Reagents for Chemical Synthesis

Fluorierungsreagenzien und Fluoroalkylierung

Die Einführung von Fluoratomen oder Fluoroalkyl-Gruppen in Wirkstoff führt in vielen Fällen zu einer höheren Wirksamkeit. Häufig erfolgt dieser Schritt in einem späten Stadium der Synthese. Dieser Ablauf spiegelt sich in dem Begriff „late-stage-fluorination“ wider.

Als Reagenzien zur Fluorierung stehen dem Chemiker unter anderem gasförmiges Fluor, Fluorwasserstoff, Fluorwasserstoff-Pyridin-Gemische, Halogenfluoride Xenondifluorid, Sulfonylfluoride, Schwefeltetrafluorid (SF₄) und Derivate wie DAST oder quartäre Ammoniumfluoride zur Verfügung. Neuere Entwicklungen stellen Bis(2-methoxyethyl)aminosulfur trifluoride (Deoxo-Fluor®), 4-tert-Butyl-2,6-dimethylphenylsulfur trifluoride (Fluolead®) sowie (Diethylamino)difluorosulfonium tetrafluoroborate (XtalFluor-E®) und Difluoro(morpholino)sulfonium tetrafluoroborate (XtalFluor-M®) dar.

Auch Metallfluoride wie Aluminium-, Antimon-, Silber-, Molybdän- oder Cobalt(III)-fluorid kommen je nach Substrat zum Einsatz. Gasförmige Fluoride wie Arsenpentafluorid (AsF₅) oder Rheniumhexafluorid (ReF₆) finden Sie ebenfalls im abcr-Katalog.

Zudem stehen Ihnen für die Fluoralkylierung diverse Reagenzien zur Auswahl:

Fluoriodmethan (FIM) stellt ein leicht handhabbares Reagenz zur Einführung von Fluormethyl-Gruppen dar. Trifluormethyl- oder Difluormethyl-Gruppen können beispielsweise über die sogenannten Togni-Reagenzien übertragen werden. Diese hypervalenten Iod-Verbindungen wirken als elektrophile CF₃-Quellen und wurden in den zurückliegenden Jahren stetig weiterentwickelt.

Neben elektrophilen CH₂F, CHF₂- und CF₃-Quellen kommen auch nucleophile, radikalische oder carbenoide Quellen zur Anwendung. Viele dieser Reagenzien basieren auf Sulfonium- oder Sulfonyl-Verbindungen, so z.B. die Umemoto-Reagenzien.

Weitere Beispiele für Trifluormethylierungsreagenzien stellen Trifluoromethyltrimethylsilane (TMSCF₃), Trifluoromethane (CHF₃), Trifluoromethyliodide (CF₃I) und Natrium trifluoromethanesulfinate (CF₃SO₂Na) dar. Aufgrund seiner Instabilität steht Trifluoromethyllithium (CF₃Li) dem Synthesechemiker nicht zur Verfügung. Alternativen bieten hier komplexierte Trifluormethyl-Kupfer-Reagenzien.

Auch eine Reihe trifluormethoxy- oder trifluormethylthio-substituierter Building Blocks finden Sie im abcr-Katalog.

Während trifluormethyl-substituierte Building Blocks weithin bekannt sind, waren die korrespondierenden Pentafluoroethyl-Verbindungen bis vor kurzem kaum zugänglich. Zur Einführung von Pentafluoroethyl-Gruppen empfiehlt abcr das neue Reagenz Tetraphenylphosphonium pentakis(pentafluoroethyl)stannat. Dieses liegt als langzeitstabiler Feststoff vor und benötigt keine gasförmigen Edukte.

Bromierungsreagenzien

Elementares Brom und Phosphortribromid sind seit langer Zeit als gängige Bromierungsreagenzien bekannt. Diese Substanzen weisen jedoch in Bezug auf ihre Handhabung, Dosierung und Toxizität einige Nachteile auf. abcr bietet Ihnen eine sichere und dazu hochselektive Alternative in Form von Tetraalkylammonium-Nonabromid-Salzen. Diese luftstabilen, gut dosierbaren Salze ermöglichen hohe Selektivitäten bei der Bromierung von Doppelbindungen, Dreifachbindungen oder Heterocyclen.

Metallorganische Reagenzien: Grignard- und Organozink-Verbindungen

Seit über 100 Jahren bedienen sich organische Chemiker metallorganischer Reagenzien. Die von dem französischen Chemiker Victor Grignard entwickelten Organomagnesiumhalogenid-Verbindungen zählen unter dem Sammelbegriff „Grignard-Reagenzien“ zu den bekanntesten metallorganischen Verbindungen. Für seine Forschungen erhielt Victor Grignard im Jahre 1912 den Nobelpreis für Chemie.

Die Grignard-Reaktion stellt eine der wichtigsten Reaktionen zum Knüpfen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen dar. Auch die Knüpfung von Kohlenstoff-Phosphor-, Kohlenstoff-Silicium- oder Kohlenstoff-Bor-Bindungen kann über Grignard-Reagenzien erfolgen.

Alkyl- oder Aryl-Magnesiumhalogenide reagieren hier als Nucleophile mit elektrophilen Gruppen wie z. B. Cyano- oder Carbonylgruppen:

In Kombination mit Nickel-Salzen (Kumada-Kupplung) oder Kupfer-Salzen werden Grignard-Reagenzien für Aryl-Alkyl-Kupplungsreaktionen eingesetzt.

Grignard-Reagenzien sind aus vielen Alkyl- und Arylhalogeniden zugänglich. In manchen Fällen behindern allerdings elektronische Effekte, sterische Hinderung oder besonders hohe Reaktivität die Synthese der gewünschten Grignard-Verbindungen. Eine komplementäre Alternative besteht in vielen dieser Fälle in Organozinkhalogeniden.

Organozinkhalogenide kommen vor allem bei der Übertragung von Alkenyl-, Benzyl-, Pyridyl- oder Quinolinylgruppen zum Einsatz. Als nickel- oder palladiumkatalysierte Kreuzkupplung wurde diese Reaktion unter dem Begriff „Negishi-Reaktion“ bekannt.

Organozinkhalogenide sind etwas weniger reaktiv als Grignard-Reagenzien und daher einfacher in ihrer Handhabung.

Metallorganische Reagenzien: Organolithium-Verbindungen

Lithiumorganische Verbindungen dienen in der organischen Chemie als starke Basen zur Deprotonierung unter gleichzeitiger Lithiierung der Substrate sowie als Alkylierungsreagenzien. Eine definierte Lithiierung von Aromaten erzielt man beispielsweise durch ortho-dirigierende Gruppen wie Amino- oder Methoxy-Gruppen.

Wie Grignard-Reagenzien reagieren Organolithium-Verbindungen mit Elektrophilen wie Aldehyden, Ketonen und Carbonsäureestern. Bromierungen, Iodierungen und Carboxylierungen sind durch Umsetzung der Lithiumorganyle mit elementarem Brom und Iod oder festem Kohlendioxid („Trockeneis“) möglich.

Bekannteste Vertreter der Organolithium-Verbindungen sind Methyllithium (MeLi) sowie n-Butyllithium (n-BuLi) und tert-Butyllithium (t-BuLi). Diese und weitere Lithiumorganyle finden Sie als Lösungen in verschiedenen Lösungsmitteln im abcr-Katalog.

Derivatisierungsreagenzien

Derivatisierungsreagenzien kommen in der GC-, GC/MS- und NMR-Analytik zum Einsatz. Für Anwendungen in der gekoppelten Gaschromatographie/Massenspektrometrie werden silylierte und fluorierte Amide wie N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide (BSTFA), N,O-Bis(trimethylsilyl)acetamide oder N-Methyl-N-trimethylsilyltrifluoroacetamide (MSTFA) zur Derivatisierung eingesetzt. Leicht flüchtige oder wenig stabile Substanzen werden so in vielen Fällen durch Einführung einer Trimethylsilyl-Schutzgruppe der Analytik zugänglich. Ein als Trimethylsilylierungs-Lösung bekanntes Gemisch aus Hexamethyldisilazan (HMDS) und Trimethylchlorsilan (TMSCl) wird auch großtechnisch eingesetzt.

In der NMR-Analytik können Enantiomerengemische, bei denen in vielen Fällen beide Enantiomere das gleiche NMR-Spektrum aufweisen, durch Zugabe eines geeigneten enantiomerenreinen chiralen Derivatisierungsreagenzes charakterisiert werden. Die entstehenden Diastereomere weisen unterschiedliche NMR-Spektren auf, sodass eine Quantifizierung der Enantiomere, die Bestimmung des ee-Wertes („enantiomeric excess“ = Enantiomerenüberschuß) und der optischen Reinheit möglich ist. Zur Bestimmung der Enantiomerenreinheit chiraler Amine und Alkohole haben sich die Carbonsäurechloride der (R)- bzw. der (S)-α-Methoxy-α-(trifluormethyl)phenylessigsäure bewährt. Diese sind auch als Mosher-Säurechloride bekannt.

In der HPLC werden unter anderem elektrochemische und UV-Detektoren eingesetzt. Die Produkte werden für die elektrochemische Detektion z.B. mit Ferrocenyl-Gruppen derivatisiert. Im Falle der UV-Detektion erfolgt die Derivatisierung mittels Fluoreszenzmarkern.

Schutzgruppenchemie

Der Einsatz von Schutzgruppen hat sich speziell im Bereich der Peptidsynthese fest etabliert. Amino- wie Carboxy-Gruppen können durch Einsatz von BOC (tert-Butyloxycarbonyl), FMOC (Fluorenylmethyloxycarbonyl), Cbz (Benzyloxycarbonyl) oder Trt (Trityl)-Schutzgruppen selektiv blockiert werden. Dies ermöglicht den gezielten Aufbau von Di- oder Oligopeptiden.

Die Aktivierung der Carboxy-Gruppen erfolgt durch Aktivierungsreagenzien wie DCC (Dicyclohexylcarbodiimid) oder Aktivestern von N-Hydroxybenzotriazol (HOBt), 1-Hydroxy-7-azabenzotriazol (HOOBt) und N-Hydroxysuccinimid (HOSu).

Weitere Kupplungsreagenzien wie HATU, HCTU oder TBTU finden Sie ebenfalls im abcr-Katalog.

Die Abspaltung der Schutzgruppen erfolgt je nach Substrat hydrogenolytisch, basisch oder sauer. Diese unterschiedlichen Reaktionsbedingungen entsprechen dem Orthogonalitätsprinzip, nach dem sich bei Verwendung mehrerer verschiedener Schutzgruppen jede Schutzgruppe einzeln und in einer beliebigen Reihenfolge abspalten lässt, ohne dass eine der anderen Schutzgruppen angegriffen wird.

Schutzgruppen werden auch in der organischen Synthese eingesetzt. Hydroxygruppen können mit Reagenzien wie TBDMS (tert-Butyldimethylchlorosilane) oder TMSCl (Trimethylchlorosilane) blockiert werden. Aldehyd-Funktionen können durch Umsetzung mit Diolen als Acetale stabilisiert werden.

Boronsäuren & Ester

Die Suzuki-Kupplung hat sich als eine der vielseitigsten Kreuzkupplungsreaktionen in der organischen Chemie etabliert. Ihr Entdecker Aguri Suzuki erhielt 2010 zusammen mit Richard Heck und Ei-ichi Negishi den Nobelpreis für Chemie.

Für die Suzuki-Kupplung werden Aryl-, Alkenyl- oder Alkylboronsäuren unter Palladium-Katalyse mit Arylhalogeniden oder Vinylhalogeniden umgesetzt, wobei neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen geknüpft werden. Im Falle reaktiver oder instabiler Boronsäuren bieten sich die entsprechenden Boronsäure-Pinakolester als Ersatz an. Kaliumaryl- und Kaliumalkyltrifluoroborate ergänzen die Palette der Boronsäuren.

Im abcr-Katalog finden Sie eine breite Auswahl von mehr als 8000 unterschiedlichen Boronsäuren, Pinakolestern und Trifluoroborat-Salzen. Auch N-heterocyclische Boronsäure-MIDA-Ester sind Teil unseres Portfolios.

Nutzen Sie unsere Struktursuche, um die Boronsäure oder den Building Block Ihrer Wahl zu finden!

Borane

Die Hauptanwendung von Boranen der Formel B_xH_y liegt in der Hydroborierung. Bor-Wasserstoff-Bindungen addieren hierbei an Doppel- und Dreifachbindungen unter Ausbildung von Organoboranen. Diese Organoborane können zwar isoliert werden, werden aber meist in einem zweiten Reaktionsschritt (z.B. einer Oxidation) weiter umgesetzt. Aus Alkenen entstehen so Alkohole.

Freies Boran (BH₃) ist hochreaktiv, kann aber in Form von Addukten gut stabilisiert werden. Boran–Tetrahydrofuran oder Boran–Dimethylsulfid-Addukte stehen so dem Chemiker im Labor als einfach zu handhabende Quellen für BH₃ zur Verfügung.

Die Pinakolborane Bpin-H und (Bpin)2 dienen zur Herstellung von Boronsäure-Pinakolestern und freien Boronsäuren.

Oxidationsmittel

Bekannte Beispiele für Oxidationsmittel stellen Wasserstoffperoxid H2O2 und Kaliumpermanganat dar. Auch Chrom(VI)-Verbindungen werden großtechnisch eingesetzt, sind aber aufgrund ihrer hohen Toxizität problematisch. Cer(IV)-oxid (CeO2), Silber(II)-Salze sowie Halogensauerstoffsäuren und ihre Salze (z.B. Hypochlorite, Periodate, Bromate) finden ebenfalls im großen Maßstab Anwendung in Oxidationsreaktionen.

Im Schießpulver stellt Kaliumnitrat die oxidierende Komponente dar. Neben Nitrat-Salzen dienen auch Salpetersäure und Peroxo-Schwefelsäuren zu Oxidationszwecken.

Reduktionsmittel

Hydrid-Reagenzien wie Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH₄) oder Natriumborhydrid (NaBH4) finden als Reduktionsmittel in organischen Synthesen regen Gebrauch. Das unter dem Handelsnamen Vitride^® bekannte Natrium bis(2-methoxyethoxy)aluminiumhydrid stellt eine einfach zu handhabende Alternative zu den reinen Hydriden dar. Auch reine Alkalimetalle und Erdalkalimetalle wirken stark reduzierend, so. z.B. Natrium in der Birch-Reduktion von Aromaten.

In Kombination mit heterogenen Edelmetall-Katalysatoren wie Pd/C oder Pt/C wird elementarer Wasserstoff großtechnisch für Reduktionen eingesetzt.

Beim Fischer-Tropsch-Verfahren wird Synthesegas (Gemisch aus CO/H₂) unter heterogener Eisen- oder Cobalt-Katalyse in eine Reihe gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Diese dienen unter anderem als schwefelarme synthetische Kraftstoffe und Motoröle.

In der Analytischen Chemie werden Natriumsulfit, Natriumdithionit und Natriumthiosulfat für Redox-Titrationen eingesetzt.

Hydrazin findet schließlich großtechnisch Anwendung als Raketentreibstoff.

Lösungsmittel

Alle gängigen organischen Lösungsmittel von A wie Aceton bis X wie Xylol finden Sie im abcr-Katalog in praktischen Kleingebinden für Ihre Anwendung im Labor. Für Anwendungen in der Analytik oder der Biochemie können wir Ihnen Lösungsmittel in speziellen Reinheiten anbieten.

Ionische Flüssigkeiten / Ionic Liquids

Als Ionische Flüssigkeiten werden geschmolzene Salze mit einer Schmelztemperatur unter 100 °C bezeichnet. Sie setzen sich zumeist aus Iminium-Kationen und komplexen Halogenid-Anionen oder anderen sehr schwach koordinierenden Anionen zusammen. Die Kationen in ionischen Flüssigkeiten sind zumeist substituierte Imidazolium, Pyridinium, Pyrrolidinium, Guanidinium, Piperidinium, Morpholinium, Ammonium oder Phosphonium-Ionen. Als Anionen kommen Triflate, Tosylate, Tetrafluoroborate, Halogenide, Trifluoracetate, Hexafluorophosphate oder auch Amide zum Einsatz.

Ionische Flüssigkeiten werden als Lösungsmittel für organische, anorganische und Polymer-Synthesen eingesetzt. Weiterhin dienen sie als Elektrolyt in Brennstoffzellen und Batterien sowie in der Metallurgie.

In der Verfahrenstechnik kommen Ionische Flüssigkeiten als Trennmittel, Schmiermittel und Hydraulikfluide zum Einsatz. Aufgrund ihrer Fähigkeit zur Wärmespeicherung und zum Wärmetransport werden sie auch als Kühlmittel eingesetzt.

Weitere Reagenzien bei abcr

Als mildes Dehydratisierungsreagenz wurde das Burgess-Reagenz 1970 erstmals beschrieben. Dieses Reagenz erlaubt die Herstellung von Alkenen aus Alkoholen und von Cyano-Verbindungen aus Amiden.

Das Schwartz-Reagenz CpZr(H)Cl reagiert mit Alkenen unter Hydrozirconierung. Die entstehenden Alkylzirconium-Komplexe können wie bei der Hydroborierung z.B. oxidiert werden.

Photoinitiatoren zerfallen nach Absorption von (UV-) Licht (= Photolyse) in reaktive Spezies, die eine (Ketten-)Reaktion starten (initiieren) können. Daher werden Photoinitiatoren wie Triarylsulfonium-, Ferrocenium-, Diaryliodonium- oder Diazoniumsalze als Starter für radikalische oder kationische Polymerisationen eingesetzt.