Opracowano prosty i praktyczny protokół efektywnego sprzężonego dodawania funkcjonalizowanych monoorganocynkowych bromków do cyklicznych α,β-nienasyconych karbonylków w celu dostarczenia całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opracowano prosty i praktyczny protokół efektywnego sprzężonego dodawania funkcjonalizowanych monoorganocynkowych bromków do cyklicznych α,β-nienasyconych karbonylków w celu dostarczenia całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych.
Sprzężone dodawanie odczynników metaloorganicznych do α,β-nienasyconych karbonylków stanowi ważną metodę generowania wiązań C-C w przygotowaniu całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych. Chociaż sprzężone dodawanie odczynników metaloorganicznych jest zwykle wykonywane przy użyciu wysoce reaktywnych odczynników organolitowych lub Grignarda, odczynniki cynkowo-organiczne przyciągnęły uwagę ze względu na ich zwiększoną chemoselektywność i łagodną reaktywność. Pomimo licznych ostatnich postępów w zakresie bardziej reaktywnych odczynników diorganocynkowych i mieszanych diorganocynku, generowanie całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych poprzez sprzężone dodawanie funkcjonalizowanych odczynników monoorganocynkowych pozostaje wyzwaniem. Protokół ten szczegółowo opisuje wygodny i łagodny preparat "jednodoniczkowy" oraz sprzężone dodawanie funkcjonalizowanych bromków monoorganocynkowych za pośrednictwem miedzi do cyklicznych α,β-nienasyconych karbonylków, aby zapewnić szeroki zakres całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych o ogólnie doskonałej wydajności i diastereoselektywności. Kluczem do rozwoju tej technologii jest wykorzystanie DMA jako rozpuszczalnika reakcyjnego z TMSCl jako kwasem Lewisa. Do godnych uwagi zalet tej metodologii należy prostota obsługi preparatu odczynnika cynkowo-organicznego wynikająca z zastosowania DMA jako rozpuszczalnika, a także wydajna addycja sprzężona za pośrednictwem różnych soli Cu(I) i Cu(II). Co więcej, pośredni eter sililowo-enolowy można wyizolować przy użyciu zmodyfikowanej procedury przetwarzania. Zakres substratu jest ograniczony do cyklicznych nienasyconych ketonów, a addycja sprzężonego jest utrudniona przez stabilizowane (np. allil, enolan, homenolan) i sterycznie obciążone (np. neopentyl, o-aryl) monoorganocynkowe. Sprzężone dodatki do pierścieni pięcio- i siedmioczłonowych były skuteczne, choć w przypadku niższych plonów w porównaniu z substratami pierścieni sześcioczłonowych.
Tworzenie wiązań węgiel-węgiel jest prawdopodobnie najważniejszą i najpotężniejszą transformacją w chemii organicznej. Sprzężona addycja odczynników metaloorganicznych do α,β-nienasyconych karbonylków stanowi jedną z najbardziej wszechstronnych metod budowy wiązań C-C, szczególnie w wymagającej generacji całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych1,2. Pomimo kluczowego znaczenia sprzężonego dodawania odczynników metaloorganicznych do tworzenia centrów czwartorzędowych, niewiele metodologii podejmuje wyzwanie włączenia wrażliwych grup funkcyjnych do tych reakcji. Rzeczywiście, w większości tych przemian wysoce reaktywne odczynniki organolitowe, Grignard lub diorganocynk są nukleofilami z wyboru. Te reaktywne związki organiczne są jednak niekompatybilne z wieloma wrażliwymi grupami funkcyjnymi, co ogranicza złożoność zarówno α,β-nienasyconego odczynnika karbonylowego, jak i metaloorganicznego, często wymagając stosowania grup ochronnych lub alternatywnych strategii w syntezie wieloetapowej.
Odczynniki monoorganiczno-cynkowe to atrakcyjna klasa odczynników metaloorganicznych, które przyciągnęły szerokie zainteresowanie ze względu na ich łagodną reaktywność i zwiększoną kompatybilność z grupami funkcyjnymi3,4,5,6. Pomimo wyjątkowej tolerancji grup funkcyjnych i trywialnego przygotowania z organohalidów, istnieje niewiele przykładów odczynników monoorganocynkowych w sprzężonym dodatku do β,β-dipodstawionych α,β-nienasyconych karbonylków w celu wytworzenia centrów czwartorzędowych7,8,9. Co więcej, przemiany te zazwyczaj wymagają stechiometrycznych ilości toksycznych odczynników cyjanocupranowych, a jeden raport wykazuje minimalny obrót katalizatora10,11,12,13. Celem naszych badań jest ustalenie prostej i praktycznej metody katalitycznej sprzężonego dodawania funkcjonalizowanych odczynników monoorganiczno-cynkowych do α,β-nienasyconych karbonylków w celu wytworzenia całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych. W tym celu opracowaliśmy protokół wykorzystujący N,N-dimetyloacetamid (DMA) jako rozpuszczalnik z chlorotrimetylosilanem (TMSCl) jako kwasem Lewisa, który umożliwia "jednogarnkową" sprzężoną z miedzią (20 mol%) addycję funkcjonalizowanych odczynników monoorganocynkowych do α,β-nienasyconych karbonylków w celu wytworzenia szerokiego zakresu całkowicie węglowych centrów czwartorzędowych o wysokiej wydajności14.
Wykorzystanie DMA jako rozpuszczalnika ma kilka znaczących zalet w porównaniu z metodami opisanymi w literaturze. DMA poprawia efektywność wprowadzania do halogenków organicznych, co eliminuje potrzebę stosowania drogich i higroskopijnych dodatków, takich jak LiCl stosowany w eterycznych systemach rozpuszczalnikowych15. Rozszerza to również zakres bezpośredniego wprowadzania z wrażliwych, często niedostępnych komercyjnie organojodojadów do bardziej stabilnych i szeroko dostępnych organobromidów16. Opisany w niniejszym dokumencie protokół generuje odczynniki alkilomonoorganiczne (2) z różnych organobromidów, które są używane in situ do tworzenia reaktywnego kompleksu miedzianego, który angażuje cykliczne α,β-nienasycone ketony w sprzężonej reakcji addycji (Rysunek 1). DMA umożliwia również przeprowadzenie reakcji z tańszymi i mniej toksycznymi źródłami miedzi, takimi jak CuBr·DMS, eliminując stechiometryczne odpady toksyczne generowane za pomocą CuCN wykorzystywane w innych raportach10,11,12,13. Nasze standardowe warunki reakcji zapewniają dostęp do szerokiego zakresu ketonów β-czwartorzędowych (5) z akceptorami sprzężonymi z pierścieniem pięcio-, sześcio- i siedmioczłonowymi otrzymanymi w wyniku hydrolizy pośredniego eteru sililowo-enolowego (4). Zaobserwowano, że pośredni eter sililowo-enolowy jest umiarkowanie stabilny i można go wyizolować z doskonałą wydajnością przy użyciu zmodyfikowanej procedury przetwarzania.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Zapoznaj się z Kartami Charakterystyki Substancji Niebezpiecznej (MSDS) przed użyciem chemikaliów w tej procedurze. Używaj odpowiednich środków ochrony osobistej (PPE), w tym okularów ochronnych, fartucha laboratoryjnego oraz rękawic nitrylowych lub butylowych, ponieważ wiele odczynników i rozpuszczalników jest, toksycznych lub łatwopalnych. Wszystkie reakcje należy przeprowadzać w dygestorium. Do tego protokołu konieczne jest suszenie szkła na płomieniu i stosowanie atmosfery obojętnej (azotu lub argonu). Płyny używane w pierwszych dwóch krokach protokołu są przenoszone strzykawką.
1. Funkcjonalizowane tworzenie bromku monoorganocynku16
2. Sprzężony dodatek bromku monoorganocynku do α,β-nienasyconych ketonów
3. Ekstrakcja i oczyszczanie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Produkt reakcji addycji koniugacyjnej, etyl 4-(1-metylo-3-oksocykloheksyl)butanian (21), został wyizolowany jako przezroczysty, bezbarwny olej (1,0372 g, 4,583 mmol, wydajność 92%) przy użyciu tej skutecznej jednoetapowej procedury. Widma 1H i 13C NMR przedstawiono na Rysunku 2 oraz Rysunku 3, aby potwierdzić strukturę i czystość związku. W analizie widma 1H szczególną uwagę zwrac...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisana w niniejszym dokumencie metoda została opracowana w celu wykorzystania łagodnych funkcjonalizowanych odczynników monoorganocynkowych w prostej i wydajnej reakcji addycji sprzężonej do syntezy β-czwartorzędowych ketonów14. Doskonałe plony i znacznie poprawioną wydajność katalizatora zaobserwowano dzięki zastosowaniu polarnego, aprotonowego rozpuszczalnika DMA z TMSCl. Tworzenie monoorganocynku jest wspomagane przez DMA, ułatwiając bezpośrednie wprowadzanie do łatwo dostępnych bromków alkilo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Autorzy dziękują Amerykańskiemu Towarzystwu Chemicznemu (ACS) Petroleum Research Fund Undergraduate New Investigator Program (Nagroda nr 58488-UNI1), ACS i Pfizer (wsparcie SURF dla T.J.F.), Bucknell University (stypendia badawcze dla T.J.F.) oraz Wydziałowi Chemii (stypendium badawcze dla K.M.T.) za hojne wsparcie tej pracy. Dr Peter M. Findeis i Brian Breczinski są doceniani za pomoc w eksperymentach i instrumentacji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Chlorek | |||
| Biotage Isolera One System chromatografii flash | Biotage | ISO-ISW | UV / vis detekcja (254, 280, 200-400nm) |
| Chloroform-D, (D, 99,8%) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-7 | |
| Kompleks siarczku dimetylu bromku miedzi (I), 99% | Sigma Aldrich | 230502 | Wrażliwy na |
| powietrze i wilgoćEter dietylowy, bezwodny, 99% | EMD Chemikalia | MEX01906 | ACS |
| 4-bromomaślan etylu | 139400 | ||
| Octan etylu z drewna dębowego, 99,9% | Fisher | E145-500 | ACS |
| Lodowaty kwas octowy | Dąb | O35907 | |
| ACS HCl | 1 M aq | ||
| Heksany, 98,5% | EMD Chemikalia | HX0299 | ACS |
| HP 6890 Series GC | HP | ||
| HP-1 GC | Kolumna Agilent | 19091-60312 | 0.2 mm x 0.33 um, 12 m, 7 cali Siarczan |
| jodowo-magnezowy | |||
| , bezwodny, 98% | EMD Chemicals | MX0075 | |
| Mehtyl enone | |||
| N,N-dimetyloacetamid, bezwodny, 99% | Alfa Aesar | A10924 | Suszone powyżej 3 i Aring; |
| ms Żel krzemionkowy | VWR | 86306-350 | 60 & Aring;, 40-60 um |
| Wodorowęglan | |||
| sodu Chlorek | |||
| Fluorek tetra-n-butyloamonu | Dąb | O43479 | 1 M w THF |
| Płytki do chromatografii cienkowarstwowej | EMD Milipore | 115341 | 6,5 x 2,2 cm2, 60 g Płytki powlekane F254 (cząstki 9,5-11,5 um rozmiar) |
| Chlorek trimetylosilili, 99% | Sigma Aldrich | 386529 | wrażliwy |
| w proszku, myty HCl |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.