Artykuł metodologiczny

Łatwe otrzymywanie (2Z,4 E)-dienamidów przez olefinację alkenów z niedoborem elektronów octanem allilu

DOI:

10.3791/55766

⸱

21 czerwca 2017

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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Katalizowana rutenem olefinacja alkenów z niedoborem elektronów za pomocą octanu allilu jest opisana tutaj. Dzięki zastosowaniu aminokarbonylu jako grupy kierującej, ten zewnętrzny protokół wolny od utleniaczy ma wysoką wydajność i dobrą stereo- i regioselektywność, otwierając nową drogę syntezy do szkieletów (Z,E)-butadienu.

Streszczenie

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

Bezpośrednie sprzężenie krzyżowe między dwoma alkenami poprzez aktywację wiązania C-H winylu stanowi skuteczną strategię syntezy butadienów o wysokiej ekonomii atomowej i krokowej. Jednak ta funkcjonalna reakcja sprzężenia krzyżowego nie została opracowana, ponieważ nadal istnieje ograniczona liczba grup kierujących w praktycznym użyciu. W szczególności zwykle wymagana jest stechiometryczna ilość utleniacza, co powoduje powstawanie dużej ilości odpadów. Ze względu na nasze zainteresowanie nową syntezą 1,3-butadienu, opisujemy katalizowaną rutenem olefinację alkenów z niedoborem elektronów przy użyciu octanu allilu i bez zewnętrznego utleniacza. Jako reakcję modelową wybrano reakcję 2-fenyloakryloamidu i octanu allilu, a pożądany produkt dienowy uzyskano w 80% izolowanej wydajności z dobrą stereoselektywnością (Z,E/Z,Z = 88:12) w optymalnych warunkach: [Ru(p-cymene) Cl2]2 (3 mol %) i AgSbF6 (20 mol %) w DCE w temperaturze 110 ºC przez 16 godzin. Mając do dyspozycji zoptymalizowane warunki katalityczne, zbadano reprezentatywne akrylamidy podstawione α i/lub β, a wszystkie zareagowały płynnie, niezależnie od grup alifatycznych lub aromatycznych. Również akrylamidy podstawione inaczej N okazały się dobrymi substratami. Ponadto zbadaliśmy reaktywność różnych pochodnych allilu, co sugeruje, że chelatacja octanu tlenu do metalu ma kluczowe znaczenie dla procesu katalitycznego. Przeprowadzono również eksperymenty znakowane deuterem w celu zbadania mechanizmu reakcji. Zaobserwowano tylko selektywną Z wymianę H/D na akrylamid, co wskazuje na odwracalne zdarzenie cyklometalacji. Ponadto w międzycząsteczkowym badaniu izotopowym zaobserwowano kinetyczny efekt izotopowy (KIE) wynoszący 3,2, co sugeruje, że etap metalizacji olefinowej C-H jest prawdopodobnie zaangażowany w etap determinujący szybkość.

Wprowadzenie

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

Butadienes są powszechnie występujące i powszechnie występują w wielu naturalnych produktach, lekach i bioaktywnych cząsteczkach1. Chemicy podjęli intensywne wysiłki w celu opracowania wydajnej, selektywnej i praktycznej metodologii syntezy 1,3-butadienów2,3. Niedawno opracowano bezpośrednie sprzężenia krzyżowe między dwoma alkenami poprzez podwójną aktywację wiązania winylowego C-H, co stanowi skuteczną strategię syntezy butadienów o wysokiej ekonomii atomowej i krokowej. Wśród nich dużą uwagę przyciągnęło katalizowane palladem sprzężenie krzyżowe dwóch alkenów, dostarczając butadienów skonfigurowanych (E,E) za pośrednictwem gatunków alkenylo-Pd4,5. Na przykład grupa Liu opracowała syntezę butadienu katalizowaną Pd poprzez bezpośrednie sprzężenie krzyżowe alkenów i octanu allilu (Rysunek 1 i równanie 3) 4. Tymczasem sprzężenie krzyżowe między alkenami kierowane przez grupę funkcyjną zapewniło butadienom doskonałą stereoselektywność (Z,E) ze względu na zdarzenie cyklometalacji olefinowej C-H, reprezentujące metodę komplementarną6. Do tej pory niektóre grupy kierujące, takie jak enolaty, amidy, estry i fosforany, zostały z powodzeniem wprowadzone do sprzężenia krzyżowego między alkenami, dostarczając szereg cennych i funkcjonalizowanych 1,3-butadienów. Jednak ukierunkowana reakcja sprzęgania krzyżowego nie została opracowana, ponieważ nadal istnieje ograniczona liczba grup kierujących w praktycznym użyciu. W szczególności stechiometryczna ilość utleniacza jest zwykle wymagana do utrzymania cyklu katalitycznego, w wyniku którego powstaje duża ilość odpadów organicznych i nieorganicznych. Istnieje bardzo niewiele przykładów wykorzystujących bogate w elektrony alkeny jako partnera sprzęgającego.

Octan allilu i jego pochodne zostały dogłębnie zbadane w przemianach organicznych jako silne odczynniki do allylacji i olefinacji, w tym katalizowane sprzężenie krzyżowe, sojusznictwo Friedela-Craftsa aren bogatych w elektrony oraz katalityczna aktywacja C-H aren z niedoborem elektronów (Rysunek 1 i Równanie 1)7. Niedawno grupa Loh opracowała katalizowaną rodem(III) allilację C-H alkenów z niedoborem elektronów z octanem allilu, tworząc 1,4-dieny (Rysunek 1 i równanie 2) 8. Tymczasem grupa Kanai zgłosiła odwadniającą bezpośrednią allilację C-H alkoholami allilowymi przy użyciu katalizatora Co(III)9. Co ciekawe, Snaddon i jego współpracownicy ujawnili nowatorską, opartą na katalizie kooperacyjnej, metodę bezpośredniej asymetrycznej α-allylacji estrów acyklicznych10. Całkiem niedawno grupa Ackermanna opisała kilka nowych przykładów allalacji przy użyciu niedrogich katalizatorów Fe, Co i Mn11. Doniesienia te dokonały przełomu w reakcjach allilacji i olefinacji, ale migracja podwójnych wiązań i słaba regioselektywność są zwykle nieuniknione i nie są łatwe do kontrolowania. W związku z tym opracowanie bardziej wydajnych i selektywnych wzorców reakcji octanów allilu w celu konstruowania cennych cząsteczek jest nadal wysoce pożądane. Z naszym zainteresowaniem nową syntezą 1,3-butadienu poprzez olefinację C-H, założyliśmy, że octan allilu można wprowadzić do ukierunkowanej allilacji alkenów z niedoborem elektronów, najpierw dostarczając 1,4-dien. Następnie, bardziej stabilny termodynamicznie 1,3-butadien może powstać po migrującej izomeryzacji podwójnego wiązania C-C7, tworząc produkt dienowy, którego nie można uzyskać przez sprzężenie krzyżowe przy użyciu bogatych w elektrony alkenów, takich jak propen, jako partner sprzęgający6. Tutaj przedstawiamy niedrogie, katalizowane przez Ru(III) olefinowe wiązanie C-H akryloamidów octanami allilu przy braku jakiegokolwiek utleniacza, co otwiera nową drogę syntezy do tworzenia (Z,E)-butadienów (Rysunek 1 i równanie 4)13.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Uwaga: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem. Wszystkie reakcje sprzęgania krzyżowego powinny być przeprowadzane w fiolkach w szczelnie zamkniętej atmosferze argonu (1 atm).

1. Przygotowanie butadienów przez olefinację akrylamidów octanem allilu

  1. Suszyć zakręcaną fiolkę (8 ml) za pomocą kompatybilnego mieszadła magnetycznego w suszarce w temperaturze 120 °C przez ponad 2 godziny. Przed użyciem schłodzić gorącą fiolkę do temperatury pokojowej, na nią gazem obojętnym.
  2. Użyć wagi analitycznej i zważyć 3,7 mg (~3 mol %, ~0,005 mmol) [Ru(p-cymene)Cl2]2 (brązowy proszek) i 13,7 mg (20 mol%, 0,04 mmol) AgSbF6 (białe ciało stałe) do powyższej fiolki reakcyjnej.
    UWAGA: Ponieważ jest to nowa metodologia, reakcje sprzęgania krzyżowego zostały przeprowadzone na małą skalę w celu udowodnienia słuszności koncepcji w celu ograniczenia powstawania odpadów. AgSbF6 jest używany jako dodatek, który może abstrahować chlorek w celu wytworzenia kationowego kompleksu rutenu do elektrofilowej aktywacji wiązań C-H13. Inne sole srebra, takie jak Ag2CO3 , również zostały przetestowane, ale nie wykryto żadnego produktu. Masa katalizatora ([Ru(p-cymene)Cl2]2) nie jest zbyt dokładna i mieści się w zakresie 3,4-3,9 mg.
  3. Dodać 1 ml suchego 1,2-dichloroetanu do fiolki reakcyjnej.
    UWAGA: Ilość rozpuszczalnika jest elastyczna - 1 ml 1,2-dichloroetanu jest prawie wystarczający, aby spełnić minimalne wymagania dotyczące objętości dla reakcji sprzęgania krzyżowego. Jednak do reakcji na taką skalę dopuszczalna jest również nieco większa (~0,1 ml) rozpuszczalnika. 1,2-dichloroetan wysuszono na sicie molekularnym 3-Ȧ przed jego użyciem.
  4. Użyć wagi analitycznej i dodać akryloamid (0,2 mmol, odpowiednik 1,0; ciało stałe lub olej) do powyższej fiolki reakcyjnej.
  5. Za pomocą mikrostrzykawki dodać 43 μl (0,4 mmol, odpowiednik 2,0) octanu allilu (bezbarwnej cieczy) do powyższej fiolki reakcyjnej.
    UWAGA: W tym przypadku nadmiar octanu allilu jest wymagany do zahamowania homosprzężenia akrylamidu i zapewnienia, że akrylamid zostanie w pełni przekształcony. Wydajność produktu zmniejsza się, jeśli dodaje się mniej octanu allilu (1,5 ekwiwalentu). Dodanie większej ilości octanu allilu (ekwiwalent 3,0) nie może jeszcze bardziej poprawić plonów. W praktyce nie obserwuje się homosprzężenia octanu allilu, a pozostały octan allilu można odzyskać.
  6. Delikatnie przedmuchać fiolkę reakcyjną argonem i jak najszybciej przykryć fiolkę kompatybilną nakrętką.
    UWAGA: Fiolkę należy jak najszybciej przykryć nakrętką, ponieważ atmosfera obojętna ma kluczowe znaczenie dla reakcji sprzęgania krzyżowego. Lepiej jest wykonać powyższy protokół w schowku na rękawiczki.
  7. Mieszaj mieszaninę reakcyjną w temperaturze pokojowej przez dodatkowe 5 minut.
  8. Podgrzać fiolkę reakcyjną do temperatury 110 °C w łaźni olejowej z mieszaniem przez 16-18 h.
    UWAGA: Ogólnie rzecz biorąc, zmiana koloru na ciemnoczerwony wskazuje, że zachodzi reakcja.
  9. Po schłodzeniu fiolki należy użyć mieszanin octanu etylu i eteru naftowego (2:1 lub 1:3) jako rozpuszczalnika do opracowania płytek chromatografii cienkowarstwowej (TLC) w celu monitorowania postępu reakcji poprzez porównanie mieszaniny z wzorcem akryloamidu.
    UWAGA: W zależności od charakteru materiałów wyjściowych, reakcja może nie dojść do końca. Typowe wartości Rf produktów i materiałów wyjściowych mieszczą się w zakresie 0,3 - 0,7. Zaobserwowano, że materiał wyjściowy akryloamidu ma niższą powierzchnię roboczą niż produkt butadienowy.
  10. Rozpuść surowy produkt w co najmniej DCM i załaduj go na kolumnę krzemionkową zwilżoną eterem naftowym. Rozdzielić produkt sprzęgania krzyżowego za pomocą chromatografii kolumnowej, stosując mieszaninę octanu etylu i eteru naftowego (1:100 do 1:4) jako eluentu.
    1. Zebrać eluent do oddzielnej kolby, odparować rozpuszczalnik na wyparce rotacyjnej i umieścić go w wysokiej próżni na co najmniej 2 godziny.
    2. Otrzymać około 20-50 mg produktu do scharakteryzowania za pomocą spektroskopii NMR.
      UWAGA: Mieszaninę reakcyjną należy zastosować do chromatografii kolumnowej w celu oczyszczenia bezpośrednio po zakończeniu reakcji.

2. Charakterystyka Dienamides

  1. . Scharakteryzować i ocenić czystość produktu końcowego za pomocą spektroskopii 1H i 13C NMR14. Zazwyczaj chemiczne przesunięcie węgla karbonylowego pojawia się w pobliżu 170 ppm w widmie 13C NMR. Trzy protony sp2 z grupy funkcyjnej butadienu są reprezentowane przez charakterystyczne piki w pobliżu 6,0 i 5,6 ppm.
  2. Użyj spektroskopii w podczerwieni14, aby zidentyfikować charakterystyczny pik podwójnego wiązania karbonylowego i C-C produktu dienowego.
  3. Określ masę cząsteczkową produktu i dalej zweryfikuj tożsamość za pomocą spektrometrii mas o wysokiej rozdzielczości (HRMS)14.
  4. Określ temperaturę topnienia produktów stałych14.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Nasze wysiłki skupiły się na przygotowaniu 1,3-butadienu z akrylamidu i octanu allilu.

Tabela 1 ilustruje optymalizację warunków, w tym badanie przesiewowe różnych dodatków i rozpuszczalników, przy użyciu [Ru(p-cymene)Cl2]2 jako katalizatora. Po przeprowadzeniu badań przesiewowych serii reprezentatywnych rozpuszczalników z przyjemnością stwierdziliśmy, że wydajność produktu znaczni...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

[Ru(p-cymene)Cl2]2 to tani, łatwo dostępny, stabilny powietrznie i wysoce aktywny katalizator na bazie Ru o doskonałej tolerancji grup funkcyjnych, który skutecznie działa w łagodnych warunkach reakcji, dając produkty butadienu sprzęgającego C-H / C-H. Sól srebra AgSbF6 została użyta jako dodatek, który może abstrahować chlorek [Ru(p-cymene)Cl2]2 w celu wytworzenia kationowego kompleksu rutenu do następnej aktywacji wiązania C-H. Jednak tylko akryla...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Z wdzięcznością dziękujemy Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (NSFC) (nr 21502037, 21373073 i 21672048), Fundacji Nauk Przyrodniczych Prowincji Zhejiang (ZJNSF) (nr 1). LY15B020008), PCSIRT (nr IRT 1231) oraz Hangzhou Normal University o wsparcie finansowe. G. Z. potwierdza nagrodę Qianjiang Scholar przyznaną przez prowincję Zhejiang w Chinach.

Podziękowania

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Octan alliluTCIA0020>98.0%(GC), opakowanie 25 ml
Dimer dichloro(p-cymenu)rutenu(II) TCID2751>95.0%(T), pakiet 5 g
Heksafluoroantymonian srebraTCIS0463>97.0%(T),  pakiet 5 g
1,2-dichloroetanTCID0364>99.5%(GC), pakiet 500 g
RotavaporEYELAN-1200AStosować do suszenia rozpuszczalnika
Żel krzemionkowyMerck107734Żel krzemionkowy 60 (0,063-0,2 mm), do chromatorafii kolumnowej

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Olefinowanie katalizowane rutenemsynteza butadienu Zaktywacja wi zania C Hchromatografia kolumnowacienkowarstwowa chromatografiaeksperymenty z znakowaniem deuteremkinetyczny efekt izotopowyzdarzenie cyklometalacyjne

Powiązane artykuły