Methodenartikel

Zeer Stereoselectieve Synthese van 1,6-ketoesters gemedieerd door ionische vloeistoffen: Een drie-componenten reactie Enabling snelle toegang tot een nieuwe klasse met een laag molecuulgewicht Gelators

9.4K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/53213

⸱

27 november 2015

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

In dit artikel

Samenvatting

Ionische vloeistoffen (IL's) bieden snelle, eenvoudige en goedkope toegang tot 1,6-ketoesters met hoge diastereoselectiviteit en goede opbrengsten. Het reactieprotocol is robuust en de 1,6-ketoesters kunnen na een eenvoudig filterprotocol in grammaat worden verkregen. Bovendien zijn de 1,6-ketoesters krachtige gelators in koolwaterstofoplosmiddelen.

Samenvatting

In de organische chemie zijn ionische vloeistoffen (ILs) opgekomen als veilige en recycleerbare reactieoplosmiddelen. In aanwezigheid van een base kunnen ILs worden gedeprotoneerd om katalytisch actieve N-Heterocyclische Carbenen (NHCs) te vormen. Hier hebben we ILs gebruikt als precatalysten bij de toevoeging van α,β-onverzadigde aldehyden aan chalconen om 1,6-ketoesters te vormen, waarbij een anti-difenylgroep op een zeer stereoselectieve manier wordt ingebouwd. De reactie heeft een breed substraatbereik en verschillende functionele groepen en heteroaromatischen kunnen in algemeen goede opbrengsten met behoud van stereoselectiviteit in de ketoesterruggengraat worden geïntegreerd. Het reactieprotocol is robuust en schaalbaar. De uitgangsmaterialen zijn goedkoop en de producten kunnen worden verkregen na eenvoudige filtratie, waarbij chromatografie met hoge oplosmiddelvereiste wordt vermeden. Bovendien kan de IL tot 5 keer worden gerecycled zonder enig verlies van reactiviteit. Bovendien is het 1,6-ketoester eindproduct een krachtige gelator in verschillende koolwaterstofgebaseerde oplosmiddelen. De methode maakt snel toegang mogelijk tot en evaluatie van een nieuwe klasse van gelators met laag molecuulgewicht (LMWG's) uit recycleerbare en goedkope uitgangsmaterialen.

Inleiding

figure-introduction-1

(Hierboven) drie-component synthese van 1,6-ketoesters: een nieuwe klasse van laag molecuulgewicht gelators.

Ionische vloeistoffen (IL's) hebben een hoge stabiliteit, lage vluchtigheid, onbrandbaarheid en hebben daarom teruggegeven aandacht als veilig reactiemedia en ideale oplosmiddelen voor recycling. 1-3 Dialkylammoniumzouten imidazoliums een bepaald type van ionische vloeistoffen die, bij aanwezigheid van een base kan worden gedeprotoneerd met een N-heterocyclisch carbeen (NHC). 4 in het gebied van organokatalyse maken, NHCs, die onder verschillende reactiepaden zijn wijdverspreid gebruik in een breed scala van generieke reacties. 5-11

Ondanks dit, de verbinding tussen IL en CC binding forming NHC-katalyse is relatief onontgonnen. Toch hebben NHCs ontleend IL's is gerapporteerd CC bindingsvormende reacties katalyseren zoals benzoë condensatie en Stetter reactie. 12-22 bijvoorbeeld Davis et al. Hebben aangetoond dat IL's afgeleid van N-alkyl thiazoliums dienen als precatalysts in de benzoïne vorming van benzaldehyde. 12

Recenter Chen en medewerkers breidde dit concept via een imida- basis IL, 1-ethyl-3-methyl imidazolium acetaat (EMIMAc), de benzoë condensatie uit te voeren op 5-hydroxymethylfurfural (HMF) voor het genereren 5,5'-di (hydroxymethyl) furoin (DHMF). 23 Omdat IL's zijn commercieel verkrijgbaar en bieden een goedkope manier van het genereren NHCs, waren we geïnteresseerd in het onderzoeken welke andere typen reacties IL's kan uitvoeren. Daartoe hebben we vastgesteld dat dialkyl imidazoliums efficiënt kan worden gebruikt als precatalysts in de formele conjugaat additieen van onverzadigde aldehyden chalconen (figuur 1) waardoor 1,6-ketoesters. De meest efficiënte IL, EMIMAc, bevordert een zeer stereoselectieve reactie tussen kaneelaldehyde en chalcon. De reactie gebeurt met een hoge voorkeur voor het anti-diastereomeer en 1,6-ketoesters kunnen worden afgezonderd opbrengst tot 92%. 24,25,26

figure-introduction-2
Figuur 1: IL-gemedieerde drie componenten, stereoselectieve additie van kaneelaldehyde tot chalcon.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Gram-schaal Synthese van methyl 6-oxo-3,4,6-triphenylhexanoate

  1. Droge 1-ethyl-3-methyl imidazolium acetaat (EMIMAc) in een rondbodemkolf op een rotatieverdamper bij 10 mBar, 40 ° C gedurende 1 uur.
  2. Voeg 2,1 g droge EMIMAc en 1,0 g 1,3-difenyl-2-propeen-1-on Aan een 100 ml rondbodemkolf uitgerust met een magnetische roerder.
  3. Voeg 2,019 ml methanol en 2,3 g kaneelaldehyde aan de kolf.
  4. Bij kamertemperatuur (22 ° C) oplossen van het mengsel in 60 ml dichloormethaan door roeren gedurende 1 minuut.
  5. Vervolgens voeg 0,37 ml 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-een (DBU) aan het geroerde mengsel (stap 1,4) en cap de rondbodemkolf.
  6. Roer met een magnetische roerstaaf met een snelheid van 500 rpm bij kamertemperatuur (22 ° C).
  7. Controleer voltooiing van de reactie met 1H NMR. 24 Bekijk de verdwijning van dubbele binding van het chalcon in het gebied 7,8 ppm.
  8. Wanneer de reactie is bereikt voltooiing Verwijder de vluchtige stoffen op een rotatieverdamper bij 10 mBar, 20 ° C gedurende 15 min.
  9. Voeg 50 ml methanol aan het residu om het EMIMAc ontbinden door roeren met een magnetische roerstaaf.
  10. Verwijder de vaste stoffen van de wanden van de kolf door heftig roeren met een magnetische roerstaaf met een snelheid van 750 rpm gedurende 30 min. Indien nodig, gebruik een spatel om de resterende vaste stoffen uit de muren te verwijderen.
  11. Filtreer het mengsel op een frit (poriegrootte 3).
  12. Wassen met extra 20 ml van methanol. Als recycling van de EMIMAc gewenst is verdampt de methanol filtraat. (stap 2.1).
  13. Nog steeds op de frit voorzichtig verdeel de filterkoek (uit stap 1,11) in kleinere stukken met een spatel en breng de vaste stoffen via een poedertrechter een vooraf gewogen rondbodemkolf en droog de vaste stoffen onder vacuüm.
  14. Weeg de kolf en bereken de opbrengst.
  15. Analyseer het product met 1H NMR (stap 1,7). Vergelijk met gemeld spectra 24.
title "> 2. Recycling van EMIMAc

  1. Verwijder de vluchtige stoffen uit de methanolische mengsel (van stap 1,12) onder verminderde druk van 10 mbar bij 40 ° C gedurende 30 min.
  2. Analyseer de resulterende olie met 1H NMR en 13C NMR controleren of EMIMAc aanwezig is. 24
  3. Gebruik de gerecycleerde EMIMAc vanaf stap 1.2.

3. Gelering

  1. Bereiding van een voorraadoplossing
    1. Voeg 200 mg methyl-6-oxo-3,4,6-triphenylhexanoate (het product van stap 1,15) en een magnetische roerstaaf met een flesje. Voeg 2,0 ml dichloormethaan de ketoester lossen. Roer tot alles is opgelost.
  2. Geleren
    1. Voeg 50 ml heptaan in een bekerglas van 500 ml. Voeg 1,5 ml van de stockoplossing aan de heptaan. Roer snel op adequate menging te verzekeren en laat staan ​​zonder roeren bij kamertemperatuur totdat gelering optreedt.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Zoals hierboven geïllustreerd, EMIMAc dienen als prekatalysator in de formele geconjugeerde additie van α, β-onverzadigd aldehyde chalconen. Andere commercieel verkrijgbare imidazolium basis IL's zoals 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIMCl) en 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIMCl) werden eveneens onderzocht, maar deze reacties verliep lagere opbrengsten geven dat het acetaat anion kan zijn belangrijk reactiviteit (Tabel 1, ingang 1-3). 27,28 *

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Op basis van de anti-configuratie bepaald door röntgenanalyse van ketoester 3 en door Bode en medewerkers 30 voorgesteld mechanistische onderzoek van de volgende reactiepad voorgesteld (figuur 5). Deprotonering van de IL genereert NHC species; NHC reageert met de onverzadigde aldehyde met de Breslow tussenproduct I. Het Breslow tussenvorm en chalcon reageren in een cross-benzoïne reactie dieen II te vormen. Intermediate II ondergaat een oxy-Cope omlegging via boot overgang staat (TS)...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Wij danken het Zweedse onderzoeksraad Formas voor de genereuze financiële ondersteuning.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
1-ethyl-3-methyl imidazolium acetateAldrich51053-100G-FGeproduceerd door BASF ≥90%, gedroogd op een roterende verdamper vóór gebruik (10 mBar, 40 °C, 1 uur)
CAS NUMBER: 143314-17-4
1,3-diphenyl-2-propen-1-oneAldrich11970-100G98.0%
CAS NUMBER: 94-41-7
trans-cinnamaldehyde AldrichC80687-25G99%, bewaard onder stikstof voor gebruik
CAS NUMBER: 14371-10-9
1,8-Diazobicyclo[5.4.0]undec-7-eneAldrich139009-25G98%
CAS NUMBER: 6674-22-2
MethanolSigma-Aldrich32213N-2.5Lpuriss. P.a., ACS reagent, reag. ISO, reag. Ph. Eur. ≥99.8% (GC)
CAS NUMBER: 67-56-1
DichloromethaneFischer ChemicalD/1852/17XAnalytische reagentia kwaliteit, gestabiliseerd met amyleen
CAS NUMBER: 9/2/1975
n-HeptaneFischer ChemicalH/0160/17XAnalytische reagentia kwaliteit
CAS NUMBER: 142-82-5

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

NHC precursoren1Proton NMR analyseOplosmiddelrecyclingChromatografie vrije opwerkingGelatorvorming

Gerelateerde artikelen