuCl2 complexes bound to a polystyrene resin act as precatalysts for asymmetric hydrogenation of various simple ketones. The enantioselectivity, turnover number, and turnover frequency are comparable to those attained under homogeneous conditions.
Asymmetric addition of dialkylzincs to aldehydes in the presence of (2S)-3-exo-(dimethylamino)isoborneol [(S)-DAIB] exhibits various nonclassical phenomena. The enantiomeric excess (ee) of the alkylation product, obtained with partially resolved DAIB, is much higher than that of the chiral amino alcohol, while the rate decreases considerably as the ee of DAIB is lowered. The asymmetric amplification effects reflect the relative turnover numbers of two enantiomorphic catalytic cycles, where an essential feature is the reversible homochiral and heterochiral dimerization of the coexisting enantiomeric DAIB-based Zn catalysts. The interplay between the thermodynamics of the monomer/dimer equilibration and the kinetics of alkylation reaction strongly affect the overall profile of asymmetric catalysis. The self and nonself recognition of the chiral Zn catalysts is a general phenomenon when (S)-DAIB is mixed with its enantiomer, diastereomer, or even an achiral β-amino alcohol. The degree of nonlinearity is highly affected not only by the structures and purity of catalysts but also by various reaction parameters. The salient features have been clarified on the basis of molecular weight measurements, NMR and X-ray crystallographic studies of organozinc complexes, and kinetic experiments, as well as computer-aided quantitative analysis. © 2001 John Wiley & Sons, Inc. and The Japan Chemical Journal Forum Chem Rec 1:85–100, 2001
The through-space CH/π attraction between the η6-arene ligand on Ru and the carbonyl aryl substituent (see transition states in picture) plays a key role in the enantioselective transfer hydrogenation of aromatic carbonyl compounds with 2-propanol or formic acid, catalyzed by chiral η6-arene–RuII complexes.
Die CH/π-Wechselwirkung durch den Raum zwischen dem η6-gebundenen Arenliganden am Ru-Zentrum und dem Carbonylsubstituenten (siehe Übergangszustände im Bild) ist entscheidend für die enantioselektive Transferhydrierung aromatischer Carbonylverbindungen mit 2-Propanol oder Ameisensäure, die durch chirale η6-Aren-RuII-Komplexe katalysiert wird.
Die Hydrierung ist eines der Schlüsselverfahren der chemischen Synthese. Hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und Selektivitäten sind hierbei lediglich durch die Kombination von strukturell definierten Katalysatoren mit geeigneten Reaktionsbedingungen zu erreichen. Für die homogene Hydrierung von nichtfunktionalisierten Ketonen, die keinerlei zur Koordination an das Metallzentrum befähigte funktionelle Gruppen aufweisen, haben sich die von uns beschriebenen Rutheniumkomplexe der allgemeinen Formel [RuCl2(phosphan)2(1,2-diamin)] als exzellente Katalysatorvorläufer erwiesen. In 2-Propanol und in Gegenwart einer alkalischen Base zeigt das auf diesen Komplexen basierende Katalysatorsystem eine starke Präferenz für die Reduktion von C=O- gegenüber C=C-Bindungen. Zahlreiche weitere Substituenten und funktionelle Gruppen, z. B. F, Cl, Br, I, CF3, OCH3, OCH2C6H5, COOCH(CH3)2, NO2, NH2 und NRCOR, werden ebenso toleriert wie eine ganze Reihe elektronenreicher wie -armer Heterocyclen. Darüber hinaus kann die Stereoselektivität im Produkt leicht sowohl durch die sterischen (Raumanspruch und Chiralität) und elektronischen Eigenschaften der verwendeten Liganden als auch durch die Reaktionsbedingungen gesteuert werden. Die katalytischen Hydrierungen von cyclischen wie offenkettigen Ketonen mit den Triphenylphosphan/Ethylendiamin-Standardkomplexen können hinsichtlich der Diastereoselektivität im Produkt problemlos mit den konventionellen Verfahren der Reduktion durch Hydride konkurrieren. Bei Verwendung geeigneter chiraler Diphosphane, insbesondere BINAP-Verbindungen, gelingt eine schnelle, produktive und stereoselektive Hydrierung einer ganzen Anzahl von aromatischen und heteroaromatischen Ketonen, wobei durchgängig hohe Enantioselektivitäten erzielt werden. Des Weiteren können auch gewisse Amino- und Alkoxyketone als Substrate eingesetzt werden, und eine Reihe cyclischer und acyclischer α,β-ungesättigter Ketone kann mit hoher Enantioselektivität in die entsprechenden Allylalkohole überführt werden. Die Hydrierung von konfigurationslabilen Ketonen schließlich ermöglicht die dynamische kinetische Racematspaltung von Diastereomeren, Epimeren und Enantiomeren. Unser neues Verfahren ist somit im Hinblick auf die Synthese einer ganzen Bandbreite von chiralen Alkoholen äußerst erfolgversprechend, zumal es in der asymmetrischen Synthese einiger biologisch relevanter Verbindungen bereits erfolgreich eingesetzt wurde. Die hohe Reaktionsgeschwindigkeit und die ausgezeichnete Carbonylselektivität begründen sich in einer nichtklassischen Katalyse mit Metall/Ligand-Difunktionalität, an der ein Aminorutheniumhydrid mit 18 Elektronen und ein Amidorutheniumhydrid mit 16 Elektronen beteiligt sind.
Die Inversion eines BIPHEP/RuCl2/Diamin-Komplexes (im Bild schematisch gezeigt) wird durch die Konformationsflexibilität der BIPHEP-Liganden ermöglicht. Die Folge ist eine asymmetrische Aktivierung in der Ru-katalysierten Hydrierung von Carbonylverbindungen zu optisch aktiven Alkoholen. Während ein racemischer BINAP/RuCl2-Komplex mit einem chiralen Diamin als Aktivator ein 1:1-Diastereomerengemisch liefert, erhält man mit einem BIPHEP/RuCl2-Komplex und einem chiralen Diamin die Diastereomere in ungleichen Mengen. Ar = 3,5-Dimethylphenyl; BINAP = 2,2′-Bis(diphenylphosphanyl)-1,1′-binaphthyl; BIPHEP = 2,2′-Bis(diarylphosphanyl)biphenyl.
Stereomutation of a BIPHEP/RuCl2/diamine complex (shown schematically) is possible because of the conformational flexibilty of BIPHEP ligands. The result is an asymmetric activation in the Ru-catalyzed hydrogenation of carbonyl compounds to optically active alcohols. Whereas a racemic BINAP/RuCl2 complex with a chiral diamine activator gives a 1:1 mixture of two diastereomers, unequal amounts of the diastereomers can be produced from a BIPHEP/RuCl2 complex and a chiral diamine. Ar=3,5-dimethylphenyl, BINAP=2,2′-bis(diphenylphosphanyl)-1,1′-binaphthyl, BIPHEP=2,2′-bis(diarylphosphanyl)biphenyl.
The reaction of methyl iodide and (excess) aryltributylstannane to give a methylarene has been studied with the focus on the realization of rapid coupling for incorporation of short-lived radionuclides into bioactive organic compounds. The coupling of methyl iodide with tributylphenylstannane (40 equiv) is accomplished in >90% yield within 5 min at 60°C with a tri-o-tolylphosphine-bound, coordinatively unsaturated Pd0 complex together with a CuI salt and K2CO3 in DMF. This protocol is applicable to a variety of homo- and heteroaromatic tin compounds, to give the corresponding methylated derivatives. The effects of the tri-o-tolylphosphine ligand, a Cu(I) salt, and DMF are discussed. This new protocol provides a firm chemical basis for the synthesis of 11CH3-incorporated PET tracers.
![2-(4-Ethynyl-phenyl)-4,4,5,5-tetramethyl-[1,3,2]dioxaborolane](http://img.cochemist.com/ccimg/1034300/1034287-04-1.png)
![2-(4-Ethynyl-phenyl)-4,4,5,5-tetramethyl-[1,3,2]dioxaborolane](http://img.cochemist.com/ccimg/1034300/1034287-04-1_b.png)
