Article de méthode

Synthèses, cristallisation et caractérisation spectroscopique de 3,5-Lutidine N-oxyde déshydrater

DOI :

10.3791/57233

⸱

24 avril 2018

 ,  , 
1Centro de Química, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Dans cet article

Résumé

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Ici, nous rapportons la synthèse et cristallisation de 3,5-lutidine N -oxyde déshydratent par un protocole simple qui diffère de la synthèse classique de la pyridine N-oxyde. Ce protocole utilise des matériaux différent et comporte moins de temps pour donner une nouvelle structure supramoléculaire solvatés, qui cristallise par évaporation lente réaction.

Résumé

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La synthèse de N -oxyde de 3,5-lutidine déshydrater, 1, ont été accomplis dans la voie de synthèse d’acide 2-amino-pyridine-3, 5-dicarboxylique. Ochiai a tout d’abord utilisé la méthodologie pour les pyridines substituées non en 1957 dans un processus de 12 h, mais aucun cristaux adapté aux rayons x ont été obtenus. Le cycle substitué utilisé dans la méthodologie présentée ici clairement influencé l’addition de molécules d’eau dans l’unité asymétrique, ce qui lui confère une force nucléophile différente dans 1. Les rayons x cristal approprié composé 1 a été possible grâce à la stabilisation de la charge négative de l’oxygène par la présence de deux molécules d’eau où les atomes d’hydrogène donnent charge positive dans l’anneau ; ces molécules d’eau servent bien à construire une interaction supramoléculaire. Les molécules hydratés peuvent être possibles pour le système alcalin qui intervient en ajustant le pH à 10. Ce qui est important, la double méthyle substitué anneau et un temps de réaction de 5 h, en fait une méthode plus souple et avec des applications chimiques plus larges pour les insertions future bague.

Introduction

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De nos jours, les scientifiques du monde entier ont investi des ressources dans le développement de nouvelles voies de synthèse pour la fonctionnalisation des groupes aromatiques, qui sont connus pour front faible réactivité à l’addition des réactions1,2, 3. Pyridine, où un atome d’azote remplace un atome de carbone, présente une réactivité chimique semblable à analogique bagues composées uniquement d' atomes de carbone3et elle subit généralement un mécanisme de substitution plutôt que l’addition. N-oxydes sont distinguent par la présence d’un donneur de liaison entre l’azote et l’oxygène formé par la superposition de la paire d’électrons non liése sur l’azote avec une orbitale vide sur l’atome d’oxygen3. En particulier, la pyridine N-oxydes sont des bases de Lewis, parce que leur portion de N-O peut agir comme un donneur d’électrons, et ils peuvent combiner avec les acides de Lewis formant les paires d’acide-base de Lewis correspondantes. Cette propriété a une conséquence chimique essentielle, car il peut augmenter le caractère nucléophile des acides de Lewis vers électrophiles potentiels et ainsi leur permettre de réagir dans des conditions où normalement la réaction n’aurait pas lieu. L’utilisation plus fréquente de ces composés est probablement dans les réactions d’oxydation différents où ils agissent comme anti-oxydants4. Pyridine N-oxydes et plusieurs de leurs dérivés fonctionnalisés anneau sont des molécules récurrentes d’agents biologiquement actifs et pharmacologiques5, et établie une claire répartition par différents outils spectroscopiques pour certains d'entre eux6,7. Dans la recherche sur la fixation des différents groupes à l’anneau de la pyridine, les scientifiques ont testé diverses méthodes pour créer une méthode simple et conventionnelle, puisque isoxazolines nécessite une quantité catalytique de base comme la DBU en ébullition xylène pour former 6- par ce qui suit-2-aminopyridine N-oxydes8,9. Une variété de dérivés de la pyridine ont été converties en leurs correspondants N-oxydes en présence d’une quantité catalytique de manganèse tetrakis(2,6-diclorophenyl) porphyrine acétate d’ammonium dans le CH2Cl2/CH3 CN8,10. Autres pyridines sont oxydés à leurs oxydes à l’aide de H2O2 en présence d’une quantité catalytique de methyltrioxorhenium8,11, ou par l’addition du diméthyldioxirane excès en CH2Cl2 à 0 ° C, ce qui conduit à la correspondante N-oxydes8,12,13,14. Bis (triméthylsilyl) peroxyde en présence de trioxorhenium dans la CH2Cl2 a été utilisé pour la synthèse de la pyridine N-oxyde8,11. La synthèse d’aminopyridine N-oxydes d’acylation impliquant à l’aide de l’acide de Caro (peroxomonosulfuric acid) a également été rapporté8. Néanmoins, la méthodologie présentés ici, et qui utilise une partie de la méthodologie par Ochiai1, fournit de très bons résultats avec l’utilisation de réactifs moins chers et accessibles, de H2O2 et de l’acide acétique glacial. Cette pratique est plus appropriée pour une utilisation dans des préparations de grande échelle qui agissent sur les amines tertiaires, il produit des bons rendements dans une réaction qui ne nécessite que 30 % de peroxyde d’hydrogène et acide acétique glacial à une température comprise entre 70-80 ° C et il utilise un procédé de purification qui est disponible dans la plupart des laboratoires de synthèse comme la distillation, sans l’utilisation de catalyseur ou de réactifs plus cher1. La littérature rapporte qu’autres méthodologies impliquent souvent des délais de 10 à 24 h et des températures supérieures à 100 ° C 4,8, et le rendement des cristaux bien formés pour les analyses de rayons x est rarement rapporté.

Réactive, divers dérivés de N -oxyde sont utilisés pour activer correctement la bague lutidine, d’une manière ou l’autre nucléophile ou électrophile. Le facteur nucléophile ou électrophile est affecté par les substituants. Avec l’anneau de pyridine étant les groupes électroattracteurs, le principal facteur est la caractéristique nucléophile1. La libre N-oxydes sont rarement isolés sous forme de cristaux approprié pour analyse aux rayons x en raison de la charge délocalisée de l’anneau aromatique. Toutefois, le facteur de solvatation est critique pour stabiliser la densité négative de l' oxygène15.

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Protocole

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1. réaction

  1. Mettre dans une hotte de laboratoire un flacon ouvert rond 100 mL avec 0,5 mol (29,8 mL) d’acide acétique glacial et 0,051 mol (5,82 mL) de 3, 5-diméthylpyridine et 5 mL de H2O2 (35 %). Garder la réaction du mélange en agitant magnétique, à une température interne de 80 ° C pendant 5 h.
  2. Après le temps de réaction, refroidir le ballon à 24 ° C avec de la glace (do pas exposer l’acide acétique de gaz sur la glace) et branchez-le à une unité de distillation sous vide élevé pendant 90 à 120 minutes pour enlever l’excès d’acide acétique.
    ATTENTION : N’utilisez pas de matériel chaud. Attendez que la verrerie atteint une température facile à gérer. Ceci évitera aussi des vapeurs entrant dans le haut de l’appareil de distillation.
  3. Ajouter distillée (10 mL) d’eau deux fois pour assurer l’élimination de toute trace d’acide acétique et de concentrer le mélange beaucoup que possible.

2. extraction et ajustement de basicité

  1. Dissoudre dans de l’eau bi-distillée produit visqueux et transparent isolé et utiliser un potentiomètre pour ajuster le pH à 10 avec pure solid Na2CO3.
  2. Placez délicatement la solution dans une ampoule à décanter 250 mL et décompressez-le 5 fois avec 250 mL de CHCl3 afin d’améliorer le rendement. Récupérer la couche organique et séchez-le sur solide Na2SO4 pendant 30 min maximum, qui contiendra le produit. Si nécessaire, re-extraire la phase aqueuse avec la quantité désirée de CHCl3.
    ATTENTION : CHCl3 peut provoquer somnolence et vertiges ; manipuler avec soin et à l’intérieur d’une hotte aspirante.
  3. Éliminer le solvant sous pression réduite avec une unité de distillation sous vide élevé, jusqu'à la formation d’une très hygroscopique poudre cristalline claire beige (70 %).

3. processus de cristallisation

  1. Dissoudre 4,3 g de la poudre cristalline dans 50 mL d’éther diéthylique de froid haute effectué chromatographie en phase liquide (HPLC) grade. La solution pour supprimer toute trace de matière solide ou même poussière filtre à vide. Versez le filtrat dans un verre de Pétri, laissant à ralentir s’évaporent à 4 ° C dans un réfrigérateur de laboratoire.
  2. S’assurer que, après deux jours, on obtient des cristaux incolores clair. Mesurez ensuite le point de fusion, qui devrait être de l’ordre de 310 et 311 K.

4. analyse des 3,5-Lutidine N -oxyde Dehydrate

  1. Enlever les cristaux qui sont forment, de forme prismatique et incolore, par décantation des murs de la fiole pour analyse aux rayons x. Si pas immédiatement utilisé, gardez les cristaux dans l’éther diéthylique pour éviter hydratation de cristal.
  2. Dissoudre 0,010 g de N -oxyde de 3,5-lutidine déshydrater à 0,4 mL de CDCl3 H NMR1 et C13 analyse de prouver l’efficacité de la procédure.

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Résultats

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Le protocole est essentiellement une extension de Ochiai technique1. Cependant, une température plus basse et moins de temps sont appliquées. Cette méthode simple permet d’obtenir un ligand polyvalent, qui est un substitués pyridine N-oxyde dérivé. Pour confirmer la formation du 1, 13C analyse NMR 1H et sont préférables pour tester l’efficacité de la procédure.

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Discussion

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Le protocole présenté ici est une méthode conventionnelle pour lier un atome d’oxygène à l’atome d’azote de la 3, 5-lutidine comme une méthode de fonctionnalisation de substrats. Cette technique est également bien établie pour donner des cristaux déshydratés adapté de rayons x (Figure 5, photos prises avec un appareil photo Sony Cybershot DSC-HX300). Car ce qui nous concernés, pas beaucoup de rapports ont décrit la production de ces cristaux16. De nombreux composés croissance de c...

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Déclarations de divulgation

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Tous les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

Remerciements

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Le présent travail a été soutenu par Vicerrectoría de Investigación y Estudios de Posgrado de BUAP, Divulgation de la Science et projets no REOY-NAT14, 15, 16.-G HEAS-NAT17. RMG Merci CONACyT (Mexique) pour la bourse 417887.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
3,5-lutidineSigma-AldrichL4206-500ML
Acide acétique glacialFermont3015
Peroxyde d’hidrogène (35 %)Sigma-Aldrich349887-500ML
Na2CO3 anhydreProductos Quí ; micos Monterrey1792
Na2SO4 anhydreAlfa reactivos25051-C
CHCl3Fermont6205
Ethyl eterMercury ChemistQME0309
Eau distilléeComercializadora Quí ; mica Poblanainexistant

Références

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  1. Ochiai, E. Recent Japanese work on the chemistry of pyridine 1-oxide and related compounds. J. Org. Chem. 18 (5), 534-551 (1953).
  2. Solomons, T. W. G. Organic Chemistry 2nd Edition. , John Wiley & Sons. 1110(1976).
  3. Albini, A., Pietra, S. Heterocyclic N-Oxides. , CRC Press. ISBN: 0849345529 328(1991).
  4. Koukal, P., Ulc, J., Necas, D., Kotora, Heterocyclic N.-Oxides. Topics in Heterocyclic Chemistry. 53, 29-58 (2017).
  5. Wen-Man, Z., Jian-Jun, D., Xu, J., Jun, X., Huan-Jian, X. Visible-Light-Induced C2 alkylation of pyridine N.-oxides. J. Org. Chem. 82 (4), 2059-2066 (2017).
  6. Merino García, M. R., Ríos-Merino, F. J., Bernès, S., Reyes-Ortega, Y. Crystal structure of 3,5-dimethylpyridine N-oxide dihydrate. Acta Cryst. 72 (12), 1687-1690 (2016).
  7. Sarma, R., Karmakar, A., Baruah, J. B. N-Oxides in Metal-Containing Multicomponent Molecular Complexes. Inorg. Chem. 47 (3), 763-765 (2008).
  8. Youssif, S. Recent trends in the chemistry of pyridine N-oxides. ARKIVOC. 2001, 242-268 (2001).
  9. Chucholowski, A. W., Uhlendorf, S. Base catalyzed rearrangement of 5-cyanomethyl-2-isoxazolines; novel pathway for the formation of 2-aminopyridine N-oxides. Tetrahedron Lett. 31 (14), 1949-1952 (1990).
  10. Thellend, A., Battioni, P., Sanderson, W., Mansuy, D. Oxidation of N-Heterocycles by H2O2 Catalyzed by a Mn-Porphyrin: An Easy Access to N-Oxides Under Mild Conditions. Synthesis. 1997 (12), 1387-1388 (1997).
  11. Copéret, C., Adolfson, H., Tinh-Alfredo, V. K. h, Yudin, A. K., Sharpless, K. B. A simple and Efficient Method for the Preparation of Pyridine N-Oxides. J. Org. Chem. 63 (5), 1740-1741 (1998).
  12. Ferrer, M., Sánchez-Baeza, F., Messeguer, A. On the preparation of amine N-oxides by using dioxiranes. Tetrahedron. 53 (46), 15877-15888 (1997).
  13. Adam, W., Briviba, K., Duschek, F., Golsch, D., Kiefer, W., Sies, H. Formation of singlet oxygen in the deoxygenation of heteroarene N-oxides by dimethyldioxirane. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1995 (18), 1831-1832 (1995).
  14. Murray, R. W., Singh, M. A Facile One-Step Synthesis of C-Arylnitrones Using Dimethyldioxirane. J.Org.Chem. 55 (9), 2954-2957 (1990).
  15. Kim, S. W., Um, T., Shin, S. Brønsted acid-catalyzed α-halogenation of ynamides from halogenated solvents and pyridine-N-oxides. Chem. Commun. 53 (18), 2733-2736 (2017).
  16. Campeau, L., Rousseaux, R., Fagnou, K. A solution to the 2-pyridyl organometallic cross-coupling problem: regioselective catalytic direct arylation of pyridine N-oxides. J. Am. Chem. Soc. 127 (51), 18020-18021 (2005).
  17. Gang, L., et al. Metal-free methylation of a pyridine N-oxide C-H bond by using peroxides. Org. Biomol. Chem. 13 (46), 11184-11188 (2015).
  18. May, D., Nyman,, Hampden-Smith, M. J., Duesler, E. N. Synthesis, characterization, and reactivity of group 12 metal thiocarboxylates M(SOCR)2Lut2[M) Cd, Zn; R ) CH3, C(CH3)3; Lut ) 3,5-Dimethylpyridine (Lutidine)]. Inorg. Chem. 36 (10), 2218-2224 (1997).
  19. Cho, S. H., Hwang, S. J., Chang, S. Palladium-Catalyzed C-H Functionalization of Pyridine N-Oxides: Highly Selective Alkenylation and Direct Arylation with Unactivated Arenes. J. Am. Chem. Soc. 130 (29), 9254-9256 (2008).
  20. Ide, Y., et al. Spin-crossover between high-spin (S = 5/2) and low-spin (S = 1/2) states in six-coordinate iron(III) porphyrin complexes having two pyridine-N. oxide derivatives. Dalton Trans. 46 (1), 242-249 (2017).
  21. Drago, R. S. Physical Methods in Chemistry. , Saunders College Publishing USA. 750(1977).
  22. Cervantes-Mejía, V., et al. Branched Polyamines Functionalized with Proposed Reaction Pathways Based on 1H-NMR, Atomic Absorption and IR Spectroscopies. American Journal of Analytical Chemistry. 5 (16), 1090-1101 (2014).
  23. Huheey, J. E., Keiter, E. A., Keiter, R. L. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4th Edition. , Oxford University Press. Mexico. ISBN: 9706131620 1023(1997).
  24. Rigaku, CrysAlisPRO. , (2013).
  25. Sheldrick, G. M. SHELXT - Integrated space-group and crystal-structure determination. Acta Cryst. 71 (1), 3-8 (2015).
  26. Sheldrick, G. M. Crystal structure refinement with SHELXL. Acta Cryst. 71 (1), 3-8 (2015).
  27. Sheldrick, G. M. A short history of SHELX. Acta Cryst. 64 (1), 112-122 (2008).
  28. Macrae, C. F., et al. Mercury CSD 2.0 - new features for the visualization and investigation of crystal structures. J. Appl. Cryst. 41 (2), 466-470 (2008).
  29. ChemBioDraw Ultra 13. , PerkinElmer. (2013).

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