Waiting
Login processing...

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

Chemistry

[(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6: Ein allgemeiner und im Breitem anwendbarer kopierbarer Photoredox Catalyst

Published: May 21, 2019 doi: 10.3791/59739
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1, 2, 1
1Laboratoire de Chimie Organique, Service de Chimie et PhysicoChimie Organiques, Université libre de Bruxelles (ULB), 2Laboratoire de Chimie Organique et Photochimie, Service de Chimie et PhysicoChimie Organiques, Université libre de Bruxelles (ULB)

Summary

Detaillierte und allgemeine Protokolle werden für die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6, einem allgemeinen kopfbasierten Photoredox-Katalysator, und für seinen Einsatz in der synthetischen Chemie für die direkte Arylierung von C-H-Bindungen in (hetero) Arenen und Radikalen präsentiert. Radfahrerfahren von organischen Haloden.

Abstract

Unsere Gruppe berichtete kürzlich über die Verwendung von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 als allgemeiner Kupfer-basierter Photoredox-Katalysator, der sich als effizient erwies, um die Aktivierung einer Vielzahl von organischen Haliden, einschließlich unaktivierter, zu fördern. Diese können dann an verschiedenen radikalen Transformationen wie Reduktions-und Radfahrerreaktionen sowie an der direkten Arylierung mehrerer (hetero) Arenen teilnehmen. Diese Transformationen ermöglichen einen einfachen Zugang zu einer Reihe von kleinen Molekülen, die für die synthetische Chemie von Interesse sind, sowie zu biologisch aktiven Naturprodukten. Insgesamt fungiert [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 als bequemer Photoredox-Katalysator, der eine attraktive, billige und komplementäre Alternative zu den hochmodernen iridium-und ruthenium-basierten Photoredox-Katalysatoren zu sein scheint. Hier berichten wir über ein detailliertes Protokoll für die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6, sowie NMR und spektroskopische Charakterisierungen, und wir illustrieren ihre Verwendung in der synthetischen Chemie für die direkte Arylierung von (hetero) Arenen und radikale Radfahrern von Organische Halden. Insbesondere Die direkte Arylierung von N-MethylpyrRolle mit 4-Iodobenzonitril, um 4-(1-Methyl-1H-Pyrrol-2-yl) Benzonitril und die radikale Radfahrerei von N-Benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3- Zyanamid, um sich das Naturprodukt Luotonin A zu leisten, sind detailliert. Auch der Umfang und die Grenzen dieses kopfbasierten Photoredox-Katalysators werden kurz diskutiert.

Introduction

Radikale Transformationen sind seit Jahrzehnten bekannt, um bemerkenswert effiziente Wege in der synthetischen Chemie zu bieten, die sich oft durch Veränderungen ergänzen, die auf kationischen, anionischen oder perzyklischen Prozessen basieren 1. Obwohl die radikal-basierte Chemie für verschiedene Arten von Transformationen besonders vielversprechend ist, ist sie lange nicht ausgebeutet worden, vor allem wegen des Bedarfs an hochgiftigen Reagenzien, die ihre Attraktivität erheblich einschränken. Darüber hinaus werden radikale Prozesse seit langem als Transformationen betrachtet, die mit einem schlechten Kontrollniveau in Bezug auf die Regio-and/oder Stereoselektivität in Verbindung gebracht werden, oder die zu umfangreichen Problemen der Verdilemmerisierung und/oder der Polymerisation führen.

In jüngster Zeit wurden alternative Strategien entwickelt, um die Erzeugung und bessere Kontrolle der Reaktivität radikaler Arten zu erleichtern. Unter ihnen ist die Photoredox-Katalyse zu einer der leistungsfähigsten Methoden geworden, da sie die bequeme Erzeugung radikaler Arten mit einer lichtreagierenden Verbindung ermöglicht, nämlich dem Photoredox-Katalysator und der sichtbaren Lichtbestrahlung 2,3 . Sichtbares Licht selbst ist in der Tat in der Lage, die Bevölkerung des angeregten Zustandes des Photoredox-Katalysators zu fördern, der folglich sowohl zu einem stärkeren Reduktions-als auch zu einem oxidativen als in seinem entsprechenden Bodenzustand wird. Diese verbesserten Redoxeigenschaften ermöglichen unter milden Bedingungen aus dem angeregten Zustand nicht realisierte Einzel-Elektronen-Übertragungsprozesse. In den letzten zehn Jahren hat sich die sichtbare Lichtphotoredox-Katalyse zu einer attraktiven und leistungsfähigen Technik in der organischen Synthese entwickelt und die Entwicklung zahlreicher bemerkenswert effizienter und selektiver Transformationen ermöglicht, die auf radikalen Zwischenprodukten basieren. Unter nachhaltigen, milden und benutzerfreundlichen Bedingungen.

Während die meisten bisher gemeldeten Photoredox-Prozesse durch den Einsatz von Iridium-und Ruthenium-Katalysatoren sowie von einigen organischen Farbstoffen wie Pyrylium-und Acridinium-Derivaten 4dominiert werden, sind immer noch preiswertere Alternativen gefragt. Für die Entwicklung komplementärer Prozesse, die für industrielle Anwendungen von Interesse sind. In diesem Zusammenhang erscheint der Einsatz von kopfbasierten Photoredox-Katalysatoren besonders reizvoll, da sie nicht nur billiger sind, sondern auch Möglichkeiten bieten, ein breiteres und ein anderes Substratspektrum zu aktivieren, was neue Perspektiven eröffnet. Photoredox-Katalyse5,6,7,8. Trotz vielversprechender früherer Arbeiten, die von den GruppenKutal 9, Mitani 10 und Sauvage 11berichtet wurden, wurden fotoaktivierbare Kupferkomplexe jedoch nur in der Photoredox-Katalyse kaum genutzt, wahrscheinlich wegen ihrer Wir sind in der Lage, die auf dem Spiel zu lebenden Staaten zu sein. In jüngerer Zeit wurden in jüngerer Zeit bemerkenswerte Beiträge von Peters und Fu12,13,14, 15,Reiser 16,17,18 , 19 , 20 und andere Gruppen21,22, 23,24, 25haben deutlich auf Kupferphotoredox-Katalysatoren aufmerksam gemacht und ihre Einmaliges Potenzial.

Im Rahmen unseres jüngsten Interesses an kupferkatalysierten radikalen Prozessen26, 27 haben wir kürzlich einen allgemeinen und allgemein anwendbaren Kupferphotoredox-Katalysator gemeldet, [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 (DPEPhos: bis[(2- Diphenylphosphino) Phenyl] Äther; Bcp: Bathocuproine), die sich als besonders effizient für die Aktivierung von organischen Haloden unter sichtbarerLichtbestrahlung herausstellte (Abbildung 1A)28,29,30. Bei der Bestrahlung mit sichtbarem Licht und in Anwesenheit eines Amins als Opferreduktionsmittel zeigte sich, dass eine breite Palette von unaktivierten Aryl-und Alkylhaliden durch katalytische Mengen von [(DPEPhos) (bcp) Cu 6 leicht aktiviert werden konnte und somit daran teilnimmt. In verschiedenen radikalen Transformationen, einschließlich Reduktionen, Radfahrern und direkter Arylierung mehrerer elektronreicher (hetero) Arenen. Darüber hinaus hat sich [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 auch bei der Förderung von fotoinduzierten radikalen Dominozyklizyklen von ynamiden und cyanamiden bewährt und bietet einen effizienten und unkomplizierten Zugang zu komplexen Tri-, Tetra-und Pentacyclic-Stickstoff. Heterozyklen an den Kernstrukturen verschiedener Naturprodukte. Diese Strategie ermöglichte die effiziente Synthese von Rosettin, Luotonin A und Deoxyvasicinon, Naturprodukten, die antikantiklere, antimikrobielle, entzündungshemmende und antidepressive Aktivitäten aufweisen. Diese Transformationen sind in Abbildung 1Cdargestellt. Mechanistisch gesehen verläuft die fotoinduzierte Aktivierung von organischen Haliden mit [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 durch einen seltenen Cu(I)/Cu(I)*/Cu(0) Katalysator, der durch umfangreiche mechanistische und photophysikalische Studien bestätigt wurde. Insbesondere Anregung des Bodenzustandes [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 [Cu (I)] bei Bestrahlung durch sichtbares Licht führt zu der Bildung des entsprechenden angeregten Komplexes [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6* [Cu (I) *], der dann durch die Opferamin zur Erzeugung der entsprechenden ((DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 [Cu-0)]-Arten. Diese C> 0)-Zwischenstufe ist reduktiv genug, um die Kohlenstoff-– Halogenbindung verschiedener organischer Haloden zu reduzieren, um die entsprechenden Radikale zu erzeugen, die dann an den genannten Transformationen teilnehmen können, zusammen mit der Regeneration des beginnenden Katalysator(Abbildung 1B).

Im Folgenden beschreiben wir zunächst das Protokoll zur Synthese des photoaktivierbaren [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 (dessen NMR und spektroskopische Charakterisierungen im Abschnitt repräsentative Ergebnisse dargestellt werden). Die Synthese ist einfach und besonders bequem, und erfordert einfach die Zugabe von 1 Äquivalent von DPEPhos und 1 Äquivalent von bcp zu einer Lösung von tetrakisacetonitril Kupfer (I) hexafluorophosphat in Dichlormethan. Die gewünschte [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 wird dann durch Niederschlag von Diethyläther isoliert und kann leicht auf einer Multigramskala bezogen werden (Abbildung 2A). Wichtig ist, dass der isolierte Kupferkomplex nicht besonders empfindlich auf Sauerstoff und Feuchtigkeit reagiert und somit ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen bequem behandelt werden kann, außer vom Licht entfernt.

Zweitens beschreiben wir die Protokolle zur Aktivierung von organischen Haloden mit [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 unter sichtbarer Lichtbestrahlung, indem wir uns auf zwei verschiedene Transformationen konzentrieren. Die erste Reaktion ist die direkte Arylierung von N-Methylpyrrole mit 4-Jodobenzonitril mit katalytischen Mengen von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 als photoredox-Katalysator, Wörterbuch, das als Opferredukt und Kalium gilt Karbonat als Basis unter Bestrahlung bei 420 nm (Abbildung 2B). Die zweite Reaktion ist die radikale Radfahrerei von N-Benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3-yl) Methyl] Methyl] Methyl], wobei der gleiche Katalysator und die gleiche Opferreduktion verwendet wird, deren Radfahrbahn direkt zu Luotonin A führt, einem Naturprodukt, das Interessante Betätigungstätigkeit (Abbildung 2C). Für beide Transformationen sind detaillierte Protokolle vorgesehen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6

  1. 3,73 g (10,00 mmol) von Tetraketonitrile Kupfer (I) Hexafluorophosphat und 5,39 g (10,39 mmol) von DPEPhos zu einer 2 L-Rundbodenflasche mit einem magnetischen Rührbalken.
  2. Die runde Bodenflasche mit einem Drei-Hals-Vakuumadapter, der mit einer Vakuumlinie und einer Argonlinie verbunden ist, anrichten.
  3. Die Flasche unter Vakuum evakuieren und mit Argon dreimal füllen. Ersetzen Sie den Drei-Hals Vakuumadapter durch ein Gummi-Septum.
    Hinweis: Die Reaktion kann unter Luft mit leicht reduzierter Effizienz durchgeführt werden (siehe Diskussionsbereich für Details).
  4. 800 ml Trockendichlormethan dazugeben.
    NOTE: Dichlormethan wird frisch aus CaH2destilliert. Die Reaktion kann auch in regelmäßigem Dichlormethan (99,8%) durchgeführt werden. Mit ähnlicher Effizienz (siehe Diskussionsbereich für Details).
  5. Das Reaktionsgemisch 2 Stunden in der Dunkelheit (Reaktionsflasche mit Aluminiumfolie bedeckt) bei Raumtemperatur (23-25 ° C) unter einer Argon-Atmosphäre umrühren.
  6. Eine 500 mL runde Bodenflasche, die mit einem magnetischen Rührstab ausgestattet ist, um eine 500 mL runde Bodenflasche zu verlegen, die mit einem magnetischen Rührbalken ausgestattet ist, wird mit 3,60 g (10,00 mmol) bcp versehen.
  7. Die runde Bodenflasche mit einem Drei-Hals-Vakuumadapter, der mit einer Vakuumlinie und einer Argonlinie verbunden ist, anrichten.
  8. Die Flasche unter Vakuum evakuieren und mit Argon dreimal füllen. Ersetzen Sie den Drei-Hals Vakuumadapter durch ein Gummi-Septum.
  9. 200 ml trockenes Dichlormethan dazugeben und die Aufhängung vorsichtig umrühren, bis die Bcp vollständig aufgelöst ist.
  10. Mit einer Kanüle die Lösung von bcp in Dichlormethan in das Reaktionsgemisch geben.
  11. Bei Raumtemperatur (23-25 ° C) bei Raumtemperatur (23-25 ° C) unter einer Argon-Atmosphäre eine zusätzliche Stunde in der Dunkelheit umrühren (Reaktionsflasche mit Alufolie bedeckt).
  12. Filtern Sie das Gemisch durch ein Pad aus Celit, waschen Sie mit ca. 100 ml Dichlormethan und konzentrieren Sie das Filtrat auf ca. 50-100 mL unter reduziertem Druck.
  13. Das Konzentrat mit einem Zusatztrichter und mit kräftiger Rührung auf 1 L Diethyläther geben, um Niederschlag des gewünschten Komplexes zu verursachen.
  14. Sammeln Sie den Niederschlag durch Filtration durch ein frittiertes Glas (Porengröße 3) und waschen Sie den Niederschlag mit ca. 100 ml Diethyläther.
  15. Trocknen Sie den leuchtend gelben Niederschlag unter Vakuum bei Raumtemperatur (23-25 ° C) für 5 h, um 10,1 g (91% Ertrag) des Kupferkomplexes zu erholen.
    Hinweis: Bei der Operation unter Luft mit destilliertem Dichlormethan wurde ein Ertrag von 75% erzielt; Bei der Durchführung der Reaktion unter Argon mit regelmäßigem Dichlormethan wurde eine Ausbeute von 89% erzielt; Bei der Durchführung der Reaktion unter Luft mit regelmäßigem Dichlormethan wurde festgestellt, dass die Reaktion weniger effizient war und zu einer deutlich geringeren Reinheit führte (ca. 70%, wie von 1 H NMR mit internem Standard geschätzt).
  16. Charakterisieren [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6, wie bereitsberichtet 31.

2. Direkte Arylation von N-Methylpyrrole mit 4-Jodobenzonitril

  1. Fügen Sie 55 mg (0,05 mmol) von [(DPEPhos) (bcp) Cu]PF 6, 59 mg (0,25 mmol) von Dicyclohexylisobutylamin(Cy2N i Bu), 138 mg (1,0 mmol) von K 2 CO 3 und 114 mg (0,50 mmol) von 4-Jodobenzonitril bis zu einer ofengetrockneten 10 mL Vial.
  2. Einen magnetischen Rührbalken dazugeben, die Ampulle mit einem Gummi-Septum versiegeln, die Ampulle unter Vakuum evakuieren und dreimal mit Argon füllen.
  3. 5 ml Acetonitril und 890 μL (10,00 mmol) N-Methylpyrrole hinzufügen. Ersetzen Sie das Gummi-Septum durch eine Schraubkappe.
    Hinweis: Acetonitril wird frisch aus CaH2 destilliert und vor dem Einsatz mit Gefrierpumpen und Tauwürfen entgannt, um hohe Erträge und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
  4. Das Reaktionsgemisch 3 Tage lang bei Raumtemperatur (23-25 ° C) in einem Fotoreaktor unter 420 nm Wellenlängen-Bestrahlung umrühren.
    Hinweis: Als Alternative zum Einsatz eines Fotoreaktors kann die Reaktion auch bequem mit blauen LEDs oder einem Photochemie-Gerät mit blauer LED-Lampe (440 nm, 34 W) durchgeführt werden. Diese Versuchsaufbauten werden in Abbildung 3 (siehe Repräsentationsergebnisse) gezeigt und eine Diskussion über die jeweiligen Ergebnisse wird im Bereich "Diskussion" angeboten.
  5. Filtern Sie das Reaktionsgemisch durch ein Pad aus Celit, waschen Sie mit ca. 5 ml Diethyläther und konzentrieren Sie das Filtrat unter reduziertem Druck.
  6. Die Rohreste durch Blitzsäulen-Chromatographie über das Kieselgel reinigen (Eluent-System petroleum ether/EtOAc: 90/10).
  7. Trocknen Sie die reine Verbindung unter Vakuum bei Raumtemperatur (23-25 ° C) für 3 Stunden, um 65 mg (72% Ertrag) der gewünschten C2-arylierte Pyrrolle zu erhalten.
    Hinweis: Der Einsatz von blauen LEDs ergab einen Ertrag von 76% (69 mg), während der Einsatz eines Photochemie-Gerätes mit blauer LED-Lampe (440 nm, 34 W) einen Ertrag von 86% (78 mg) erbrachte.
  8. Charakterisieren Sie die reine Verbindung, wie bereitsberichtet 32.

3. Cyclization von N-Benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3-yl) Methyl] Cyanamid zu Lupo A

  1. 37 mg (0,09 mmol) von N-Benzoyl-N-[(2-Iodoquinolin-3-yl) Methyl] Cyanamid hinzufügen, 9 mg (9,0 μmol) von [(DPEPhos) (bcp)Cu] PF6,11mg (0,04 mmol) von Cy2 NiBu und 25 mg (0,18 mmol) von K 2 CO3 zu einem Ofengetrocknete 7 mL Vial mit einem magnetischen Rührbügel.
  2. Die Ampulle mit einem Gummi-Septum versiegelt, die Ampulle unter Vakuum evakuieren und mit Argon dreimal füllen.
  3. 2 ml Acetonitril hinzufügen. Ersetzen Sie das Gummi-Septum durch eine Schraubkappe.
    Hinweis: Acetonitril wird aus CaH2 destilliert und vor der Anwendung mit Gefrierpumpen entwehrt, um hohe Erträge und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
  4. Das Reaktionsgemisch 5 Tage bei Raumtemperatur (23-25 ° C) in einem Fotoreaktor unter 420 nm Wellenlängen-Bestrahlung umrühren.
  5. Das Reaktionsgemisch durch ein Cellithit filtern, mit ca. 2 ml Dichlormethan waschen und das Filtrat unter reduziertem Druck konzentrieren.
  6. Die Rohreste durch Blitzsäulen-Chromatographie über Kieselgel reinigen (Eluten-System: Petroleum-Äther/EtOAc 60:40).
  7. Trocknen Sie die reine Verbindung unter Vakuum bei Raumtemperatur (23-25 ° C) für 3 Stunden, um 20 mg (79% Ertrag) des gewünschten Luotonins A zu erholen.
  8. Charakterisieren Sie das gewünschte Luponin A, wie bereits berichtet29.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6
Wie aus dem Protokoll hervorgeht, ist die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF 6 besonders praktisch und kann leicht auf einer Multigramm-Skaladurchgeführt werden. Die NMR-Spektren 1 H und 13C weisen auf die Bildung des reinen Komplexes hin (Abbildung 4A, B). Die spektroskopischen Daten entsprechen denen zuvor gemeldeten31.

1 H NMR (400 MHz, CDCl3) (S. 3), (S., 2H), 7.60-7.47 (m, 12H), 7.40-7,32 (m, 2H), 7.29-7,17 (m, 8H), 7,11-6,94 (m, 18H), 2,52 (s, 6H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl3) (ppm): 158.5, 150.3, 144.0, 136.5, 133.9, 133.1, 133.0, 132,9, 132,5, 132.2, 132.0, 131.7, 130.1, 129,6, 129,5, 129,2, 128.7, 128,7, 128,6, 125.8, 125.8, 125.5, 125.4, 120.4, 27.5.

Die UV/Vis-Absorptions-und Emissionsspektren wurden ebenfalls aufgezeichnet und werden in Abbildung4C, Ddargestellt. Das UV/Vis-Absorptionsspektrum (Acetonitril, 10-4 M ) zeigt zwei Hauptabsorptionsbänder mit zwei Maxima bei 385 nm und 485 nm. Das Emissionsspektrum (Acetonitril, 10-4 M), das durch Anregung bei 445 nm gewonnen wird, weist maximal 535 nm auf.

Kupferkatalysierte Photoredox-Direktaryrierung von (Hetero) Arenen mit Arylhaliden
Die direkte Arylierung von N-Methylpyrrolle mit 4-Jodobenzonitril ist repräsentativ für die Verwendung von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 , um die direkte Arylierung verschiedener elektronenreicher (hetero) Arenen unter sichtbarer Lichtstrahlung zu fördern. Der Umfang der Transformation ist in Abbildung5 dargestellt. Diese Ergebnisse werden im nächsten Abschnitt kurz besprochen.

Was die Charakterisierung von 4-(1-Methyl-1H-Pyrrol-2-yl) Benzonitril betrifft, so weisen die 1-H und 13C NMR-Spektren auf die Bildung der reinen Verbindung hin (Abbildung6A, B). Die spektroskopischen Daten entsprechen den bisher gemeldeten32.

1 H NMR (400 MHz, CDCl3), (ppm): 7.66 (d, J = 8,6 Hz, 2H), 7.50 (d, J = 8,6 Hz, 2H), 6.78 (App. t, J = 2,1 Hz, 1H), 6.35 (dd, J = 3,7 und 1.8 Hz, 1H), 6.23 (dd , J = 3,7 und 2,7 Hz, 1H), 3,71 (s, 3H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl3) (ppm): 137.8, 132,7, 132.3, 128.4, 125.9, 119.1, 110.8, 109,8, 108,7, 35.6.

Abbildung 3 veranschaulicht die drei Versuchsaufbauten, die erfolgreich eingesetzt wurden, um die direkte Arylierung von (Hetero) Arenen mit Arylhaliden unter photoredox-Bedingungen durchzuführen. Die Reaktion kann in einem Fotoreaktor mit Bestrahlung bei 420 nm Wellenlänge (Abbildung 3A) durchgeführt werden, mit handelsüblichen blauen LEDs (Abbildung3B), oder mit einem Photochemie-Gerät mit einer blauen LED-Lampe (440 nm, 34 W) (Abbildung 3C). Eine kurze Diskussion über den Wirkungsunterschied zwischen den drei Versuchsaufbauten wird im nächsten Abschnitt geführt.

Photoinduzierte radikale Dominoradisierung von ynamiden und cyanamides
Die Radfahrerei von N-Benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3-yl) Methyl] Cyanamid zu Lupo A ist repräsentativ für Die Verwendung von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 zur Förderung der radikalen Dominozyklisierung von ynamiden und cyanamiden, die eine Die iodoaryl-Untereinheit ist geeignet. Diese Radfahrerkrankungen, die einen effizienten und unkomplizierten Zugang zu Tri-, Tetra-und Pentacyclic-Stickstoff-Heteroyklen an den Kernstrukturen verschiedener Naturprodukte ermöglichen, sind in Abbildung7 dargestellt. Diese Ergebnisse werden im nächsten Abschnitt kurz besprochen.

Die NMR-Spektren 1 H und 13C weisen auf die Bildung des reinen Naturprodukts Luotonin A hin (Abbildung8A, B). Die spektroskopischen Daten entsprechen den bisher gemeldeten33.

1 H NMR (300 MHz, CDCl3) (ppm): 8,49-8,41 (m, 3 H), 8,12 (d, J = 7,8 Hz, 1H), 7,95 (d, J = 7,5 Hz, 1 H), 7,89-7,82 (m, 2 H), 7,71-7,66 (m, 1 H), 7,58 (t, J = 8,1 Hz, 1 H), 5,34 (s, 2 H). 13 C NMR (75 MHz, CDCl3) und (ppm): 160.8, 152.7, 151.3, 149,5 (2 C), 134.7, 131,6, 130.8 (2 C), 129,5, 128,9 (2 C), 128,6, 128,0, 127,5, 126.5, 121.4, 47,4.

Figure 1
Bild 1 . [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 als allgemeiner Kupferkatalysator. (A). Allgemeine Eigenschaften von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6. B). Allgemeiner Mechanismus zur Aktivierung von organischen Haloden. C) repräsentative Transformationen, einschließlich Reduktions-, Direktaryrier-und Radfahrerreaktionen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figure 2
Bild 2 . Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 und Anwendung in der organic/natürlichen Produktsynthese. (A). Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6. (B). Direkte Arylierung von N-MethylpyrRolle. (C). Radikale Radfahrerei zu luotonin A. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figure 3
Bild 3 . Experimentelle Setups, die für die direkte Arylierung von (Hetero) Arenen unter photoredox-Bedingungen verwendet werden. (A). Fotoreactor. (B). Blaue LEDs. (C). Photochemie-Gerät und blaue LED-Lampe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figure 4
Bild 4 . Charakterisierung von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6. (A) 1 H NMR Spektrum (CDCl 3, 400 MHz,23 ° C). (B) 13 C NMR Spektrum (CDCl 3, 100 MHz,23 ° C). (C). UV/Vis absorptionsspektrum (Acetonitril, Argon, 23 ° C). (D). Emissionsspektrum (Acetonitril, Argon, 23 ° C). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figure 5
Bild 5 . Kupfer katalysierte photoredox-Direktarylen von (Hetero) Arenen mit Arylhaliden. Untergeschichtenbereich. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figure 6
Bild 6 . Charakterisierung von 4-(1-Methyl-1H-Pyrrol-2-yl) Benzonitril. (A) 1 H NMR Spektrum (CDCl 3, 400 MHz,23 ° C). (B) 13 C NMR Spektrum (CDCl 3, 100 MHz,23 ° C). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figure 7
Bild 7 . Photoinduzierte radikale Dominoradisierung von ynamiden und cyanamides. Untergeschichtenbereich. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figure 8
Bild 8 . Charakterisierung von Luponin A. (A) 1 H NMR Spektrum (CDCl 3, 300 MHz,23 ° C). (B) 13 C NMR Spektrum (CDCl 3,75 MHz,23 ° C). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6
Die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 wird in der Regel mit trockenem Dichlormethan (destilliert vor der Verwendung) und unter Argon durchgeführt, um den höchsten Ertrag, Reinheit und eine gute Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Wie im Protokoll erwähnt, kann die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 mit regelmäßigem Dichlormethan (99,8%) durchgeführt werden. An/oder unter Luft mit variabler Effizienz. Während die Verwendung von regelmäßigem Dichlormethan unter Argon den gleichen Wirkungsgrad (89% Ertrag) erbrachte, liefert die Durchführung der Reaktion mit destilliertem Dichlormethan unter Luft nur den gewünschten Komplex in einem Ertrag von 75%. Schließlich bietet die Durchführung der Reaktion mit nicht destilliertem Deschlormethan unter Luft den gewünschten Komplex mit einer deutlich geringeren Reinheit (ca. 70%, wie von 1 H NMR mit einem internen Standard geschätzt). Daraus kann man schließen, dass die Qualität des verwendeten Dichlormethan keinen starken Einfluss auf die Effizienz der Reaktion (hoher Ertrag und Reinheit) hat, vorausgesetzt, dass die Reaktion unter Argon durchgeführt wird. Auf der anderen Seite ist die Durchführung der Reaktion unter Luft nicht zu empfehlen, da sie den gewünschten Komplex mit reduzierter Effizienz und, was noch wichtiger ist, mit geringerer Reinheit in Kombination mit nicht destilliertem Dichlormethan ermöglicht.

Kupferkatalysierte Photoredox-Direktaryrierung von (Hetero) Arenen mit Arylhaliden
Wie in Abbildung5 dargestellt, wurde die Reaktion als ziemlich allgemein empfunden, da eine Reihe von 2-arylierten Pyrrollen zu guten bis zu guten Erträgen erzielt wurden. Bemerkenswert sind, dass Aryl-Jod, die durch ein Bromid oder ein Boronat ersetzt werden, bequeme Ausgangsstoffe sind und somit einen Ansatzpunkt für eine weitere Funktionalisierung und Verwertung der entsprechenden Biarylen bieten. Auch boc-geschützte Pyrrollen wurden mit einer Vielzahl von Aryl-Joden leicht ausgebüxiert, während die Reaktion auch auf die Arylierung einiger elektronenreicher Benzolringe wie 2,4,6-Mesitylen, 2,4,6-Trimethoxybenzol und 1,3- dimethoxybenzene. Schließlich könnten auch anspruchsvollere elektronenarme Arylbromide für die direkte Arylierung von N-Methylpyrrole verwendet werden, während unaktivierte Arylbromide und Arylchloride unter den Reaktionsbedingungen, die wahrscheinlich die wichtigsten darstellen, nicht reaktiv sind. Begrenzung dieses Verfahrens. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 die Kohlenstoff-– Halogenbindung mehrerer Arylhalide effizient aktiviert, um die direkte Arylierung einiger (Hetero) Arenen zu fördern, die im großen Überschuss verwendet werden müssen, um eine gute Effizienz zu erzielen. Diese Einschränkung ist jedoch in den meisten Verfahren üblich, die bisher für die gleiche Transformation gelten.

Wie im Protokollbereich erwähnt, wird die kupferkatalysierte Photoredox-Direktarylierung von (Hetero)-Arenen mit Arylhaliden hauptsächlich mit einem Fotoreaktor mit Bestrahlung von 420 nm durchgeführt. Alternativ wurde auch der Einsatz von einfacheren und leichter verfügbaren Versuchsaufbauten demonstriert, mit dem Einsatz von handelsüblichen blauen LEDS-Streifen sowie eines Photochemie-Geräts mit blauer LED-Lampe (440 nm, 34W). Interessanterweise werden mit diesen drei Geräten kleine, aber spürbare Effizienzunterschiede beobachtet. Während der Fotoreaktor und die blauen LEDs das gewünschte arylierte Produkt in vergleichbaren Erträgen (72% bzw. 76%) liefern, bietet das Photochemie-Gerät mit einer blauen LED-Lampe den höchsten Ertrag im gewünschten Produkt (86%). Das liegt wahrscheinlich an der Lichtmenge, die tatsächlich in das Reaktionsgemisch eindringt, da bekannt ist, dass die sichtbare Lichtdurchdringung in der Lösung, die fotoaktive Arten enthält, recht gering ist. In der Folge kann auch die Menge des Photoredox-Katalysators, der tatsächlich in der Lösung aktiviert wird und für die Katalyse verantwortlich ist, irgendwie begrenzt werden und zum limitierenden Faktor werden. Unter den drei Versuchsaufbauten, die für die direkte Arylierung von N-Methylpyrrole mit 4-Iodobenzonitril verwendet werden, ist das Photochemie-Gerät mit einer blauen LED-Lampe sicherlich die intensivste, die zu der höchsten Menge an angeregten komplexen und damit zu einem Höhere Effizienz. Solche Überlegungen sind auch entscheidend für die Vergrößerung solcher fotoinduzierten Prozesse, die wahrscheinlich unter kontinuierlichen Strömungsverhältnissen auf größeren Skalen 34,35bequemerdurchgeführt werden.

Photoinduzierte radikale Dominoradisierung von ynamiden und cyanamides
Wie in Abbildung7, [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 dargestellt, wurde gezeigt, dass es sich bei der radikalen Dominoradisierung verschiedener ynamides und cyanamides um einen effektiven Promoter unter sichtbarer Lichtbestrahlung handelt, der Tri-, Tetra-oder Pentacyclic-Stickstoff aushändet. Heterozyklen, zu guten Erträgen aus leicht verfügbaren Vorläufern, an den Kernstrukturen verschiedener Naturprodukte. Diese Strategie ermöglichte die Synthese von Rosettin, Luotonin A und Deoxyvasicinon, Naturprodukten von großem Interesse, die antitakter, antimikrobieller, entzündungshemmender und antidepressiver Aktivität besitzen. Bemerkenswert ist, dass die Radfahrerung von ynamiden und cyanamiden bereits von Malacria unter Verwendung klassischer Zinnbedingungen33,36oder unter photoredox-Bedingungen von Yu beschrieben worden war, indem er die stark reduzierende fac-Ir (ppy) verwendet hatte . 3 als photoredox Katalysator37. Im Vergleich zu den bisher gemeldeten Methoden scheint das neue Kupfersystem, das wir berichteten, eine attraktive Alternative zu sein, da es einen ähnlichen Substratumfang und-erträge bietet und gleichzeitig den Einsatz von hochgiftigem Bu3SnH (Malacria) vermeidet oder Teures fac-Ir (ppy) 3 (Yu). Insgesamt hat sich dieses System als effizient für die Aktivierung verschiedener unaktivierter Aryl-oder Alkyl-Kohlenstoff-Halogenbindungen erwiesen, die zu Schlüsselstrukturen in der organischen Synthese sowie in der Arzneimittelentdeckung und der Naturproduktsynthese führen.

Insgesamt unterstreichen die oben diskutierten Ergebnisse die Effizienz von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 als Alternative zu Iridium-und Ruthenium-basierten Photokatalysatoren. Ähnliche Wirkungsgrade können mit einem Kupferkatalysator erzielt werden, der sowohl viel einfacher zu bereiten als auch viel günstiger ist. Die Synthese des kopfbasierten Photokatalysators ist zudem hochmodular aufgebaut, was den Weg für die Entwicklung und Entwicklung von Katalysatoren der zweiten Generation ebnet, die sich mit den Haupteinschränkungen befassen, die mit [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 (d.h. der recht hohen Katalysator-Ladung in den meisten Fällen noch erforderlich und seine Unfähigkeit, einige Arylbromid und Arylchloride zu aktivieren).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgments

Unterstützt wurde diese Arbeit von der Université libre de Bruxelles (ULB), der Fédération Wallonie-Bruxelles (ARC Consolidator 2014-2019), Innoviris (Projekt PhotoCop) und der COST-Aktion CM1202. H.B. würdigt den Fonds für die Ausbildung à la Recherche in der Industrie et in der Landwirtschaft (F.R.I.A.) für das Graduiertenstipendium. C.T. würdigt den Fonds de la Recherche Scientifique (FNRS) für Forschungsstipendien.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Material
Bathocuproine (bcp) Acros 161340010
Acetonitrile, 99.9+ Acros 326811000
Celite 545 Acros 349670025
Bis[(2-diphenylphosphino)phenyl] ether (DPEphos) Acros 383370050
Calcium hydride Acros C/1620/48
Dichloromethane, 99.8% Fisher Chemical D/1852/25
Dietyl ether, >= 99% Fisher Chemical D/2400/MS21
Ethyl acetate Fisher Chemical E/0900/25
N-Methylpyrrole, 99% Sigma Aldrich M78801
4-Iodobenzonitrile, 98% Combi-Blocks OR-3151
Petroleum ether (40-60 °) Fisher Chemical P/1760/25
Potassium carbonate, anhydrous Fisher Chemical P/4120/60
Tetrakisacetonitrile copper(I) hexafluorophosphate, 97% Sigma Aldrich 346276
Equipment
1H and 13C NMR spectrometer Bruker Avance 300 Spectrometer
1H and 13C NMR spectrometer Varian VNMRS 400 Spectrometer
420 nm light tubes Luzchem LZC-420
Blue LEDs lamp Kessil H150-Blue
Blue LEDs strips Eglo 92065
Photochemistry Device PhotoRedOx Box Hepatochem HCK1006-01-016
Photoreactor Luzchem CCP-4V
Spectrofluorimeter Shimadzu RF-5301PC
UV/Vis spectrometer Perkin Elmer Lambda 40

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Encyclopedia of Radicals in Chemistry, Biology and Materials. Chatgilialoglu, C., Studer, A. , Chechester. (2012).
  2. Narayanam, J. M. R., Stephenson, C. R. J. Visible light photoredox catalysis: applications in organic synthesis. Chemical Society Reviews. 40, 102-113 (2011).
  3. Prier, C. K., Rankic, D. A., MacMillan, D. W. C. Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chemical Reviews. 113 (7), 5322-5363 (2013).
  4. Romero, N. A., Nicewicz, D. A. Organic Photoredox Catalysis. Chemical Reviews. 116 (17), 10075 (2016).
  5. Paria, S., Reiser, O. Copper in Photocatalysis. ChemCatChem. 6 (9), 2477-2483 (2014).
  6. Reiser, O. Shining Light on Copper: Unique Opportunities for Visible-Light-Catalyzed Atom Transfer Radical Addition Reactions and Related Processes. Accounts of Chemical Research. 49 (9), 1990-1996 (2016).
  7. Boyer, C., et al. Copper-Mediated Living Radical Polymerization (Atom Transfer Radical Polymerization and Copper(0) Mediated Polymerization): From Fundamentals to Bioapplications. Chemical Reviews. 116 (4), 1803-1949 (2016).
  8. Paria, S., Reiser, O. Visible Light and Copper Complexes: A Promising Match in Photoredox Catalysis. Visible Light Photocatalysis in Organic Chemistry. Stephenson, C. R. J., Yoon, T. P., MacMillan, D. W. C. , Wiley-VCH. 233-252 (2018).
  9. Grutsch, P. A., Kutal, C. Photobehavior of copper(I) compounds. Role of copper(I)-phosphine compounds in the photosensitized isomerization of norbornadiene. Journal of the American Chemical Society. 101 (15), 4228-4233 (1979).
  10. Mitani, M., Kato, I., Koyama, K. Photoaddition of alkyl halides to olefins catalyzed by copper(I) complexes. Journal of the American Chemical Society. 105 (22), 6719-6721 (1983).
  11. Kern, J. -M., Sauvage, J. -P. Photoassisted C-C coupling via electron transfer to benzylic halides by a bis(di-imine) copper(I) complex. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. , 546-548 (1987).
  12. Creutz, S. E., Lotito, K. J., Fu, G. C., Peters, J. C. Photoinduced Ullmann C-N coupling: demonstrating the viability of a radical pathway. Science. 338 (6107), 647-651 (2012).
  13. Kainz, Q. M., Matier, C. D., Bartoszewicz, A., Zultanski, S. L., Peters, J. C., Fu, G. C. Asymmetric copper-catalyzed C-N cross-couplings induced by visible light. Science. 351 (6274), 681-684 (2016).
  14. Matier, C. D., Schwaben, J., Peters, J. C., Fu, G. C. Copper-Catalyzed Alkylation of Aliphatic Amines Induced by Visible Light. Journal of the American Chemical Society. 139 (49), 17707-17710 (2017).
  15. He, J., Chen, C., Fu, G. C., Peters, J. C. Visible-Light-Induced, Copper-Catalyzed Three-Component Coupling of Alkyl Halides, Olefins and Trifluoromethylthiolate to Generate Trifluoromethyl Thioethers. ACS Catalysis. 8 (12), 11741-11748 (2018).
  16. Pirtsch, M., Paria, S., Matsuno, T., Isobe, H., Reiser, O. [Cu(dap)2Cl] As an Efficient Visible-Light-Driven Photoredox Catalyst in Carbon-Carbon Bond-Forming Reactions. Chemistry - A European Journal. 18 (24), 7336-7340 (2012).
  17. Paria, S., Pirtsch, M., Kais, V., Reiser, O. Visible-Light-Induced Intermolecular Atom-Transfer Radical Addition of Benzyl Halides to Olefins: Facile Synthesis of Tetrahydroquinolines. Synthesis. 45 (19), 2689-2698 (2013).
  18. Knorn, M., Rawner, T., Czerwieniec, R., Reiser, O. [Copper(phenanthroline(bisisonitrile)]+-Complexes for the Visible-Light-Mediated Atom Transfer Radical Addition and Allylation Reactions. ACS Catalysis. 5 (9), 5186-5193 (2015).
  19. Bagal, D. B., Kachkovskyi, G., Knorn, M., Rawner, T., Bhanage, B. M., Reiser, O. Trifluoromethylchlorosulfonylation of Alkenes: Evidence for an Inner-Sphere Mechanism by a Copper Phenanthroline Photoredox Catalyst. Angewandte Chemie International Edition. 54 (24), 6999-7002 (2015).
  20. Hossain, A., et al. Visible-Light-Accelerated Copper(II)-Catalyzed Regio- and Chemoselective Oxo-Azidation of Vinyl Arenes. Angewandte Chemie International Edition. 57 (27), 8288-8292 (2018).
  21. Hernandez-Perez, A. C., Vlassova, A., Collins, S. K. Toward a Visible Light Mediated Photocyclization: Cu-Based Sensitizers for the Synthesis of [5]Helicene. Organic Letters. 14 (12), 2988-2991 (2012).
  22. Baralle, A., Fensterbank, L., Goddard, J. -P., Ollivier, C. Aryl Radical Formation by Copper(I) Photocatalyzed Reduction of Diaryliodonium Salts: NMR Evidence for a CuII/CuI Mechanism. Chemistry - A European Journal. 19 (23), 10809-10813 (2013).
  23. Hernandez-Perez, A. C., Collins, S. K. A Visible-Light-Mediated Synthesis of Carbazole. Angewandte Chemie International Edition. 52 (48), 12696-12700 (2013).
  24. Tang, X. -J., Doldier, W. R. Efficient Cu-catalyzed Atom Transfer Radical Addition Reactions of Fluoroalkylsulfonyl Chlorides with Electron-Deficient Alkenes Induced by Visible Light. Angewandte Chemie International Edition. 54 (14), 4246-4249 (2015).
  25. Fumagalli, G., Rabet, P. T. G., Boyd, S., Greaney, M. F. Three-Component Azidation of Styrene-Type Double Bonds: Light-Switchable Behavior of a Copper Photoredox Catalyst. Angewandte Chemie International Edition. 54 (39), 11481-11484 (2015).
  26. Demmer, C. S., Benoit, E., Evano, G. Synthesis of Allenamides by Copper-Catalyzed Coupling of Propargylic Bromides and Nitrogen Nucleophiles. Organic Letters. 18 (6), 1438-1441 (2016).
  27. Theunissen, C., Wang, J., Evano, G. Copper-catalyzed direct alkylation of heteroarenes. Chemical Science. 8, 3465-3470 (2017).
  28. Michelet, B., Deldaele, C., Kajouj, S., Moucheron, C., Evano, G. A General Copper Catalyst for Photoredox Transformations of Organic Halides. Organic Letters. 19 (13), 3576-3579 (2017).
  29. Baguia, H., Deldaele, C., Romero, E., Michelet, B., Evano, G. Copper-Catalyzed Photoinduced Radical Domino Cyclization of Ynamides and Cyanamides: A Unified Entry to Rosettacin, Luotonin A, and Deoxyvasicinone. Synthesis. 50 (15), 3022-3030 (2018).
  30. Deldaele, C., Michelet, B., Baguia, H., Kajouj, S., Romero, E., Moucheron, C., Evano, G. A General Copper-based Photoredox Catalyst for Organic Synthesis: Scope Application in Natural Product Synthesis and Mechanistic Insights. CHIMIA. 72 (9), 621-629 (2018).
  31. Luo, S. -P., et al. Photocatalytic Water Reduction with Copper-Based Photosensitizers: A Noble-Metal-Free System. Angewandte Chemie International Edition. 52 (1), 419-423 (2013).
  32. Gryko, D. T., Vakuliuk, O., Gryko, D., Koszarna, B. Palladium-Catalyzed 2-Arylation of Pyrroles. The Journal of Organic Chemistry. 74 (24), 9517-9520 (2009).
  33. Servais, A., Azzouz, M., Lopes, D., Courilon, C., Malacria, M. Radical Cyclization of N-Acylcyanamides: Total Synthesis of Luotonin A. Angewandte Chemie International Edition. 46 (4), 576-579 (2007).
  34. Cambié, D., Bottecchia, C., Straathof, N. J. W., Hessel, V., Noël, T. Applications of Continuous-Flow Photochemistry in Organic Synthesis, Material Science, and Water Treatment. Chemical Reviews. 116 (17), 10276-10341 (2016).
  35. Straathof, N. J. W., Noël, T. Accelerating Visible-Light Photoredox Catalysis in Continuous-Flow Reactors. Visible Light Photocatalysis in Organic Chemistry. Stephenson, C. R. J., Yoon, T. P., MacMillan, D. W. C. , Wiley-VCH. 389-413 (2018).
  36. Marion, F., Courillon, C., Malacria, M. Radical Cyclization Cascade Involving Ynamides: An Original Access to Nitrogen-Containing Heterocycles. Organic Letters. 5 (26), 5095-5097 (2003).
  37. Han, Y. -Y., Jiang, H., Wang, R., Yu, S. Synthesis of Tetracyclic Quinazolinones Using a Visible-Light-Promoted Radical Cascade Approach. The Journal of Organic Chemistry. 81 (16), 7276-7281 (2016).

Tags

Chemie Ausgabe 147 Kupferkatalyse photoredox-Katalyse sichtbares Licht radikale Reaktionen C-H-Arylierung Radikalradfahrerei Naturprodukte Cyanamide ynamide luotonin A
[(DPEPhos) (bcp) Cu] PF<sub>6</sub>: Ein allgemeiner und im Breitem anwendbarer kopierbarer Photoredox Catalyst
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Baguia, H., Deldaele, C., Michelet,… More

Baguia, H., Deldaele, C., Michelet, B., Beaudelot, J., Theunissen, C., Moucheron, C., Evano, G. [(DPEPhos)(bcp)Cu]PF6: A General and Broadly Applicable Copper-Based Photoredox Catalyst. J. Vis. Exp. (147), e59739, doi:10.3791/59739 (2019).

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