הכנת Hexahelicene Corannulene הפונקציונלית ידי נחושת (I) -catalyzed אלקין-יזיד cycloaddition יחידות Nonplanar Polyaromatic

המטרה הכללית של פרוטוקול זה היא לסנתז hexahelicene פונקציונלי עם corannulene, תרכובת אורגנית מורכבת המורכבת משלוש יחידות פולי-ארומטיות שאינן מישוריות, המורכבות באמצעות כימיית קליק. השיטה מורכבת מסדרה של שישה שלבי תגובה בסנתזה המשתמשת במספר הליכים אורגניים נפוצים, כגון תגובות רדיקלים חופשיים, צימוד פחמן-פחמן או כימיית קליק.

היתרון המרכזי של שיטה זו הוא שבאמצעות שינוי קל של תגובות ידועות אלו, ניתן להשיג תוצאות דומות עבור תרכובות פולי-ארומטיות שאינן מישוריות. שיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי הכימיה של משפחה מיוחדת זו. מכיוון שהתנהגותה אינה דומה למשך זאת של תרכובות ארומטיות מישוריות, ניתן ליישמה גם למערכות כגון tetrathiafulvalene מורחב או 7 annulene.

הרעיון לפרוטוקול זה עלה תחילה במהלך עבודתנו שעסקה בזיהוי מארח-אורח, בעת שניסינו להרכיב שתי יחידות כוריוניות למסגרת הליצינית. כדי להתחיל בתהליך הדה-ברום, שקלו 0.356g של 2, 15 dimethylhexyl helicene,‏ 374g של n bromosuccinimide שגובש מחדש לאחרונה ו-24mg של benzoyl peroxide.

הניחי את כל המוצקים בבקבוק Schlenk בנפח 100ml עם מגנט ערבוב. העבירי את המוצקים לאטמוספרת חנקן באמצעות שלושה מחזורי ריקון גז ולאחריהם מילוי מחדש בגז אינרטי בקו Schlenk. לאחר מכן, הוסיפי 21ml של פחמן טטרכלוריד.

בצעו ניתור גזים מהתמיסה באמצעות תהליך הריקון והמילוי החוזר עם ערבוב נמרץ. הקפידו למנוע אובדן מאסיבי של הממס. חממו את התערובת בריפלקס בטמפרטורה של 77 degrees Celsius, באמצעות אמבט שמן, למשך ארבע שעות.

ניתן לעקוב אחר התגובה באמצעות תהודה מגנטית גרעינית של פרוטונים או ספקטרוסקופיית NMR. צריכים להופיע דובלטים בין 3.7 parts per million ל-4.0 parts per million המעידים על נוכחותן של קבוצות מethylene דיאסטראוטופיות. עם סיום התהליך, קררו את התערובת לטמפרטורת החדר והסירו את הממס תחת ואקום.

הקימו מלכודת מלאה בחנקן נוזלי כדי למנוע זיהום של המשאבה. המיסו מחדש את החומר הגולמי ב-30ml של דיכלורומתאן. לאחר מכן, העבירו את התמיסה לבקבוק בעל תחתית עגולה וערבבו עם 4g של סיליקה ג'ל.

רכז את התערובת באידור סיבובי. בינתיים, מלא עמודה בסיליקה ג'ל שערבבה מראש עם hexane ethyl acetate כפאזה ניידת. הוסף את התערובת לראש העמודה ולאחר מכן הוסף שכבה של 2cm של חול.

שפכו בזהירות את הפאזה הניידת החדשה. בצעו את הכרומטוגרפיה על ידי איסוף פראקציות למבחנות, בנפח של 20ml למבחנה, ובנפח של 4ml למבחנה בסביבת התמיסה הצפויה של המוצר. בדקו את הפראקציות באמצעות כרומטוגרפיה בשכבה דקה (TLC) עם אותה הפאזה ניידת ודמיינו תחת אור אולטרה-סגול.

המוצר הצפוי אמור להינשף במקדם התמסכות של 0.35 כשמן צהוב, לאחר שילוב כל הפראקציות הרצויות והסרת הממס באמצעות מאייד סיבובי. לצורך ביצוע הסינתזה, שקלו 0.103g של 2, 15 bis bromomethyl hexahelicene ו-0.390g של sodium azide. הכניסו את שני המוצקים לבקבוק Schlenk בנפח 50ml המצויד במגנט Stir bar והניחו תחת האטמוספרת חנקן.

לאחר מכן, ערבבו 8.6ml של tetrahydrofuran עם 5.2ml של מים ושפכו את תערובת הממסים אל בקבוק השלנק (schlenk flask). לאחר ניקוי התמיסה מגזים, הרתיחו תחת רפלקס בטמפרטורה של 65 °C למשך שלוש שעות. בדקו את התגובה באמצעות proton NMR.

אותות קבוצת המתילן צריכים לזוז ל-3.75 חלקים למיליון. לאחר מכן, קררו את התערובת לטמפרטורת החדר והסירו את ה-tetrahydrofuran תחת ואקום. לאחר מכן, דללו את הדגימה עם 50ml של מים.

העבירו את התערובת למשפך הפרדה ובצעו חילוץ של שלוש פעמים עם 40ml של dicholoromethane. איחדו את כל הפאזות האורגניות ושטפו עם 50ml של מים מזוקקים. טהרו את התוצר הגולמי באמצעות כרומטוגרפיה בעמודה על סיליקה ג'ל, תוך שימוש ב-hexane ethylacetate כפאזה ניידת, לקבלת שמן צהוב במקדם התמסכות של 0.38.

מתאים ל-2, 15 bis asomethylhexahelicine. יש לקבל 70mg, מה שמתאימה לנבוא של 80%. בשלב זה של הפרוצדורה, ישנם שלושה שלבים נוספים לקבלת ethinyl carnoline. התגובות כוללות תחליף ארומטי אלקטרופילי בסיוע מיקרוגל, ולאחריו צימוד סונוגאשירה (sonogashira coupling) והגנה עמוקה לאחר מכן.

כל ההליכים הללו מפורטים בפרוטוקול הטקסט. שקלו 15.3mg של two 15 bis asomethylhexahelicine, 20.0mg של ethinyl carnoline, 1.4mg של ascorbic acid sodium salt ו-1.7mg של copper two sulfate pentahydrate. הניחו את כל המוצקים בתוך בקבוק Schlenk בנפח 50ml המצויד במגנט, והניחו תחת האטמוספירה של חנקן.

שלב קריטי ביותר הוא ניקוי יסודי של תערובת הממסים מגזים. ערבב 3ml של מים ו-12ml של tetrahydrofuran ושפוך את התערובת לבקבוק שלנק (schlenk flask). נקה את התמיסה מגזים ביסודיות.

נקודה חשובה שנייה היא לבדוק את התגובה באופן תקופתי כדי להבטיח נפח ממס וטמפרטורה תקינים. אחרת, התגובה עשויה לדרוש זמן רב יותר להרכבת האתניל. חמם בטמפרטורה של 65 °C למשך שלושה ימים עם קונדנסור המחובר לחלק העליון של הבקראק.

יש לבדוק את התגובה באופן מחוושי כדי לשלוט בטמפרטורה, בערבוב ובנפח הממס. יש לבדוק את התגובה באמצעות NMR פרוטוני. האות ב-3.48 parts per million אמור להיעלם ולהיסט ב-7.27 parts per million, מה שמעיד על צריכת ה-ethinyl carnoline ועל קיומה של יחידת ה-triazol.

בסיום, הסר את הtetrahydrofuran תחת ואקום ודלל עם 20ml של מים. העבר את התערובת למשפך הפרדה ושטוף את הבקרא עם 20ml של dichloromethane. לאחר מיצוי התערובת שלוש פעמים באמצעות dicholormethane, איגד את כל הפאזות האורגניות בבקרא עגולה ורכז באמצעות מאיד סיבובי.

טהר את התוצר הגולמי באמצעות כרומטוגרפיה על עמודה של סיליקה ג'ל, תוך אלוציה עם hexane ethyl acetate, כדי לקבל מוצק צהוב בהיר במקדם ריטנציה של 0.59. יש להפיק 27mg, המקבילים לנשוא של 75%. ניתן להכין את Carnoline ו-2, 15 dimethylhexahelicine בדרך פשוטה לפי השיטות הנוכחיות עם נשואים טובים מאוד. שני מסלולי התגובה חולקים מולקולה משותפת, 2, 7 dimethylnaphthalene, כחומר מוצא.

על פי נתיב הסינתזה הנוכחי, התרכובת הסופית הוכנה בשישה שלבים מהמולקולות המוזכרות, מה שהוביל לסינתזה שהפכה מדיוורגנטית (מפוצלת) לקונוורגנטית (מתכנסת). ההרכבה הסופית מתבססת על האסטרטגיה הידועה של הוספה מחזורית של אזיד ואלקין המזרזת על ידי נחושת (1), המכונה תגובת קליק (click reaction). בעקבות הליך זה, ניתן להכין תוך זמן סביר ובבקרות ביעול טובות מולקולה אורגנית מורכבת המסוגלת ליצור אינטראקציות סופר-מולקולריות עם פולרנים.

לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן ליישם בהצלחה תגובות מוכרות בכימיה אורגנית מסורתית כדי לבנות נתיב רב-שלבי ליצירת מולקולות פולי-ארומטיות מורכבות שאינן מישוריות בעלות תכונות מעניינות.