Anwendung der elementaren Lanthanoide bei der selektiven C-F-Aktivierung von Trifluormethylierten Benzofulvenes bietet Zugang zu verschiedenen Difluoroalkenes

Diese Methode kann neue Einblicke in die Reduktionschemie von Lanthanoidenmetallen im Bereich der organischen Chemie liefern, wie in diesem Fall in C-F-Aktivierungsreaktionen gezeigt wird. Der Hauptvorteil dieser Technik, die auf alle Lanthanidmetalle angewendet werden kann, besteht darin, dass sie hochreaktive Metalle für eine Vielzahl von organischen und organometallischen Reaktionen liefert. Synthetisieren Sie vor dem Eingriff das gewünschte trifluormethylierte Benzofulven und Nitroalken.

Am Tag vor der Reaktion werden zwei Milliliter wasserfreies Tetrahydrofuran destilliert und über aktivierten Molekularsieben gelagert. Füllen Sie außerdem eine Metallfeile, eine Zange, Aluminiumfolie, einen flachen Polypropylenbehälter, ein ofengetrocknetes Reagenzglas von fünf Millilitern und zwei Gummisepten in ein mit Stickstoff oder Argon gefülltes Handschuhfach. Messen Sie zunächst 65 Millimol des trifluormethylierten Benzofulvens ab und geben Sie es in ein ofengetrocknetes 50-Milliliter-Schlenk-Röhrchen, das mit einem ofengetrockneten magnetischen Rührstab ausgestattet ist.

Verschließen Sie den Schlenk-Schlauch mit einem PTFE-ausgekleideten Kunststoff-Schraubverschluss. Klemmen Sie das Rohr über einen Magnetrührer und verbinden Sie den Seitenarm mit einer Schlenk-Leitung. Beginnen Sie mit dem Rühren bei etwa 700 bis 800 U/min und öffnen Sie das Rohr zum Vakuumieren.

Trocknen Sie das Benzofulven zehn Minuten lang unter Vakuum und entlüften Sie dann das Röhrchen mit Stickstoff oder Argongas. Wiederholen Sie den Trocknungsvorgang noch zweimal, insgesamt dreimal. Füllen Sie dann das Rohr mit Inertgas und schließen Sie den Absperrhahn.

Übertragen Sie den Schlauch in das mit Schutzgas gefüllte Handschuhfach. Legen Sie ein Stück Alufolie anstelle des Wägepapiers auf die Waage im Handschuhfach. Legen Sie die Polypropylenplatte mit einem weiteren Stück Aluminiumfolie aus, um Metallspäne aufzufangen.

Halten Sie dann das große Stück Dysprosiummetall mit der Zange fest. Feilen Sie die äußere, inaktive Schicht des Metalls über der mit Folie ausgekleideten Platte ab und achten Sie darauf, den Kontakt zwischen der Feile und der Zange zu vermeiden, um die Metallkontamination zu minimieren. Messen Sie dann 82 Milligramm frisch gefeiltes Dysprosiummetall.

Legen Sie das Metall in das Schlenk-Rohr und verschließen Sie das Rohr mit einem Gummiseptum. Messen Sie danach 200 Milligramm wasserfreies Aluminiumchlorid in ein Reagenzglas und verschließen Sie das Röhrchen mit dem zweiten Gummiseptum. Nehmen Sie das Schlenk-Röhrchen und das Reagenzglas aus dem Handschuhfach, wenn Sie bereit sind, mit der C-F-Aktivierung zu beginnen.

Klemmen Sie das Schlenk-Rohr über einen Magnetrührer und schließen Sie es an die Schlenk-Leitung an. Führen Sie drei Zyklen durch, in denen Sie die Mischung zehn Minuten lang unter Vakuum trocknen und das Rohr erneut mit Inertgas füllen. Halten Sie dann das Schlenk-Rohr unter einen Überdruckstrom von Inertgas und beginnen Sie, das trockene Gemisch zu rühren.

Klemmen Sie das Reagenzglas mit Aluminiumchlorid in die Haube und verbinden Sie das Reagenzglas über eine Nadel durch das Septum mit einem positiven Inertgasstrom. Geben Sie anschließend 10-12 Milligramm Jod in das Schlenk-Rohr unter einem positiven Strom von Inertgas. Spülen Sie dann eine trockene Zwei-Milliliter-Plastikspritze, die mit einer 120-Millimeter-Injektionsnadel mit 21 Gauge ausgestattet ist, indem Sie die Spritze mit Inertgas füllen und dreimal ausstoßen.

Ziehen Sie 1,5 Milliliter des frisch destillierten, trockenen THF in die gereinigte Spritze. Geben Sie 5 Milliliter THF in das Schlenk-Röhrchen, um eine tiefbraune Lösung zu erhalten. Den restlichen Milliliter THF tropfenweise zum Aluminiumchlorid geben.

Schwenken Sie das Röhrchen bei Bedarf vorsichtig, um das Aluminiumchlorid aufzulösen. Anschließend ziehen Sie die noch warme, gelblich gefärbte Aluminiumchloridlösung in die Spritze und geben sie zum Reaktionsgemisch im Schlenk-Röhrchen. Rühren Sie das Reaktionsgemisch so lange weiter, bis das Benzofulven vollständig verbraucht ist, was in der Regel etwa eine Stunde dauert.

Das Gemisch wird zunächst gelbbraun und dann trüb, dunkelgrün. In der Zwischenzeit werden in ein ofentrockenes Reagenzglas 5 Millimol des gewünschten Nitroalkens gemessen. Verschließen Sie den Schlauch mit einem Gummistopfen und beginnen Sie, das Nitroalken unter Vakuum über eine Nadel durch das Septum zu trocknen.

Nachdem die Reaktion eine Stunde lang abgelaufen ist, wird eine Probe des Gemisches mit einer zehn Zentimeter großen Kapillare für die Dünnschichtchromatographie entnommen. Eluieren Sie die Probe mit Petrolether und prüfen Sie, ob ein heller gelber Fleck von Benzofulven vorhanden ist. Sobald das Benzofulven verbraucht wurde, füllen Sie die Tube mit Nitroalken mit Inertgas.

Geben Sie dann das trockene Nitroalken unter positivem Inertgasstrom in das Schlenk-Rohr. Das Reaktionsgemisch wird gelbgrün. Rühren Sie die Mischung so lange weiter, bis das Nitroalken verbraucht ist, was in der Regel etwa eine Stunde dauert.

Bewerten Sie den Nitroalkenverbrauch über TLC, mit einem Gemisch aus Erdölether und Ethylacetat von 95 bis 5 Vol.-% als Eluant. Nach Abschluss der Reaktion wird das Produktgemisch mit 20 Millilitern Diethylether verdünnt. Bei geöffnetem Schlenk-Rohr im Abzug das Gemisch mit fünf Millilitern einer wässrigen Salzsäurelösung von einem Mol pro Liter abschrecken.

Extrahieren Sie schließlich das Produkt in Diethylether, trocknen Sie den Extrakt über einem Magnesiumsulfat und reinigen Sie das Produkt mit einer Kieselgelsäulenchromatographie. Der vorgeschlagene Reaktionsmechanismus beinhaltet eine Lanthanid-vermittelte CF-Aktivierung, Transmetallierung und Nitroalken-Addition. Die Fluor-NMR des Rohprodukts zeigte zwei Sätze von zwei Dubletten, die den Difluroalkengruppen der diastereomeren Produkte zugeordnet wurden.

Es wurde eine geringe Menge des hydrolysierten Produkts beobachtet, was auf den Überschuss des Ausgangsbenzofulvens zurückzuführen ist. Eine signifikante Menge an hydrolysiertem Produkt wird beobachtet, wenn Feuchtigkeit in das Reaktionsgemisch eingedrungen ist oder wenn die Reaktion vor Abschluss der Nitroalkenzugabe abgeschreckt wurde. Ausgangsmaterial kann beobachtet werden, wenn die C-F-Aktivierung nicht vollständig abgeschlossen wurde, was auf ein unzureichend reaktives Lanthanid hinweisen könnte.

Die Diastereomere konnten durch langsame Elution auf einer langen Kieselgelsäule getrennt werden. Unter Verwendung von Dysprosium verlief die Reaktion mit einem Bereich von zwei Nitroalkenen gut. Während 2-Thienyl-substituiertes Benzofulven erfolgreich mit para-Chlorphenylnitroalken reagierte.

Unter ähnlichen Bedingungen trat keine Reaktion auf, wenn Benzofulven durch die elektronenreiche para-Dimethylaminophenylgruppe substituiert wurde. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man mit reaktiven Lanthanoid-Metallen unter inerter Atmosphäre umgeht und wie man das starke Reduktionspotenzial für interessante und synthetische Verfahren nutzen kann.