Wilkinson-Katalysator

Der Wilkinson-Katalysator ist ein in der organischen Chemie verwendeter Homogenkatalysator mit der Summenformel C₅₄H₄₅ClP₃Rh. Es handelt sich hierbei um einen Rhodiumkomplex, der zur Hydrierung, Hydroformylierung, Hydrosilylierung und zur Isomerisierung von Allylgruppen zu Propenylgruppen Anwendung findet. Der Wilkinson-Katalysator ist nach seinem Entwickler, dem Nobelpreisträger Geoffrey Wilkinson, benannt.

Strukturformel
Ph = Phenyl
Allgemeines
Name	Wilkinson-Katalysator
Andere Namen	Chloridotris(triphenylphosphin)rhodium(I) (IUPAC)
Summenformel	C54H45ClP3Rh
Kurzbeschreibung	dunkelroter, geruchloser Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 14694-95-2 EG-Nummer 238-744-5 ECHA-InfoCard 100.035.207 PubChem 84599 ChemSpider 21170151 Wikidata Q414182
Eigenschaften
Molare Masse	925,24 g·mol^−1
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	157 °C
Löslichkeit	schlecht in Wasser
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: 413 P: 103​‐​273​‐​501
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Struktur und Synthese

Beim Wilkinson-Katalysator handelt es sich um einen quadratisch-planaren Rhodium(I)-komplex, der einen Chlorido- und drei Triphenylphosphan-Liganden (PPh₃) trägt. Es handelt sich um einen 16-Valenzelektronenkomplex. Er lässt sich durch Substitution von Triphenylphosphan an Rhodium(III)-chlorid in siedendem Ethanol synthetisieren. Da die Reaktion auch in Mischungen aus Aceton und Wasser statt Ethanol, aber nur in Anwesenheit eines Überschusses von Triphenylphosphan abläuft, ist davon auszugehen, dass letzteres nicht nur als Substituent, sondern auch als Reduktionsmittel fungiert [Reduktion von Rh(III) zu Rh(I)].

Katalysezyklus

Die Wilkinson-Hydrierung wird zur Hydrierung von Alkenen mit molekularem Wasserstoff genutzt. Entscheidend ist hierbei die Labilität der gebundenen Phosphanliganden, durch deren Abspaltung freie Koordinationsstellen geschaffen werden. Im ersten Schritt spaltet sich ein Phosphanligand vom Katalysator ab. Dann addiert Wasserstoff oxidativ an die zuvor gebildete trigonal-planare 14-Valenzelektronenspezies. Hierbei bildet sich ein trigonal-bipyramidaler Komplex. Die Oxidationsstufe ändert sich von +I auf +III. Das eingesetzte Alken koordiniert dann zunächst side-on am Metall. Anschließend findet die Insertion des Alkens unter Hydrierung statt. Es bildet sich wieder ein trigonal-bipyramidaler Komplex, der nun einen end-on-gebundenen Alkylrest trägt. Die Hydrierung durch den zweiten gebundenen Wasserstoff führt letztlich zur Abspaltung (reduktive Eliminierung) des Alkans unter Rückbildung der Katalysatorspezies.

Katalysezyklus der Wilkinson-Hydrierung

Durch den Wilkinson-Katalysator können selektiv endständige Doppelbindungen hydriert werden. Die Reaktion läuft an diesen so viel schneller ab, dass eine weitere im Molekül vorhandene nicht-endständige Doppelbindung nicht angegriffen wird. Bei sterisch anspruchsvollen Substituenten an der Doppelbindung sowie bei vierfach substituierten Doppelbindungen findet meist überhaupt keine Hydrierung statt.

Sterische Hinderung bei der Hydrierung mit einem Wilkinson-Katalysator

Asymmetrische Hydrierungen

Der Wilkinson-Katalysator kann auch zur asymmetrischen Synthese chiraler Produkte eingesetzt werden. Hierzu werden anstelle der achiralen Triphenylphosphanliganden chirale Phosphane wie beispielsweise DIPAMP oder DIOP verwendet. So kann beispielsweise das Chiralitätszentrum der medizinisch wichtigen Aminosäure L-DOPA über eine asymmetrische Wilkinson-Hydrierung mit DIPAMP als chiralem Ligand aufgebaut werden.

Asymmetrische Hydrierung mit dem Wilkinson-Katalysator

Weblinks

Commons: Wilkinson-Katalysator – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

1. Eintrag zu Tris(triphenylphosphin)rhodiumchlorid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. Dezember 2020. (JavaScript erforderlich)
2. J. A. Osborn, F. H. Jardine, J. F. Young, G. Wilkinson: The preparation and properties of tris(triphenylphosphine)halogenorhodium(I) and some reactions thereof including catalytic homogeneous hydrogenation of olefins and acetylenes and their derivatives. In: Journal of the Chemical Society A: Inorganic, Physical, Theoretical. 1966, S. 1711–1732, doi:10.1039/J19660001711.
3. Beyer/Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie. Hirzel Verlag, 23. Auflage. 1998, S. 406f.
4. Christen und Fritz Vögtle: Organische Chemie Bd. 2, Otto Salle Verlag, 2. Auflage, 1996, S. 411.