Preparación de un hexaheliceno funcionalizado-Corannulene por cobre (I) catalizada cicloadición Alquino-azida de Unidades no planas poliaromáticos

El objetivo general de este protocolo es sintetizar un hexaheliceno funcionalizado con coranuleno, un compuesto orgánico complejo formado por tres unidades poliaromáticas no planares ensambladas mediante química click. El método consiste en un conjunto de seis etapas de reacción en una síntesis que utiliza varios procedimientos orgánicos comunes, como reacciones de radicales libres, acoplamientos carbono-carbono o química click.

La principal ventaja de este método es que, con modificaciones sutiles de estas reacciones bien conocidas, es posible obtener resultados similares para compuestos poliaromáticos no planares. Este método puede proporcionar información sobre la química de esta familia especial. Debido a que su comportamiento no es tan similar al de los compuestos aromáticos planares, también puede aplicarse a sistemas como el tetratiafulvaleno extendido o el 7 anuleno.

Tuvimos por primera vez la idea de este protocolo en nuestro trabajo sobre reconocimiento huésped-invitado al intentar ensamblar dos unidades coriónicas en un armazón de helicina. Para comenzar la debrominación, pese 0,356 g de heliceno 2,15-dimetilhexilo, 374 g de N-bromosuccinimida recristalizada recientemente y 24 mg de peróxido de benzoilo.

Coloque todos los sólidos en un matraz Schlenk de 100 ml con una barra magnética de agitación. Someta los sólidos a atmósfera de nitrógeno mediante tres ciclos de evacuación de gas seguidos de relleno con gas inerte en la línea Schlenk. A continuación, agregue 21 ml de tetracloruro de carbono.

Degase la solución mediante el mismo proceso de evacuación y rellenado con agitación vigorosa. Tenga cuidado para evitar una pérdida masiva del disolvente. Somete la mezcla a reflujo a 77 grados Celsius, utilizando un baño de aceite durante cuatro horas.

La reacción puede seguirse mediante resonancia magnética nuclear de protones o espectroscopía de RMN. Deben aparecer dobletes entre 3,7 partes por millón y 4,0 partes por millón, lo que indica la presencia de grupos metileno diastereotópicos. Una vez finalizada, enfríe la mezcla a temperatura ambiente y elimine el disolvente bajo vacío.

Configure una trampa llena con nitrógeno líquido para evitar la contaminación de la bomba. Redisuelva el producto crudo en 30 ml de diclorometano. Luego, transfiera la solución a un matraz redondo y mézclelo con 4 g de gel de sílice.

Concentre la mezcla en un evaporador rotatorio. Mientras tanto, llene una columna con gel de sílice mezclado previamente con hexano acetato de etilo como fase móvil. Añada la mezcla a la parte superior de la columna y luego agregue una capa de 2 cm de arena.

Vierta cuidadosamente la nueva fase móvil. Realice la cromatografía recolectando fracciones en tubos de ensayo a 20 ml por tubo y 4 ml por tubo cerca de la solución del producto esperado. Compruebe las fracciones mediante cromatografía en capa fina con la misma fase móvil e imágenes bajo luz ultravioleta.

El producto esperado debería eluir con un factor de retención de 0.35 como un aceite amarillo tras combinar todas las fracciones deseadas y eliminar el disolvente en el evaporador rotatorio. Para realizar la síntesis, pese 0,103 g de 2,15 bis(bromometil)hexaheliceno y 0,390 g de azida de sodio. Coloque ambos sólidos en un matraz Schlenk de 50 ml equipado con una barra magnética de agitación y coloque bajo atmósfera de nitrógeno.

Luego, mezcle 8,6 ml de tetrahidrofurano con 5,2 ml de agua y vierta la mezcla de disolventes en el matraz Schlenk. Después de desgasificar la solución, refluja a 65 grados Celsius durante tres horas. Compruebe la reacción mediante resonancia magnética nuclear de protones.

Las señales del grupo metileno deben desplazarse a 3,75 partes por millón. Posteriormente, enfríe la mezcla hasta temperatura ambiente y elimine el tetrahidrofuran mediante vacío. A continuación, diluya la muestra con 50 ml de agua.

Transfiera la mezcla al embudo de separación y extraiga tres veces con 40 ml de diclorometano. Combine todas las fases orgánicas y lávelas con 50 ml de agua destilada. Purifique el producto crudo mediante cromatografía en columna sobre gel de sílice utilizando hexano acetato de etilo como fase móvil, obteniendo un aceite amarillo con un factor de retención de 0,38.

Corresponde a 2,15 bis-asometilhexahelicina. Se deberían obtener 70 mg, lo que corresponde a un rendimiento del 80 %. En este punto del procedimiento, quedan tres pasos adicionales para obtener una carbolina etinílica. Las reacciones implican una sustitución aromática electrofílica asistida por microondas, seguida de una acoplamiento de Sonogashira y una posterior protección en profundidad.

Todos estos procedimientos se detallan en el protocolo escrito. Pese 15,3 mg de dos 15 bis asomethylhexahelicine, 20,0 mg de ethinyl carnoline, 1,4 mg de sal sódica de ácido ascórbico y 1,7 mg de sulfato de cobre(II) pentahidratado. Coloque todos los sólidos en un matraz Schlenk de 50 ml equipado con una barra magnética y colóquelo bajo atmósfera de nitrógeno.

Un paso muy crítico es desgasificar completamente la mezcla de disolventes. Mezcle 3 ml de agua y 12 ml de tetrahidrofuran y vierta la mezcla en el matraz Schlenk. Desgasifique la solución completamente.

Un segundo punto importante es verificar periódicamente la reacción para asegurar un buen volumen de disolvente y temperatura. De lo contrario, la reacción podría requerir más tiempo para la composición de etinilo. Caliente a 65 grados Celsius durante tres días con un condensador conectado a la parte superior del matraz.

Revise periódicamente la reacción para controlar la temperatura, la agitación y el volumen de disolvente. Compruebe la reacción mediante resonancia magnética nuclear de protones. La señal a 3,48 partes por millón debería desaparecer y desplazarse a 7,27 partes por millón, lo que indica el consumo de etinilcarbolina y la presencia de la unidad de triazol.

Una vez finalizado, elimine el tetrahidrofuran mediante evaporación al vacío y diluya con 20 ml de agua. Transfiera la mezcla a un embudo de separación y enjuague el matraz con 20 ml de diclorometano. Después de extraer la mezcla tres veces con diclorometano, reúna todas las fases orgánicas en un matraz redondo de fondo plano y concéntrelas en un evaporador rotatorio.

Purifique el producto crudo mediante cromatografía en columna sobre gel de sílice, eluyendo con hexano acetato de etilo para obtener el sólido amarillo pálido con un factor de retención de 0,59. Se deben obtener 27 mg, lo que corresponde a un rendimiento del 75 %. Carnolina y 2,15-dimetilhexahelicina pueden prepararse siguiendo los métodos actuales de manera sencilla y con rendimientos muy buenos. Ambas rutas de reacción comparten una molécula común: 2,7-dimetilnaftaleno como material de partida.

De acuerdo con la ruta sintética actual, el compuesto final se preparó en seis pasos a partir de las moléculas mencionadas, dando lugar a una síntesis divergente a convergente. El ensamblaje final depende de la famosa estrategia de cicloadición catalizada por cobre(I) entre azidas y alquinos, conocida como reacción "click". Siguiendo este procedimiento, se puede preparar una molécula orgánica compleja capaz de establecer interacciones supramoleculares con fullerenos en tiempos razonables y con buenos rendimientos.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo aplicar con éxito reacciones conocidas en la química orgánica tradicional para desarrollar una visión de múltiples pasos hacia moléculas poliaromáticas complejas no planares con propiedades interesantes.