Bereiding van een Corannulene-gefunctionaliseerd Hexahelicene door koper (I) -gekatalyseerde Acetyleenalkoholen-azide Cycloadditiereacties van nonplanar Polyaromatische Units

Het algemene doel van dit protocol is het synthetiseren van een corannuleen-gefunctionaliseerd hexaheliceen, een complexe organische verbinding bestaande uit drie niet-planaire polyaromatische eenheden die zijn samengevoegd via clickchemie. De methode bestaat uit een reeks van zes reactiestappen in een synthese waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende gangbare organische procedures, zoals vrijradicalreacties, koolstof-koolstofkoppeling of clickchemie.

Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het, door subtiele aanpassingen van deze bekende reacties, mogelijk is om vergelijkbare resultaten te behalen voor niet-planaire polyaromatische verbindingen. Deze methode kan inzicht bieden in de chemie van deze bijzondere familie. Omdat het gedrag niet zozeer overeenkomt met dat van planaire aromatische verbindingen, kan het ook worden toegepast op systemen zoals uitgebreid tetrathiafulvaleen of 7-annuleen.

We kregen oorspronkelijk het idee voor dit protocol tijdens ons werk aan gast-waard-herkenning bij de poging om twee chorion-eenheden samen te voegen tot een helicine-steiger. Om de debromering te starten, weegt u 0,356 g 2,15-dimethylhexylhelicene, 374 g vers herkristalliseerd n-broomsuccinimide en 24 mg benzoylperoxide.

Plaats alle vaste stoffen samen met een magnetische roerstaaf in een schlenkolf van 100ml. Breng de vaste stoffen onder een stikstofatmosfeer door drie cycli van gasvacuüm gevolgd door het opnieuw vullen met inert gas in de schlenklijn. Voeg vervolgens 21ml koolstoftetrachloride toe.

Ontgas de oplossing door hetzelfde proces van vacuüm trekken en opnieuw vullen onder krachtig roeren. Zorg ervoor dat er geen groot verlies van het oplosmiddel optreedt. Refluxeer het mengsel gedurende vier uur bij 77 °C met behulp van een oliebad.

De reactie kan worden gevolgd via protonen-kernspinresonantie of NMR-spectroscopie. Er zouden doubletten tussen 3,7 parts per million en 4,0 parts per million moeten verschijnen, wat duidt op de aanwezigheid van diastereotope methyleengroepen. Laat het mengsel na voltooiing afkoelen tot kamertemperatuur en verwijder het oplosmiddel onder vacuüm.

Stel een val op gevuld met vloeibare stikstof om contaminatie van de pomp te voorkomen. Los het ruwe product opnieuw op in 30ml dichloormethaan. Draag de oplossing vervolgens over naar een rondbodemkolf en meng deze met 4g silicagel.

Concentreer het mengsel in een rotatieverdamper. Vul ondertussen een kolom met silicagel die vooraf is gemengd met hexaan-ethylacetaat als mobiele fase. Voeg het mengsel toe aan de bovenkant van de kolom en breng vervolgens een laag zand van 2 cm aan.

Giet de nieuwe mobiele fase voorzichtig in. Voer de chromatografie uit door fracties op te vangen in reageerbuisjes met een volume van 20 ml per buisje en 4 ml per buisje in de nabijheid van de verwachte productoplossing. Controleer de fracties middels dunlaagchromatografie met dezelfde mobiele fase en visualiseer deze onder ultraviolet licht.

Het verwachte product moet elueren bij een retentiefactor van 0,35 als een gele olie, nadat alle gewenste fracties zijn samengevoegd en het oplosmiddel in de rotatieverdamper is verwijderd. Weeg voor de synthese 0,103 g 2,15 bis bromomethylhexahelicene en 0,390 g natriumazide af. Plaats beide vaste stoffen in een Schlenk-kolf van 50 ml die is voorzien van een magnetische roerstaf en breng deze onder een stikstofatmosfeer.

Meng vervolgens 8,6ml tetrahydrofuraan met 5,2ml water en giet het oplosmiddelmengsel in de Schlenk-kolf. Nadat de oplossing is ontgast, wordt deze drie uur lang teruggevloeid bij 65 °C. Controleer de reactie met proton-NMR.

De signalen van de methyleengroep zouden moeten verschuiven naar 3,75 parts per million. Koel het mengsel vervolgens af tot kamertemperatuur en verwijder het tetrahydrofuraan onder vacuüm. Verdun het monster daarna met 50ml water.

Overbreng het mengsel naar een scheitrechter en extraheer drie keer met 40ml dichloormethaan. Combineer alle organische fasen en was deze met 50ml gedestilleerd water. Zuiver het ruwe product via kolomchromatografie op silicagel met hexaan/ethylacetaat als mobiele fase om een gele olie te verkrijgen bij een retentiefactor van 0,38.

Overeenkomend met 2, 15 bis azomethylhexahelicine. Er dient 70mg te worden verkregen, wat overeenkomt met een opbrengst van 80%. Op dit punt in de procedure volgen drie aanvullende stappen om een ethinyl carnoline te verkrijgen. De reacties omvatten een microwave-ondersteunde elektrofiele aromatische substitutie, gevolgd door een sonogashira-koppeling en een daaropvolgende deep protection.

Al deze procedures worden in detail beschreven in het tekstprotocol. Weeg 15,3mg van twee 15 bis asomethylhexahelicine, 20,0mg ethinylcarnoline, 1,4mg natriumzout van ascorbinezuur en 1,7mg kopersulfaatpentahydraat. Plaats alle vaste stoffen in een schlenkkolf van 50ml die is uitgerust met een magneetroerstaaf en breng deze onder een stikstofatmosfeer.

Een zeer kritische stap is het grondig ontgassen van het oplosmiddelmengsel. Meng 3ml water en 12ml tetrahydrofuran en giet het mengsel in de schlenkcolf. Ontgas de oplossing grondig.

Een tweede belangrijk punt is om de reactie periodiek te controleren om een goed oplosmiddelvolume en de juiste temperatuur te waarborgen. Anders kan de reactie een langere tijd nodig hebben voor de ethynil-compositie. Verhit gedurende drie dagen bij 65 °C met een condensor verbonden aan de bovenkant van de kolf.

Controleer de reactie periodiek om de temperatuur, het roeren en het oplosmiddelvolume te bewaken. Controleer de reactie via proton-NMR. Het signaal bij 3,48 parts per million moet verdwijnen en verschuiven naar 7,27 parts per million, wat duidt op het verbruik van ethinylcarnoline en de aanwezigheid van de triazool-eenheid.

Wanneer dit is voltooid, wordt het tetrahydrofuraan onder vacuüm verwijderd en wordt het mengsel verdund met 20ml water. Draag het mengsel over naar een scheidtrechter en spoel de kolf na met 20ml dichloormethaan. Nadat het mengsel drie keer is geëxtraheerd met dichloormethaan, worden alle organische fasen samengevoegd in een rondbodemkolf en geconcentreerd in een rotatieverdamper.

Zuiver het ruwe product via kolomchromatografie op silicagel door te elueren met hexaan-ethylacetaat om de lichtgele vaste stof te verkrijgen bij een retentiefactor van 0,59. Er zou 27 mg verkregen moeten worden, wat overeenkomt met een opbrengst van 75%. Carnoline en 2, 15-dimethylhexahelicine kunnen op eenvoudige wijze worden bereid volgens huidige methoden met zeer goede opbrengsten. Beide reactiepaden delen een gemeenschappelijk molecuul: 2, 7-dimethylnaftaleen als startmateriaal.

Volgens de huidige synthetische route werd de uiteindelijke verbinding in zes stappen geprepareerd uit de genoemde moleculen, wat leidde tot een divergent-naar-convergente synthese. De uiteindelijke assemblage is gebaseerd op de bekende strategie van koper(I)-gekatalyseerde azide-alkyn-cycloadditie, bekend als de clickreactie. Door deze procedure te volgen, kan een complex organisch molecuul dat in staat is supramoleculaire interacties met fullerenen aan te gaan, in een redelijke tijd en met goede opbrengsten worden geprepareerd.

Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe bekende reacties uit de traditionele organische chemie succesvol kunnen worden toegepast om een meerstapsstrategie te bouwen naar complexe, niet-planaire polyaromatische moleculen met interessante eigenschappen.