إعداد Hexahelicene functionalized Corannulene من قبل النحاس (I) -catalyzed Cycloaddition آلكاين-أزيد من وحدات Nonplanar العطرية المتعددة

الهدف العام من هذا البروتوكول هو تخليق هيكساهيليسين وظيفي من الكورانولين، وهو مركب عضوي معقد يتكون من ثلاث وحدات متعددة العطريات غير مستوية تم تجميعها بواسطة كيمياء النقر. وتتكون الطريقة من مجموعة من ست خطوات تفاعلية في عملية تخليق تعتمد على عدة إجراءات عضوية شائعة، مثل تفاعلات الجذور الحرة، أو اقتران كربون-كربون، أو كيمياء النقر.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه الطريقة في أنه من خلال إجراء تعديلات طفيفة على هذه التفاعلات المعروفة جيداً، يمكن تحقيق نتائج مماثلة للمركبات متعددة الحلقات العطرية غير المستوية. ويمكن لهذه الطريقة أن توفر رؤية أعمق حول كيمياء هذه العائلة الخاصة. ونظراً لأن سلوكها لا يشبه إلى حد كبير سلوك المركبات العطرية المستوية، فيمكن تطبيقها أيضاً على أنظمة مثل tetrathiafulvalene الممتد أو 7 annulene.

لقد خطرت لنا فكرة هذا البروتوكول لأول مرة من خلال عملنا المتعلق بالتعرف على المضيف والضيف عند محاولة تجميع وحدتين من الكوريونيك في سقالة هليسينية. لبدء عملية إزالة البروم، قم بوزن 0.356g من 2, 15 dimethylhexyl helicene، و374g من n bromosuccinimide المعاد بلورته حديثاً، و24mg من benzoyl peroxide.

ضع جميع المواد الصلبة في دورق شلينك سعة 100ml مع قضيب تحريك مغناطيسي. ضع المواد الصلبة تحت جو من النيتروجين عن طريق ثلاث دورات من تفريغ الغاز متبوعة بإعادة الملء بغاز خامل في خط شلينك. ثم أضف 21ml من رباعي كلوريد الكربون.

قم بإزالة الغازات من المحلول من خلال عملية التفريغ وإعادة الملء نفسها مع التقليب القوي. واحرص على منع الفقدان الكبير للمذيب. قم بعملية الارتجاع للمزيج عند 77 درجة Celsius، باستخدام حمام زيتي لمدة أربع ساعات.

يمكن متابعة التفاعل عن طريق الرنين المغناطيسي النووي للبروتون أو مطيافية NMR. يجب أن تظهر ثنائيات بين 3.7 parts per million و 4.0 parts per million مما يشير إلى وجود مجموعات ميثيلين دياستيروتوبية. بمجرد الانتهاء، يُبرد المزيج إلى درجة حرارة الغرفة ويُزال المذيب تحت تفريغ هوائي.

قم بتجهيز مصيدة مملوءة بالنيتروجين السائل لتجنب تلوث المضخة. أعد إذابة المادة الخام في 30ml من ثنائي كلورو ميثان. ثم انقل المحلول إلى دورق مستدير القاع واخلطه مع 4g من هلام السيليكا.

ركّز الخليط باستخدام المبخر الدوار. وفي هذه الأثناء، املأ عموداً بهلام السيليكا المخلوط مسبقاً مع الهكسان وأسيتات الإيثيل كطور متحرك. أضف الخليط إلى أعلى العمود، ثم أضف طبقة من الرمل بسمك 2cm.

اسكب الطور المتحرك الجديد بعناية. قم بإجراء عملية الكروماتوغرافيا عن طريق جمع الكسور في أنابيب اختبار بمعدل 20ml لكل أنبوب، و4ml لكل أنبوب بالقرب من محلول المنتج المتوقع. افحص الكسور باستخدام كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة مع ذات الطور المتحرك وصوّرها تحت الأشعة فوق البنفسجية.

يجب أن يخرج المنتج المتوقع عند عامل استبقاء قدره 0.35 على شكل زيت أصفر بعد تجميع كافة الكسور المطلوبة وإزالة المذيب في المبخر الدوار. لإجراء عملية التخليق، قم بوزن 0.103g من 2, 15 bis bromomethyl hexahelicene و 0.390g من sodium azide. ضع المادتين الصلبتين في دورق شلينك سعة 50ml مجهز بقضيب تحريك مغناطيسي وضعه تحت جو من النيتروجين.

بعد ذلك، اخلط 8.6ml من رباعي هيدرو الفوران مع 5.2ml من الماء واسكب خليط المذيبات في دورق شلينك. وبعد إزالة الغازات من المحلول، يتم التكثيف الارتجاعي عند 65 درجة مئوية لمدة ثلاث ساعات. تحقق من التفاعل باستخدام رنين البروتون النووي المغناطيسي (proton NMR).

يجب أن تنزاح إشارات مجموعة الميثيلين إلى 3.75 جزء في المليون. بعد ذلك، يُبرّد المزيج حتى درجة حرارة الغرفة ويُزال رباعي هيدرو الفوران تحت تفريغ هوائي. ثم تُخفف العينة بـ 50ml من الماء.

انقل المزيج إلى قمع فصل واستخلص ثلاث مرات باستخدام 40ml من dicholoromethane. ادمج جميع الأطوار العضوية واغسلها بـ 50ml من الماء المقطر. قم بتنقية الناتج الخام عن طريق الكروماتوغرافيا العمودية على هلام السيليكا باستخدام hexane ethylacetate كطور متحرك، للحصول على زيت أصفر عند معامل استبقاء قدره 0.38.

مقابل 2، 15-بيس-أزو ميثيل هيكساهيليسين. يجب الحصول على 70mg، وهو ما يعادل حصيلة إنتاج تبلغ 80%. في هذه المرحلة من الإجراء، هناك ثلاث خطوات إضافية للحصول على إيثينيل كارنولين. تتضمن التفاعلات استبدال عطري إلكتروفيلي بمساعدة الميكروويف، يليه اقتران سونوجاشيرا وحماية عميقة لاحقة.

جميع هذه الإجراءات مفصلة في البروتوكول النصي. قم بوزن 15.3mg من two 15 bis asomethylhexahelicine، و20.0mg من ethinyl carnoline، و1.4mg من ascorbic acid sodium salt، و1.7mg من copper two sulfate pentahydrate. ضع جميع المواد الصلبة في قارورة Schlenk سعة 50ml مجهزة بقضيب مغناطيسي وضعها تحت جو من النيتروجين.

تعد عملية إزالة الغازات من خليط المذيبات بدقة خطوة بالغة الأهمية. اخلط 3ml من الماء و 12ml من tetrahydrofuran واسكب الخليط في دورق schlenk. قم بإزالة الغازات من المحلول تماماً.

تتمثل النقطة المهمة الثانية في فحص التفاعل بشكل دوري لضمان الحفاظ على حجم المذيب ودرجة الحرارة المناسبين؛ وإلا فقد يتطلب التفاعل وقتاً أطول للوصول إلى تركيب الإيثينيل المطلوب. يتم التسخين عند 65 °C لمدة ثلاثة أيام مع توصيل مكثف بالجزء العلوي من الدورق.

افحص التفاعل بشكل دوري للتحكم في درجة الحرارة والتقليب وحجم المذيب. تحقق من التفاعل باستخدام الرنين المغناطيسي النووي البروتوني (proton NMR). يجب أن تختفي الإشارة عند 3.48 parts per million وتنتقل إلى 7.27 parts per million، مما يشير إلى استهلاك ethinyl carnoline ووجود وحدة triazol.

عند الانتهاء، قم بإزالة رباعي هيدرو الفوران تحت تفريغ الهواء، ثم خفف المزيج بإضافة 20ml من الماء. انقل المزيج إلى قمع فصل واغسل الدورق بـ 20ml من ثنائي كلورو ميثان. بعد استخلاص المزيج ثلاث مرات باستخدام ثنائي كلورو ميثان، اجمع كافة الأطوار العضوية في دورق مستدير القاع وقم بتركيزها باستخدام مبخر دوار.

قم بتنقية المادة الخام بواسطة كروماتوغرافيا العمود على هلام السيليكا مع الشطف باستخدام الهكسان وأسيتات الإيثيل للحصول على المادة الصلبة ذات اللون الأصفر الشاحب عند عامل استبقاء قدره 0.59. يجب الحصول على 27mg، وهو ما يعادل حصيلة تفاعل بنسبة 75%. يمكن تحضير Carnoline و 2, 15 dimethylhexahelicine باتباع الطرق الحالية بطريقة مباشرة وبحصائل جيدة جداً. يتشارك مسارا التفاعل في جزيء مشترك، وهو 2, 7 dimethylnaphthalene كمادة بادئة.

وفقاً لمسار التخليق الحالي، تم تحضير المركب النهائي ضمن ست خطوات من الجزيئات المذكورة، مما أدى إلى تحول التخليق من تباعدي إلى تقاربي. يعتمد التجميع النهائي على الاستراتيجية الشهيرة للإضافة الحلقية للأزيد والألكين المحفزة بالنحاس 1، والمعروفة باسم تفاعل النقرة (click reaction). باتباع هذا الإجراء، يمكن تحضير جزيء عضوي معقد قادر على إقامة تفاعلات فوق جزيئية مع الفوليرين في أوقات معقولة وبإنتاجية جيدة.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، سيكون لديك فهم جيد لكيفية التطبيق الناجح للتفاعلات المعروفة في الكيمياء العضوية التقليدية لبناء رؤية متعددة الخطوات نحو جزيئات عطرية متعددة غير مستوية ومعقدة ذات خصائص مثيرة للاهتمام.