Préparation d'un Hexahelicene corannulène-fonctionnalisé par du cuivre (I) catalysées Acétylène-azoture cycloaddition de parts non planaire polycycliques

L'objectif général de ce protocole est de synthétiser un hexahélicène fonctionnalisé par la corannulène, un composé organique complexe constitué de trois unités polyaromatiques non planes assemblées par chimie click. La méthode comprend un ensemble de six étapes réactionnelles de synthèse en utilisant plusieurs procédés organiques courants, tels que des réactions radicalaires libres, des couplages carbone-carbone ou la chimie click.

Le principal avantage de cette méthode est qu'avec une légère modification de ces réactions bien connues, il est possible d'obtenir des résultats similaires pour des composés polyaromatiques non planaires. Cette méthode peut fournir des informations sur la chimie de cette famille particulière. Étant donné que son comportement n'est pas si proche de celui des composés aromatiques planaires, elle peut également être appliquée à des systèmes tels que le tétrathiafulvalène étendu ou l'annulène à 7 chaînons.

Nous avons eu pour la première fois l'idée de ce protocole dans le cadre de nos travaux sur la reconnaissance hôte-invité, lors de tentatives d'assemblage de deux unités chorioniques en un squelette d'hélicène. Pour commencer la débromation, peser 0,356 g d'hélicène 2,15-diméthylhexyle, 374 g de N-bromosuccinimide fraîchement recristallisé et 24 mg de peroxyde de benzoyle.

Placer tous les solides dans un flacon Schlenk de 100 ml muni d'un barreau aimanté. Soumettre les solides à une atmosphère d'azote par trois cycles d'évacuation du gaz suivis d'un remplissage avec du gaz inerte sur la ligne Schlenk. Ajouter ensuite 21 ml de tétrachlorure de carbone.

Dégazer la solution par le même procédé d'évacuation et de remplissage avec une agitation vigoureuse. Veiller à éviter une perte massive de solvant. Refluxer le mélange à 77 degrés Celsius, en utilisant un bain d'huile pendant quatre heures.

La réaction peut être suivie par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du proton ou RMN. Des doublets entre 3,7 parties par million et 4,0 parties par million doivent apparaître, indiquant la présence de groupes méthylènes diastéréotopiques. Une fois terminée, refroidir le mélange à température ambiante et éliminer le solvant sous vide.

Installez un piège rempli d'azote liquide afin d'éviter la contamination de la pompe. Redissolvez le produit brut dans 30 ml de dichlorométhane. Transférez ensuite la solution dans un ballon à fond rond et mélangez avec 4 g de gel de silice.

Concentrer le mélange à l'aide d'un évaporateur rotatif. Pendant ce temps, remplir une colonne avec du gel de silice préalablement mélangé avec de l'hexane et de l'acétate d'éthyle comme phase mobile. Ajouter le mélange au sommet de la colonne, puis une couche de 2 cm de sable.

Verser soigneusement la nouvelle phase mobile. Réaliser la chromatographie en collectant les fractions dans des tubes à essai, 20 ml par tube et 4 ml par tube près de la solution du produit attendue. Vérifier les fractions par chromatographie sur couche mince en utilisant la même phase mobile et visualiser sous lumière ultraviolette.

Le produit attendu doit éluer avec un facteur de rétention de 0,35 sous forme d'une huile jaune après avoir combiné toutes les fractions souhaitées et éliminé le solvant au moyen d'un évaporateur rotatif. Pour réaliser la synthèse, peser 0,103 g de 2,15 bis-bromométhylhexahélicène et 0,390 g d'azoture de sodium. Introduire les deux solides dans un ballon Schlenk de 50 ml muni d'un barreau aimanté et placer sous atmosphère d'azote.

Ensuite, mélanger 8,6 ml de tétrahydrofurane avec 5,2 ml d'eau et verser le mélange de solvants dans l'erlenmeyer Schlenk. Après avoir dégazé la solution, réaliser un reflux à 65 degrés Celsius pendant trois heures. Contrôler la réaction par RMN du proton.

Les signaux du groupe méthylène doivent se déplacer à 3,75 parties par million. Ensuite, refroidir le mélange à température ambiante et éliminer le tétrahydrofuranne sous vide. Puis diluer l'échantillon avec 50 ml d'eau.

Transférez le mélange dans une ampoule à décanter et extrayez trois fois avec 40 ml de dichlorométhane. Réunissez toutes les phases organiques et lavez avec 50 ml d’eau distillée. Purifiez le brut par chromatographie sur colonne de gel de silice en utilisant comme phase mobile un mélange d’hexane et d’acétate d’éthyle, afin d’obtenir une huile jaune ayant un facteur de rétention de 0,38.

Correspondant à 2, 15 bis asométhylhéxahélicine. On devrait obtenir 70 mg, ce qui correspond à un rendement de 80 %. À ce stade de la procédure, trois étapes supplémentaires sont nécessaires pour obtenir une éthynylcarboline. Les réactions impliquent une substitution aromatique électrophile assistée par micro-ondes, suivie d'un couplage de Sonogashira et d'une protection profonde ultérieure.

Toutes ces procédures sont décrites en détail dans le protocole écrit. Peser 15,3 mg de deux 15 bis asométhylhélicine, 20,0 mg d'éthinylcarnoline, 1,4 mg de sel sodique d'acide ascorbique et 1,7 mg de sulfate de cuivre deux pentahydraté. Placer tous les solides dans un ballon Schlenk de 50 ml équipé d'un barreau aimanté et mettre sous atmosphère d'azote.

Une étape très critique consiste à dégazer soigneusement le mélange de solvants. Mélangez 3 ml d'eau et 12 ml de tétrahydrofuranne, puis versez le mélange dans le flacon Schlenk. Dégazez complètement la solution.

Un second point important est de vérifier périodiquement la réaction afin d'assurer un bon volume de solvant et une température adéquate. Sinon, la réaction pourrait nécessiter un temps plus long pour atteindre la composition éthynyle. Chauffer à 65 degrés Celsius pendant trois jours avec un réfrigérant relié à l'extrémité supérieure du ballon.

Vérifiez la réaction périodiquement afin de contrôler la température, l'agitation et le volume de solvant. Surveillez la réaction par RMN du proton. Le signal à 3,48 partie par million doit disparaître et se déplacer vers 7,27 parties par million, indiquant la consommation de l'éthinylcarboliné et la formation de l'unité triazol.

Lorsque la réaction est terminée, éliminer le tétrahydrofuranne sous vide et diluer avec 20 ml d'eau. Transférer le mélange dans une ampoule à décanter et rincer le ballon avec 20 ml de dichlorométhane. Après avoir extrait le mélange trois fois avec du dichlorométhane, rassembler toutes les phases organiques dans un ballon à fond rond et concentrer à l'aide d'un évaporateur rotatif.

Purifier le brut par chromatographie sur colonne de gel de silice en éluant avec un mélange d'hexane et d'acétate d'éthyle pour obtenir un solide jaune pâle ayant un facteur de rétention de 0,59. On doit obtenir 27 mg, ce qui correspond à un rendement de 75 %. La carnoline et la 2,15-diméthylhexahélicine peuvent être préparées selon les méthodes actuelles de manière simple et avec de très bons rendements. Les deux voies réactionnelles partagent une molécule commune : la 2,7-diméthylnaphtalène comme produit de départ.

Selon la présente voie de synthèse, le composé final a été préparé en six étapes à partir des molécules mentionnées, conduisant à une synthèse divergente puis convergente. L'assemblage final repose sur la célèbre stratégie de cycloaddition cuivre 1 catalysée entre un azoture et un alcyne, connue sous le nom de réaction « click ». Suivant cette procédure, une molécule organique complexe capable d'établir des interactions supramoléculaires avec les fullerènes peut être préparée en des temps raisonnables et avec de bons rendements.

Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'appliquer avec succès des réactions connues en chimie organique traditionnelle afin d'élaborer une approche en plusieurs étapes vers des molécules polyaromatiques complexes non planes possédant des propriétés intéressantes.