Methodenartikel

Syntheses, kristallisatie en spectroscopische karakterisering van 3,5-Lutidine, N-Oxide uitdrogen

DOI:

10.3791/57233

⸱

24 april 2018

 ,  , 
1Centro de Química, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

In dit artikel

Samenvatting

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

Hierin, rapporteren we de synthese en de kristallisatie van 3,5-lutidine N -oxide uitdrogen door een eenvoudig protocol dat van de klassieke synthese van pyridine N verschilt-oxide. Dit protocol maakt gebruik van verschillende grondstoffen en gaat minder reactietijd opleveren van een nieuwe solvated supramoleculaire structuur, die onder traag verdamping kristalliseert.

Samenvatting

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

De synthese van 3,5-lutidine N -oxide uitdrogen, 1, tot stand gekomen in de route van de synthese van 2-amino-pyridine-3,5-dicarbon zuur. De methodologie voor niet-gesubstitueerde pyridine in 1957 in een proces van 12u Ochiai eerst gebruikt, maar geen X-ray geschikt kristallen zijn verkregen. De vervangen ring gebruikt in de hier voorgestelde methodologie duidelijk beïnvloed de toevoeging van watermoleculen in de asymmetrische eenheid, die een verschillende nucleofiele sterkte in 1verleent. De X-ray geschikt crystal samengestelde 1 werd mogelijk als gevolg van de stabilisatie van de negatieve lading in de zuurstof door de aanwezigheid van twee watermoleculen waar de waterstofatomen doneren positieve lading in de ring; dergelijke watermoleculen dienen goed te bouwen een supramoleculaire interactie. De gehydrateerd moleculen mogelijk voor het alkalische systeem dat wordt bereikt door aanpassing van de pH tot en met 10. Nog belangrijker is, de dubbele methyl vervangen ring en een reactietijd van 5 h, maakt het een meer veelzijdige methode en met bredere chemische toepassingen voor toekomstige ring invoegingen.

Inleiding

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

Tegenwoordig wetenschappers over de hele wereld hebben zijn te investeren middelen naar de ontwikkeling van nieuwe synthetische routes voor de functionalization van aromatische groepen, die staan bekend om de lage reactiviteit voorzijde aan toevoeging reacties1,2, 3. Pyridine, waar een stikstofatoom een koolstofatoom vervangt, presenteert een soortgelijke chemische reactiviteit op analoge ringen uitsluitend uit koolstof atomen3 bestaaten het meestal ondergaat een vervanging mechanisme in plaats van toevoeging. N-oxiden zijn onderscheidend door de aanwezigheid van een donor band tussen stikstof en zuurstof gevormd door de overlapping van de nonbonding elektronenpaar op stikstof met een lege orbitaal op de zuurstof atoom3. Met name, pyridine N-oxiden zijn Lewis basen, omdat hun N-O-groep als een elektrondonor fungeren kan en ze kunnen combineren met Lewis zuren vormen de overeenkomstige Lewis-zuur-base paren. Deze eigenschap heeft een essentiële chemische gevolg, omdat het kan de vergelijking van de Lewis zuren naar potentiële elektrofielen verhogen en dus te laten reageren onder omstandigheden waar normaal de reactie niet zou worden. Waarschijnlijk is de meest voorkomende gebruik van dergelijke stoffen in verschillende oxidatiereacties waar zij als oxidanten4 optreden. Pyridine N-oxiden en veel van hun ring-matiemaatschappij derivaten zijn terugkerende moleculen biologisch actieve en farmacologische agenten5, en een duidelijke ruimtelijke spreiding door verschillende spectroscopische tools is opgericht voor sommigen van hen6,7. In onderzoek naar verschillende groepen koppelen aan de pyridine-ring, hebben wetenschappers getest verschillende methoden voor de productie van een gemakkelijke en conventionele methode, aangezien isoxazolines een katalytische hoeveelheid base zoals DBU vereist in kokend xyleen aan formulier 6- vervangen-2-aminopyridine, N-oxiden8,9. Een verscheidenheid van pyridine derivaten werden omgebouwd tot hun overeenkomstige N-oxiden in aanwezigheid van een katalytische hoeveelheid mangaan tetrakis(2,6-diclorophenyl) porfyrine en ammonium acetaat in CH2Cl2/CH3 GN-8,10. Andere pyridine zijn geoxideerd tot hun stikstofoxiden H2O2 in aanwezigheid van katalytische bedragen van methyltrioxorhenium8,11, of door toevoeging van overtollige dimethyldioxirane met CH2Cl2 bij 0 ° C, wat leidt tot de overeenkomstige N-oxiden8,12,13,14. Bis (trimethylsilyl) peroxide in aanwezigheid van trioxorhenium in CH2Cl2 is gebruikt voor de synthese van pyridine N-oxiden8,11. De synthese van aminopyridine N-oxiden waarbij acylering met behulp van Caro zuur (peroxomonosulfuric zuur) ook is gemeld8. Niettemin, de methodologie hier gemeld, en die gebruikt een deel van de methode gerapporteerd door Ochiai1, biedt zeer goede resultaten met behulp van ijsazijn, goedkoper en toegankelijk reagentia en H2O2 . Deze praktijk is meer geschikt voor gebruik in grote schaal preparaten die op de tertiaire amines inwerken, produceert goede opbrengsten in een reactie die slechts 30% waterstofperoxide vereist en ijsazijn in een temperatuur tussen de 70-80 ° C, en het maakt gebruik van een zuiveringsproces dat is beschikbaar in de meeste laboratoria van de synthese zoals distillatie, zonder het gebruik van de katalysator of duurder reagentia1. De literatuur meldt dat andere methoden ook vaak termijnen van 10-24 h en temperaturen boven 100 ° C 4,8 betrekken, en de opbrengst van goed gevormde kristallen voor X-ray analyses is zelden gerapporteerd.

Reactief, worden diverse N -oxide derivaten gebruikt voor de lutidine ring, adequaat te activeren in een nucleofiele of elektrofiele bakboord. De nucleofiele of elektrofiele factor wordt beïnvloed door de substituenten. Met de pyridine-ring wordt de intrekking van de elektron-groepen, is de belangrijkste factor de nucleofiele karakteristiek1. De gratis N-oxide verbindingen zijn zelden geïsoleerd als geschikt kristallen voor x-stralen analyse als gevolg van de gedelokaliseerd lading in de aromatische ring. Echter is de Solvatatie factor cruciaal voor het stabiliseren van de negatieve dichtheid van de zuurstof-15.

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

Protocol

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

1. reactie

  1. Plaats in een zuurkast een geopende ronde 100 mL-kolf met 0,5 mol (29.8 mL) ijsazijn en Voeg 0.051 mol (5.82 mL) van 3,5-dimethylpyridine en 5 mL van de H2O2 (35%). Houd het mengsel reactie onder constante magnetische roeren, bij een innerlijke temperatuur van 80 ° C gedurende 5 uur.
  2. Na de reactietijd, cool de kolf tot 24 ° C met ijs (do niet bloot het azijnzuur aan het ijs gassen) en sluit deze aan een hoog vacuüm distillatie-eenheid voor 90-120 min te verwijderen overtollige azijnzuur.
    Let op: Gebruik geen warm materiaal. Wacht totdat het glaswerk een beheersbare temperatuur bereikt. Dit zal ook voorkomen dat dampen invoeren van de bovenkant van de distillatie-eenheid.
  3. Voeg gedistilleerd water (10 mL) tweemaal om ervoor te zorgen het verwijderen van elk spoor van azijnzuur en te concentreren het mengsel veel mogelijk.

2. basiciteit aanpassing en extractie

  1. Ontbinden in bi-distillated water het geïsoleerde viskeuze en transparant product en breng de pH op 10 met zuivere solide nb2CO3met een potentiometer.
  2. Breng zorgvuldig de oplossing in een scheitrechter van 250 mL en haal het 5 keer met 250 mL CHCl3 ter verbetering van het rendement. Herstellen van de organische laag en droog het zo over solide nb24 voor 30 minuten maximaal, dat het product zal bevatten. Indien nodig, opnieuw uitpakken de waterige fase met de gewenste hoeveelheid CHCl3.
    Let op: CHCl3 slaperigheid en duizeligheid kunnen veroorzaken; behandelen met zorg en in een zuurkast.
  3. Verwijder het oplosmiddel onder verminderde druk met een hoog vacuüm distillatie-eenheid, tot de vorming van een zeer hygroscopisch duidelijk beige kristallijn poeder (70%).

3. kristallisatie proces

  1. Los 4.3 g de kristallijn poeder in 50 mL koude hoge uitgevoerde vloeibare chromatografie (HPLC) rang diethylether. Vacuüm Filtreer de oplossing voor het verwijderen van elk spoor van solide grondstof of zelfs stof. Giet het filtraat in een glazen petrischaaltje, waarbij het te vertragen verdampen bij 4 ° C in een laboratorium koelkast.
  2. Ervoor zorgen dat er na twee dagen, heldere kleurloze kristallen zijn verkregen. Meet vervolgens het smeltpunt, dit in het bereik van 310-311 K. moet

4. analyse van 3,5-Lutidine N -oxide Dehydrate

  1. Verwijder de kristallen die worden gevormd, van prismatische vorm en kleurloos, door decanteren van de kolf van muren voor verdere x-stralen analyse. Als niet direct gebruikt, houden de kristallen in diethylether te vermijden crystal hydratatie.
  2. Ontbinden 0.010 g van 3,5-lutidine N -oxide uitdrogen in 0.4 mL CDCl3 NMR H1 en C13 analyse om te bewijzen de doeltreffendheid van de procedure uit te voeren.

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

Resultaten

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

Het protocol is in wezen een uitbreiding van de Ochiai techniek1. Echter de lagere temperatuur en minder tijd worden toegepast. Deze eenvoudige methode kan worden gebruikt voor het verkrijgen van een veelzijdige ligand, oftewel een gesubstitueerde pyridine N-oxide afgeleide. Om te bevestigen de vorming van 1, zijn NMR, 1H en 13C analyse voorkeur voor het testen van de doeltreffendheid van de procedure.

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

Discussie

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

Het protocol hier gepresenteerd is een conventionele methode een zuurstof-atoom te koppelen aan het stikstofatoom van de 3,5-lutidine als een functionalization methode van substraten. Deze techniek is ook goed ingeburgerd aan opbrengst X-ray geschikt gedehydrateerde kristallen (Figuur 5, foto's genomen met een Sony DSC-HX300 Cyber-schot camera). Voor zover wij hebben niet veel verslagen de productie van dergelijke kristallen16beschreven. Veel verbindingen groeien ideale kristallen...

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

Openbaarmakingen

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

Alle auteurs verklaren geen belangenconflict.

Dankbetuigingen

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

Het huidige werk gesteund door Vicerrectoría de Investigación y Estudios de Posgrado uit BUAP, onjuiste of Science en projecten nr. REOY-NAT14, 15, 16-G. HEAS-NAT17. RMG Bedankt CONACyT (Mexico) voor de beurs 417887.

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

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3,5-lutidineSigma-AldrichL4206-500ML
Glacial azijnzuurFermont3015
Waterstofperoxide (35%)Sigma-Aldrich349887-500ML
Na2CO3 watervrijProductos Químicos Monterrey1792
Na2SO4 watervrijAlfa reactivos25051-C
CHCl3Fermont6205
Ethyl etherMercury ChemistQME0309
Gedestilleerd waterComercializadora Química Poblananot-existent

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ochiai, E. Recent Japanese work on the chemistry of pyridine 1-oxide and related compounds. J. Org. Chem. 18 (5), 534-551 (1953).
  2. Solomons, T. W. G. Organic Chemistry 2nd Edition. , John Wiley & Sons. 1110(1976).
  3. Albini, A., Pietra, S. Heterocyclic N-Oxides. , CRC Press. ISBN: 0849345529 328(1991).
  4. Koukal, P., Ulc, J., Necas, D., Kotora, Heterocyclic N.-Oxides. Topics in Heterocyclic Chemistry. 53, 29-58 (2017).
  5. Wen-Man, Z., Jian-Jun, D., Xu, J., Jun, X., Huan-Jian, X. Visible-Light-Induced C2 alkylation of pyridine N.-oxides. J. Org. Chem. 82 (4), 2059-2066 (2017).
  6. Merino García, M. R., Ríos-Merino, F. J., Bernès, S., Reyes-Ortega, Y. Crystal structure of 3,5-dimethylpyridine N-oxide dihydrate. Acta Cryst. 72 (12), 1687-1690 (2016).
  7. Sarma, R., Karmakar, A., Baruah, J. B. N-Oxides in Metal-Containing Multicomponent Molecular Complexes. Inorg. Chem. 47 (3), 763-765 (2008).
  8. Youssif, S. Recent trends in the chemistry of pyridine N-oxides. ARKIVOC. 2001, 242-268 (2001).
  9. Chucholowski, A. W., Uhlendorf, S. Base catalyzed rearrangement of 5-cyanomethyl-2-isoxazolines; novel pathway for the formation of 2-aminopyridine N-oxides. Tetrahedron Lett. 31 (14), 1949-1952 (1990).
  10. Thellend, A., Battioni, P., Sanderson, W., Mansuy, D. Oxidation of N-Heterocycles by H2O2 Catalyzed by a Mn-Porphyrin: An Easy Access to N-Oxides Under Mild Conditions. Synthesis. 1997 (12), 1387-1388 (1997).
  11. Copéret, C., Adolfson, H., Tinh-Alfredo, V. K. h, Yudin, A. K., Sharpless, K. B. A simple and Efficient Method for the Preparation of Pyridine N-Oxides. J. Org. Chem. 63 (5), 1740-1741 (1998).
  12. Ferrer, M., Sánchez-Baeza, F., Messeguer, A. On the preparation of amine N-oxides by using dioxiranes. Tetrahedron. 53 (46), 15877-15888 (1997).
  13. Adam, W., Briviba, K., Duschek, F., Golsch, D., Kiefer, W., Sies, H. Formation of singlet oxygen in the deoxygenation of heteroarene N-oxides by dimethyldioxirane. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1995 (18), 1831-1832 (1995).
  14. Murray, R. W., Singh, M. A Facile One-Step Synthesis of C-Arylnitrones Using Dimethyldioxirane. J.Org.Chem. 55 (9), 2954-2957 (1990).
  15. Kim, S. W., Um, T., Shin, S. Brønsted acid-catalyzed α-halogenation of ynamides from halogenated solvents and pyridine-N-oxides. Chem. Commun. 53 (18), 2733-2736 (2017).
  16. Campeau, L., Rousseaux, R., Fagnou, K. A solution to the 2-pyridyl organometallic cross-coupling problem: regioselective catalytic direct arylation of pyridine N-oxides. J. Am. Chem. Soc. 127 (51), 18020-18021 (2005).
  17. Gang, L., et al. Metal-free methylation of a pyridine N-oxide C-H bond by using peroxides. Org. Biomol. Chem. 13 (46), 11184-11188 (2015).
  18. May, D., Nyman,, Hampden-Smith, M. J., Duesler, E. N. Synthesis, characterization, and reactivity of group 12 metal thiocarboxylates M(SOCR)2Lut2[M) Cd, Zn; R ) CH3, C(CH3)3; Lut ) 3,5-Dimethylpyridine (Lutidine)]. Inorg. Chem. 36 (10), 2218-2224 (1997).
  19. Cho, S. H., Hwang, S. J., Chang, S. Palladium-Catalyzed C-H Functionalization of Pyridine N-Oxides: Highly Selective Alkenylation and Direct Arylation with Unactivated Arenes. J. Am. Chem. Soc. 130 (29), 9254-9256 (2008).
  20. Ide, Y., et al. Spin-crossover between high-spin (S = 5/2) and low-spin (S = 1/2) states in six-coordinate iron(III) porphyrin complexes having two pyridine-N. oxide derivatives. Dalton Trans. 46 (1), 242-249 (2017).
  21. Drago, R. S. Physical Methods in Chemistry. , Saunders College Publishing USA. 750(1977).
  22. Cervantes-Mejía, V., et al. Branched Polyamines Functionalized with Proposed Reaction Pathways Based on 1H-NMR, Atomic Absorption and IR Spectroscopies. American Journal of Analytical Chemistry. 5 (16), 1090-1101 (2014).
  23. Huheey, J. E., Keiter, E. A., Keiter, R. L. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4th Edition. , Oxford University Press. Mexico. ISBN: 9706131620 1023(1997).
  24. Rigaku, CrysAlisPRO. , (2013).
  25. Sheldrick, G. M. SHELXT - Integrated space-group and crystal-structure determination. Acta Cryst. 71 (1), 3-8 (2015).
  26. Sheldrick, G. M. Crystal structure refinement with SHELXL. Acta Cryst. 71 (1), 3-8 (2015).
  27. Sheldrick, G. M. A short history of SHELX. Acta Cryst. 64 (1), 112-122 (2008).
  28. Macrae, C. F., et al. Mercury CSD 2.0 - new features for the visualization and investigation of crystal structures. J. Appl. Cryst. 41 (2), 466-470 (2008).
  29. ChemBioDraw Ultra 13. , PerkinElmer. (2013).

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

3r ntgenkristallografiesupramoleculaire structuurpH aanpassingvacu mdistillatiechloroformextractieNMR analysesmeltpuntmetingoplosmiddelen van HPLC kwaliteitgedeutereerd chloroform

Gerelateerde artikelen