Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء Dehydrogenative ديلز ألدر، ردود الفعل لتركيب النفثالين Functionalized / الأصباغ Solvatochromic

Published: April 1, 2013 doi: 10.3791/50511
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemistry, University of Pittsburgh

Summary

بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء dehydrogenative ديلز ألدر، (DA) ردود الفعل توفير الوصول إلى موجزة مشتقاق functionalized [

Abstract

النفثالين Functionalized لها تطبيقات في مجموعة متنوعة من المجالات البحثية بدءا من تخليق جزيئات طبيعية أو النشطة بيولوجيا في إعداد الأصباغ العضوية الجديدة. على الرغم من أن تم الإبلاغ عن العديد من الاستراتيجيات للوصول السقالات النفثالين، العديد من الإجراءات لا تزال موجودة القيود من حيث الأداء الوظيفي دمج، والذي بدوره يضيق نطاق ركائز المتاحة. تطوير أساليب متعددة للوصول المباشر إلى النفثالين استبداله وبالتالي مرغوب فيه للغاية.

وديلز ألدر تفاعل-الاضافه الحلقيه (DA) هو وسيلة قوية وجذابة لتشكيل نظم حلقة المشبعة وغير المشبعة من المواد الأولية متوفرة بسهولة. ووصف بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء الجديد رد فعل DA dehydrogenative المشتقات styrenyl يولد هنا مجموعة متنوعة من مشتقاق functionalized [ب] النفثالين التي لا يمكن إعدادها باستخدام طريقة الاصطناعية القائمةق. بالمقارنة مع التدفئة التقليدية، تشعيع الميكروويف تسارع معدلات التفاعل، ويعزز غلة، ويحد من تشكيل تركات غير مرغوب فيها.

ويتجلى كذلك فائدة هذا البروتوكول من قبل لتحويل cycloadduct DA في صبغة الفلورسنت solvatochromic رواية طريق تفاعل بوخفالد-هارتفيغ عبر اقتران البلاديوم المحفزة. مضان الطيفي، وتقنية تحليلية مفيدة وحساسة، ويلعب دورا رئيسيا في المجالات البحثية بما فيها العلوم البيئية، والطب، والصيدلة، وعلم الأحياء الخلوي. الوصول إلى مجموعة متنوعة من fluorophores العضوية الجديدة المقدمة من رد فعل بمساعدة الميكروويف DA dehydrogenative يسمح لإحراز مزيد من التقدم في هذه المجالات.

Introduction

تصميم جزيء صغير والتوليف أمر بالغ الأهمية لتطوير مجموعة من المجالات العلمية التي تشمل الأدوية والمبيدات الحشرية والأصباغ العضوية، وغيرها الكثير 1. وديلز ألدر، (DA) وديلز ألدر ديهيدرو-(DDA) ردود الفعل هي أدوات قوية خاصة في تركيب دوري الصغيرة والمركبات العطرية 2-4. بالإضافة إلى ذلك، ردود الفعل الحرارية dehydrogenative DA dienes من الستايرين مع dienophiles الكاين توفر طريقا يمكن أن تكون مفيدة لتجميع المركبات العطرية في البداية من خلال تشكيل cycloadducts التي يمكن aromatize مزيد ظل ظروف الأكسدة 5. من خلال استخدام الحرارية داخل الجزيء رد فعل DA dehydrogenative من dienes الستايرين مع الألكاينات، والمشاكل التي ترتبط عادة مع استخدام الستايرين باعتبارها ديني، غير مرغوب فيها مثل [2 + 2] الاضافه الحلقيه و5،6 تفاعلات البلمرة 7 و regioselectivity الفقراء، وتخفيف والنفثالين المركبات يمكن أن تتولد.

الحرارية داخل الجزيء رد فعل DA dehydrogenative من الستايرين مع أمكانيات لا يخلو من قضايا كبيرة. أولا، معظم ردود الفعل يعانون من العائدات المنخفضة، وأوقات رد الفعل طويلة، ودرجات الحرارة العالية رد فعل 8-11. بالإضافة إلى ذلك، العديد من ردود الفعل لا تشجع تشكيل الحصري للمنتج النفثالين، ويتم إنتاج كل من النفثالين وdihydronaphthalene، وغالبا ما ينفصل من الخلائط اللوني العمود 11،12. وتقتصر الحبال أيضا من السلائف الستايرين-ynes لتشمل heteroatoms و / أو الأنصاف الكربونيل. وتفيد التقارير مثال واحد فقط لجميع حبل المحتوية على الكربون، والتي تتطلب ظروف من 250 ° C لمدة 48 ساعة أنيق من أجل الحصول على النفثالين تشكيل 10.

بالإضافة إلى مجموعة محدودة داخل الحبال من المواد الأولية، واحدة من القيود أشد من هذه المنهجية هو عدم وجود وظائف القبول بها تحت الظروف الحرارية التقليدية.وإما غير المستبدل محطة الكاين من المواد ابتداء أو إلحاق مع شاردة (TMS) فينيل أو trimethylsilyl 8-13. في حالة واحدة، يظهر استر في محطة الكاين على الخضوع لتفاعل DA dehydrogenative، ولكن هذه النتائج في خليط من النفتالين والمنتجات dihydronaphthalene 11 اقتراح في وقت لاحق إلى أن مجموعة TMS إلحاق محطة الكاين ضروري لتحقيق الحصري تشكيل النفثالين في عوائد عالية 10. ونقص من وظائف متنوعة الإبلاغ عن ردود الفعل الحرارية DA dehydrogenative يحد بشدة من قدرة رد الفعل هذا تجاه تجميع الهياكل النفثالين فريدة من نوعها.

الرغبة في الاختلاف في الهياكل النفثالين ينبع من وظيفتها صغيرة اللبنات جزيء في العديد من المجالات العلمية، والأصباغ الفلورية العضوية خاصة 14،15. القرار ممتاز والاستجابة المكانية مرات من ORG الصغيرةوقد أدى الأصباغ القرآنية لرصد الأحداث في الوقت الحقيقي 16 إلى تطوير مركبات الفلورسنت مئات متاحة تجاريا. العديد من هذه الأصباغ هي النفثالين مع خصائص منفصلة photophysical والكيميائية 15. اختيار الأصباغ الفلورية مع خصائص محددة لرصد وظائف الفردية هو أمر صعب، الأمر الذي يؤدي إلى حاجة متزايدة لفئات جديدة من fluorophores مع المزيد من العقارات photophysical متنوعة. ولهذه الغاية، فإن رد فعل الحراري داخل الجزيء DA dehydrogenative من الستايرين مع الألكاينات التي تسمح لتنويع سقالة النفثالين فريدة يحتمل أن تكون مفيدة مع تطبيق لتطوير جديدة النفثالين التي تحتوي على الأصباغ الفلورية.

كبديل للتدفئة التقليدية، بمساعدة الميكروويف الكيمياء هو مفيد لأنه يقدم التدفئة أكثر اتساقا من العينة الكيميائية، الأمر الذي يؤدي إلى عائدات أعلى الكيميائية، ومعدلات أسرع رد فعل، رد فعل أخف حالةق، والانتقائية في كثير من الأحيان مختلفة من المنتجات 17. توظيف الظروف التدفئة بمساعدة الميكروويف مقابل التقليدية للتفاعل DA dehydrogenative داخل الجزيء من الستايرين يعمل على القضاء على الكثير من المشاكل المرتبطة بهذه المنهجية من خلال تقليل الوقت رد فعل من أيام إلى دقائق، وزيادة المحصول الضعيف في السابق، وتخفيض درجات الحرارة رد فعل، وتقديم تشكيل أكثر انتقائية النفثالين للمنتج المطلوب. قد ظروف التفاعل بمساعدة الميكروويف تكون أيضا أكثر عرضة لتسهيل إدماج أكبر مجموعة متنوعة من الوظائف في المنتجات النفثالين الذي كان بعيد المنال في السابق. وقد أبلغ مثال واحد فقط قبل استخدام الميكروويف بمساعدة الظروف للتفاعل DA dehydrogenative التي تم الحصول على عائد 90٪ من كل من النفثالين وdihydronaphthalene في اقل من 15 دقيقة في 170 درجة C 12.

وتفيد التقارير الواردة من dehydroge بمساعدة الميكروويف داخل الجزيءالأم DA رد فعل المشتقات styrenyl أن يؤدي إلى تشكيل الحصري لمنتجات النفثالين functionalized ومتنوعة في اقل من 30 دقيقة وعالية في كمية الغلة إلى 18. ويتجلى كذلك فائدة هذا البروتوكول من قبل التحويل من خطوة واحدة من منتج النفثالين في صبغة الفلورسنت solvatochromic الرواية مع خصائص photophysical التي تنافس من أن صبغة شعبية Prodan المتاحة تجاريا 19.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. تفاعل بمساعدة الميكروويف DA Dehydrogenative

  1. إضافة مشتقة شبه كلورو الستايرين (0.045 غرام، 0.18 ملمول) و1،2-ثنائي كلورو إيثان (3 مل) إلى قارورة مل 2-5 أشعة الميكروويف مجهزة قضيب تحريك لإيجاد حل M 0،060. ويستخدم هذا التركيز لأعلى تركيزات تؤدي إلى تشكيل منتجات غير مرغوب فيها.
  2. تتويج أشعة الميكروويف القارورة ووضعه في الميكروويف تجويف المزج.
  3. أشرق الحل في 180 ° C لمدة 200 دقيقة مع التحريك ومع الوقت ثابت على عقد. الوقت هو الى متى الانتظار تشعيع سوف تحدث عند درجة حرارة معينة. سوف خليط التفاعل تحويل اللون الذهبي. أوقات أطول رد فعل لا تضر العائد للتفاعل.
  4. تأكيد رد فعل اكتمال بواسطة طبقة رقيقة اللوني (TLC) توظيف 5٪ خلات الإيثيل / الهكسان كما شاطف. تصور لوحة TLC مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية وبرمنغنات البوتاسيوم وصمة عار. وو R من reactanر والمنتج هي 0.2 و 0.25، على التوالي.
  5. نقل رد فعل على قارورة التلألؤ باستخدام 1 مل من ثنائي كلور ميثان، 1،2 لشطف القارورة رد فعل الميكروويف. وهذا يؤدي إلى ما يقرب من 3 مل من الحل في قارورة التلألؤ.
  6. التركيز محتويات القارورة التلألؤ تحت ضغط منخفض عند 40 درجة مئوية باستخدام المبخر الدوار (10-30 ملم زئبقي). وتبخر المذيب تتطلب 5-10 دقيقة، و 45 ملغ من زيت بني اللون الخام سوف يتم الحصول عليها. النفط الخام مستقرة ويمكن تخزينها لأجل غير مسمى دون التحلل.
  7. تنقية النفط الخام عن طريق الترشيح من خلال ماصة من هلام السيليكا مع خلات إيثيل 5٪ / hexanes كما شاطف للحصول على 41 ملغ من مادة النفتالين باعتباره الصلبة البيضاء.
  8. التأكد من هوية المنتج من قبل 1 H النووي المغناطيسي الطيفي (NMR) باستخدام الرنين كلوروفورم بالديوتيريوم (اداه 3) كمذيب. لمطياف الرنين النووي المغناطيسي 300 ميغاهيرتز، 1 H NMR الطيف من النفثالين هي كما يلي: 7.80 (د، J = 1.8 هرتز، 1H)، 7.72 (د، J = 9،0 هرتز، 1H)، 7.70 (س، 1H)، 7.38 (اليوم، J = 1.8، 9.0 هرتز، 1H)، 3.07 (T، J = 7،1 هرتز ، 4H)، 2.66 (س، 3H)، 2.18 (P، J = 7،1 هرتز، 2H) جزء في المليون.

2. بوخفالد-هارتفيغ البلاديوم المحفزة عبر اقتران الفعل

  1. إضافة RuPhos palladacycle (3 ملغ، 0.004 ملمول) إلى فرن المجفف Biotage مل قارورة 0،5-2 أشعة الميكروويف مجهزة قضيب تحريك وغطاء القارورة.
  2. إخلاء وإعادة ملء القارورة مع النيتروجين ثلاث مرات من قبل اختراق حاجز الغطاء بإبرة صغيرة قياس. مرة واحدة تطهير القارورة اكتمال إزالة الإبرة. سوف أشعة الميكروويف القارورة بمثابة أنبوب مختومة خلال التفاعل، ويتم الحصول على أفضل النتائج عند الحد الأدنى من الهواء موجود في وعاء التفاعل.
  3. من خلال الحاجز، إضافة الليثيوم مكررا (trimethylsilyl) أميد (0.32 مل من محلول M 1.0 في THF، 0.32 ملمول) عن طريق حقنة مع التحريك. والحل إلى اللون الأحمر.
  4. بعد التحريك لمدة دقيقة 2-10، إضافة النفثالين (0.038 غرام،0،16 ملمول) في 0.3 مل اللامائية رباعي هيدرو الفوران (THF) عن طريق حقنة. ويمكن استخدام THF إضافية (إلى 0.2 مل) بحل تماما النفثالين.
  5. بعد 2-10 دقيقة من التحريك، إضافة ثنائي ميثيل أمين (0.12 مل من محلول M 2.0 في THF، 0.24 ملمول) عن طريق حقنة وخفض وعاء التفاعل إلى 85 درجة مسخن حمام الزيت C.
  6. تسخين خليط التفاعل لمدة 3 ساعة عند 85 درجة مئوية، أو حتى رد فعل من قبل اكتمال TLC. سوف تكون خليط التفاعل لونها بني غامق. لTLC، واستخدام 20٪ خلات الإيثيل / hexanes كما شاطف، وتصور لوحة للأشعة فوق البنفسجية الناتجة وبرمنغنات البوتاسيوم وصمة عار. وو R من المتفاعلة والمنتج هي 0.5 و 0.4، على التوالي.
  7. تبريد رد فعل على درجة حرارة الغرفة، وإزالة الغطاء قارورة، وإخماد التفاعل مع المشبعة مائي محلول كلوريد الأمونيوم (10 مل).
  8. باستخدام القمع وseparatory 60 مل، فصل طبقة من طبقة مائية العضوية. استخراج طبقة المائية ثلاث مرات مع خلات الإيثيل (12 مل).
  9. الجمع بين الطبقات العضوية في قمع separatory ويغسل مرة واحدة مع محلول ملحي (15 مل).
  10. تجفيف طبقات مجتمعة العضوية على كبريتات الصوديوم لمدة 10 دقيقة، ثم قم بإزالة كبريتات الصوديوم عن طريق الترشيح الجاذبية.
  11. باستخدام المبخر الدوار، مما أدى التركيز الحل تحت ضغط منخفض في 30 ° C (10-30 ملم زئبقي). وتبخر المذيب تتطلب 5-10 دقيقة، وسيتم الحصول على النفط الخام البني.
  12. تنقية الناتج الخام من هلام السيليكا اللوني العمود مع عمود الطول اللوني 1.5 و 5٪ خلات الإيثيل / hexanes كما شاطف. وسيتم الحصول على الصبغة إلى 27 ملغ من مادة صلبة صفراء.
  13. التأكد من هوية المنتج من قبل 1 H NMR الطيفي باستخدام اداه 3 كما المذيبات. لمطياف الرنين النووي المغناطيسي 400 ميغاهيرتز، 1 H NMR الطيف للصباغة هي على النحو التالي: 7.64 (د، J = 9،0 هرتز، 1H)، 7.56 (س، 1H)، 7.11 (اليوم، J = 2.5، 9.0 هرتز، 1H )، 6.87 (د، J = 2.5 هرتز، 1H)، 3.02 (ق، 6H)، 3،02 حتي 2،87 (م، 4H) 2.65 في (س، 3H)، 2.12 (P، J = 7،3 هرتز، 2H) جزء في المليون.

3. إعداد محلول الصبغة للدراسات Photophysical

  1. نقل 1 ملغ من الصبغة في وجافة نظيفة 10 مل القارورة الحجمية وتمييع للحجم مع ثنائي كلورو ميثان (DCM) للحصول على 0،4 × 10 م -3 الأسهم حل للصباغة.
  2. نقل 253 ميكرولتر من محلول المخزون لقارورة 2 10 مل الحجمي وتمييع للحجم مع DCM لإعداد 1 × 10 -5 حل M من الصبغة. وسيتم استخدام هذا الحل لجمع كل من الأشعة فوق البنفسجية فيس والبيانات مضان للصباغة.

4. UV-المرئية الامتصاص الطيفي

  1. ملء خليتين الطيف الكوارتز مع DCM. هذه هي عينات فارغة. وضعها في تجويف الطيف للأشعة فوق البنفسجية فيس. لا تلمس الأسطح البصرية للخلية. التعامل مع الخلايا في الجزء العلوي من لوحات الجانب التي لا تواجه المحور البصري.
  2. تعيين المعلمات دور فعال لبعرض فتحة من 2 ومعدل من 480 نانومتر اقتناء / دقيقة. اختيار اسم للنموذج وحدد مجموعة اقتناء 600 حتي 200 نانومتر.
  3. جمع الطيف الخلفية، وإزالة الخلايا عينة من الصك، تفريغها، وشطف مع أجزاء عدة من 1 × 10 -5 حل M صبغ قبل التعبئة. تجنب الملئ الخلية. قبل إدخال ظهر خلية العينة في حامل، مسح بعناية النوافذ الخلية بمنديل عدسة نظيفة.
  4. جمع طيف الامتصاص للعينة. ويلاحظ في أقصى امتصاص 377 نانومتر.
  5. بعناية تنظيف الخلايا الطيف الكوارتز بالماء، الأسيتون، والإيثانول قبل تشغيل تحليلات امتصاص الأشعة فوق البنفسجية فيس على عينات أخرى.
  6. استخدام Excel أو برنامج الاصل لرسم وتحليل البيانات التي تم جمعها.

5. مضان الانبعاثات التحليل الطيفي

  1. ملء خلية مقياس التألق الكوارتز مع 1 × 10 -5 محلول الصبغة M ووضعه في spectrofluorometإيه. تجنب ملامسة الجلد مع السطوح البصرية للخلية.
  2. تعيين المعلمات جوهري: الطول الموجي الإثارة على 334 نانومتر، عرض الشق من 2، ومعدل الاستحواذ من 0.1 نانومتر / ثانية، ومجموعة اقتناء 390 حتي 750 نانومتر. وهناك حاجة إلى خفض نانومتر على 390 مرشح لإزالة الضوء المتناثرة من مصدر الانبعاث.
  3. جمع طيف الانبعاث مضان من العينة. ويلاحظ الحد الأقصى الانبعاثات مضان بنحو 510 نانومتر.
  4. تنظيف الخلية مقياس التألق الكوارتز بالماء، الأسيتون، والإيثانول قبل تشغيل تحليلات مضان على عينات أخرى.
  5. استخدام Excel أو برنامج الاصل لرسم وتحليل البيانات التي تم جمعها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تشعيع الميكروويف (MWI) من المشتقات styrenyl في 180 ° C في النتائج مشتقاق كاملة [ب] النفثالين تشكيل في اقل من 30 دقيقة وعالية في كمية الغلة إلى (الشكل 1) 18. لا dihydronaphthalene ثانوية لوحظ، وبنسبة 1 التحليل الطيفي NMR H المنتجات تظهر نقية من دون الحاجة لتنقية إضافية بعد التشعيع (الشكل 2). وجيد التحمل لمختلف التغيرات إطار النفثالين استخدام هذه الشروط الحرارية، بما في ذلك التغيرات التي طرأت على نمط الحبل والاستعاضة عن الحلبة النفثالين، إدراج مجموعة من الإلكترونات سحب المجموعة، وتغيير أيضا في موقع مجموعة الإلكترون إلى سحب خلق منتجات سايكلوبنتانون تنصهر.

تركيب fluorophores يلي بروتوكول خطوتين من رد فعل بمساعدة الميكروويف DA dehydrogenative تليها C-البلاديوم بوخفالد-هارتفيغatalyzed عبر توصيل رد فعل. يصور مثال ممثل التوليف fluorophore في الشكل 3. وcyclized A الستايرين شبه كلورو استبداله وفقا للشروط المذكورة آنفا، وثم تعرض لالبلاديوم المحفزة عبر اقتران مع ظروف palladacycle RuPhos، LHMDS، وثنائي ميثيل أمين لإنتاج صبغة الفلورسنت المطلوب.

يتم دراسة خصائص photophysical للصباغة في المذيبات القطبية مختلفة من اختلاف 19. لكل من طيف الامتصاص للأشعة فوق البنفسجية وقياسات الانبعاثات فيس مضان، ويتم تحليل 1 × 10 -5 حلول M من المجمع الفلورسنت في الخلايا مم 10 الكوارتز تستخدم طول موجي من 334 نانومتر الإثارة للتحليلات ومضان فتحة نانومتر عرض 2. ويمكن استخدام إما برنامج Excel أو المنشأ لتطبيع ورسم البيانات التي تم جمعها، وكذلك لحساب امتصاص الانبعاثات وماكسيما من العينات 20. كما هو مبين في الأرقام 4 و

الشكل 1
الشكل 1. نطاق رد الفعل بمساعدة الميكروويف DA dehydrogenative. MWI من الحلول السلائف في styrenyl 1،2-ثنائي كلور ميثان ثنائي الكلور أو o-في 180 ° C مركبات النفتالين مع وجود اختلافات في الممنوحة حبل والنفثالين نمط الاستبدال (الصف العلوي)، والإلكترون، سحب (الصف الثاني) المستبدلة، وموقع الإلكترون سحب مجموعة-(الصف الثالث). وتقع رد فعل مرات والعائد تحت كل بنية ودلالة العلامات النجمية ردود الفعل التي أجريت فيأعلى درجة حرارة (225 ° C أو أكبر) للحد من وقت رد الفعل 18. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 2
الشكل 2 .. 1 H NMR الطيف من الناتج النفثالين. A 1 H NMR الطيف للمنتج النفثالين في عرض 3 اداه أن المنتج لا يتطلب تنقية الخام وكذلك عدم وجود تلوث ثانوية مع dihydronaphthalene. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 3
الشكل 3.كانوا يعملون استراتيجية الاصطناعية لتوليد الأصباغ الفلورية solvatochromic وظروف التفاعل التالية لإنتاج المجمع ممثل الفلورسنت: أ MWI)، 180 ° C، DCE (0.060 M)، 200 دقيقة، 100٪ العائد؛ ب) ثنائي ميثيل أمين (1.5 EQUIV). LHMDS (2 EQUIV)، RuPhos palladacycle (2.5٪ مول)، THF، N 2، 3 ساعة، 85 ° C، 70٪ العائد 18.

الشكل 4
الشكل 4. Solvatochromism للصباغة ممثل من اليسار إلى اليمين: صبغة الفلورسنت solubilized في التولوين، 1،4 ديوكسان، DCM، وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)، ولاحظ تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية الموجة الطويلة 19.

الشكل 5
الشكل 5. Photophysical خصائص صبغ فلوري ممثل. امتصاص تطبيع (شرطة) ومضان (الصلبة) أطياف صبغ فلوري جديدة في الهكسان الحلقي، التولوين، 1،4 ديوكسان، THF، DCM، والكلوروفورم، الأسيتونيتريل (MeCN)، DMSO، والإيثانول. تم تسجيل طيف الامتصاص في DCM، وجمعت البيانات عن طريق تحليل مضان 1 × 10 -5 حلول M من الأصباغ الفلورية في خلايا الكوارتز 10 مم. كان الطول الموجي الإثارة لتحليل مضان 334 نانومتر 19. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

تفاعل بمساعدة الميكروويف DA Dehydrogenative

وداخل الجزيء رد فعل DA dehydrogenative السلائف من أشعة الميكروويف styrenyl (MWI) تنتج هياكل النفثالين متنوعة في غلة عالية من 71-100٪ وأوقات رد الفعل قصيرة، الأمر الذي يتطلب اقل من 30 دقيقة (الشكل 1) 18. الجانب الأكثر صعوبة في أداء رد فعل DA dehydrogenative هو اختيار المذيبات، والتي في كثير من الأحيان معقدة بسبب مجموعة متنوعة من خصائص المذيبات تحتاج إلى النظر فيها لضمان التدفئة الأمثل. أولا وقبل كل شيء، يجب أن يكون من الممكن رد فعل ناجح في المذيبات والتي تتوافق مع الشروط الميكروويف. عوامل مثل درجة الغليان، وامتصاص الموجات الدقيقة، القطبية، وكمية المذيب في القارورة الميكروويف تؤثر على جميع التدفئة ونتيجة رد فعل. كل 1،2-ثنائي كلورو إيثان (DCE) ويا ثنائي الكلور-(DCB) هي مناسبة المذيبات زارة المياه والري للتفاعل DA dehydrogenative، ولكن أحيانا DCE هكتارق صعوبة في الوصول 180 ° C بواسطة زارة المياه والري. يتم حل هذه المشكلة عن طريق إضافة المزيد من المذيبات، لتلخيص القارورة زارة المياه والري، أو رد الفعل في أداء DCB، وهو امتصاص أفضل من DCE والميكروويف لديه نقطة غليان أعلى. ويتم رصد رد فعل من التقدم TLC، خاصة إذا زاد حجم رد الفعل لأن ذلك قد يطيل وقت رد الفعل. في حين أن الغالبية العظمى من ركائز قيام ذكرت الخضوع cyclization في C ° 180، تسخين نحو 225 ° C في DCB يعمل على الحد بشكل كبير وقت رد الفعل للحصول على أمثلة تنطوي على رد فعل مرات أكبر من 200 دقيقة في 180 ° C. مثال واحد فقط تتعلق النفثالين مع حلقة الهكسان الحلقي تنصهر يتطلب درجة حرارة 300 درجة مئوية لإكمال التفاعل، إنشاء هذا كما في المثال الأول عن سقالة من النفثالين الهكسان الحلقي، تنصهر ولدت طريق تفاعل DA dehydrogenative. هذه النتائج تختلف اختلافا كبيرا من الأعمال السابقة حيث تم إنتاج النفثالين في ظل ظروف التدفئة التقليدية، ولكن المطلوب EXTEتم الحصول على التدفئة nded وانخفاض العوائد من المنتجات النفثالين 8،9. وبالمثل، عندما يتم إجراء cyclization مبين في الشكل (3) في 180 ° C حمام الزيت، فإن رد الفعل يتطلب 2 أيام لاستكمال تحقيق عائد في 61٪. هذا هو الفرق جذري من دقيقة 200 والعائد الكمي لاحظ استخدام الظروف زارة المياه والري 18.

بالإضافة إلى الإسراع في رد الفعل وزيادة الغلة، وبمساعدة الميكروويف رد فعل DA dehydrogenative يشتمل على كم هائل من الوظائف لا يمكن تحمله من قبل في ظل ظروف التدفئة التقليدية. استبدال الكلور في مواقع مختلفة من الستايرين يسمح لتشكيل السقالات فريدة من المنتجات النفثالين (الشكل 1). بالإضافة إلى ذلك، أمثلة التدفئة الأكثر تقليدية تشمل فقط إحلال الإلكترون غير الأنصاف سحب في محطة للالكاين بدءا من المواد 8-13. أمثلة فقط incluأسفرت قرع استبدال مجموعة TMS في الكاين في تشكيل النفثالين الحصري في عوائد عالية 10،13. ويظهر الشكل 1 مجموعة من الإلكترونات وظيفة سحب التي يمكن إدراجها من خلال الاستفادة من تفاعل بمساعدة الميكروويف DA dehydrogenative، والذي يتضمن الكيتونات، الألدهيدات ، استرات، السلفونات، sulfoxides، وفوسفونات. في حين أن رد فعل يحدث بسهولة مع سحب الإلكترونات في استبدال محطة الكاين، غير المستبدل الكاين أو استبداله TMS السلائف الكاين لا تخضع cyclization.

وأخيرا، بمساعدة الميكروويف رد فعل DA dehydrogenative ليس فقط يزيد من نطاق مشتقاق للتحقيق [ب] مركبات النفتالين (الشكل 1)، ولكن هذه تنتج النفثالين دون تلوث مع dihydronaphthalene غير مرغوب فيها. تعديلات على حبل الستايرين، فرج عن طريق إدخال كيتون propargyl أو شاردة diester من الممكن أيضا أن تحمل أطر مختلفة من Naphthalene دون تشكيل ثانوية. وتقتصر الأمثلة السابقة للتفاعل DA dehydrogenative من الستايرين لبدء المواد التي تشمل heteroatoms و / أو كربونيل في حبل الستايرين، فرج 8-13. ذكرت مثال واحد فقط على مشتقاق [ب] النفثالين شكلت من فرج-الستايرين التي تحتوي على الكربون حبل جميع 10. بينما الستايرين، التي تحتوي على جميع الحبال ynes الكربون تعطي تشكيل الحصرية للالنفثالين عن طريق رد الفعل بمساعدة الميكروويف، واحد على سبيل الحصر، هذه المنهجية هو أن إدماج heteroatoms، مثل النيتروجين أو ذرات الأكسجين، في حبل إنتاج الخلائط من المنتجات.

بوخفالد-هارتفيغ البلاديوم المحفزة عبر اقتران الفعل

والبلاديوم المحفزة بوخفالد-هارتفيغ عبر توصيل رد فعل هو التحول من خطوة واحدة من النفثالين ينتج عن تفاعل بمساعدة الميكروويف DA dehydrogenative الأصباغ الفلورية في الرواية. في حين تنقية رانه النفثالين المتولدة من التفاعل DA ليس من الضروري رد فعل ناجح عبر اقتران البلاديوم المحفزة، فإنه لا زيادة الغلة من اقتران المتبادل. الترشيح من خلال المكونات بسيطة من هلام السيليكا هو كبيرة لتنقية معقد إضافي DA، والنتائج فقط في الحد من 5-10٪ في العائد للتفاعل بمساعدة الميكروويف. اقتران هذا النفثالين مع أمين الاستفادة RuPhos النتائج palladacycle في العائد 70٪ من المنتج عبر اقتران (الشكل 3) 19. ويتم الحصول على أفضل النتائج لتوصيل المتبادل عندما تستخدم الكواشف الطازجة، مثل LHMDS وثنائي ميثيل أمين، وعندما يتم اتخاذ العناية للحفاظ على بيئة خاملة رد فعل.

UV-فيس الامتصاص والانبعاث الطيفي الإسفار

تمت دراسة خصائص photophysical من الصبغة باستخدام 1 × 10 -5 حلول M لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية فيس كل من ومضان الطيفي الانبعاثات. في القيام بذلك، وتقاسم المنافعتم الحصول على القيم orbance بين 0.01 و 0.1 في طول موجة من 334 نانومتر، وكذلك إشارة جيدة إلى نسب الضوضاء. وينبغي اختيار تركيز العينات لإعطاء القيم الامتصاصية في نطاق 0.01 إلى 0.1.

يخف كثافة مضان العينة من خلال مجموعة واسعة من العوامل بما في ذلك نوعية المذيبات المستخدمة وجود الأكسجين في العينة التي يجري تحليلها. للتغلب على هذه المشكلة، يمكن استخدام المذيبات الصف الطيفية لإعداد حلول صباغة. وبالإضافة إلى ذلك، عادة ما يتم الحصول على أفضل النتائج من العينة التفريغ مع غاز خامل مثل النيتروجين أو الأرجون، قبل جمع البيانات الطيفية.

ويمكن مقارنة خصائص photophysical من الصبغة الجديدة المتاحة تجاريا مع Prodan صبغة الفلورسنت لإظهار solvatochromism تعزيز الصبغة على Prodan. على سبيل المثال، فإن التحول bathochromic من الانبعاثات مضان ماكسيما من التولوين إلى الإيثانول هو 112 نانومتر للصبغ مقابل سوى 69 نانومتر لProdan. وعلاوة على ذلك، يسلك fluorophore الجديدة تحولا من 133 نانومتر ستوكس ومضان الانبعاثات القصوى من 510 نانومتر في ثنائي كلورو ميثان، زيادة كبيرة من تحول ستوكس 85 نانومتر و 440 نيوتن متر من الانبعاثات القصوى Prodan 19. الحمراء تحول انبعاثات ذات أهمية خاصة للتطبيقات البيولوجية الطبيعية حيث مضان من الجزيئات الحيوية يمكن أن تحد من الكشف عن انبعاث وامتصاص fluorophores في أقصر الأطوال الموجية. هذه النتائج تؤكد انطباق هذا البروتوكول إلى تركيب الأصباغ الفلورية قيمة.

التطبيقات والاستنتاجات

تنفيذ بمساعدة الميكروويف رد فعل DA dehydrogenative في تركيب الأصباغ الفلورية solvatochromic رواية واحدة فقط تطبيق هذه المنهجية تنوعا. بالإضافة إلى التحقيق في solvatochromism من الأصباغ الاصطناعية، يمكن أن تستخدم لتجميع هذا التفاعل مجموعة متنوعة من المركبات الفلورية مع الباحثeresting خصائص photophysical من خلال السماح لfunctionalization فريدة من الهياكل napthalene. أيضا، فإن التوليف السريع والسهل من النفثالين عن طريق هذه المنهجية بمساعدة الميكروويف توفير الطريق المناسب لتجميع المنتجات المحتوية على النفثالين functionalized غاية الطبيعية.

وفي الختام، وصف منهجية يوفر الوصول هنا موجزة لمجموعة متنوعة من النفثالين functionalized، فضلا عن صبغة solvatochromic جديدة. المزايا المذكورة أعلاه وطلاقة للتفاعل بمساعدة الميكروويف DA dehydrogenative تسمح طلبات أخرى لتوسيع مجال العضوية من الأصباغ الفلورية، وكذلك قد يؤدي إلى تجميع الجزيئات الطبيعية والبيولوجية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم المصالح المتنافسة المالية.

Acknowledgments

نشكر مؤسسة العلوم الوطنية (CHE0910597) والمعاهد الوطنية للصحة (P50-GM067982) لدعم هذا العمل. ونحن ممتنون للأستاذ مايكل Trakselis (جامعة بيتسبرغ) لإجراء مناقشات مفيدة بشأن قياسات مضان. نعترف كريستي Gogick وروبن سلون (جامعة بيتسبرغ) لمساعدتها في جمع البيانات مضان.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagent/Material
1,2-Dichlor–thane, ACS reagent ≥99.0% Sigma-Aldrich 319929
SiliaPlate G TLC - glass-backed, 250 μm Silicycle TLG-R10011B-323
Ethyl acetate, certified ACS ≥99.5% Fisher Scientific E14520
Hexanes, certified ACS ≥98.5% Fisher Scientific H29220
Silica gel, standard grade Sorbent Technologies 30930M 60 A, 40-63 μM (230 x 400 mesh)
RuPhos palladacycle Strem 46-0266
Nitrogen gas Matheson TRIGAS NI304 Nitrogen 304cf, industrial
Lithium bis(trimethylsilyl) amide solution Sigma-Aldrich 225770 1.0 M solution in THF
Tetrahydrofuran anhydrous ≥99.9% Sigma-Aldrich 401757 Inhibitor-free
Dimethylamine solution Sigma-Aldrich 391956 2.0 M solution in THF
Ammonium chloride Fisher Scientific A661-500
Sodium sulfate, anhydrous (granular) Fisher Scientific S421-500
Chromatography column Chemglass CG-1188-04 ½ in ID x 18in E.L.
Cyclohexane, ≥99.0% Fisher Scientific C556-1
Toluene anhydrous, 99.8% Sigma-Aldrich 24451
1,4-Dioxane anhydrous, 99.8% Sigma-Aldrich 296309
Tetrahydrofuran anhydrous, ≥99.9% Sigma-Aldrich 186562 250 ppm BHT as inhibitor
Dichloromethane Sigma-Aldrich 650463 Chromasolv Plus
Chloroform, ≥99.8% Fisher Scientific C298-1
Acetonitrile anhydrous, 99.8% Sigma-Aldrich 271004
Dimethyl sulfoxide, ≥99.9% Fisher Scientific D128
Ethyl alcohol Pharmco-AAPER 11ACS200 Absolute
Equipment
Microwave Synthesizer Biotage Biotage Initiator Exp
Microwave Vial Biotage 352016 0.5 – 2 ml
Microwave Vial Biotage 351521 2 – 5 ml
Microwave Vial Cap Biotage 352298
Microwave Synthesizer Anton Paar Monowave 300
Microwave Vial G4 Anton Paar 99135
Microwave Vial Cap Anton Paar 88882
NMR Spectrometer Bruker Avance 300 or 400 MHz
UV-Visible Spectrometer PerkinElmer Lamda 9
Spectrophotometer cell Starna Cells 29B-Q-10 Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro, black wall
Spectrofluorometer HORIBA Jobin Yvon FluoroMax-3 S4
Fluorometer cell Starna Cells 29F-Q-10 Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wender, P. A., Miller, B. L. Synthesis at the molecular frontier. Nature. 460, 197-201 (2009).
  2. Takao, K. -i, Munakata, R., Tadano, K. -i Recent Advances in Natural Product Synthesis by Using Intramolecular Diels-Alder Reactions. Chem. Rev. 105 (12), 4779-4807 (2005).
  3. Winkler, J. D. Tandem Diels-Alder Cycloadditions in Organic Synthesis. Chem. Rev. 96 (1), 167-176 (1996).
  4. Wessig, P., Müller, G. The Dehydro-Diels-Alder Reaction. Chem. Rev. 108 (6), 2051-2063 (2008).
  5. Wagner-Jauregg, T. Thermische und photochemische Additionen von Dienophilen an Arene sowie deren Vinyloge und Hetero-Analoge; II. Synthesis. (10), 769-798 (1980).
  6. Ohno, H., et al. A Highly Regio- and Stereoselective Formation of Bicyclo[4.2.0]oct-5-ene Derivatives through Thermal Intramolecular [2 + 2] Cycloaddition of Allenes. J. Org. Chem. 72 (12), 4378-4389 (2007).
  7. Stille, J. K., Chung, D. C. Reaction of Vinylidene Cyanide with Styrene. Structure of the Cycloadduct and Copolymer. Macromolecules. 8 (1), 83-85 (1975).
  8. Klemm, L. H., Klemm, R. A., Santhanam, P. S., White, D. V. Intramolecular Diels-Alder reactions. VI. Synthesis of 3-hydroxymethyl-2-naphthoic acid lactones. J. Org. Chem. 36 (15), 2169-2172 (1971).
  9. Klemm, L. H., McGuire, T. M., Gopinath, K. W. Intramolecular Diels-Alder reactions. 10. Synthesis and cyclizations of some N-(cinnamyl and phenylpropargyl)cinnamamides and phenylpropiolamides. J. Org. Chem. 41 (15), 2571-2579 (1976).
  10. Ozawa, T., Kurahashi, T., Matsubara, S. Dehydrogenative Diels-Alder Reaction. Org. Lett. 13 (19), 5390-5393 (2011).
  11. Chackalamannil, S., et al. A facile Diels-Alder route to dihydronaphthofuranones. Tetrahedron Lett. 41 (21), 4043-4047 (2000).
  12. Ruijter, E., et al. Synthesis of Polycyclic Alkaloid-Type Compounds by an N-Acyliminium -Pictet-Spengler/Diels-Alder Sequence. Synlett. 2010, 2485-2489 (2010).
  13. Toyota, M., Terashima, S. A novel synthesis of the basic carbon framework of fredericamycin A. Promising routes for the spiro chiral center construction of the CD-ring system. Tetrahedron Lett. 30 (7), 829-832 (1989).
  14. de Koning, C. B., Rousseau, A. L., van Otterlo, W. A. L. Modern methods for the synthesis of substituted naphthalenes. Tetrahedron. 59 (1), 7-36 (2003).
  15. Johnson, I., Spence, M. T. Z. The Molecular Probes Handbook, A Guide to Fluorescent Probes and Labeling Technologies. , 11th ed, Life Technologies Corporation. Grand Island, NY. 1051 (2010).
  16. Fernández-Suárez, M., Ting, A. Y. Fluorescent probes for super-resolution imaging in living cells. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 9 (12), 929-943 (2008).
  17. Kappe, O. C., Dallinger, D., Murphree, S. Practical Microwave Synthesis for Organic Chemists. , Wiley-VCH. Weinheim. (2009).
  18. Kocsis, L. S., Benedetti, E., Brummond, K. M. A Thermal Dehydrogenative Diels-Alder Reaction of Styrenes for the Concise Synthesis of Functionalized Naphthalenes. Org. Lett. 14 (17), 4430-4433 (2012).
  19. Benedetti, E., Kocsis, L. S., Brummond, K. M. Synthesis and Photophysical Properties of a Series of Cyclopenta[b]naphthalene Solvatochromic Fluorophores. J. Am. Chem. Soc. 134 (30), 12418-12421 (2012).
  20. OriginLab Corporation. Origin 8 User Guide. , OriginLab. Northhampton, MA. (2007).

Tags

الكيمياء، العدد 74، الهندسة الكيميائية، الكيمياء الفيزيائية، ميكروويف بمساعدة التوليف، dehydrogenative ديلز ألدر، ردود فعل، النفثالين، والأصباغ الفلورية، solvatochromism، محفز
بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء Dehydrogenative ديلز ألدر، ردود الفعل لتركيب النفثالين Functionalized / الأصباغ Solvatochromic
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kocsis, L. S., Benedetti, E.,… More

Kocsis, L. S., Benedetti, E., Brummond, K. M. Microwave-assisted Intramolecular Dehydrogenative Diels-Alder Reactions for the Synthesis of Functionalized Naphthalenes/Solvatochromic Dyes. J. Vis. Exp. (74), e50511, doi:10.3791/50511 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter