Se desarrolló un protocolo simple y práctico para la adición eficiente de bromuros monoorganozinc funcionalizados a α cíclico, carbonilos β-insaturados para amueblar los centros cuaternarios de carbono.
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Artículo de método
Síntesis eficiente de los centros cuaternarios de carbono a través de la adición conjugada de bromuros Monoorganozinc funcionalizados
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Resumen
Resumen
La adición de los reactivos organometálicos al α, los carbonilos β-insaturados representa un método importante para generar los enlaces c-c en la preparación de los centros cuaternarios de carbono. Aunque las adiciones conjugadas de reactivos organometálicos se realizan típicamente utilizando reactivos de organolitio o Grignard altamente reactivos, los reactivos organozinc han atraído la atención por su quimioselectividad mejorada y su reactividad leve. A pesar de los numerosos avances recientes con diorganozinc más reactivo y reactivos de diorganozinc mixtos, la generación de centros cuaternarios de carbono a través de la adición conjugada de reactivos monoorganozinc funcionalizados sigue siendo un desafío. Este protocolo detalla una preparación conveniente y suave de "una olla" y conjugada mediada por cobre de bromuros de monoorganozinc funcionalizado a α cíclico, carbonilos β-insaturados para permitirse un amplio alcance de los centros cuaternarios de carbono en general excelente rendimiento y diastereoselectividad. La clave para el desarrollo de esta tecnología es la utilización de DMA como solvente de reacción con TMSCl como un ácido Lewis. Entre las ventajas notables de esta metodología se incluyen la simplicidad operativa de la preparación de reactivos organozinc ofrecida por la utilización de DMA como solvente, así como una adición eficiente conjugada mediada por varias sales Cu (I) y Cu (II). Por otra parte, un éter de sililo Enol intermedio puede ser aislado utilizando un procedimiento de trabajo modificado. El alcance del sustrato se limita a las cetonas no saturadas cíclicas, y la adición conjugada se obstaculiza por los reactivos de monoorganozinc estabilizados (por ejemplo, altil, enolato, homoenolato) y esteránicamente gravados (p. ej., neopentyl, o-aryl). Las adiciones conjugadas a anillos de cinco y siete miembros fueron efectivas, aunque en rendimientos más bajos en comparación con los sustratos de anillo de seis miembros.
Introducción
La formación de enlaces carbono-carbono es sin duda la transformación más importante y poderosa en la química orgánica. La adición conjugada de reactivos organometálicos a α, carbonilos β-insaturados comprende uno de los métodos más versátiles para la construcción de enlaces c-c, especialmente en la generación desafiante de centros cuaternarios de carbono1, 2. a pesar de la importancia central de la adición conjugada de reactivos organometálicos a la formación de centros cuaternarios, pocas metodologías abordan el reto de incorporar grupos funcionales sensibles en estas reacciones. De hecho, en la mayoría de estas transformaciones, los reactivos de organolithium, Grignard o diorganozinc altamente reactivos son los nucleófilos de elección. Estos organmetólicos reactivos, sin embargo, son incompatibles con muchos grupos funcionales sensibles, limitando así la complejidad tanto del reactivo α, β-carbonílico y organometálico, a menudo necesitando el uso de grupos de protección o estrategias alternativas en la síntesis de varios pasos.
Los reactivos monoorganozinc son una clase atractiva de reactivos organometálicos que han atraído la atención generalizada por su reactividad leve y la compatibilidad mejorada del grupo funcional3,4,5, 6. a pesar de su excepcional tolerancia al grupo funcional y la preparación trivial de los organohalogenos, hay pocos ejemplos de reactivos monoorganozinc en la adición de conjugados a β, β-disustituidos α, carbonilos β-insaturados para generar centros cuaternarios7,8,9. Además, estas transformaciones normalmente requieren cantidades estequiométricas de reactivos de cianocuprato tóxico con un informe que demuestre un mínimo de rotación del catalizador10,11,12, 13. el objetivo de nuestro estudio es establecer un método catalítico simple y práctico para la adición conjugada de reactivos monoorganozinc funcionalizados a α, carbonilos β-insaturados para generar centros cuaternarios de carbono. Hacia este fin, hemos desarrollado un protocolo utilizando n,n-dimethylacetamida (DMA) como un disolvente con Clorotrimetilsilano (tmscl) como un ácido de Lewis que permite un "una sola olla" de cobre catalizada (20 mol%) adición conjugada de reactivos monoorganozinc funcionalizados a α, carbonilos β-insaturados para generar un amplio alcance de centros cuaternarios de carbono en alto rendimiento14.
La utilización de DMA como solvente tiene varias ventajas notables sobre los métodos reportados en la literatura. La DMA mejora la eficiencia de la inserción de zinc en organohalodios, lo que evita el requisito de aditivos costosos e higroscópicos como el LiCl empleado en los sistemas de disolventes etéreos15. Esto también amplía el alcance de la inserción directa de zinc de los organoiodiidos sensibles, a menudo comercialmente no disponibles, a organobromides16más estables y ampliamente accesibles. El protocolo que se detalla en el presente documento genera reactivos de monoorganozinc Alquilo (2) a partir de diversos organobromides, que se utilizan in situ en la formación de un complejo de cuprato reactivo que involucra las cetonas de α cíclica, β-insaturadas en una reacción de adición conjugada ( Figura 1). El DMA también permite que la reacción proceda con fuentes de cobre más baratas y menos tóxicas, tales como CuBr · DMS, eliminando residuos tóxicos estequiométricos generados con cucn utilizado en otros informes10,11,12,13. Nuestras condiciones de reacción estándar proporcionan acceso a un amplio alcance de cetonas β-cuaternarias (5) con aceptores conjugados de anillos de cinco, seis y siete miembros obtenidos a través de la hidrólisis de un éter de sililo Enol intermedio (4). El éter de sililo Enol intermedio se observó que era moderadamente estable y podría ser aislado en excelente rendimiento utilizando un procedimiento de trabajo modificado.
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Protocolo
PRECAUCIÓN: Consulte las hojas de datos de seguridad del material (MSDS) antes de utilizar los productos químicos en este procedimiento. Utilice equipos de protección personal (EPP) apropiados, incluyendo gafas de seguridad, una capa de laboratorio y guantes de nitrilo o butilo, ya que muchos de los reactivos y disolventes son corrosivos, tóxicos o inflamables. Llevar a cabo todas las reacciones en una campana de humo. Es necesario para el vidrio seco de llama y utilizar una atmósfera inerte (nitrógeno o argón) para este protocolo. Los líquidos utilizados en los dos primeros pasos del Protocolo se transfieren a la jeringa.
1. formación de bromuro de monoorganozinc funcionalizada16
- Añadir polvo de zinc (0,8173 g, 12,50 mmol, 2,5 equiv), DMA (6,0 mL) y2 (126,9 mg, 0,500 mmol, 0,10 equiv) a un matraz de reacción Schlenk secado a la llama 50 ml que contenga una barra de agitación bajo argón. Agitar la suspensión a temperatura ambiente hasta que el color naranja-marrón se disipa completamente a una suspensión gris.
PRECAUCIÓN: el DMA es inflamable, extremadamente tóxico y un irritante leve. - Añadir etil 4-bromobutirato (6; 1,43 mL, 10,0 mmol, 2,0 equiv) a la suspensión gris. Sumergir el matraz en un baño de aceite de 80 ° c con agitación vigorosa hasta que el consumo del organobromida se observe mediante un análisis de cromatografía de gases (GC).
PRECAUCIÓN: Etil 4-bromobutirato es inflamable y un irritante leve.- Sumergir brevemente en una mezcla de reacción un vaso desechable de vidrio Pasteur, retirarlo del matraz y enjuagar la alícuota con aprox. 0,5 mL de éter de dietilo (et2O) en un vial de 2 ml que contenga aprox. 0,5 ml de NH4cl saturado, agitar vigorosamente el vial y analizar la capa orgánica por GC.
Nota: el progreso de la reacción se determina comparando la desaparición del pico de organobromida con la aparición del reactivo de organozinc protonado, que típicamente tiene un tiempo de retención más corto.
PRECAUCIÓN: et2O es inflamable y extremadamente tóxico.
- Sumergir brevemente en una mezcla de reacción un vaso desechable de vidrio Pasteur, retirarlo del matraz y enjuagar la alícuota con aprox. 0,5 mL de éter de dietilo (et2O) en un vial de 2 ml que contenga aprox. 0,5 ml de NH4cl saturado, agitar vigorosamente el vial y analizar la capa orgánica por GC.
- Enfríe el reactivo de monoorganozinc a la temperatura ambiente. El resto de este protocolo de adición conjugada se puede pausar en esta etapa durante varias horas para pasar la noche bajo atmósfera inerte con un impacto mínimo en el rendimiento del producto de adición conjugada.
2. Además del bromuro de monoorganozinc conjugados con α, las cetonas β-insaturadas
- Enfriar la suspensión organzinc en un baño Ice/H2O para CA. 5 min, y luego añadir cubr · DMS (205,6 mg, 1,000 mmol, 0,20 equiv) y DMA adicional (10,5 mL, 0,30 M en general con respecto a la cetona insaturada), y agitar la reacción de aprox. 10 min.
- Añadir TMSCl (1,52 mL, 12,0 mmol, 2,4 equiv) a la suspensión enfriada, seguida de 3-metil-2-ciclohexenona (13; 567 μL, 5,00 mmol, 1,0 equiv). Retire el baño de enfriamiento después de aprox. 30 min y monitoree la reacción hasta que la a, b-cetona insaturada sea consumida por el análisis de TLC, o hasta 24 h.
Nota: el análisis de TLC se realiza con placas de vidrio recubiertas de sílice y se ha desarrollado con 4:1 hexanes – acetato de etilo. Rf valores: cetona insaturada 13 = 0,15; éter de sililo Enol 37 = 0,61; producto cetona 21 = 0,21. La visualización se logra mediante el Temple UV a 254 nm, seguida de la tinción de p-anisaldehído.
PRECAUCIÓN: TMSCl es inflamable, extremadamente tóxico, un irritante de la piel, y corrosivo. 3-metil-2-ciclohexenona es inflamable y extremadamente tóxico.
3. el trabajo de extracción y la purificación
- Añadir ácido acético (1,5 mL, CA. 5 equiv) a la reacción de adición conjugada completada para hidrolizar el éter de sililo Enol intermedio en el producto cetona. Monitorear el progreso de la hidrólisis en intervalos de 15 min por análisis de TLC usando las condiciones del paso 2,2.
PRECAUCIÓN: el ácido acético es inflamable y corrosivo.- En el caso de que el éter de sililo Enol permanezca después de 1 h, añadir fluoruro de tetrabutylamonio (TBAF; 1 M de solución en THF, 0.5 – 1,0 equiv a la vez) para facilitar la hidrólisis completa como evidente por la TLC.
- Añadir 1 M HCl (15 mL) al matraz de reacción, mezclar bien y luego transferir el contenido de la reacción a un embudo separatorio de 250 mL. Enjuagar el matraz con et2o (20 ml) y H2o (15 ml), añadiendo los enjuagues al embudo separatorio. Agitar suavemente el contenido del embudo, desahogarse entre cada mezcla y permitir que las capas se separen. Escurrir la capa acuosa inferior en un matraz Erlenmeyer de 125 mL y, a continuación, drenar la capa orgánica en un matraz Erlenmeyer independiente de 250 mL.
- Devolver la capa acuosa al embudo separatorio y extraer con cuatro porciones separadas de et2O (4 x 30 ml), añadiendo cada extracción orgánica al matraz Erlenmeyer que contiene orgánicos.
- Añadir las extracciones orgánicas combinadas al embudo separatorio y lavar secuencialmente con NaHCO3 (25 ml) acuoso saturado, luego NaCl acuosa saturada (25 ml). Escurrir cada lavado acuoso en el matraz Erlenmeyer que contenga acuoso, y drenar la capa orgánica final en un matraz Erlenmeyer seco de 250 mL.
- Seque la capa orgánica sobre MgSO4 y el filtro de vacío en un matraz de fondo redondo de 250 ml utilizando un embudo Buchner con friso de vidrio. Enjuague los sólidos en la frita con una pequeña porción de et2O adicional.
- Concentrar el filtrado bajo presión reducida con un evaporador rotatorio. Colocar el matraz con residuo restante bajo alto vacío (aprox. 75 – 200 mTorr) durante al menos 10 min. analizar una muestra del residuo crudo en 1H NMR utilizando CDCl3.
- Purificar el petróleo crudo mediante cromatografía flash automatizada utilizando una fase estacionaria de gel de sílice (SiO2) con una muestra de carga seca y eluta con acetato de etilo en hexanos.
- Seque-cargue la muestra disolviendo el aceite crudo en una cantidad mínima de et2O, y luego transfiera esta solución a un cartucho de SiO2 empaquetado (25 g). Aplique una presión reducida en la parte inferior de la columna de carga para aprox. 5 min para extraer el exceso de disolvente.
- Elute la muestra utilizando una columna de SiO2 envasada (100 g) con un gradiente de acetato de etilo en hexanos (5% → 25%), recogiendo el efluente de la columna en los tubos de ensayo.
- Pureza de fracción de ensayo mediante análisis de TLC (condiciones en el paso 2,2). Combine y enjuague todas las fracciones que contengan la cetona cuaternaria deseada en un matraz de fondo redondo tarado.
- Concentrar la solución bajo presión reducida en un evaporador rotatorio y retirar los volátiles finales en vacío alto durante al menos 30 min. obtener una masa final del matraz y analizar una muestra del producto purificado por 1H NMR utilizando CDCl3.
PRECAUCIÓN: los hexanes y el acetato de etilo son inflamables. SiO2 Powder es un irritante respiratorio.
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Resultados
Producto de adición de conjugados etil 4-(1-metil-3-oxociclohexyl) el butanoato (21) fue aislado como un aceite transparente e incoloro (1,0372 g, 4,583 mmol, 92% de rendimiento) utilizando este eficiente protocolo de una sola olla. 1 Los espectros H y 13C NMR se presentan en la figura 2 y en la figura 3 para confirmar la estructura y la pureza. De nota específica en el análisis de espectro ...
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Discusión
El método detallado aquí se desarrolló para aprovechar los reactivos monoorganozinc funcionalizados leves en una reacción de adición de conjugados simple y eficiente para la síntesis de cetonas β-cuaternarias14. Se observaron rendimientos excelentes y eficiencias catalíticas significativamente mejoradas mediante el uso del DMA de solvente polar y aprótico con tmscl. la formación monoorganozinc es ayudada por DMA, facilitando la inserción directa de zinc en bromuros de alquilo fácilmente disponible...
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Divulgaciones
Los autores no tienen intereses financieros competidores.
Agradecimientos
Los autores agradecen al programa de investigador universitario del fondo de investigación del petróleo de la sociedad química americana (ACS) (premio no. 58488-UNI1), ACS y Pfizer (apoyo de SURF a T.J.F.), Universidad de Bucknell (becas de investigación a T.J.F.), y el Departamento de química (beca de investigación a K.M.T.) para el apoyo generoso de esta obra. El Dr. Peter M. Findeis y Brian Breczinski son reconocidos por la asistencia experimental y de instrumentación.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Cloruro de | |||
| Biotage Isolera One Flash Sistema de cromatografía | Biotage | ISO-ISW | Detección UV/vis (254, 280, 200-400nm) |
| Cloroformo-D, (D, 99,8%) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-7 | |
| Complejo de sulfuro de dimetilo de bromuro de cobre (I), 99% | Sigma Aldrich | 230502 | Sensible al |
| aire y a la humedadÉter dietílico, anhidro, 99 % | EMD Productos químicos | MEX01906 | ACS |
| Etilo 4-bromobutirato | Madera de roble | 139400 | |
| Acetato de etilo, 99,9 % | Fisher | E145-500 | ACS |
| Ácido acético glacial Madera | roble | O35907 | ACS |
| HCl | 1 M aq | ||
| Hexanos, 98,5 % | Productos químicos EMD | HX0299 | ACS |
| HP 6890 Series GC | HP | ||
| HP-1 GC Columna | Agilent | 19091-60312 | 0,2 mm x 0,33 mmm, 12 m, 7 pulgadas |
| Sulfato de yodo | |||
| y magnesio, anhidro, 98% | EMD Chemicals | MX0075 | |
| Mehtyl enona | |||
| N,N-dimetilacetamida, anhidra, 99% | Alfa Aesar | A10924 | Secado sobre 3 Å ms |
| Gel de sílice | VWR | 86306-350 | 60 Å, 40-60 mmm |
| Bicarbonato | |||
| de sodio Cloruro de | |||
| Fluoruro de tetra-n-butilamonio Madera de | roble | O43479 | 1 M en THF |
| Placas de cromatografía en capa fina | EMD Milipore | 115341 | 6,5 x 2,2 cm2, 60 g Placas prerrevestidas F254 (9,5-11,5 mmm partícula |
| Cloruro de trimetilsililo, 99% | Sigma Aldrich | 386529 | |
| , lavado con HCl |
Referencias
- Hawner, C., Alexakis, A. Metal-Catalyzed Asymmetric Conjugate Addition Reaction: Formation of Quaternary Stereocenters. Chemical Communications. 46 (39), 7295-7306 (2010).
- Quasdorf, K. W., Overman, L. E. Catalytic Enantioselective Synthesis of Quaternary Carbon Stereocentres. Nature. 516 (7530), 181-191 (2014).
- Knochel, P., Leuser, H., Cong, L. -Z., Perrone, S., Kneisel, F. F. Polyfunctional Zinc Organometallics for Organic Synthesis. Handbook of Functionalized Organometallics. , Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinhem, Germany. 251-346 (2005).
- Dagousset, G., François, C., León, T., Blanc, R., Sansiaume-Dagousset, E., Knochel, P. Preparation of Functionalized Lithium, Magnesium, Aluminum, Zinc, Manganese, and Indium Organometallics From Functionalized Organic Halides. Synthesis. 46 (23), 3133-3171 (2014).
- Kim, J. H., Ko, Y. O., Bouffard, J., Lee, S. -G. Advances in Tandem Reactions with Organozinc Reagents. Chemical Society Reviews. 44 (8), 2489-2507 (2015).
- Benischke, A. D., Ellwart, M., Becker, M. R., Knochel, P. Polyfunctional Zinc and Magnesium Organometallics for Organic Synthesis: Some Perspectives. Synthesis. 48 (8), 1101-1107 (2016).
- Hird, A. W., Hoveyda, A. H. Catalytic Enantioselective Alkylations of Tetrasubstituted Olefins. Synthesis of All-Carbon Quaternary Stereogenic Centers Through Cu-Catalyzed Asymmetric Conjugate Additions of Alkylzinc Reagents to Enones. Journal of the American Chemical Society. 127 (43), 14988-14989 (2005).
- Lee, K. -S., Brown, M. K., Hird, A. W., Hoveyda, A. H. A Practical Method for Enantioselective Synthesis of All-Carbon Quaternary Stereogenic Centers Through NHC-Cu-Catalyzed Conjugate Additions of Alkyl- and Arylzinc Reagents to β-Substituted Cyclic Enones. Journal of the American Chemical Society. 128 (22), 7182-7184 (2006).
- Brown, M. K., May, T. L., Baxter, C. A., Hoveyda, A. H. All-Carbon Quaternary Stereogenic Centers by Enantioselective Cu-Catalyzed Conjugate Additions Promoted by a Chiral N-Heterocyclic Carbene. Angewandte Chemie International Edition. 46 (7), 1097-1100 (2007).
- Knochel, P., Yeh, M. C. P., Berk, S. C., Talbert, J. Synthesis and Reactivity Toward Acyl Chlorides and Enones of the New Highly Functionalized Copper Reagents RCu(CN)ZnI. The Journal of Organic Chemistry. 53 (10), 2390-2392 (1998).
- Yeh, M. C. P., Knochel, P., Butler, W. M., Berk, S. C. 1,4-Additions of the Highly Functionalized Copper Reagents RCu(CN)-ZnI•2 BF3 to Trisubstituted Enones. A New BF3 Promoted Cyclization Reaction. Tetrahedron Letters. 29 (51), 6693-6696 (1988).
- Knochel, P., Chou, T. S., Chen, H. G., Yeh, M. C. P., Rozema, M. J. Nucleophilic Reactivity of Zinc and Copper Carbenoids. Part II. The Journal of Organic Chemistry. 54 (22), 5202-5204 (1989).
- Tamaru, Y., Tanigawa, H., Yamamoto, T., Yoshida, Z. I. Copper(I)-Promoted Michael-Addition Reaction of Organozincs of Esters, Nitriles, and α-Amino Acids. Angewandte Chemie International Edition. 28 (3), 351-353 (1989).
- Fulton, T. J., Alley, P. L., Rensch, H. R., Ackerman, A. M., Berlin, C. B., Krout, M. R. Access to Functionalized Quaternary Stereocenters via the Copper-Catalyzed Conjugate Addition of Monoorganozinc Bromide Reagents Enabled by N,N-Dimethylacetamide. The Journal of Organic Chemistry. 83 (23), 14723-14732 (2018).
- Krasovskiy, A., Malakhov, V., Gavryushin, A., Knochel, P. Efficient Synthesis of Functionalized Organozinc Compounds by the Direct Insertion of Zinc into Organic Iodides and Bromides. Angewandte Chemie International Edition. 45 (36), 6040-6044 (2006).
- Huo, S. Highly Efficient, General Procedure for the Preparation of Alkylzinc Reagents from Unactivated Alkyl Bromides and Chlorides. Organic Letters. 5 (4), 423-425 (2003).
- Still, W. C., Kahn, M., Mitra, A. Rapid Chromatographic Technique for Preparative Separations with Moderate Resolution. The Journal of Organic Chemistry. 43 (14), 2923-2925 (1978).
- Knopff, O., Alexakis, A. Tandem Asymmetric Conjugate Addition-Silylation of Enantiomerically Enriched Zinc Enolates. Synthetic Importance and Mechanistic Implications. Organic Letters. 4 (22), 3835-3837 (2002).
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