Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Protocol voor de synthese van

10.1K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/53789

⸱

19 januari 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 dit artikel

Samenvatting

Een operationeel eenvoudige procedure voor de synthese van ortho-trifluormethoxyleerde anilinederivaten via een twee-stapssequentie van O-trifluormethylering van N-aryl-N-hydroxyacetamide gevolgd door thermisch geïnduceerde intramoleculaire OCF3-migratie wordt gerapporteerd.

Samenvatting

Moleculen lager trifluormethoxy (OCF 3) groep vaak tonen gewenste farmacologische en biologische eigenschappen. Echter, facile synthese van trifluoromethoxylated aromatische verbindingen blijft een geweldige uitdaging in de organische synthese. Conventionele benaderingen hebben vaak last van slecht substraat scope of vereisen het gebruik van zeer giftige, moeilijk te hanteren en / of thermisch labiele reagentia. Hierin beschrijven we een gebruikersvriendelijke protocol voor de synthese van methyl-4-aceetamido-3- (trifluormethoxy) benzoaat gebruikt 1-trifluormethyl-1,2-benziodoxol-3 (1H) -on (Togni reagens II). Behandeling methyl-4- (N -hydroxyacetamido) benzoaat (1a) met Togni reagens II in aanwezigheid van een katalytische hoeveelheid cesiumcarbonaat (Cs 2 CO 3) in chloroform bij kamertemperatuur leverde methyl-4- (N - (trifluormethoxy) acetamido) benzoaat (2a). Dit tussenproduct werd vervolgens omgezet in het eindproduct methyl 4-aceetamido-3- (trifluoromethoxy) benzoaat (3a) in nitromethaan bij 120 ° C. Deze procedure is algemeen en kan worden toegepast op de synthese van een breed spectrum van ortho -trifluoromethoxylated aniline-derivaten, die als nuttige synthetische bouwstenen kunnen dienen voor de ontdekking en ontwikkeling van geneesmiddelen, agrochemicaliën en functionele materialen.

Inleiding

De trifluormethoxy (OCF 3) groep heeft een diepgaande invloed op het leven en materiaalkunde onderzoek sinds de eerste synthese van trifluoromethyl ether in 1935. 2 Door de unieke combinatie van hoge elektronegativiteit (χ = 3,7) 3 en uitstekende lipofiliteit (Π x = 1,04), 4 de trifluormethoxygroep heeft brede toepassingen in de geneeskunde, de landbouw, de industrie en materialen gevonden. 10/05 echter gemakkelijke invoering van het OCF 3 groep in organische moleculen, in het bijzonder aromatische verbindingen, blijft een grote uitdaging in de synthetische chemie.

In de afgelopen decennia, de inspanningen om deze uitdaging aan te pakken heeft geleid tot de ontwikkeling van een handvol transformaties voor de synthese van trifluoromethoxylated arenen 5-7,9-11 Deze omvatten (i) chloor / fluor-uitwisseling over getrichloreerde voorlopers;. 1,12 -17 (ii) deoxyfluorination van fluoroformates; 18 (iii) oxidatieve fluorodesulfurization; 19-21 (iv) electrofiele trifluoromethylation van alcoholen, 22-25 (v) nucleofiele trifluoromethoxylation, 26-30, (vi) overgangsmetaal gemedieerde trifluoromethoxylation van arylboraten en stannanen, 31 en (vii ) radicaal trifluoromethoxylation. 32,33 Desalniettemin zijn veel van deze benaderingen ofwel lijden aan slecht substraat scope of vereisen het gebruik van zeer toxisch en / of thermisch labiele reagentia. Daarom, vanwege het gebrek aan een algemene en gebruiksvriendelijke methode OCF 3-bevattende verbindingen te synthetiseren, het potentieel van de OCF 3-groep is niet volledig in de chemie benut.

Als onderdeel van ons belang in trifluoromethoxylation reacties, 34 we hierin beschrijven een twee-staps protocol (dwz radicale O -trifluoromethylation en thermisch geïnduceerde OCF3 -migration) voor de synthese van methyl-4-aceetamido-3- (trifluormethoxy) benzoaat (3a) van methyl-4- (N -hydroxyacetamido) benzoaat (1a). De strategie is eenvoudig te bedienen en die voor de synthese van uiteenlopende ortho -trifluoromethoxylated anilinederivaten.

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

Protocol

1. Precursor Voorbereiding: Synthese van methyl 4- (N -hydroxyacetamido) benzoaat (1a)

  1. Reductie van methyl-4-nitro- benzoaat.
    1. Voeg 5,00 g methyl-4-nitro- benzoaat (27,6 mmol, 1,00 equiv), 159 mg 5% rhodium op koolstof (Rh / C, 0,300 mol% Rh) en een magnetische roerstaaf in een oven gedroogde 250 ml twee- hals rondbodem kolf (gedroogd bij 150 ° C gedurende 18 uur).
      OPMERKING: Reagentia kunnen worden afgewogen onder omgevingsatmosfeer. Echter, de reactie moet onder stikstof worden uitgevoerd.
    2. Sluit één hals van de kolf met een stikstof / vacuüm spruitstuk en dop de andere hals met een septum. Voer drie vacuüm-refill cycli (dat wil zeggen, het pompen van de lucht uit de kolf en vervangen resulterende vacuüm met stikstof- gas) om de lucht te vervangen in de kolf met stikstofgas.
    3. Voeg 138 ml watervrij tetrahydrofuran (THF, 0,200 M) aan de reactiekolf met behulp luchtdichte spuit. Koele en roer de reactie mixture bij 0 ° C gedurende 15 min.
    4. Voeg 1,47 ml hydrazine monohydraat (1,52 g, 30,4 mmol, 1,20 equiv) druppelsgewijs aan het reactiemengsel bij 0 ° C via een luchtdichte injectiespuit. Controleer de reactie met behulp van een dunne laagchromatografie (TLC). Met hexanen: ethylacetaat (EtOAc) (4: 1 v / v, Rf = 0,23) als elutiemiddel waarbij de TLC ontwikkelen.
    5. Bij methyl 4-nitrobenzoaat volledig is verbruikt, wordt het reactiemengsel gefiltreerd door een kort kussen van diatomeeënaarde (bijvoorbeeld Celite, 5 g) in een 60 ml frit Buchner trechter via vacuümfiltratie. Was het filter met EtOAc (20 ml x 3 maal). Concentreer het filtraat in vacuo met een rotatieverdamper om het ruwe methyl-4- (N -hydroxyamino) benzoaat, dat direct zonder verdere zuivering verkregen.
  2. Acetyl bescherming van methyl 4- (N -hydroxyamino) benzoaat
    1. Voeg 2,55 g natriumbicarbonaat (NaHCO3, 30,4 mmol, 1,20 eq), de onzuiveremethyl 4- (N -hydroxyamino) benzoaat verkregen uit de vorige stap, en een roerstaaf in een oven gedroogde 500 ml tweehalsrondbodemkolf rondbodemkolf.
    2. Cap één hals met een septum en sluit een andere nek naar een stikstof / vacuümverdeelstuk. Voeren drie vacuüm-refill cycli om de lucht te vervangen in de kolf met stikstofgas.
    3. Voeg 138 ml watervrije diethylether (Et 2 O, 0,200 M) aan de reactiekolf via een luchtdichte injectiespuit. Koel en roer het reactiemengsel bij 0 ° C gedurende 15 min.
    4. Bereid een oplossing van acetylchloride (2,17 ml, 2,39 g, 30,4 mmol, 1,20 eq) in watervrij Et2 O (138 ml, 0,220 M). Voeg de oplossing van het reactiemengsel bij 0 ° C via een injectiespuit pomp met een snelheid van 10,0 ml / h.
    5. Na afloop van de toevoeging, wordt het reactiemengsel gefiltreerd door een kort kussen van diatomeeënaarde (bijvoorbeeld Celite, 5 g) in 60 ml frit Buchner trechter via vacuümfiltratie. Was het filter met EtOAc (20 ml x 3 maal). Concentreer hetfiltraat in vacuo met een rotatieverdamper.
    6. Zuiver het ruwe product met flash-kolomchromatografie 35 elutie met hexanen: EtOAc (4: 1 tot 1: 1 (v / v)) (Rf = 0,13, hexaan: EtOAc (4: 1 (v / v)) waardoor 5,31 g methyl 4- (N -hydroxyacetamido) benzoaat als een lichtgele vaste stof (25,4 mmol, 92% opbrengst).

2. Synthese van methyl 4- (N - (trifluormethoxy) acetamido) benzoaat (2a)

  1. Voeg 2,00 g methyl 4- (N -hydroxyacetamido) benzoaat (1a) (9,56 mmol, 1,00 equiv), 311 mg van Cs 2 CO 3 (0,956 mmol, 10,0 mol%), 3,63 g Togni reagens II (11,5 mmol, 1,20 eq), en een magnetische roerstaaf in een oven gedroogde 250 ml ronde bodem fles in een glovebox (stikstofatmosfeer).
    LET OP: Deze reactie kan ook worden uitgevoerd met behulp van Schlenk- technieken buiten het dashboardkastje.
    Let op: Pure Togni reagens II impact en wrijving gevoelig, open vuurs, dient vonken en / of vermalen worden vermeden. Zacht en gepolijst instrumenten moeten worden gebruikt voor manipulaties. Bovendien moet het reactiemengsel geroerd achter een beschermkap. 36
  2. Voeg 95,6 ml gedroogd en ontgast chloroform (CHCl3, 0,100 M) aan de reactiekolf.
  3. Cap de kolf septum en roer het reactiemengsel bij 23 ° C onder een N2 atmosfeer binnen of buiten de glovebox 16 uur.
  4. Het reactiemengsel filteren door een filter trechter om eventuele vaste residu te verwijderen. Concentreer het filtraat onder vacuum met een rotatieverdamper.
  5. Zuiver het ruwe product met flash-kolomchromatografie onder elutie met hexaan: dichloormethaan (CH 2 Cl 2) (7: 3-0: 1 (v / v)) (Rf = 0,44 (CH 2 Cl 2) waardoor 2,51 g methyl 4- (N - (trifluormethoxy) acetamido) benzoaat (9,05 mmol, 95% opbrengst).
    OPMERKING: Togni reagens II is bereid akkoordgens de literatuur procedures 37 en opgeslagen in de glovebox vriezer bij -35 ° C om de kwaliteit gedurende een lange periode te handhaven. Deze reactie is zuurstof gevoelig. Hoewel alle reagentia kunnen worden afgewogen onder omgevingsatmosfeer bij KT verwijdering van alle zuurstof uit de reactiekolf kritisch. Gedroogd en ontgast CHCl3 wordt bereid door destillatie uit CaH2 onder stikstof atmosfeer, gevolgd door het uitvoeren van drie cycli van vries-pomp-ontdooi procedure.

3. Synthese van methyl 4-Aceetamido-3- (trifluormethoxy) benzoaat via OCF 3 -migration (3a)

  1. Voeg 2,51 g methyl 4- (N - (trifluormethoxy) acetamido) benzoaat (9,05 mmol, 1,0 equiv), een magnetische roerstaaf en 9,05 ml meno 2 (1,00 M) in een 50 ml drukvat. Cap het schip met een schroefdop.
  2. Roer het reactiemengsel bij 120 ° C achter de beschermkap 20 uur.
    Let op: Onzuivere nitromethaanexplosief, zodat het reactiemengsel worden geroerd achter de beschermkap.
  3. Koel het reactiemengsel tot kamertemperatuur.
  4. Breng het reactiemengsel tot een 100 ml rondbodemkolf.
  5. Concentreer het reactiemengsel onder vacuum met een rotatieverdamper.
  6. Zuiver het ruwe product met flash-kolomchromatografie en geëlueerd met hexanen: EtOAc (9: 1 tot 7: 3 (v / v)) (Rf = 0,51 hexaan: EtOAc (4: 1 (v / v)) waardoor 2,13 g methyl 4-aceetamido-3- (trifluormethoxy) benzoaat (7,69 mmol, 85%).
    LET OP: Deze reactie kan onder omgevingsatmosfeer worden uitgevoerd. Stikstofatmosfeer is niet vereist. Een rondbodemkolf voorzien van een condensor water kan worden gebruikt als alternatief reactieapparaat.

4. Karakterisering van nieuwe producten

  1. Karakteriseren alle nieuwe verbindingen met 1H, 13C NMR spectroscopie en hoge resolutie massaspectroscopie en gebruik 19F NMR spectroscopieverbindingen die fluoratomen karakteriseren. 34

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

Resultaten

Methyl-4- (N -hydroxyacetamido) benzoaat (1a) gesynthetiseerd in 92% geïsoleerde opbrengst door middel van een tweestaps procedure (dat wil zeggen vermindering methyl 4-nitrobenzoaat met hydrazine middels 5% Rh / C als katalysator, hetgeen methyl-4- (vormen N -hydroxyamino) benzoaat, gevolgd door acetyl bescherming van het verkregen hydroxylamine). O- Trifluoromethylation van 1a met Togni reagens II in aanwezigheid van...

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

Discussie

Door het ontbreken van algemene en gebruikersvriendelijke werkwijze voor de synthese van trifluoromethoxylated arenen veel OCF 3-bevattende aromatische verbindingen zijn extreem duur. 34 Onze strategie verdringt een brede functionele groep tolerantie en biedt een eenvoudige toegang tot verschillende trifluoromethoxylated arenes. Deze verbindingen kunnen waardevolle bouwstenen voor de ontdekking en ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen, landbouwchemicaliën en materialen dienen.

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

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.

Dankbetuigingen

Wij erkennen royale start-up middelen van de State University van New York bij Stony Brook ter ondersteuning van dit werk. We danken ook TOSOH F-Tech, Inc. voor het verstrekken van ons TMSCF 3 reagens voor de synthese van Togni reagens II.

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

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
5% Rhodium on carbonAspira Scientific3008355% wt% droge lading
Hydrazine monohydraatSigma-Alderich13696HMVReagenskwaliteit, 98%
AcetylchlorideAlfa Aesar1017688798%
NatriumbicarbonaatFisher Scientific134826Chemisch zuiver
CesiumcarbonaatAlfa Aesar1288799,9%, op basis van metalen
Togni Reagens IIBereid volgens de literatuurprocedure (ref 37). Voorzichtig: Puur Togni reagens II is gevoelig voor stoten en wrijving, behandel het met grote zorg (zie ref. 36).
TetrahydrofuranBDHBDH1149-4LGGedistilleerd uit diep paars natrium benzofenon ketile.
DiethyletherFisher Scientific148221Gedistilleerd uit diep paars natrium benzofenon ketile.
ChloroformFisher Scientific141739Gedroogd over CaH2 en gedistilleerd
NitromethaanAlfa AesarJ03z053Gedroogd over CaSO4 en gedistilleerd
SilicagelSILICYCLE6051440-63 µm (230-400 mesh)
CeliteEMD2012040674Niet zuur gewassen

Referenties

  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).

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

Herprints en machtigingen

Tags

TrifluoromethoxyleringTogni reagens IIcesiumcarbonaatflash kolomchromatografieNMR spectroscopiehoge resolutie massaspectrometriefluor 19 NMRortho trifluoromethoxylederanilinesmethyl 4 acetamido 3 trifluoromethoxy benzoaatvacu mfiltratie
Protocol voor de synthese van
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.