Methodenartikel

Facile Preparation of (2 Z, 4 E) - Dienamiden door de olefinering van elektron-deficiënte alkenen met allylacetaat

DOI:

10.3791/55766

⸱

21 juni 2017

 ,  ,  ,  ,  , 
1College of Materials, Chemistry and Chemical Engineering, Hangzhou Normal University, 2Shijiazhuang Mechanized Infantry Academy

In dit artikel

Samenvatting

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

De rutheniumgekatalyseerde olefinering van elektron-deficiënte alkenen met allylacetaat wordt hier beschreven. Door het gebruik van aminocarbonyl als een directe groep heeft dit externe oxidantvrije protocol hoge efficiëntie en goede stereo- en regioselectiviteit, waardoor een nieuwe synthetische route wordt geopend naar ( Z , E ) -butadiene skelet.

Samenvatting

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

Directe kruiskoppeling tussen twee alkenen via vinylische CH-binding activering is een efficiënte strategie voor de synthese van butadienen met hoge atoom- en stapeconomie. Deze functionaliteitgerichte cross-coupling reactie is echter niet ontwikkeld, aangezien er nog steeds beperkte directiegroepen in praktisch gebruik zijn. In het bijzonder is een stoichiometrische hoeveelheid oxidant gewoonlijk vereist, wat een grote hoeveelheid afval produceert. Door onze interesse in de nieuwe 1,3-butadieensynthese beschrijven we de rutheniumgekatalyseerde olefinering van elektronen-deficiënte alkenen met allylacetaat en zonder externe oxidant. De reactie van 2-fenyl-acrylamide en allylacetaat werd gekozen als een modelreactie en het gewenste dieeprodukt werd verkregen in 80% geïsoleerde opbrengst met goede stereoselectiviteit ( Z, E / Z, Z = 88:12) onder optimale omstandigheden: Ru ( p -cymen) Cl2] 2 (3 mol%) en AgSbF6 (20 mol%) in DCE bij 110 ºC fOf 16 uur. Met de geoptimaliseerde katalytische omstandigheden in de hand, werden representatieve α- en / of ß- gesubstitueerde acrylamiden onderzocht, en alles reageerde vlot, ongeacht alifatische of aromatische groepen. Ook anders hebben N- gesubstitueerde acrylamiden bewezen goede substraten. Bovendien hebben we de reactiviteit van verschillende allylderivaten onderzocht, wat suggereert dat de chelatie van acetaat zuurstof aan het metaal cruciaal is voor het katalytische proces. Deuterium-gelabelde experimenten werden ook uitgevoerd om het reactiemechanisme te onderzoeken. Alleen Z- selectieve H / D-uitwisselingen op acrylamide werden waargenomen, wat een reversibel cyclometalatie-evenement aangeeft. Daarnaast werd een kinetisch isotoop effect (KIE) van 3,2 waargenomen in het intermoleculaire isotopische onderzoek, wat suggereert dat de olefinische CH-metaaleringstap waarschijnlijk betrokken is in de snelheidsbepalingsstap.

Inleiding

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

Butadienen komen op grote schaal voor en komen vaak voor in veel natuurlijke producten, drugs en bioactieve moleculen 1 . Chemici hebben intensief geprobeerd een efficiënte, selectieve en praktische synthetische methode te ontwikkelen voor de synthese van 1,3-butadienen 2 , 3 . Onlangs werden directe kruiskoppelingen tussen twee alkenen via dubbele vinyl CH-binding activering ontwikkeld, die een efficiënte strategie voor de synthese van butadienen vertegenwoordigen, met een hoge atoom- en stapseconomie. Onder hen heeft de palladiumgekatalyseerde kruiskoppeling van twee alkenen veel aandacht getrokken, waardoor ( E, E ) geconfigureerde butadienen via alkenyl-Pd species 4 , 5 zijn verkregen . Bijvoorbeeld, Liu's groep ontwikkelde een Pd-gekatalyseerde butadieensynthese door de directe kruiskoppeling van alkenen en allylacetaat ( Figuur 1 en vergelijking 3 ) 4 . Ondertussen leverde de functionele groepgerichte kruiskoppeling tussen alkenen butadienen met uitstekende ( Z, E ) stereoselectiviteit door het olefinische CH cyclometalatie-evenement, dat een complementaire werkwijze 6 vertegenwoordigt . Tot op heden zijn enkele directe groepen, zoals enolaten, amiden, esters en fosfaten, succesvol geïntroduceerd bij de kruiskoppeling tussen alkenen, waarbij een reeks waardevolle en functionele 1,3-butadienen wordt verschaft. De gerichte dwarskoppelingsreactie is echter niet ontwikkeld, aangezien er nog steeds beperkte directiegroepen in praktisch gebruik zijn. In het bijzonder is een stoichiometrische hoeveelheid oxidant gewoonlijk nodig om de katalytische cyclus te handhaven, die een grote hoeveelheid organisch en anorganisch afval produceert. Er zijn zeer beperkte voorbeelden met behulp van elektronenrijke alkenen als koppelingspartner.

Allylacetaat en zijn derivaten zijn diep iNvestigated in organische transformaties als krachtige allylatie en olefineringsreagentia, waaronder gekatalyseerde cross-coupling, Friedel-Crafts allylation van electronrich arenes, en katalytische CH-activering van elektron-deficiënte arenes ( Figuur 1 en Equation 1 ) 7 . Meer recent ontwikkelde de Loh-groep een rhodium (III) gecatalyseerde CH allylation van elektronen-deficiënte alkenen met allylacetaten, waardoor 1,4-dieen ( Figuur 1 en Vergelijking 2 ) 8 werden ontwikkeld . Ondertussen rapporteerde de Kanai-groep een uitdrogende directe CH-allylatie met allylische alcoholen door gebruik te maken van een Co (III) katalysator 9 . Interessant genoeg hebben Snaddon en medewerkers een nieuwe coöperatieve katalysatie gebaseerde methode beschreven voor de directe asymmetrische a- allylisatie van acyclische esters 10 . Heel recent heeft de Ackermann-groep verscheidene nieuwe allyatievoorbeelden usin gerapporteerdG goedkope Fe, Co en Mn katalysatoren 11 . Deze rapporten hebben doorbraken in allylatie- en olefinatiereacties gemaakt, maar dubbele binding migratie en slechte regioselectiviteit zijn meestal onvermijdelijk en zijn niet gemakkelijk te controleren. Derhalve is het nog steeds zeer wenselijk om meer efficiënte en selectieve reactiepatronen van allylacetaten te ontwikkelen om waardevolle moleculen te bouwen. Met onze interesse in nieuwe 1,3-butadieensynthese via CH-olefinering, dachten we dat allylacetaat geïntroduceerd zou kunnen worden aan de gerichte allylation van elektronen-deficiënte alkenen, die eerst 1,4-diëen leverden. Vervolgens zou de meer thermodynamisch stabiele 1,3-butadieen kunnen worden gevormd na de migrerende isomerisatie van de CC-dubbele binding 7 , waardoor het diëngeval dat niet kan worden verkregen door kruiskoppeling met behulp van elektronrichige alkenen, zoals propeen, als koppelingspartner 6 . Hier rapporteren we een goedkope Ru (III) gecatalyseerde olefinische CH-binding olefinatioN acrylamiden met allylacetaten in afwezigheid van een oxidant, dat een nieuwe synthetische route opent voor de oprichting van ( Z, E ) -butadienen ( Figuur 1 en Vergelijking 4 ) 13 .

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

Protocol

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

Voorzichtigheid: Raadpleeg al de relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS) voor gebruik. Alle kruiskoppelingsreacties dienen in injectieflacons uitgevoerd te worden onder een verzegelde argonatmosfeer (1 atm).

1. Bereiding van butadienen door de olefinering van acrylamiden met allylacetaat

  1. Droog een flesje met een kapje (8 ml) met een compatibele magnetische roerbar in een oven bij 120 ° C gedurende 2 uur. Koel de hete flesje op kamertemperatuur door er met inert gas voor te blazen.
  2. Gebruik een analytische balans en weeg 3,7 mg (-3 mol%, 0,005 mmol) [Ru ( p -cymene) Cl2] (bruin poeder) en 13,7 mg (20 mol%, 0,04 mmol) AgSbF 6 Vast) in de bovenstaande reactieflacon.
    OPMERKING: Aangezien dit een nieuwe methode is, zijn de cross-coupling reacties op kleine schaal uitgevoerd om het concept van het concept te verminderen om afvalvorming te verminderen. AgSbF 6 wordt gebruikt als additief dat chloride kan absorberen om een ​​te genererenKationisch rutheniumcomplex voor elektrofiele CH-bindingsactivering 13 . Andere zilverzouten, zoals Ag2C03, zijn ook getest, maar geen product is gedetecteerd. Het gewicht van de katalysator ([Ru ( p -cymene) Cl2] 2 ) is niet erg nauwkeurig en ligt in het bereik van 3,4-3,9 mg.
  3. Voeg 1 ml droge 1,2-dichloorethaan toe aan de reactieflacon.
    OPMERKING: De hoeveelheid oplosmiddel is flexibel. 1 ml 1,2-dichloorethaan is ongeveer voldoende om te voldoen aan de minimale vereiste van volume voor de cross-coupling reactie. Echter, een beetje meer (~ 0,1 ml) oplosmiddel is ook toegestaan ​​voor een reactie van deze schaal. 1,2-dichloorethaan werd vóór het gebruik over een 3-Ȧ moleculaire zeef gedroogd.
  4. Gebruik een analytische balans en voeg acrylamide (0,2 mmol, 1,0 equiv, vaste stof of olie) toe aan het bovenstaande reactieflacon.
  5. Gebruik een micro-injectiespuit om 43 μL (0,4 mmol, 2,0 equiv) allylacetaat (een kleurloze vloeistof) aan het bovenstaande reactieflacon toe te voegen.
    OPMERKING: hier is een overmaat hoeveelheid allylacetaat nodig om de homo-koppeling van acrylamide te remmen en ervoor te zorgen dat het acrylamide volledig wordt omgezet. De productopbrengst neemt af indien minder allylacetaat (1,5 equiv) wordt toegevoegd. De toevoeging van meer allylacetaat (3,0 equiv) kan de opbrengst niet verder verbeteren. In de praktijk is er geen waargenomen homo-koppeling van allylacetaat, en het resterende allylacetaat kan worden hersteld.
  6. Blaas voorzichtig op de reactieflacon met argongas en maak de fles zo snel mogelijk met een compatibele schroefdop af.
    OPMERKING: De injectieflacon moet zo snel mogelijk met een schroefdop worden bedekt, omdat een inerte atmosfeer cruciaal is voor de cross-coupling reactie. Het is beter om het bovenstaande protocol uit te voeren in een handschoenkist.
  7. Roer het reactiemengsel bij kamertemperatuur gedurende nog eens 5 minuten.
  8. Verhit de reactieflacon op 110 ° C in een oliebad met roeren gedurende 16-18 uur.
    OPMERKING: Over het algemeen is een kleurverandering naar donkerrood een indIcatie dat de reactie plaatsvindt.
  9. Na het afkoelen van de flesje, gebruik dan ethylacetaat: petroleumether (2: 1 of 1: 3) mengsels als oplosmiddel om de dunne laagchromatografie (TLC) platen te ontwikkelen om de voortgang van de reactie te monitoren door het mengsel te vergelijken met een acrylamide standaard .
    OPMERKING: Afhankelijk van de aard van de uitgangsmaterialen mag de reactie niet voltooid zijn. Typische R f waarden van de producten en uitgangsmaterialen liggen in het gebied van 0,3 - 0,7. Het uitgangsmateriaal van acrylamide is waargenomen als een lagere lopende plek dan het butadieenproduct.
  10. Los het ruwe product op in een minimum van DCM en laad het op een silicakolom die nat is met petroleumether. Het kruiskoppelingsproduct scheiden via kolomchromatografie onder toepassing van een mengsel van ethylacetaat: petroleumether (1: 100 tot 1: 4) als eluens.
    1. Verzamel het eluent in een aparte fles, verdamp het oplosmiddel op een roterende verdamper, eenD Zet het voor een minimum van 2 uur onder een hoog vacuüm.
    2. Verkrijg ongeveer 20-50 mg product voor karakterisering door NMR spectroscopie.
      OPMERKING: Het reactiemengsel moet onmiddellijk na de voltooiing van de reactie op kolomchromatografie worden toegepast voor zuivering.

2. Karakterisering van Dienamides

  1. .Hermerken en beoordelen de zuiverheid van het eindproduct met behulp van 1 H en 13 C NMR spectroscopie 14 . Typisch verschijnt de chemische verschuiving van de carbonylcarbon nabij 170 ppm op het 13C NMR spectrum. De drie sp 2 protonen van de functionele groep butadieen worden weergegeven door karakteristieke pieken in de buurt van 6,0 en 5,6 ppm.
  2. Gebruik infrarood spectroscopie 14 om de karakteristieke carbonyl- en CC-dubbelbindingspiek van het dieenproduct te identificeren.
  3. Bepaal de moleculaire massa van het product en valideer de identiteit verder met behulp van high-Resolutie massaspectrometrie (HRMS) 14 .
  4. Bepaal het smeltpunt van de vaste producten 14 .

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

Resultaten

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

Onze inspanningen waren gericht op de bereiding van 1,3-butadieen uit acrylamide en allylacetaat.

Tabel 1 illustreert de optimalisatie van omstandigheden, waaronder het screenen van verschillende additieven en oplosmiddelen, waarbij [Ru ( p -cymene) Cl2] 2 als de katalysator wordt gebruikt. Na het screenen van een reeks representatieve oplosmiddelen, waren we blij dat het product dramatisch...

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

Discussie

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

[Ru ( p -cymene) Cl 2 ] 2 is een goedkope, gemakkelijk toegankelijke, lucht stabiele en zeer actieve Ru-katalysator met een uitstekende functionele groepstolerantie die efficiënt werkt onder milde reactieomstandigheden om CH / CH koppelingsbutadiene producten te geven. Zilverzout AgSbF 6 werd gebruikt als additief dat het chloride van [Ru ( p -cymene) Cl2] 2 kan abstracteren om een ​​kationisch rutheniumcomplex te genereren voor de volgende CH-bindingsactiver...

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

Openbaarmakingen

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

Wij erkennen dankbaar de Nationale Natuurwetenschappenstichting van China (NSFC) (nrs. 21502037, 21373073 en 21672048), de Natuurwetenschappelijke Stichting van de provincie Zhejiang (ZJNSF) (nr. LY15B020008), de PCSIRT (nr. IRT 1231) en Hangzhou Normal University voor financiële ondersteuning. GZ erkent een Qianjiang Scholar award van de provincie Zhejiang, China.

Dankbetuigingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

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

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Allyl AcetaatTCIA0020>98.0%(GC), 25 mL verpakking
Dichloro(p-cymene)ruthenium(II) dimeerTCID2751>95.0%(T), 5 g verpakking
ZilverhexafluoroantimonaatTCIS0463>97.0%(T),  5 g verpakking
1,2-DichloorethyleenTCID0364>99.5%(GC), 500 g verpakking
RotavaporEYELAN-1200ATe gebruiken om oplosmiddel te drogen
SilicagelMerck107734Silicagel 60 (0,063-0,2 mm), voor kolomchromatografie

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Negishi, E., et al. Recent Advances in Efficient and Selective Synthesis of Di-, Tri-, and Tetrasubstituted Alkenes via Pd-Catalyzed Alkenylation-Carbonyl Olefination Synergy. Acc Chem Res. 41 (11), 1474-1485 (2008).
  2. Maryanoff, B. E., Reitz, A. B. The Wittig olefination reaction and modifications involving phosphoryl-stabilized carbanions. Stereochemistry, mechanism, and selected synthetic aspects. Chem Rev. 89 (4), 863-927 (1989).
  3. Stille, J. K. The Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organotin Reagents with Organic Electrophiles. Angew Chem Int Ed. 25 (6), 508-524 (1986).
  4. Zhang, Y., Cui, Z., Li, Z., Liu, Z. Q. Pd(II)-Catalyzed Dehydrogenative Olefination of Vinylic C-H Bonds with Allylic Esters: General and Selective Access to Linear 1,3-Butadienes. Org Lett. 14 (7), 1838-1841 (2012).
  5. Shang, X., Liu, Z. Q. Transition metal-catalyzed Cvinyl-Cvinyl bond formation via double Cvinyl-H bond activation. Chem Soc Rev. 42 (8), 3253-3260 (2013).
  6. Hu, X. H., Yang, X. F., Loh, T. P. Selective Alkenylation and Hydroalkenylation of Enol Phosphates through Direct C-H Functionalization. Angew Chem Int Ed. 54 (51), 15535-15539 (2015).
  7. Kong, L., et al. Cobalt (III)-Catalyzed C-C Coupling of Arenes with 7-Oxabenzonorbornadiene and 2-Vinyloxirane via C-H Activation. Org Lett. 18 (15), 3802-3805 (2016).
  8. Feng, C., Feng, D., Loh, T. P. Rhodium (III)-catalyzed C-H allylation of electron-deficient alkenes with allyl acetates. Chem Commun. 51 (2), 342-345 (2015).
  9. Suzuki, Y., et al. Dehydrative Direct C-H Allylation with Allylic Alcohols under [Cp*CoIII] Catalysis. Angew Chem Int Ed. 54 (34), 9944-9947 (2015).
  10. Schwarz, K. J., Amos, J. L., Klein, J. C., Do, D. T., Snaddon, T. N. Uniting C1-Ammonium Enolates and Transition Metal Electrophiles via Cooperative Catalysis: The Direct Asymmetric α-Allylation of Aryl Acetic Acid Esters. J Am Chem Soc. 138 (16), 5214-5217 (2016).
  11. Zell, D., Bu, Q., Feldt, M., Ackermann, L. Mild C-H/C-C Activation by Z-Selective Cobalt Catalysis. Angew Chem Int Ed. 55 (26), 7408-7412 (2016).
  12. Li, J., et al. N-Acyl Amino Acid Ligands for Ruthenium(II)-Catalyzed meta-C-H tert-Alkylation with Removable Auxiliaries. J Am Chem Soc. 137 (43), 13894-13901 (2015).
  13. Li, F., Yu, C., Zhang, J., Zhong, G. Olefination of Electron-Deficient Alkenes with Allyl Acetate: Stereo- and Regioselective Access to (2Z,4E)-Dienamides. Org Lett. 18 (18), 4582-4585 (2016).
  14. Lehman, J. W. The student's lab companion: laboratory techniques for organic chemistry: standard scale and microscale. , Pearson College Div. (2008).

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

Ruthenium gekatalyseerde olefineringZE butadieensyntheseC H bindingactivatiekolomchromatografiedunne laagchromatografiedeuteriumgelabelde experimentenkinetisch isotoopeffectcyclometalleringsevent

Gerelateerde artikelen