Method Article

Protocollo per la sintesi di Ortho Derivati ​​all'anilina -trifluoromethoxylated

DOI:

10.3791/53789

⸱

January 19th, 2016

 , 
1Department of Chemistry, State University of New York at Stony Brook, 2Institute of Chemical Biology and Drug Discovery, State University of New York at Stony Brook

In This Article

Summary

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

Viene riportata una procedura operativamente semplice per la sintesi di derivati dell'anilina orto-trifluorometossilati tramite una sequenza in due fasi di O-trifluorometilazione di N-aril-N-idrossiacetammide seguita da migrazione intramolecolare di OCF3 indotta termicamente.

Abstract

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

Le molecole portanti trifluorometossi gruppo (OCF 3) spesso show desiderato proprietà farmacologiche e biologiche. Tuttavia, la sintesi di composti aromatici facile trifluoromethoxylated rimane una sfida formidabile nella sintesi organica. Approcci convenzionali spesso soffrono di portata substrato povero, o richiedono l'uso di, manico difficili da altamente tossici, e / o reattivi termicamente labili. Qui riportiamo un protocollo di facile utilizzo per la sintesi di metil 4-acetamido-3- (trifluorometossi) benzoato utilizzando 1-trifluorometil-1,2-benziodoxol-3 (1H) -one (Togni reagente II). Trattamento metil 4- (N -hydroxyacetamido) benzoato (1a) con Togni reagente II in presenza di una quantità catalitica di carbonato di cesio (Cs 2 CO 3) in cloroformio a RT prestata metil 4- (N - (trifluorometossi) acetammido) benzoato (2a). Questo intermedio è stato poi convertito nel prodotto finale metil 4-acetamido-3- (trifluoromethoxy) benzoato (3a) in nitrometano a 120 ° C. Questa procedura è generale e può essere applicato alla sintesi di un ampio spettro di orto derivati ​​dell'anilina -trifluoromethoxylated, che potrebbe servire come utili blocchi sintetici per la scoperta e lo sviluppo di nuovi prodotti farmaceutici, prodotti agrochimici e materiali funzionali.

Introduction

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

Il trifluorometossi (OCF 3) gruppo ha fatto un profondo impatto sulla ricerca di vita e la scienza dei materiali in quanto la prima sintesi di trifluoromethyl dell'etere nel 1935. 2 Grazie alla sua combinazione unica di alta elettronegatività (χ = 3.7) 3 ed eccellente lipofilia (Π x = 1.04), 4 il gruppo trifluorometossi ha trovato ampie applicazioni in medicina, agricoltura, industria e materiali. 5-10 Tuttavia, l'introduzione facile del gruppo OCF 3 in molecole organiche, in particolare i composti aromatici, rimane una sfida importante nella chimica di sintesi.

Nel corso degli ultimi decenni, gli sforzi per affrontare questa sfida ha portato allo sviluppo di una manciata di trasformazioni per la sintesi di areni trifluoromethoxylated 5-7,9-11 Questi includono (i) scambio di cloro / fluoro sui precursori trichlorinated;. 1,12 -17 (ii) deoxyfluorination di fluoroformiati; 18 (iii) fluorodesulfurization ossidativo; 19-21 (iv) trifluoromethylation elettrofila di alcoli, 22-25 (v) trifluoromethoxylation nucleofila, 26-30, (vi) di transizione trifluoromethoxylation metallo-mediata di borato arilici e stannani, 31 e (vii ) trifluoromethoxylation radicale. 32,33 Tuttavia, molti di questi approcci sia soffrono di applicazione substrato scarsa o richiede l'uso di reagenti altamente tossici e / o termicamente labili. Pertanto, a causa della mancanza di un metodo generale e di facile utilizzo per sintetizzare OCF 3 composti -aventi tenore, il potenziale del gruppo OCF 3 non è stata completamente sfruttata in chimica.

Come parte del nostro interesse per reazioni trifluoromethoxylation, 34 descriviamo qui un protocollo a due fasi (cioè, O -trifluoromethylation radicale e OCF indotta termicamente 3 -migration) per la sintesi di metil 4-acetamido-3- (trifluorometossi) benzoato (3a) da metil 4- (N -hydroxyacetamido) benzoato (1a). La strategia è facile da usare e applicabili alla sintesi di una vasta gamma di orto derivati ​​dell'anilina -trifluoromethoxylated.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

1. Precursore Preparazione: Sintesi di metile 4- (N -hydroxyacetamido) benzoato (1a)

  1. Riduzione di metil 4-nitrobenzoato.
    1. Aggiungere 5,00 g di metil 4-nitrobenzoato (27,6 mmol, 1,00 equiv), 159 mg di 5% su carbone Rodio (Rh / C, 0.300 mol% Rh), e un fritto barra magnetica in un forno-essiccato 250 ml a due collo pallone a fondo tondo (essiccato a 150 ° C per 18 ore).
      NOTA: I reagenti possono essere pesati sotto atmosfera ambiente. Tuttavia, la reazione deve essere effettuata in atmosfera di azoto.
    2. Collegare un collo del pallone di azoto / collettore del vuoto e tappare l'altro collo con un setto. Eseguire tre cicli di vuoto-ricarica (cioè, il pompaggio di aria fuori del pallone e sostituendo il vuoto risultante con gas azoto) per sostituire l'aria nel pallone con azoto.
    3. Aggiungere 138 ml di tetraidrofurano anidro (THF, 0,200 M) al pallone di reazione mediante siringa ermetico. Fresco e mescolare le mixt reazioneure a 0 ° C per 15 min.
    4. Aggiungere 1,47 ml di idrazina monoidrato (1,52 g, 30,4 mmol, 1,20 equiv) goccia a goccia alla miscela di reazione a 0 ° C utilizzando una siringa a tenuta d'aria. Monitorare la reazione utilizzando una cromatografia su strato sottile (TLC). Utilizzare esano: acetato di etile (EtOAc) (4: 1 v / v, R f = 0,23) come eluente per sviluppare la TLC.
    5. Quando metil 4-nitrobenzoato è completamente consumato, filtrare la miscela di reazione attraverso un breve pad di terra di diatomee (cioè, Celite, 5 g) in 60 ml di fritta imbuto Buchner con filtrazione sottovuoto. Lavare il filtro con EtOAc (20 ml x 3 volte). Concentrare il filtrato sotto vuoto usando un evaporatore rotante per permettere il benzoato di metile grezzo 4- (N -hydroxyamino), che è usato direttamente senza ulteriore purificazione.
  2. Protezione acetil di metil 4- (N -hydroxyamino) benzoato
    1. Aggiungere 2,55 g di bicarbonato di sodio (NaHCO3, 30,4 mmol, 1,20 equiv), tutto il greggiometil 4- (N -hydroxyamino) benzoato ottenuto dal passaggio precedente, e un fritto bar in una da 500 ml a due colli pallone a fondo del forno-essiccato.
    2. Cap un collo con un setto e collegare un altro collo di un collettore di azoto / vuoto. Eseguire tre cicli di vuoto-ricarica per sostituire l'aria nel pallone con azoto.
    3. Aggiungere 138 ml di etere dietilico anidro (Et 2 O, 0,200 M) al pallone di reazione utilizzando una siringa a tenuta d'aria. Raffreddare e agitare la miscela di reazione a 0 ° C per 15 min.
    4. Preparare una soluzione di cloruro di acetile (2,17 ml, 2,39 g, 30,4 mmol, 1,20 equiv) in Et 2 O anidro (138 ml, 0,220 M). Aggiungere la soluzione alla miscela di reazione a 0 ° C utilizzando una pompa a siringa ad una velocità di 10,0 ml / h.
    5. Al termine dell'aggiunta, filtrare la miscela di reazione attraverso un breve pad di terra di diatomee (cioè, Celite, 5 g) in 60 ml di fritta imbuto Buchner con filtrazione sottovuoto. Lavare il filtro con EtOAc (20 ml x 3 volte). Concentrare ilfiltrato sotto vuoto usando un evaporatore rotante.
    6. Purificare il prodotto grezzo con colonna cromatografia flash 35 eluendo con esano: EtOAc (4: 1 a 1: 1 (v / v)) (R f = 0,13, esano: EtOAc (4: 1 (v / v)) per ottenere 5,31 g di metil 4- (N -hydroxyacetamido) benzoato come un giallo solido (25,4 mmol, 92% di resa) luce.

2. Sintesi di metil 4- (N - (trifluorometossi) acetammido) benzoato (2a)

  1. Aggiungere 2,00 g di metil 4- (N -hydroxyacetamido) benzoato (1a) (9,56 mmol, 1,00 equiv), 311 mg di Cs 2 CO 3 (0,956 mmol, 10,0 mol%), 3,63 g di Togni reagente II (11,5 mmol, 1.20 equiv), e un fritto barra magnetica in un 250 ml pallone da forno secchi all'interno di un vano portaoggetti (atmosfera di azoto).
    NOTA: Questa reazione può essere effettuata anche mediante tecniche di Schlenk fuori del cassetto portaoggetti.
    Attenzione: Pure reagente Togni II è l'impatto e l'attrito sensibile, fiamme liberes, scintille, e / o rettifica dovrebbe essere evitato. Strumenti morbidi e levigati devono essere utilizzati per le manipolazioni. Inoltre, la miscela di reazione deve essere agitata dietro uno schermo di sicurezza. 36
  2. Aggiungere 95,6 ml di essiccato e degassato cloroformio (CHCl3, 0,100 M) al pallone di reazione.
  3. Chiudere la beuta con setto e agitare la miscela di reazione a 23 ° C sotto atmosfera di N 2 all'interno o all'esterno del vano portaoggetti per 16 ore.
  4. Filtrare la miscela di reazione attraverso un imbuto filtrante per rimuovere eventuali residui solidi. Concentrare il filtrato sotto vuoto usando un evaporatore rotante.
  5. Purificare il prodotto grezzo con cromatografia flash eluendo con esano: diclorometano (CH 2 Cl 2) (7: 3 a 0: 1 (v / v)) (R f = 0,44 (CH 2 Cl 2) permettere 2,51 g di metil 4- (N - (trifluorometossi) acetammido) benzoato (9,05 mmol, 95% resa).
    NOTA: Togni reagente II è accordo preparatozione alle procedure letteratura 37 e memorizzati nel cassetto portaoggetti congelatore a -35 ° C per mantenere la sua qualità per un lungo periodo di tempo. Questa reazione è ossigeno sensibile. Sebbene tutti i reagenti possono essere pesati sotto atmosfera ambiente a temperatura ambiente, la rimozione di tutto l'ossigeno dal pallone di reazione è critica. Essiccato e degassato CHCl3 viene preparato mediante distillazione da CaH 2 in atmosfera di azoto seguita eseguendo tre cicli di congelamento-procedura pompa-disgelo.

3. Sintesi di Metil-4 Acetamido-3- (trifluorometossi) benzoato via OCF 3 -migration (3a)

  1. Aggiungere 2,51 g metile 4- (N - (trifluorometossi) acetammido) benzoato (9.05 mmol, 1,0 equiv), un fritto barra magnetica, e 9,05 ml di Meno 2 (1,00 m) in un recipiente a pressione da 50 ml. Tappare il recipiente con un tappo a vite.
  2. Mescolare la miscela di reazione a 120 ° C dietro lo schermo di protezione per 20 ore.
    Attenzione: nitrometano Impureè esplosivo, quindi la miscela di reazione deve essere agitata dietro lo schermo di protezione.
  3. Raffreddare la miscela di reazione di RT.
  4. Trasferire la miscela di reazione in un pallone a fondo rotondo da 100 ml.
  5. Concentrare la miscela di reazione sotto vuoto usando un evaporatore rotante.
  6. Purificare il prodotto grezzo con cromatografia flash eluendo con esano: EtOAc (9: 1 a 7: 3 (v / v)) (R f = 0,51 esano: EtOAc (4: 1 (v / v)) per ottenere 2,13 g di metil 4-acetamido-3- (trifluorometossi) benzoato (7,69 mmol, 85%).
    NOTA: Questa reazione può essere condotta in atmosfera ambiente. Atmosfera di azoto non è necessaria. Un pallone a fondo tondo dotato di un condensatore acqua può essere utilizzata come un apparato reazione alternativa.

4. Caratterizzazione di nuovi prodotti

  1. Caratterizzare tutti i nuovi composti da 1 H, 13 spettroscopia NMR C e spettroscopia di massa ad alta risoluzione e utilizzare 19 spettroscopia NMR Fper caratterizzare composti contenenti atomi di fluoro. 34

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Metil 4- (N -hydroxyacetamido) benzoato (1a) è stato sintetizzato nel 92% isolato resa attraverso una procedura in due fasi (ad esempio, la riduzione metil 4 nitrobenzoato con idrazina utilizzando 5% Rh / C come catalizzatore per formare metil 4- ( N -hydroxyamino) benzoato, seguita da protezione acetil della idrossilammina risultante). O- Trifluoromethylation di 1a con Togni reagente II in presenza di quantità catalit...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

A causa della mancanza di una procedura generale e user-friendly per la sintesi di areni trifluoromethoxylated, molti OCF composti aromatici 3 -non sono estremamente costosi. 34 La nostra strategia sposta un'ampia tolleranza gruppo funzionale e fornisce un facile accesso alle varie areni trifluoromethoxylated. Questi composti potrebbero servire come mattoni importanti per la scoperta e lo sviluppo di nuovi prodotti farmaceutici, prodotti agrochimici, e materiali.

Id...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Acknowledgements

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

Riconosciamo generosi fondi di start-up della State University di New York a Stony Brook, a sostegno di questo lavoro. Ringraziamo anche TOSOH F-Tech, Inc. per averci fornito TMSCF 3 reagenti per la sintesi di Togni reagente II.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
5% Rodio su carbonioAspira Scientific 3008355% in peso
Idrazina monoidratoSigma-Alderich13696HMVGrado reattivo, 98%
Cloruro di acetilAlfa Aesar1017688798%
Bicarbonato di sodioFisher Scientific134826Chimico
Carbonato di cesioAlfa Aesar1288799,9%, base di metalli
Reagente Togni IIPreparato secondo la procedura della letteratura (rif. 37). Attenzione: il reagente Pure Togni II è sensibile agli urti e all'attrito, trattarlo con grande cura (vedi rif. 36).
TetraidrofuranoBDHBDH1149-4LGDistillato da benzofenone chetile sodico viola intenso.
Etere dietilicoFisher Scientific148221Distillato da benzofenone chetile sodio viola intenso.
CloroformioFisher Scientific 141739Essiccato su CaH2 e Nitrometano distillato
Alfa AesarJ03z053Essiccato su CaSO4 e gel
di siliceSILICYCLE6051440-63 &; m (230-400 mesh)
CeliteEMD2012040674Non lavato con acido
puro distillato

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Yagupolskii, L. M. Sintez proizvodnykh feniltriftormetilovogo efira. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 105, 100-102 (1955).
  2. Booth, H. S., Burchfield, P. E. Fluorination of halogeno methyl ethers. I. Fluorination of trichlorodimethyl ether. J. Am. Chem. Soc. 57, 2070(1935).
  3. McClinton, M. A., McClinton, D. A. Trifluoromethylations and related reactions in organic-chemistry. Tetrahedron. 48, 6555-6666 (1992).
  4. Hansch, C., Leo, A. Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology. , Wiley. (1979).
  5. Leroux, F., Jeschke, P., Schlosser, M. Alpha-fluorinated ethers, thioethers, and amines: Anomerically biased species. Chem. Rev. 105, 827-856 (2005).
  6. Jeschke, P., Baston, E., Leroux, F. R. Alpha-fluorinated ethers as 'exotic' entity in medicinal chemistry. Mini-Rev. Med. Chem. 7, 1027-1034 (2007).
  7. Leroux, F. R., Manteau, B., Vors, J. P., Pazenok, S. Trifluoromethyl ethers - synthesis and properties of an unusual substituent. Beilstein J. Org. Chem. 4, (2008).
  8. Fantasia, S., Welch, J. M., Togni, A. Reactivity of a hypervalent iodine trifluoromethylating reagent toward THF: ring opening and formation of trifluoromethyl ethers. J. Org. Chem. 75, 1779-1782 (2010).
  9. Manteau, B., Pazenok, S., Vors, J. P., Leroux, F. R. New trends in the chemistry of alpha-fluorinated ethers, thioethers, amines and phosphines. J. Fluorine Chem. 131, 140-158 (2010).
  10. Landelle, G., Panossian, A., Leroux, F. R. Trifluoromethyl ethers and -thioethers as tools for medicinal chemistry and drug discovery. Curr. Top. Med. Chem. 14, 941-951 (2014).
  11. Liang, T., Neumann, C. N., Ritter, T. Introduction of fluorine and fluorine-containing functional groups. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 8214-8264 (2013).
  12. Yarovenko, N. N., Vasileva, A. S. A new method for the introduction of trihalomethyl groups into organic molecules. Zh. Obshch. Khim. 28, 2502-2504 (1958).
  13. Yagupols, L., Troitskaya, V. I. Synthesis of phenyl trifluoromethyl ether derivatives. Zh. Obshch. Khim. 31, 915-924 (1961).
  14. Yagupolskii, L. M., Orda, V. V. Bis(triftormetoksi I triftormetilmerkapto)-proizvodnye benzola. Zh. Obshch. Khim. 34, 1979-1984 (1964).
  15. Louw, R., Franken, P. W. Selective side-chain chlorination of methoxybenzenes. Chem Ind-London. , 127-128 (1977).
  16. Feiring, A. E. Chemistry in hydrogen-fluoride. 7. Novel synthesis of aryl trifluoromethyl ethers. J. Org. Chem. 44, 2907-2910 (1979).
  17. Salome, J., Mauger, C., Brunet, S., Schanen, V. Synthesis conditions and activity of various Lewis acids for the fluorination of trichloromethoxy-benzene by HF in liquid phase. J. Fluorine Chem. 125, 1947-1950 (2004).
  18. Sheppard, W. A. Alpha-Fluorinated Ethers. I. Aryl Fluoroalkyl Ethers. J. Org. Chem. 29, 1-11 (1964).
  19. Kuroboshi, M., Suzuki, K., Hiyama, T. Oxidative desulfurization-fluorination of xanthates - a convenient synthesis of trifluoromethyl ethers and difluoro(methylthio)methyl ethers. Tetrahedron Lett. 33, 4173-4176 (1992).
  20. Kanie, K., Tanaka, Y., Suzuki, K., Kuroboshi, M., Hiyama, T. A convenient synthesis of trifluoromethyl ethers by oxidative desulfurization-fluorination of dithio carbonates. Bull. Chem. Soc. Jpn. 73, 471-484 (2000).
  21. Kuroboshi, M., Kanie, K., Hiyama, T. Oxidative desulfurization-fluorination: A facile entry to a wide variety of organofluorine compounds leading to novel liquid-crystalline materials. Adv. Synth. Catal. 343, 235-250 (2001).
  22. Umemoto, T. Electrophilic perfluoroalkylating agents. Chem. Rev. 96, 1757-1777 (1996).
  23. Umemoto, T., Adachi, K., Ishihara, S. CF3 oxonium salts, O-(trifluoromethyl)dibenzofuranium salts: in situ synthesis, properties, and application as a real CF3+ species reagent. J. Org. Chem. 72, 6905-6917 (2007).
  24. Stanek, K., Koller, R., Togni, A. Reactivity of a 10-I-3 hypervalent iodine trifluoromethylation reagent with phenols. J. Org. Chem. 73, 7678-7685 (2008).
  25. Koller, R., et al. Zinc-mediated formation of trifluoromethyl ethers from alcohols and hypervalent iodine trifluoromethylation reagents. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 4332-4336 (2009).
  26. Trainor, G. L. The preparation of O-trifluoromethyl carbohydrates. J. Carbohydr. Chem. 4, 545-563 (1985).
  27. Nishida, M., Vij, A., Kirchmeier, R. L., Shreeve, J. M. Synthesis of polyfluoro aromatic ethers - a facile route using polyfluoroalkoxides generated from carbonyl and trimethysilyl compounds. Inorg. Chem. 34, 6085-6092 (1995).
  28. Kolomeitsev, A. A., Vorobyev, M., Gillandt, H. Versatile application of trifluoromethyl triflate. Tetrahedron Lett. 49, 449-454 (2008).
  29. Marrec, O., Billard, T., Vors, J. P., Pazenok, S., Langlois, B. R. A deeper insight into direct trifluoromethoxylation with trifluoromethyl triflate. J. Fluorine Chem. 131, 200-207 (2010).
  30. Marrec, O., Billard, T., Vors, J. P., Pazenok, S., Langlois, B. R. A new and direct trifluoromethoxylation of aliphatic substrates with 2,4-dinitro(trifluoromethoxy)benzene. Adv. Synth. Catal. 352, 2831-2837 (2010).
  31. Huang, C. H., Liang, T., Harada, S., Lee, E., Ritter, T. Silver-mediated trifluoromethoxylation of aryl stannanes and arylboronic acids. J. Am. Chem. Soc. 133, 13308-13310 (2011).
  32. Rozen, S. Selective fluorinations by reagents containing the OF group. Chem. Rev. 96, 1717-1736 (1996).
  33. Venturini, F., et al. Direct trifluoro-methoxylation of aromatics with perfluoro-methyl-hypofluorite. J. Fluorine Chem. 140, 43-48 (2012).
  34. Hojczyk, K. N., Feng, P., Zhan, C., Ngai, M. -Y. Trifluoromethoxylation of arenes: synthesis of ortho-trifluoromethoxylated aniline derivatives by OCF3 migration. Angew. Chem. Int. Ed. 53, 14559-14563 (2014).
  35. Still, W. C., Kahn, M., Mitra, A. Rapid chromatographic technique for preparative separations with moderate Resolution. J. Org. Chem. 43, 2923-2925 (1978).
  36. Fiederling, N., Haller, J., Schramm, H. Notification about the Explosive Properties of Togni's Reagent II and One of Its Precursors. Org. Process Res. Dev. 17, 318-319 (2013).
  37. Matousek, V., Pietrasiak, E., Schwenk, R., Togni, A. One-pot synthesis of hypervalent iodine reagents for electrophilic trifluoromethylation. J. Org. Chem. 78, 6763-6768 (2013).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

TrifluoromethoxylationTogni Reagent IICesium CarbonateFlash Column ChromatographyNMR SpectroscopyHigh Resolution Mass SpectrometryFluorine 19 NMROrtho Trifluoromethoxylated AnilinesMethyl 4 Acetamido 3 trifluoromethoxy benzoateVacuum Filtration

Related Articles