[(Bcp)] PF6: 일반적이 고 광범위 하 게 적용 가능한 구리 기반 포토에도 x 촉매

요약

[(Bcp) Cu] PF₆, 일반적인 구리 계 광에도 네 스 촉매의 합성에 대 한 상세 하 고 일반적인 프로토콜을 제시 하 고, (헤 테로) 아 렌 및 라 디 칼의 C-H 결합에 대 한 직접적으로 아실 화를 위한 합성 화학에 사용 하기 위한 유기 할로겐화 물의 고리 화.

초록

우리 그룹은 최근 구리 계 광에 할로겐화 물 촉매로 서 [(DPEPhos)] PF를 사용 하 여 활성화 되지 않은 것 들을 포함 하 여 광범위 한 유기 체의 활성화를 촉진 하는 것을 효율적으로 입증 했습니다. 이들은 그 때 몇몇 (헤 테로) arenes의 직접 아 르 화에 뿐만 아니라 감소 및 고리 화 반응과 같은 다양 한 급진적인 변환에 참여할 수 있습니다. 이러한 변형은 합성 화학에 관심 있는 작은 분자의 범위 뿐만 아니라 생물학적 활성 천연 제품에 대 한 간단한 액세스를 제공 합니다. 모두, [(bcp) Cu] PF₆ 은 최첨단 이리듐 및 루 테 늄 계 광 촉매에 대 한 매력적이 고 저렴 하며 보완적인 대안이 되는 편리한 광에도 x 촉매 역할을 합니다. 여기서 우리는 NMR 및 분 광학적 특성 뿐만 아니라 [(DPEPhos)의 합성에 대 한 상세한 프로토콜을 보고 하 고, 우리는 (헤 테로) 아 렌과 라 디 칼 고리 화의 직접적인 아실 화를 위한 합성 화학에서의 그의 사용을 예시 한다 유기 할로겐화 물. 특히 methylpyrrole의 직접 아 르 화는 4-iodobenzonitrile을 감당할 수 있는 4-1 메 틸-1hidonro2-yl) Benzonitrile 및 n벤 조일의 라 디 칼 고리 화 및 메 틸을 포함한다. 천연 제품을 감당할 수 있는 시아 미드 A가 상세히 설명 되어 있습니다. 이 구리 계 포토에도 x 촉매의 범위 및 제한은 또한 간략하게 논의 된다.

서론

급진적 인 변환은 수십 년 동안 양이온, 음이온 또는 pericyclic 공정¹을 기반으로 하는 변환에 종종 상보적 인 합성 화학에서 현저 하 게 효율적인 경로를 제공 하는 것으로 알려져 왔습니다. 다양 한 유형의 변형에 대해 특히 유망한 반면, 급진적 인 기반 화학은 주로 그 매력을 상당히 제한 하는 매우 독성 시 약의 필요성 때문에 오랫동안 과소 평가 되었습니다. 더욱이, 급진적 인 프로세스는 regio 및/또는 입체 선택도의 측면에서 가난한 제어 수준과 관련 된 변환으로 간주 되거나 광범위 한이 성화 및/또는 중 합 문제를 이끌어 냅니다.

대체 전략은 최근 생성을 용이 하 게 하 고 더 나은 라 디 칼 종의 반응성을 제어 하기 위해 개발 되었다. 그 중 에서도, 광 반응 화합물, 즉 광 응답성 복합 촉매, 가시광선 조사^2,3을 사용 하 여 라 디 칼 종의 편리한 생성을 허용 하기 때문에 광에도 x 촉매는 가장 강력한 방법 중 하나가 되고있다 . 가시광선 자체는 실질적으로 그에 상응 하는 지 반 상태 에서보다 더 강한 환 원제 및 산화 제가 되는 광에도 x 촉매의 흥분 상태의 인구를 촉진 할 수 있다. 이러한 향상 된 산화 환 원 특성은 단 전자 전달 공정을 가능 하 게 하 고, 지 면 상태에서 실현 불가능 하며, 들뜬 상태에서 온화한 조건 하에서 가능한 것 이다. 지난 10 년 동안 가시광선 광에도의 촉매 작용은 유기 합성에서 매력적이 고 강력한 기술이 되었으며 급진적 인 중간체를 기반으로 수많은 현저 하 게 효율적이 고 선택적인 변형을 개발할 수 있었습니다. 지속 가능 하 고 온화 하며 사용자 친화적인 조건에서 생성 됩니다.

대부분의 광에도 x 공정이 현재까지 보고 되는 동안 이리듐 및 루 테 늄 계 광에도의 촉매를 사용 하는 것에 의해 지배 되는 반면, pyrylium 및 아크리 디 늄 유도체⁴와 같은 일부 유기 염료에 의해, 싼 대안은 여전히 높은 요구 산업 응용 분야에 대 한 관심의 보완 프로세스의 개발을 위해. 이와 관련 하 여 구리 기반 광에도 x 촉매의 사용은 더 싼 것이 아니라 더 광범위 하 고/또는 다른 범위의 기질을 활성화 할 수 있는 기회를 제공 하므로 특히 매력적으로 나타나며,이로 인해 새로운 관점을 열어 포토 독 촉매⁵,⁷,⁸ Kutal⁹에 의해 보고 된 일부 유망한 초기 작품에도 불구 하 고, mitani¹⁰ 및 sauvage¹¹ 그룹, 광 활성 구리 복합체는, 그러나, 거의 대부분의 아마도 때문에 광에 독 촉매에 사용 되지 않았다 그들의 루 테 늄과 이리듐 계에 비해 수명이 짧은 흥분 상태. 최근에는 피터 스와 푸 ¹²,¹³,¹⁴,¹⁵에 의해 최근 놀라운 공헌 ^{19 , 20} 및 다른 그룹²¹,²²,^24,25 는 분명히 구리 계 광 촉매에 대 한 관심을 가져 왔고 그들의 독특한 잠재력.

최근 구리 촉매 작용을 하는 라 디 칼 공정²⁶에 대 한 관심의 일환으로, 우리는 최근 일반적이 고 광범위 하 게 적용 가능한 구리 계 광 촉매 인 [(dpephos)] PF₆ diphenylphosphino) 에테르; bcp: 가시광선 조사 하에서 유기 할로겐화 물의 활성화에 특히 효율적인 것으로 밝혀졌다 (도 1a)^28,30. 가시광선을 조사 하 고 아민을 희생 환 원제로 서 존재 하는 경우, 다양 한 비 활성화 아 릴 및 알 킬 할로겐화 물 촉매 량에 의해 용이 하 게 활성화 되는 것으로 나타났다 [(DPEPhos) Cu] PF₆ 그리고 따라서 참여 여러 가지 전자가 풍부한 (헤 테로) 아 렌의 감소, cyclizations 및 직접 아실을 포함 하는 다양 한 라 디 칼 변환에서. 또한, ynamides 및 시아 미드의 광 유도 라 디 칼 도미노 cyclizations 을 촉진 함에 있어서 성공적이 고 복잡 한 트라이, 테 트 라 및 pentacyclic 질소에 대 한 효율적이 고 직접적인 접근을 제공 하는 것이 입증 되었습니다. 다양 한 천연 제품의 핵심 구조를 heterocycles. 이 전략은 항 암 제, 항균 제, 항 염증 및 항우울제를 전시 하는로 터 신, 루 오 톤 인 A 및 deoxyvasicinone의 효율적인 합성을 허용 했습니다. 이러한 변환은 그림 1c에 설명 되어 있습니다. 기계 론 적 관점에서 볼 때, 유기 할로겐화 물의 광 유도 활성화는 광범위 한 기계적 및 광 물성 연구에 의해 확인 된 희귀 한 cu (i) */cu (0) 촉매 사이클을 통해 진행 됩니다. 특히 지 면 상태 [(DPEPhos) (bcp) PF₆ [cu]는 가시광선에의 한 조사 시에는 상응 하는 복잡 한 복합체의 형성을 유도 하 고, 그 후에는 (BCP) pf에 의해 감소 하는 희생 된 아민은 상응 하는 [(DPEPhos) Cu] PF를 생성 한다. 이러한 Cu (0) 중간체는 다양 한 유기 할로겐화 물의 탄소-할로겐 결합을 감소 시킬 수 있을 정도로 환 원 되어 상응 하는 라 디칼을 생성 하 고,이는 앞서 언급 한 변형에 참여 하 여, 시작의 재생과 함께 촉매 (도 1b)를 참조 한다.

다음 섹션에서, 우리는 먼저 광 활성을 합성 하는 프로토콜을 설명 한다 [(DPEPhos) Cu] PF₆ (그의 NMR 및 분 광학적 특성은 대표 결과 섹션에 제시). 합성은 간단 하 고 특히 편리 하며, 다이 클로로 메탄의 테 트 라 키 아 세토 구리 (I) hexafluorophosphate 용액에 DPEPhos 및 1 상당의 등가의 1 상당을 첨가 해야 합니다. 바람직한 [(DPEPhos) Cu] PF₆ 은 다이 에틸 에테르 로부터 침전에 의해 분리 된 후 멀티 그램 스케일 상에 서 용이 하 게 얻어질 수 있다 (도 2a). 중요 한 것은, 단 리 된 구리 복합체는 특히 산소와 습기에 민감 하지 않으므로 빛 으로부터 멀리 떨어진 곳에 보관 하는 것 이외에는 특별 한 예방 조치 없이 편리 하 게 취급할 수 있습니다.

둘째, 두 가지 변형에 초점을 맞추어 가시광선 조사 하에서 [(bcp) Cu] PF₆ 을 사용 하 여 유기 할로겐화 물를 활성화 하는 프로토콜을 설명 합니다. 상기 제 1 반응은 methylpyrrole의 촉매 량을 사용 하는 4-iodobenzonitrile와의 직접 아 르 화 반응으로 서 광에도에 스의 촉매로 서 [(DPEPhos)C)PF6, 희생 환 원제 및 칼륨으로 서의 dicyclohexylisobutylamine 420 nm에서 방사선 조사 하에 염기로 서 카보 네이트 (도 2b). 상기 제 2 반응은 고리 화의 라 디 칼 인 벤 조일-[2-iodoquinnas-3yl) 메 틸] 시아 미드, 그의 고리 화 직접적으로 루 오 톤 인에 이르게 하는 동일한 촉매 및 희생 환 원제를 사용 하 여, 천연 제품을 표시 흥미로운 항 암 활동 (그림 2c). 두 변환에 대 한 자세한 프로토콜이 제공 됩니다.

프로토콜

1. 합성 법 (bcp) PF₆

1. Hexafluorophosphate 및 5.39 g(10.00)의 테 트 라 키 아 (10.00 mmol))를 3.73 추가 하 여 2 L 둥근 바닥 플라스 크에 마그네틱 교 반 바를 장착 했습니다.
2. 진공 라인과 아르곤 라인에 연결 된 3 개의 넥 진공 어댑터로 둥근 바닥 플라스 크에 맞습니다.
3. 진공 하에서 플라스 크를 대피 하 고 아르곤으로 세 번 백필 하십시오. 3 개의 넥 진공 어댑터를 고무 중 격으로 교체 하십시오.
   참고: 반응 효율은 약간 감소 된 공기에서 수행 될 수 있습니다 (자세한 내용은 토론 섹션 참조).
4. 건조 한 디 클로로 메탄 800 mL를 추가 하십시오.
   참고: 디 클로로 메탄은 CaH₂에서 갓 증 류 됩니다. 반응은 일반 디 클로로 메탄 (99.8%) 에서도 수행 될 수 있다 유사한 효율성 (자세한 내용은 토론 섹션 참조).
5. 아르곤 분위기 하에서 실 온 (23-25 º C)에서 어두운 곳 (알루미늄 호 일로 덮인 반응 플라스 크)에서 2 시간 동안 반응 혼합물을 저 어 줍니다.
6. 3.60 g (10.00 mmol)의 bcp에 마그네틱 교 반 바가 장착 된 500 mL 둥근 바닥 플라스 크를 추가 합니다.
7. 진공 라인과 아르곤 라인에 연결 된 3 개의 넥 진공 어댑터로 둥근 바닥 플라스 크에 맞습니다.
8. 진공 하에서 플라스 크를 대피 하 고 아르곤으로 세 번 백필 하십시오. 3 개의 넥 진공 어댑터를 고무 중 격으로 교체 하십시오.
9. 건조 한 디 클로로 메탄 200 mL를 첨가 하 고 bcp가 완전히 용 해 될 때까지 현 탁 액을 부드럽게 저 어 줍니다.
10. Bcp를 디 클로로 메탄 용액을 캐 뉼 라를 이용 하 여 반응 혼합물에 첨가 한다.
11. 아르곤 분위기 하에서 실 온 (23-25 º C)에서 어두운 곳 (알루미늄 호 일로 덮인 반응 플라스 크)에서 추가 시간 동안 저 어 줍니다.
12. 셀 라이트 패드를 통해 혼합물을 걸러 내 고, 100 ca로 세척 하 고, 여과 액을 ca. 50-100 ml의 감압 하에 농축 한다.
13. 농축액을 1 L의 디 에틸 에테르에 적 하 하 여 첨가 깔대기를 사용 하 고 격렬 하 게 교 반하여 원하는 복합체의 침전을 유도 한다.
14. 파쇄 된 유리 (기 공 크기 3)를 통해 여과 하 여 침전 물을 수집 하 고 ca로 침전 물을 세척 한다. 100 mL의 디 에틸 에테르.
15. 상 온 (23-25 º C)에서 진공 하에 5 시간 동안 밝은 황색의 침전 물을 건조 시켜 구리 복합체의 10.1 g (91% 수율)를 회복 시킨다.
    주: 75% 수율은 디 클로로 메탄을 사용 하 여 공기 하에서 반응을 수행 하였을 때 얻어진 다; 반응 물을 일반 디 클로로 메탄을 이용 하 여 아르곤 하에서 수행 하였을 때 89%의 수율을 얻었다; 일반 디 클로로 메탄으로 공기 하에서 반응을 수행 하는 경우, 반응은 덜 효율적이 고 훨씬 낮은 순도로 이끌어 내는 것으로 나타났다 ( ca 70%, 내부 표준에 따라 1H NMR로 추정 함).
16. 이전에 보고 된 바와 같이 [(bcp) Cu] PF₆ 을 특성화합니다.

2. methylpyrrole와 4 iodobenzonitrile 의 직접 아 르 화 알로이

1. 55의 dicyclohexylisobutylamine), 138의 3mg(c2ni 부)의 59 0.25 mg (0.05)의 iodobenzonitrile를 오븐 건조 한 10 mL 바이 알에 첨가 하 여 10ml()(bcp)의 fp2mg/6mmol)을 추가 하였다.
2. 마그네틱 교 반 막대를 추가 하 고 고무 격 막으로 바이 알을 밀봉 하 고 진공 상태에서 유리병을 대피 하 고 아르곤으로 3 번 백필 합니다.
3. Methylpyrrole의 아 세토 니트 릴 5 mL 및 890 μ l ( 10.00 mmol)을 첨가 한다. 고무 중 격을 스크류 캡으로 교체 합니다.
   참고: 아 세토 니트 릴은 CaH₂ 에서 갓 증 류 하 고 동결 펌프-해 동 사이클을 사용 하 여 탈 기하고 높은 수율과 재현성을 보장 합니다.
4. 반응 혼합물을 실 온 (23-25 º C)에서 420 nm 파장 방사선 조사 하에서 3 일 동안 저 어 photoreactor.
   참고: photoreactor의 사용에 대 한 대 안으로, 반응은 또한 파란색 led 램프 (440 nm, 34 W)를 가진 청색 led 스트립 또는 광 화학 장치를 사용 하 여 편리 하 게 수행 될 수 있습니다. 이러한 실험 셋업 들은 도 3 에 도시 되어 있고 (대표적인 결과를 참조) 각각의 결과에 대 한 논의는 "토론" 절에 제시 되어 있다.
5. 반응 혼합물을 셀 라이트 패드를 통해 여과 하 고, ca로 씻 습니다. 5 mL의 디 에틸 에테르를 감압 하에 농축 한다.
6. 실리 카겔 (용 리 액 시스템 석유 에테르/EtOAc: 90/10)을 통해 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의해 조 잔사를 정화 한다.
7. 상 온 (23-25 º c)의 진공 하에서 순수한 화합물을 3 시간 동안 건조 시켜 원하는 C2-아 르 화 피 롤의 65 72 mg의 수율을 회복 시켰다.
   참고: 청색 led 스트립의 사용은 76% 수율 (69 mg)을 제공 하는 반면, 블루 램프 (440 nm, 34 W)와 광 화학 장치를 사용 하면 86% 수율 (78 mg)을 얻을 수 있습니다.
8. 이전에 보고 된 순수한 화합물을 특성화³².

3. 고리 화- 벤 조일-[2-iodoquinolin-3yl) 메 틸] 시 아 미드를

1. 벤 조일-[2-iodoquinmni-3yl) 메 틸의 37 mg (0.09 mmol)을 첨가 하 고, 3mg(9.0 μ m)의Cy 2ni 부 및 25mg(0.18 mmol)의)Pf의 [dpephos]의 c2co3 0.04 마그네틱 교 반 바가 장착 된 오븐 건조 7Ml 바이 알.
2. 고무 격 막으로 바이 알을 밀봉 하 고, 진공 하에서 바이 알을 배출 하 고, 아르곤으로 3 회 백필 합니다.
3. 아 세토 니트 릴 2 mL를 추가 합니다. 고무 중 격을 스크류 캡으로 교체 합니다.
   참고: 아 세토 니트 릴은 높은 수율과 재현성을 보장 하기 위해 사용 하기 전에 CaH₂ 에서 증 류 하 고 동결 펌프-해 동 사이클을 사용 하 여 탈 기하고 있습니다.
4. 반응 혼합물을 실 온 (23-25 º C)에서 5 일 동안 저 어 서 420 nm 파장 조사 하에 photoreactor.
5. 반응 혼합물을 셀 라이트 패드를 통해 여과 하 고, ca로 세척 하 고 클로로 메탄 2 mL를 감압 하에 농축 한다.
6. 실리 카겔 (용 리 액 계: 석유 에테르/EtOAc 60:40)을 통해 플래시 칼럼 크로마토그래피로 조 잔사를 정화 한다.
7. 상 온 (23-25 º C)에서 진공 하에 순수한 화합물을 3 시간 동안 건조 시켜 원하는 뤄 톤의 20mg(79% 수율)을 회수 한다.
8. 이전에 보고 된 바와 같이 원하는 뤄 톤을 특성화 합니다²⁹.

결과

합성 법 (bcp) PF₆
상기 섹션에서 설명한 프로토콜에 의해 도시 된 바와 같이, [(DPEPhos) Cu] PF₆ 의 합성은 특히 편리 하며 멀티 그램 스케일에서 용이 하 게 실시할 수 있다. 상기 ¹H 및 ^13cNMR 스펙트럼은 순수 복합체의 형성을 나타낸다 (도4a, B). 분 광학적 데이터는 이전에 보고 된³¹에 해당 합니다.

¹ 400-7.83, 27.60, 7.40), 10Hhc2c(m2h), 11.8M(7.8 시간), 2.52-1m(0.58h), 2Km/625)(168Mhz) ¹³ 100 158.5 136.5 133.9 133.1 150.3 133.0 132.9

토론

합성 법 (bcp) PF₆
[DPEPhos (bcp) Cu] PF₆ 의 합성은 가장 높은 수율, 순도 및 양호한 재현성을 보장 하기 위해 건식 디 클로로 메탄 (사용 전 증 류) 및 아르곤 하에서 일반적으로 수행 됩니다. 프로토콜에서 언급 한 바와 같이, [(bcp) Cu] PF₆ 의 합성은 일반 디 클로로 메탄 (99.8%)으로 수행 될 수 있다 및/또는 공기의 밑에 가변 효율성. 실제로, 아르곤 하에서 일반 디 클로로 메탄을 사용 하는 것은 동일한 효율 (89% 수율)을 제공 하는 반면, 공기 중에서 증 류 된 디 클로로 메탄과의 반응을 수행 하 여 75% 수율로 원하는 복합체를 제공할 뿐 이다. 마지막으로, 공기 하에서 비 증 류 된 디 클로로 메탄과 반응을 수행 하는 것은 내부 표준을 사용 하 여 ^1hNMR로 추정 되는 것과 같이 현저 하 게 낮은 순도 (ca 70%로 원하는 복합체를 제공 한다. 결과적으로,...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
Material
Bathocuproine (bcp)	Acros	161340010
Acetonitrile, 99.9+	Acros	326811000
Celite 545	Acros	349670025
Bis[(2-diphenylphosphino)phenyl] 에테르 (DPEphos)	Acros	383370050
칼슘 하이드라이드	아크로스	C/1620/48
디클로로메탄, 99.8%	피셔 케미컬	D/1852/25
디틸 에테르, >= 99%	피셔 케미컬	D/2400/MS21
에틸 아세테이	트 피셔 케미컬	E/0900/25
N-메틸피롤, 99%	시그마 알드리치	M78801
4-요오도벤조니트릴, 98%	콤비 블록	OR-3151
석유 에테르 (40-60 °C;)	Fisher Chemical	P/1760/25
탄산칼륨, 무수	Fisher Chemical	P/4120/60
테트라키사세토니트릴 구리(I) 헥사플루오로포스페이트, 97%	Sigma Aldrich	346276
Equipment
1H 및 13C NMR 분광계	Bruker	Avance 300 분광계
1H 및 13C NMR 분광계	Varian	VNMRS 400 분광계
420nm 광 튜브	Luzchem	LZC-420
파란색 LED 램프	Kessil	H150-Blue
파란색 LED 스트립	Eglo	92065
광화학 장치 PhotoRedOx 상자	Hepatochem	HCK1006-01-016
광반응기	Luzchem	CCP-4V
분광 형광계	Shimadzu	RF-5301PC
UV/Vis 분광계	Perkin Elmer	Lambda 40