Opisano nowe wyjaśnienie syntezy niesymetrycznych 1,2-dioli opartych na mechanizmie sprzęgania retropinakol/krzyżówka. Ze względu na katalityczne przeprowadzenie tej reakcji uzyskuje się znaczną poprawę w porównaniu z konwencjonalnymi sprzężeniami krzyżowo-pinakolowymi.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Reakcje sprzęgania retropinakolowego/krzyżowo-pinakolowego - katalityczny dostęp do 1,2-niesymetrycznych dioli
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Niesymetryczne 1,2-diole są trudno dostępne w redukcyjnych procesach sprzęgania pinakolowego. Pomyślne przeprowadzenie takiej przemiany wiąże się z wyraźnym rozpoznaniem i ścisłym zróżnicowaniem dwóch podobnych związków karbonylowych (aldehydów → drugorzędowych 1,2-dioli lub ketonów → trzeciorzędowych 1,2-dioli). To dostrojenie jest nadal wyzwaniem i nierozwiązanym problemem dla chemika organicznego. Istnieje kilka doniesień na temat udanego przeprowadzenia tej transformacji, ale nie można ich uogólniać. W tym miejscu opisujemy katalityczny proces bezpośredniego sprzęgania pinakolowego, który przebiega poprzez sekwencję sprzęgania retropinakolowego/krzyżowego. W ten sposób można uzyskać dostęp do niesymetrycznie podstawionych 1,2-dioli z prawie ilościową wydajnością dzięki prostemu działaniu w bardzo łagodnych warunkach. Techniki sztuczne, takie jak techniki pompy strzykawkowej lub opóźnione dodawanie reagentów, nie są konieczne. Opisana przez nas procedura zapewnia bardzo szybki dostęp do produktów cross-pinakolu (1,2-diole, diole vicinal). Dalsze rozszerzenie tego nowego procesu, np. działanie enancjoselektywne, może stanowić bardzo użyteczne narzędzie do syntezy niesymetrycznych chiralnych 1,2-dioli.
Wprowadzenie
Reakcja sprzęgania pinakolu jest ogólną i powszechnie stosowaną metodą wytwarzania symetrycznie vicinalnych dioli (1,2-dioli, pinakolów). Wyczerpujące recenzje w tej dziedzinie można znaleźć w bibliografii Hirao1, Chatterjee i Joshi2, Ladipo3 oraz Gansäuer i Bluhm4. W przeciwieństwie do tego, opublikowano tylko kilka doniesień odnoszących się do skutecznej realizacji reakcji sprzęgania krzyżowo-pinakolowego w celu uzyskania odpowiednich niesymetrycznych 1,2-dioli (chlorek tytanu(IV) / mangan5, jodek samaru(II)6, magnez / trimetylochlorosilan7, wanad(II)8, cyrkon / cyna9 i iterb10). Tak więc międzycząsteczkowa reakcja sprzężenia krzyżowego pinakolu nadal pozostaje dużym wyzwaniem w chemii organicznej, zwłaszcza w katalitycznym przeprowadzaniu tej przemiany.
Tworzenie produktów sprzęgania krzyżowego jest kinetycznie niekorzystne w warunkach klasycznego sprzężenia pinakolowego. Aby uzyskać wystarczającą ilość niesymetrycznego produktu, możliwe jest opóźnione dodanie jednego związku karbonylowego. Istnieje kilka przykładów, które rozwijają tę koncepcję, ale opierają się one na kilku konkretnych manipulacjach eksperymentalnych i dlatego nie można ich uogólniać. Ponadto wymagany nadmiar jednego związku karbonylowego w tych przemianach skutkował pracochłonnym oddzieleniem złożonej mieszaniny produktów11. Alternatywą dla tego celu jest wstępne kompleksowanie jednego reagenta, co sprawia, że konieczne jest równomolowe ilości dodatkowego odczynnika.
Opisano różne przykłady odwracalnej reakcji pinakolu12. Prowadzą one do wniosku, że takie warunki mogą być optymalnym punktem wyjścia dla selektywnej syntezy produktów sprzęgania krzyżowego. Ponieważ niskowartościowy metal, a także reaktywny rodnik powstają jednocześnie in situ, niesymetryczne diole mogą powstawać wyłącznie w obecności odpowiedniego reagenta karbonylowego. O ile nam wiadomo, taka metoda nie została wcześniej opisana (Porta i wsp. opisali porównywalne rozszczepienie pinakolu i późniejsze sprzężenie przez dodatkowe zastosowanie stechiometrycznych ilości AIBN (2,2′-azo-bis-izobutyronitrylu) w celu wytworzenia wymaganych rodników)13.
Tutaj wizualizowany jest protokół, który zapewnia szybki i prosty w obsłudze dostęp do niesymetrycznych 1,2-dioli. Niesymetryczne produkty pinacol są w większości dostępne z doskonałymi plonami (>95%). Nie obserwuje się niepożądanych symetrycznie produktów pinakolowych. Ta nowa metodologia sprzęgania krzyżowego pinakolu opiera się na sekwencji sprzęgania retropinakol/krzyż-pinakol. Zostanie to wykazane w następujący sposób na podstawie reprezentatywnych reakcji benzopinakolu (1,1,2,2-tetrafenylo-1,2-etanodiolu, 1) z aldehydem 2-etylomasłowym (w szeregu aldehydowym) i z dietylketonem (w szeregu ketonowym).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Przygotowanie roztworu tert-butotlenku tytanu(IV)/trietylochlorosilanu
- Rozpuścić 400 mg (400 μl) tert-butotlenku tytanu(IV) (1 mmol) w 10 ml suchego dichlorometanu. Dodać 150 mg (170 μl) trietylochlorosilanu (1 mmol) do tego roztworu w temperaturze pokojowej przy suchej temperaturze (RT). 1 ml tego roztworu dichlorometanu zawiera 0,1 mmol tert-butotlenku tytanu(IV) i 0,1 mmol trietylochlorosilanu.
2. Reakcja pinakolu tetrapfenylo-1,2-etanodiolu (1) z aldehydem 2-etylomasłowym
- Rozpuścić 366 mg tetrafenylo-1,2-etanodiolu (1,1 mmol) i 300 mg (370 μl) świeżo destylowanego aldehydu 2-etylomasłowego (3 mmol) w 3 ml suchego dichlorometanu.
- Dodać 0,5 ml oddzielnie przygotowanego roztworu tert-butotlenku tytanu(IV) i trietylochlorosilanu (0,05 mmol).
- Wymieszaj powstałą mieszaninę w temperaturze pokojowej w szczelnie zamkniętej probówce reakcyjnej.
- Potwierdzić, że reakcja została zakończona za pomocą chromatografii cienkowarstwowej (eluent: heksan/aceton - 9/1) na płytkach TLC z żelem krzemionkowym (60 F254). Koniec reakcji osiąga się w momencie, gdy nie można już wykryć tetrafenylo-1,2-etanodiolu 1 (∼12 godzin). Wartość Rf produktu wynosi 0,3 14.
- Rozcieńczyć powstałą mieszaninę reakcyjną 50 ml dichlorometanu.
- Przemyć rozcieńczoną mieszaninę reakcyjną kolejno 20 ml nasyconego wodnego roztworu chlorku amonu i wodorowęglanu sodu w rozdzielaczu separatora.
- Odizolować warstwę organiczną za pomocą rozdzielacza rozdzielającego.
- Wysuszyć warstwę organiczną, mieszając z suchym siarczanem magnezu.
- Przefiltrować zawiesinę przez karbowany filtr bibułowy i zebrać filtraty.
- Usunąć dichlorometan z filtratu w próżni w temperaturze 40 °C za pomocą wyparki obrotowej (10-30 mmHg). Odparowanie rozpuszczalników będzie wymagało 20 minut.
- Oczyścić pozostałą pozostałość metodą chromatografii kolumnowej z błyskiem przez kolumnę żelu krzemionkowego (0,035-0,070 mm, ACROS) o gradiencie heksanu/acetonu (zaczynając od 19:1 i schodząc do 16:4) w celu uzyskania 280 mg 1,2-diolu 2f (0,99 mmol).
- Potwierdzić tożsamość 1,2-diolu 2f przez 1H spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) przy użyciu CDCl3 jako rozpuszczalnika. Dla spektrometru NMR 300 MHz widmo 1H NMR diolu jest następujące: δ =0,78 (t, 3H, J = 7,4 Hz), 0,87 (t, 3H, J = 7,3 Hz), 1,18-1,40 (m, 4H), 1,75-1,81 (m, 1H), 1,91 (s, 1H, OH), 3,12 (s, 1H, OH), 4,68 (d, 1H, J = 1,2 Hz), 7,19-7,37 (m, 6H), 7,44-7,46 (m, 2H), 7,61-7,63 (m, 2 godz.).
3. Reakcja pinakolu tetrapfenylo-1,2-etanodiolu (1) z ketonem dietylowym
- Rozpuścić 366 mg tetrafenylo-1,2-etanodiolu (1,1 mmol) i 345 mg (423 μl) ketonu dietylowego (4 mmol) w 3 ml suchego dichlorometanu.
- Dodać 1 ml oddzielnie przygotowanego roztworu tert-butotlenku tytanu(IV) i trietylochlorosilanu (0,1 mmol).
- Wymieszaj powstałą mieszaninę w temperaturze pokojowej w szczelnie zamkniętej probówce reakcyjnej.
- Potwierdzić zakończenie reakcji za pomocą chromatografii cienkowarstwowej (eluent: heksan/aceton, 9:1) na płytkach TLC z żelem krzemionkowym (60 F254). Koniec reakcji osiąga się w momencie, gdy nie można wykryć tetrafenylo-1,2-etanodiolu 1 (∼12 godz.). Rf produktu wynosi 0,3 14.
- Rozcieńczyć powstałą mieszaninę reakcyjną 50 ml dichlorometanu.
- Rozcieńczoną mieszaninę reakcyjną przemyć kolejno 20 ml nasyconego wodnego roztworu chlorku amonu i węglanu sodu w rozdzielaczu separatora.
- Odizolować warstwę organiczną za pomocą rozdzielacza rozdzielającego.
- Wysuszyć warstwę organiczną, mieszając z suchym siarczanem magnezu.
- Przefiltrować zawiesinę przez karbowany filtr bibułowy i zebrać filtraty.
- Usunąć dichlorometan w próżni w temperaturze 40 °C za pomocą wyparki obrotowej (10-30 mmHg). Odparowanie składników lotnych będzie wymagało 30 minut.
- Oczyścić pozostałą pozostałość metodą chromatografii kolumnowej błyskawicznej przez kolumnę żelu krzemionkowego (0,035-0,070 mm, ACROS) o gradiencie heksanu/acetonu (zaczynając od 19:1 i schodząc do 16:4) w celu uzyskania 250 mg 1,2-diolu 4f (0,93 mmol).
- Potwierdzić tożsamość produktu za pomocą 1-godzinnejspektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) przy użyciu CDCl3 jako rozpuszczalnika. Dla spektrometru NMR 300 MHz widmo 1H NMR diolu 4f jest następujące: δ = 0,92 (t, 6H, J = 7,6 Hz), 1,78 (m, 4H), 2,03 (s, 1H, OH), 2,83 (s, 1H, OH), 7,26-7,35 (m, 6H), 7,69-7,71 (m, 4H).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
W reakcjach tetrafenylo-1,2-etanodiolu 1 i acetonu w obecności ilości katalitycznych alkoksydów tytanu(IV) zaobserwowano powstawanie 1,1-difenylo-1,2-diolu 4a oraz jednoczesne powstawanie benzofenonu 3 (Schemat 1). Nie wykryto odpowiadającego mu symetrycznego 1,2-diolu, który powstałby w wyniku konkurencyjnego sprzęgania pinakolowego acetonu. Jednak w tych warunkach do uzyskania ilościowych konwersji wymagano niezwykle długich i nieakceptowalnych czasó...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Ogólne skrócenie czasu reakcji i wyższe plony obserwuje się poprzez zastosowanie bogatych w elektrony związków karbonylowych (porównaj pozycję 3 z 17, tabelę 1 lub pozycję 19 z 13, tabelę 2). Ponadto w reakcjach ketonów z masywnymi podstawnikami obserwuje się spadek plonów w porównywalnych warunkach (porównaj pozycję 12 z 11, tabela 2).
Chociaż w tym nowatorskim procesie można zastosować szeroką gamę związków karbo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.
Podziękowania
Autorzy dziękują Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bayer Pharma AG, Chemtura Organometallics GmbH, Bergkamen, Bayer Services GmbH, BASF AG i Sasol GmbH za wsparcie finansowe.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1,2-dichlorometan | Sigma-Aldrich 319929 | ||
| Tytan(IV) tert-butoxide | VWR International | 200014-852 | |
| Aldehyd 2-etylomałkowy | Sigma-Aldrich | 110094 | |
| Benzopinakol | Aldrich | B9807 | |
| Trietylochlorosilan | Aldrich | 235067 | |
| Heksan, certyfikowany ACS | Fisher Scientific | H29220 | |
| Aceton, certyfikowany | ACS ACROS | 42324 | |
| Chlorek amonu | ACROS | 19997 | |
| Wodorowęglan sodu | ACROS | 12336 | |
| Siarczan magnezu | ACROS | 41348 | |
| Żel krzemionkowy 60 F254 Płytki | TLC VWR International | 1,057,140,001 | |
| Żel krzemionkowy, 0,035-0,070 do chromatografii flash | ACROS | 240360300 |
Bibliografia
- Hirao, T. Catalytic reductive coupling of carbonyl compounds - The pinacol coupling reaction and. 279, 53-75 (2007).
- Chatterjee, A., Joshi, N. N. Evolution of the stereoselective pinacol coupling reaction. Tetrahedron. 62, 12137-12158 (2006).
- Ladipo, F. T. Low-valent titanium-mediated reductive coupling of carbonyl compounds. Curr. Org. Chem. 10, 965-980 (2006).
- Gansäuer, A., Bluhm, H. Reagent-controlled transition-metal-catalyzed radical reactions. Chem. Rev. 100, 2771-2788 (2000).
- Duan, X. -F., Feng, J. X., Zi, G. -F., Zhang, Z. -B. A Convenient synthesis of unsymmetrical pinacols by coupling of structurally similar aromatic aldehydes mediated by low-valent titanium. Synthesis. , 277-282 (2009).
- Paquette, L. A., Lai, K. W. Pinacol macrocyclization-based route to the polyfused medium-sized CDE ring system of lancifodilactone. G. Org. Lett. 10, 3781-3784 (2008).
- Maekawa, H., Yamamoto, Y., Shimada, H., Yonemura, K., Nishiguchi, I. Mg- promoted mixed pinacol coupling. Tetrahedron Lett. 45, 3869-3872 (2004).
- Kang, M., Park, J., Pedersen, S. F. Pinacol cross coupling reactions of ethyl 2-alkyl-2-formylpropionates. stereoselective synthesis of 2,2,4- trialkyl-3-hydroxy-γ-butyrolactones. Syn. Lett. , 41-43 (1997).
- Askham, F. R., Carroll, K. M. Anionic zirconaoxiranes as nucleophilic aldehyde equivalents. application to intermolecular pinacol cross coupling. J. Org. Chem. 58, 7328-7329 (1993).
- Hou, Z., Takamine, K., Aoki, O., Shiraishi, H., Fujiwara, Y., Taniguchi, H. Nucleophilic Addition of lanthanoid metal umpoled diaryl ketones to electrophiles. J. Org. Chem. 53, 6077-6084 (1988).
- Groth, U., Jung, M., Vogel, T. Intramolecular chromium(II)-catalyzed pinacol cross coupling of 2-Mmethylene-α,ω-dicarbonyls. Syn. Lett. , 1054-1058 (2004).
- Appendino, G. Synthesis of Modified Ingenol Esters. Eur. J. Org. Chem. , 3413-3420 (1999).
- Spaccini, R., Pastori, N., Clerici, A., Punta, C., Porta, O. Key role of Ti(IV) in the selective radical-radical cross-coupling mediated by the Ingold-Fischer effect. J. Am. Chem. Soc. 130, 18018-18024 (2008).
- Leonard, J., Lyfo, B., Procter, G. Advanced Practical Organic Chemistry. , 3rd ed, CRC Press. (2013).
- Scheffler, U., Stoesser, R., Mahrwald, R. Retropinacol / cross-pinacol coupling reactions - a catalytic access to 1,2-unsymmetrical diols. Adv. Synth. Cat. 354, 2648-2652 (2012).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
