Toepassing van elementaire lanthaniden in de selectieve C-F-activering van Trifluoromethylated Benzofulvenes de toegang tot verschillende Difluoroalkenes

Samenvatting

Dit protocol beschrijft de bereiding van elementaire lanthaniden onder inerte atmosfeer en hun toepassing in een selectieve C-F-activeringsproces waarbij trifluoromethylated benzofulvenes.

Samenvatting

De selectieve activering van één binding van koolstof-fluor in polyfluorinated aromatische moleculen of Trifluormethyl-bevattende substraten biedt de mogelijkheid van toegang tot unieke fluor-bevattende moleculen, die moeilijk zijn te verkrijgen door andere synthetische trajecten. Onder verschillende metalen bevatten, die kunnen ondergaan C-F activering, zijn lanthaniden (Ln) goede kandidaten als zij sterke Ln-F bindingen vormen. Lanthanide metalen zijn sterke reductoren met een redox potentiële Ln^{3 +}/Ln van ongeveer-2.3 V, die vergelijkbaar is met de waarde van de Mg^{2 +}/Mg redox paar. Daarnaast lanthanide metalen weergeven een veelbelovende functiegroep tolerantie en hun reactiviteit kan variëren langs de lanthanide-serie, waardoor ze geschikt reagentia voor "fine-tuning"-reactie voorwaarden in organische en organometaalchemie transformaties. Echter, als gevolg van hun oxophilicity, lanthaniden gemakkelijk reageren met zuurstof en water en daarom vereisen bijzondere voorwaarden voor opslag, behandeling, voorbereiding en activering. Deze factoren hebben een meer wijdverbreid gebruik in de organische synthese beperkt. Hierin presenteren wij hoe dysprosium metaal- en naar analogie alle lanthanide metaal - kan worden vers bereid onder watervrije voorwaarden met behulp van de ' glovebox ' en Schlenk technieken. Het vers gearchiveerde metaal, in combinatie met aluminium chloride, initieert de selectieve C-F-activering in trifluoromethylated benzofulvenes. De resulterende reactie tussenproducten reageren met nitroalkenes om te verkrijgen van een nieuwe familie van difluoroalkenes.

Inleiding

Lanthanide metalen zijn sporadisch gebruikt in de organische synthese sinds de late jaren 1970-¹. Aanvankelijk werkten deze sterke reductoren, met een redox potentiële Ln^{3 +}/Ln van ongeveer-2.3 V, voornamelijk in de berken-type vermindering van aromatische verbindingen en pinacol koppeling reacties. Een betere beschikbaarheid en de zuiverheid van lanthanide metalen uit de jaren 1980 op, alsmede de ontwikkeling van methodologieën en apparatuur om lucht en vocht gemakkelijk verbindingen geleid tot nieuwe toepassingen van lanthanide metalen. De voorbereiding van de gebruikte SmI-₂ rechtstreeks vanuit Sm metaal en diiodoethane of jodium is een doorbraak in lanthanide chemie². In de afgelopen jaren nieuwe patronen van de reactiviteit van lanthanide metalen zijn beschreven, bijvoorbeeld, de Barbier-type reactie van allylische halogeniden met carbonyl verbindingen³, de reacties van de reductieve koppeling waarbij diaryl ketonen⁴ of acyl chloriden⁵, selectieve cyclopropanation reacties⁶en de combinatie van lanthanide metaal met groep 4 metallocenen^7,8. Deze studies toonden dat lanthanide metalen een veelbelovende functiegroep tolerantie weergeven en dat hun reactiviteit langs de lanthanide-serie variëren kan, waardoor ze geschikt reagentia voor "fine-tuning"-reactie voorwaarden in organische transformaties.

Organolanthanide complexen en anorganische lanthanide zouten zijn bestudeerd in C-F activering reacties met aromatische en alifatische koolstof-fluor obligaties voor meer dan 40 jaar^9,10,11. In 2014 verscheen het eerste verslag over de activering van de C-F met behulp van elementaire ytterbium metaal¹². Bleek de regioselectieve reactie van Yb met pentafluorobenzene p- tetrafluorobenzene en YbF₂veroorloven. Meer recentelijk hebben wij aangetoond dat verschillende lanthanide metalen met trifluoromethylated benzofulvenes in aanwezigheid van aluminium chloride reageren kunnen te verkrijgen ε, ε-difluoropentadienylmetal complexen die selectief met een breed scala van aldehyden naar nieuw reageerde difluoroalkenes (Figuur 1)¹³. Het bleek dat de combinatie van dysprosium metaal en aluminium chloride gaf de hoogste opbrengst en de beste selectivities. Hierin presenteren wij een uitbreiding van dit werk met behulp van nitroalkenes als elektrofielen¹⁴, regioselectively leiden tot een nieuwe klasse van difluoroalkenes¹⁵.

Protocol

1. bereiding van de grondstof buiten de ' glovebox '

1. Voorbereiden van benodigde apparatuur: oven gedroogd Schlenk buis met een magnetische roer bar, vacuüm/inert gas lijn (argon of stikstof) en magneetroerder.
2. Trifluoromethylated benzofulvene volgens de literatuur¹³voor te bereiden.
3. Weeg trifluoromethylated benzofulvene (177 mg, 0,65 mmol) en voeg in een oven gedroogd Schlenk buis voorzien van een magnetische roer bar.
4. Sluit de Schlenk-buis met een kunststof schroefdop met PTFE voering en verbinden met vacuüm lijn.
5. Start roeren en vacuüm toepassen op droog benzofulvene voor 10 min. Vervolgens laat u het vacuüm met argon/stikstof en het vacuüm opnieuw van toepassing. Herhaal dit proces 3 keer. Ten slotte, vul de Schlenk buis met argon/stikstof en sluit het strak.
6. Neem de Schlenk buis onder argon/stikstof naar het handschoenenkastje.

2. voorbereiding van vers gearchiveerde Dysprosium metaal binnen de ' glovebox '

1. Voorbereiden van benodigde apparatuur: handschoenenkastje onder argon/stikstof met evenwicht, metalen bestand, tangen, aluminiumfolie, pincet, spatel, reageerbuis en 2 rubber septa wegen.
2. Chemische stoffen voor te bereiden: dysprosium metaal- en watervrij AlCl₃
3. Invoegen Schlenk buis met benzofulvene, een reageerbuis en 2 rubber septa in de glovebox volgens de gangbare praktijk van uw groep voor het afhandelen van de ' glovebox ', bijvoorbeeld voor een kleine kamer van toepassing vacuüm voor 1 min dan release met argon/stikstof driemaal.
4. Zet een stuk aluminiumfolie op het gewicht evenwicht en één op een bord op de verdieping van de ' glovebox ' voor indiening.
5. Strak houdt het dysprosium metaal met behulp van Tang en verwijder de inactieve bovenlaag door indiening met een metalen bestand te verkrijgen van een glanzend metaaloppervlak. Gooi dit gearchiveerde metaal.
   Opmerking: (1) gebruik grote metalen stukken voor indiening en Vermijd contact tussen de Tang en het bestand in volgorde niet te vervuilen het dysprosium metaal met andere metalen. (2) het gebruik van een ander metalen bestand voor elk lanthanide metaal te voorkomen van kruisbesmetting. (3) afgedankte metaalpoeder moet afzonderlijk worden uitgeblust buiten de doos van de handschoen, met behulp van de dil. aq. HCl-oplossing.
   Let op: De reactie van dysprosium met aq. HCl is exotherm en produceert waterstofgas, daarom doven de dysprosium in een open kolf omgeven door ijsbad.
6. Bereiden van vers gearchiveerde dysprosium metaal (82 mg, 0,50 mmol), toevoegen aan de Schlenk buis en sluiten van de buis met een rubber tussenschot.
7. Weeg watervrij AlCl₃ (200 mg, 1,5 mmol) in een reageerbuis en sluit de buis met een rubber tussenschot.
8. Verwijder de Schlenk buis en de reageerbuis uit het handschoenenkastje.

3. start C-F activering reactie buiten de ' glovebox '

1. Voorbereiden van benodigde apparatuur: vacuüm/inert gas lijn (argon of stikstof), magnetische roerder en droge 2 mL spuit met naald.
2. Chemische stoffen voor te bereiden: vers gedestilleerd droge THF en jodium.
3. Klem de Schlenk buis in een zuurkast boven een magneetroerder en maak verbinding met de vacuüm lijn. Uitvoeren van drie cycli van vacuüm/inert gas alvorens het Schlenk buis onder een positieve flow van argon/stikstof te openen. Start de magneetroerder.
4. Klem de proefbuis met AlCl₃ in een zuurkast en sluit aan op de lijn onder inert gas via een naald in een positieve flow van argon/stikstof.
5. Een katalytische hoeveelheid jodium (10-12 mg) aan het Schlenk buis onder een stroom van positieve argon/stikstof toevoegen.
6. Zuiveren van een droge 2 mL injectiespuit met naald onder argon/stikstof
7. 1,5 mL vers gedestilleerd droge THF met behulp van de gezuiverd spuit nemen en Voeg 0,5 mL aan het Schlenk-buis te krijgen een diepe bruin oplossing (kleur van jodium in THF).
8. Voeg de resterende 1.0 mL THF ontkleuring tot de proefbuis met AlCl₃, die tot een lichtgeel oplossing leiden zal.
   Opmerking: Afhankelijk van de kwaliteit van AlCl₃, de toevoeging van THF kunnen min of meer exotherme.
9. Hoewel nog warm, breng deze AlCl₃ oplossing uit de proefbuis aan het Schlenk-buis met behulp van de spuit.
10. De reactie op het roer tot de volledige consumptie van benzofulvene toestaan. Aanvankelijk, verdwijnt de diep bruine kleur te geven van een gele oplossing, die na verloop van tijd tot een donker groene troebele oplossing wenden zal.
11. Check de reactie door dunne-laag chromatografie (TLC) na 1 h door een monster van het reactiemengsel met een capillair in een positieve flow van argon/stikstof te nemen. Petroleumether als eluens gebruiken.
    Opmerking: De eerste benzofulvene is fel geel op de TLC-plaat en haar verdwijning gemakkelijk kan worden waargenomen.

4. de toevoeging van Nitroalkene

1. 4-methoxyphenylnitroalkene volgens de literatuur¹⁶voor te bereiden.
2. Weeg 4-methoxyphenylnitroalkene (90 mg, 0,50 mmol), sluit u de buis met een rubberstop en droog het op de vacuüm regel via de verbinding van een naald in een reageerbuis.
3. Na verdwijnen van benzofulvene in het reactiemengsel (bevestigd door TLC analyse), droge nitroalkene aan het Schlenk buis onder een positieve flow van argon/stikstof te toevoegen. Het reactiemengsel zal veranderen van kleur naar geel-groen.
4. De reactie door TLC analyse, volgen tot volledige consumptie van nitroalkene (meestal 1 uur). Aardolie ether/ethylacetaat 95/5 Als eluens gebruiken.

5. workup en reiniging

1. Verdun het reactiemengsel met 20 mL diethylether en doven het met 5 mL van 1 molair waterige oplossing van zoutzuur in een open Schlenk-buis.
   Let op: De reactie van de resterende dysprosium met aq. HCl is exotherm en produceert waterstofgas, die druk opbouwen bij Schlenk kan veroorzaken. Daarom, doven de reactie in open Schlenk onder een goede zuurkast.
2. Na het blussen van de reactie, overbrengen naar een separatory trechter.
3. Het verzamelen van de organische fase in een erlenmeyer. Wassen van de waterige fase 2 keer met 10 mL diethylether en het verzamelen van de organische fase in een erlenmeyer.
4. Droog de organische fase over MgSO₄, filter in een vooraf getarreerde kolf, en concentreren onder verlaagde druk op een rotatieverdamper om het ruwe product als een oranje / bruine olie.
5. Het ruwe product zuiveren door silicagel kolom-chromatografie beginnen met petroleumether als eluens apolaire gehydrolyseerd product verwijderen. Verhoging van de polariteit tot geeft 10/1 aardolie ether/ethylacetaat de nieuwe nitro-bevattende difluoroalkenes.
   Opmerking: Als u de kolom-chromatografie uitvoert op een lange kolom en langzaam doordat de polariteit, het is mogelijk om te scheiden van de diastereoisomers voor analysedoeleinden.

Resultaten

Deze lanthanide-gemedieerde C-F activatie procedure die is gevolgd door reactie met nitroalkenes biedt gemakkelijk toegang tot nieuwe difluoroalkenes met een nitro-groep. Een plausibele reactiemechanisme is afgebeeld in Figuur 2. In tegenstelling tot onze eerdere werk met behulp van aldehyden als elektrofielen (Figuur 1)¹³, veroorloven nitroalkenes de 1,3-digesubstituteerde indeen producten regioselectivel...

Discussie

Dit protocol is werk met zeer reactief, lucht en vocht gevoelige lanthanide metalen. Dus de hele reactie procedure moet worden uitgevoerd onder droge inert gas, en alle grondstoffen, waaronder oplosmiddelen, moeten zeer schoon en gedroogde vóór gebruik.

Er zijn twee voordelen voor de bereiding van vers gearchiveerde metalen ten opzichte van de aankoop van reeds gearchiveerde metalen: (i) de aankoop van stukken of blokken is aanzienlijk meer economische en (ii) vers gearchiveerde metaal is meer...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Dysprosium ingot	Strem	93-6637	Opslaan onder stikstof/argon
Watervrij aluminiumchloride	Alfa Aesar	88488	Opslaan onder stikstof/argon
Jodium 99,5% voor analyse	Across Organics	212491000
THF GPR Rectapur	VWR Chemicals	28552.324	Gedroogd en gedistilleerd over Na/benzofenon vóór gebruik
Handschoenenkast	MBraun		Onder stikstof-atmosfeer