Articolo metodologico

Sintesi altamente stereoselettiva di 1,6-chetoesteri Mediata da liquidi ionici: una reazione a tre componenti Abilitazione accesso rapido a una nuova classe di basso peso molecolare Gelators

DOI:

10.3791/53213

⸱

27 novembre 2015

 ,  , 
1Chemistry and Chemical Engineering, Chalmers University of Technology

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

I liquidi ionici (IL) mediano un accesso rapido, semplice ed economico agli 1,6-chetoesteri con alte diastereoselettività e buone resezioni. Il protocollo di reazione è robusto e gli 1,6-chetoesteri possono essere ottenuti su scala di grammi dopo un semplice protocollo di filtrazione. Inoltre, gli 1,6-chetoesteri sono potenti gelificatori in solventi idrocarburici.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In chimica organica, i liquidi ionici (IL) sono emersi come solventi di reazione sicuri e riciclabili. In presenza di una base, gli ILs possono essere deprotonati per formare Carbeni N-eterociclici (NHCs) cataliticamente attivi. Qui abbiamo usato gli IL come precatalizzatori nell'aggiunta di aldeidi α,β-insaturi ai calconi per formare 1,6-chetoesteri, incorporando una porzione anti-difenile in modo altamente stereoselettivo. La reazione ha un ampio campo di applicazione del substrato e diversi gruppi funzionali ed eteroaromatici possono essere integrati nella spina dorsale del chetoestere in rese generalmente buone con stereoselettività mantenuta. Il protocollo di reazione è robusto e scalabile. I materiali di partenza sono economici e i prodotti possono essere ottenuti dopo una semplice filtrazione, evitando la cromatografia che richiede solventi. Inoltre, l'IL può essere riciclato fino a 5 volte senza alcuna perdita di reattività. Inoltre, il prodotto finale 1,6-chetoestere è un potente gelificante in diversi solventi a base di idrocarburi. Il metodo consente un rapido accesso e la valutazione di una nuova classe di gelatori a basso peso molecolare (LMWG) da materiali di partenza riciclabili e poco costosi.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

figure-introduction-1

(Sopra) sintesi tricomponente di 1,6-chetoesteri: una nuova classe di gelators basso peso molecolare.

I liquidi ionici (ILS) hanno elevata stabilità, bassa volatilità, non infiammabilità e hanno quindi reso attenzione come mezzo di reazione sicure e solventi ideali per il riciclaggio. 1-3 imidazoliums dialchil sono un certo tipo di liquidi ionici che, in presenza di una base , può essere deprotonato rendere un carbene N-eterociclico (NHC). 4 Nel campo dell'organocatalisi, NHCs, operando sotto percorsi di reazione distinti, hanno trovato uso diffuso in un'ampia gamma di reazioni generiche. 5-11

Nonostante questo, la connessione tra ILs e legame CC Forming NHC-catalisi è relativamente inesplorato. Tuttavia, NHCs derivato da ILs sono stati segnalati per catalizzare reazioni di formazione di legami CC, come la condensazione benzoino e la reazione Stetter. 12-22 Ad esempio, Davis et al. Hanno dimostrato che ILs derivati ​​da thiazoliums N-alchil servono come precatalysts nel formazione di benzoino dal benzaldeide. 12

Più di recente, Chen e colleghi di lavoro ampliato questo concetto con un imidazolio basato IL, 1-etil-3-metil imidazolio acetato (EMIMAc), per eseguire la condensa benzoino, il 5-idrossimetilfurfurale (HMF) per generare 5,5 '-di (idrossimetil) Furoin (DHMF). 23 Dato che ILs sono disponibili in commercio e offrono un modo economico di generare NHCs, siamo stati interessati a indagare quello che altri tipi di reazioni ILs potrebbe svolgere. A tal fine, abbiamo scoperto che dialchilici imidazoliums potrebbero efficacemente essere utilizzati come precatalysts nel coniugato additi formalesu aldeidi insature a calconi (figura 1) dà 1,6-chetoesteri. Il più efficiente IL, EMIMAc, promuove una forte reazione stereoselettiva tra cinnamaldeide e calcone. La reazione avviene con alta preferenza per l'anti -diastereomer e gli 1,6-chetoesteri può essere isolato con rese fino al 92%. 24,25,26

figure-introduction-2
Figura 1: IL-mediata tricomponente, addizione stereoselettiva di cinnamaldeide a calconi.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Gram-scala Sintesi di metile 6-oxo-3,4,6-triphenylhexanoate

  1. Lavaggio 1-etil-3-metil acetato imidazolio (EMIMAc) in un pallone a fondo rotondo su un evaporatore rotante a 10 mBar, 40 ° C per 1 ora.
  2. Aggiungere 2,1 g di secco EMIMAc e 1,0 g di 1,3-difenil-2-propen-1-one per un Pallone da 100 ml a fondo tondo dotato di un agitatore magnetico.
  3. Aggiungere 2.019 ml di metanolo e 2,3 g di cinnamaldeide al pallone.
  4. A temperatura ambiente (22 ° C) sciogliere la miscela in 60 ml di diclorometano agitando per 1 min.
  5. Successivamente aggiungere 0,37 ml di 1,8 diazabiciclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU) alla miscela di agitazione (passo 1.4) e tappare il pallone a fondo tondo.
  6. Mescolare con una ancoretta magnetica ad una velocità di 500 rpm a temperatura ambiente (22 ° C).
  7. Controllare il completamento della reazione con 1 H NMR. 24 Cercare scomparsa del doppio legame del chalcone nell'area 7,8 ppm.
  8. Quando la reazione è raggiunto completamento rimuovere le sostanze volatili in un evaporatore rotante a 10 mBar, 20 ° C per 15 min.
  9. Aggiungere 50 ml di metanolo al residuo di sciogliere il EMIMAc mescolando con un bastoncino magnetico.
  10. Rimuovere i solidi dalle pareti del pallone agitando violentemente con ancoretta magnetica ad una velocità di 750 rpm per 30 min. Se necessario, utilizzare una spatola per rimuovere residui solidi dalle pareti.
  11. Filtrare la miscela su una fritta (dimensione dei pori 3).
  12. Lavare con altri 20 ml di metanolo. Se si desidera il riciclaggio del EMIMAc evaporare il filtrato metanolica. (passo 2.1).
  13. Sempre sul fritta, dividere delicatamente il panello di filtrazione (dal punto 1.11) in pezzi più piccoli con una spatola e trasferire i solidi tramite una tramoggia ad un pallone a fondo rotondo pre-pesato e asciugare i solidi sotto vuoto.
  14. Pesare il pallone e calcolare il rendimento.
  15. Analizzare il prodotto da 1 H NMR (punto 1.7). Confronta con spettri riportati. 24
title "> 2. Riciclaggio di EMIMAc

  1. Rimuovere le sostanze volatili dalla miscela metanolica (dal punto 1.12) sotto pressione ridotta di 10 mbar, a 40 ° C per 30 min.
  2. Analizzare l'olio risultante da 1H NMR e 13 C NMR per controllare che EMIMAc è presente. 24
  3. Utilizzare il EMIMAc riciclato a partire dal punto 1.2.

3. gelificazione

  1. Preparazione di una soluzione madre
    1. Aggiungere 200 mg di metil 6-oxo-3,4,6-triphenylhexanoate (il prodotto dal punto 1.15) e di una ancoretta magnetica di una fiala. Aggiungere 2,0 ml di diclorometano per sciogliere il chetoestere. Mescolare fino a quando tutto si è dissolto.
  2. Gelificazione
    1. Aggiungere 50 ml di eptano in un becher da 500 ml. Aggiungere 1,5 ml della soluzione madre al eptano. Mescolate rapidamente per garantire un'adeguata miscelazione e lasciare riposare senza agitazione a temperatura ambiente finché non si verifica gelificazione.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Come esemplificato sopra, EMIMAc servire come precatalyst nel coniugato aggiunta formale α, β-insaturo aldeidi a calconi. Altri commercialmente disponibili imidazolio ILs base come il cloruro di 1-etil-3-methylimidazolium (EMIMCl) e cloruro di 1-butil-3-methylimidazolium (BMIMCl) sono stati esaminati, tuttavia, queste reazioni sono svolte in rese inferiori che indicano che l'anione acetato può essere importante per la reattività (Tabella 1, ingresso 1-3). 27,28 *

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sulla base anti configurazione beta determinata mediante analisi ai raggi X di chetoestere 3 e l'indagine meccanicistica proposto da Bode e collaboratori 30 il seguente percorso reazione viene suggerito (Figura 5). Deprotonazione dell'IL genera specie NHC; NHC reagisce con l'aldeide insaturo per formare il Breslow intermedio I. Il Breslow intermedio e il chalcone reagire in reazione di benzoino per formare diene II. Intermedio II subisce un riarrangiamento ossi-Cope via d...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ringraziamo il Consiglio Svedese delle Ricerche Formas per il generoso sostegno finanziario.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
acetato di 1-etil-3-metil imidazoloAldrich51053-100G-FProdotto da BASF ≥ 90%, essiccato su rotativa evaporato prima dell'uso (10 mBar, 40 ° C, 1 ora)
NUMERO CAS: 143314-17-4
1,3-difenil-2-propen-1-oneAldrich11970-100G98,0%
NUMERO CAS: 94-41-7
trans-cinnamaldeide AldrichC80687-25G99%, conservato sotto azoto prima dell'uso
NUMERO CAS: 14371-10-9
1,8-Diazobicyclo[5.4.0]undec-7-eneAldrich139009-25G98%
NUMERO CAS: 6674-22-2
MetanoloSigma-Aldrich32213N-2.5Lpuriss. ISO, reag. Ph. Eur. ≥ 99,8% (GC)
NUMERO CAS: 67-56-1
DiclorometanoFischer ChemicalD/1852/17XGrado di reagente analitico, stabilizzato con amilene
NUMERO CAS: 9/2/1975
n-eptanoFischer ChemicalH/0160/17XGrado di reagente analitico
NUMERO CAS: 142-82-5

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hallett, J. P., Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids: Solvents for Synthesis and Catalysis. 2. Chem. Rev. 111, 3508-3576 (2011).
  2. Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids. Solvents for Synthesis and Catalysis. Chem. Rev. 99, 2071-2084 (1999).
  3. Vora, H. U., Wheeler, P., Rovis, T. Exploiting acyl and enol azolium intermediates via N-hetero- cyclic carbene-catalyzed reactions of α-reducible aldehydes. Adv. Synth. Catal. 354, 1617-1639 (2012).
  4. Holloczki, O., et al. Carbenes in ionic liquids. New J. Chem. 34, 3004-3009 (2010).
  5. Enders, D., Balensiefer, T. Nucleophilic Carbenes in Asymmetric Organocatalysis. Acc. Chem. Res. 37, 534-541 (2004).
  6. Enders, D., Niemeier, O., Henseler, A. Organocatalysis by N-Heterocyclic Carbenes. Chem. Rev. 107, 5606-5655 (2007).
  7. List, B. Enamine Catalysis Is a Powerful Strategy for the Catalytic Generation and Use of Carbanion Equivalents. Acc. Chem. Res. 37, 548-557 (2004).
  8. Nair, V., Bindu, S., Sreekumar, V. N-Heterocyclic carbenes: Reagents, not just ligands! Angew. Chem. Int. Ed. 43, 5130-5135 (2004).
  9. Marion, N., Dìez-González, S., Nolan, S. P. N-Heterocyclic Carbenes as Organocatalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 2988-3000 (2007).
  10. Biju, A. T., Kuhl, N., Glorius, F. Extending NHC-Catalysis: Coupling Aldehydes with Unconventional Reaction Partners. Acc. Chem. Res. 44, 1182-1195 (2011).
  11. Bugaut, X., Glorius, F. Organocatalytic umpolung: N-heterocyclic carbenes and beyond. Chem. Soc. Rev. 41, 3511-3522 (2012).
  12. Davis, hj Jr., Forrester, K. J. Thiazolium-ion based organic ionic liquids (OILs).1,2 Novel OILs which promote the benzoin condensation. Tetrahedron Lett. 40, 1621-1622 (1999).
  13. Xu, L. -W., Gao, Y., Yin, J. -J., Li, L., Xia, C. -G. Efficient and mild benzoin condensation reaction catalyzed by simple 1-N-alkyl-3-methylimidazolium salts. Tetrahedron Lett. 46, 5317-5320 (2005).
  14. Jiang, F. S., Yu, H., Gao, G., Xie, R. G. Benzoin condensation in imidazolium based room-temperature ionic liquids. Chin. Chem. Lett. 16, 321-324 (2005).
  15. Estager, J., Lévêque, J. M., Turgis, R., Draye, M. Solventless and swift benzoin condensation catalyzed by 1-alkyl-3-methylimidazolium ionic liquids under microwave irradiation. J. Mol. Catal. A: Chem. 256, 261-264 (2006).
  16. Estager, J., Lévêque, J. -M., Turgis, R., Draye, M. Neat benzoin condensation in recyclable room-temperature ionic liquids under ultrasonic activation. Tetrahedron Lett. 48, 755-759 (2007).
  17. Orsini, M., Chiarotto, I., Elinson, M. N., Sotgiu, G., Inesi, A. Benzoin condensation in 1,3-dialkylimidazolium ionic liquids via electrochemical generation of N-heterocyclic carbene. Electrochem. Commun. 11, 1013-1017 (2009).
  18. Dunn, M. H., Cole, M. L., Harper, J. B. Effects of an ionic liquid solvent on the synthesis of [gamma]-butyrolactones by conjugate addition using NHC organocatalysts. RSC Advances. 2, 10160-10162 (2012).
  19. Kelemen, Z., Holloczki, O., Nagy, J., Nyulaszi, L. An organocatalytic ionic liquid. Org. Biomol. Chem. 9, 5362-5364 (2011).
  20. Yu, F. -L., Zhang, R. -L., Xie, C. -X., Yu, S. -T. Synthesis of thermoregulated phase-separable triazolium ionic liquids catalysts and application for Stetter reaction. Tetrahedron. 66, 9145-9150 (2010).
  21. Aupoix, A., Vo-Thanh, G. Solvent-free synthesis of alkylthiazolium-based ionic liquids and their use as catalysts in the intramolecular Stetter reaction. Synlett. , 1915-1920 (2009).
  22. Yu, F. -L., Jiang, J. -J., Zhao, D. -M., Xie, C. -X., Yu, S. -T. Imidazolium chiral ionic liquid derived carbene-catalyzed conjugate umpolung for synthesis of [gamma]-butyrolactones. RSC Advances. 3, 3996-4000 (2013).
  23. Liu, D., Zhang, Y., Chen, E. Y. X. Organocatalytic upgrading of the key biorefining building block by a catalytic ionic liquid and N-heterocyclic carbenes. Green Chem. 14, 2738-2746 (2012).
  24. Ta, L., Axelsson, A., Bijl, J., Haukka, M., Sundén, H. Ionic Liquids as Precatalysts in the Highly Stereoselective Conjugate Addition of α,β-Unsaturated Aldehydes to Chalcones. Chem. Eur. J. 20, 13889-13893 (2014).
  25. Nair, V., et al. Nucleophilic Heterocyclic Carbene Catalyzed Annulation of Enals to Chalcones in Methanol: A Stereoselective Synthesis of Highly Functionalized Cyclopentanes. Org. Lett. 11, 2507-2510 (2009).
  26. Ma, J., Huang, Y., Chen, R. N-Heterocyclic carbene-catalyzed (NHC) three-component domino reactions: highly stereoselective synthesis of functionalized acyclic ϵ-ketoesters. Org. Biomol. Chem. 9, 1791-1798 (2011).
  27. Domingo, L. R., Saez, J. A., Arno, M. A DFT study on the NHC catalysed Michael addition of enols to α,β-unsaturated acyl-azoliums. A base catalysed C-C bond-formation step. Org. Biomol. Chem. 12, 895-904 (2014).
  28. Kaeobamrung, J., Mahatthananchai, J., Zheng, P., Bode, J. W. An Enantioselective Claisen Rearrangement Catalyzed by N-Heterocyclic Carbenes. J. Am. Chem. Soc. 132, 8810-8812 (2010).
  29. Zweep, N., van Esch, J. H. Functional Molecular Gels. , The Royal Society of Chemistry. 1-29 (2014).
  30. Chiang, P. -C., Kaeobamrung, J., Bode, J. W. Enantioselective, Cyclopentene-Forming Annulations via NHC-Catalyzed Benzoin−Oxy-Cope Reactions. J. Am. Chem. Soc. 129, 3520-3521 (2007).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi permesso

Tag

Precursori di NHC1Analisi NMR protonicaRiciclo dei solventiWorkup senza cromatografiaFormazione del gelatore

Articoli correlati