Otrzymywanie heksahelicenu funkcjonalizowanego koranulenem przez katalizowaną miedzią(I) cykloaddycję alkinoazydowych nieplanarnych jednostek poliaromatycznych

Ogólnym celem niniejszego protokołu jest synteza funkcjonalizowanego korannulenem heksachelicenu, złożonego związku organicznego składającego się z trzech niepłaskich jednostek poliaromatycznych połączonych za pomocą chemii klik. Metoda ta składa się z zestawu sześciu etapów reakcyjnych w syntezie z wykorzystaniem kilku powszechnych procedur organicznych, takich jak reakcje rodnikowe, sprzęganie węgiel-węgiel lub chemia klik.

Główną zaletą tej metody jest to, że dzięki subtelnym modyfikacjom tych dobrze znanych reakcji możliwe jest uzyskanie podobnych wyników dla niepłaskich związków poliaromatycznych. Metoda ta może dostarczyć wglądu w chemię tej szczególnej rodziny związków. Ponieważ ich zachowanie nie jest tak podobne do zachowania płaskich związków aromatycznych, można ją zastosować również do układów takich jak rozszerzone tetrathiafulweny lub 7-annuleny.

Pomysł na ten protokół pojawił się podczas naszych prac nad rozpoznawaniem gospodarz-gość w próbach montażu dwóch jednostek chorionicznych w rusztowanie helicynowe. Aby rozpocząć debromowanie, odważ 0,356g 2,15-dimetyloheksylohelicenu, 374g świeżo rekrystalizowanego N-bromosuccinimidu oraz 24mg nadtlenku benzoilu.

Wszystkie substancje stałe umieścić w kolbie Schlenka o pojemności 100ml wraz z magnetycznym mieszadłem. Osuszyć i odgazować próbkę, wykonując trzy cykle ewakuacji gazu i ponownego napełniania gazem obojętnym w linii Schlenka, aby wprowadzić atmosferę azotu. Następnie dodać 21ml tetrachloreku węgla.

Odgazuj roztwór, stosując ten sam proces ewakuacji i napełniania przy intensywnym mieszaniu. Należy zadbać o to, aby uniknąć znacznej utraty rozpuszczalnika. Mieszaninę ogrzewaj w refluksie w temperaturze 77 °C przez cztery godziny, używając łaźni olejowej.

Przebieg reakcji można monitorować za pomocą spektroskopii protonowego rezonansu magnetycznego lub NMR. Powinny pojawić się dublety w zakresie od 3.7 ppm do 4.0 ppm, wskazujące na obecność diastereotopowych grup metylenowych. Po zakończeniu reakcji schłodzić mieszaninę do temperatury pokojowej i odparować rozpuszczalnik w próżni.

Przygotować pułapkę wypełnioną ciekłym azotem, aby zapobiec zanieczyszczeniu pompy. Ponownie rozpuścić surowy produkt w 30ml dichlorometanu. Następnie przenieść roztwór do kolby okrągłodennej i wymieszać z 4g żelu krzemionkowego.

Skoncentruj mieszaninę w ewaporatorze obrotowym. W międzyczasie wypełnij kolumnę żelem krzemionkowym, uprzednio wymieszanym z heksanem i octanem etylu jako fazą ruchomą. Nanieś mieszaninę na górę kolumny, a następnie dodaj 2cm warstwę piasku.

Ostrożnie wlej nową fazę ruchomą. Przeprowadź chromatografię, zbierając frakcje do probówek w objętości 20ml na probówkę oraz 4ml na probówkę w pobliżu spodziewanego roztworu produktu. Sprawdź frakcje za pomocą chromatografii cienkowarstwowej z tą samą fazą ruchomą i obrazuj w świetle ultrafioletowym.

Oczekiwany produkt powinien eluować przy współczynniku retencji 0,35 w postaci żółtego oleju po połączeniu wszystkich pożądanych frakcji i usunięciu rozpuszczalnika w rotacyjnym odparowywaczu. Aby przeprowadzić syntezę, odważ 0,103g 2, 15 bis bromometylo heksahelicenu oraz 0,390g azotku sodu. Umieść obie substancje stałe w kolbie Schlenka o pojemności 50ml wyposażonej w magnetyczny mieszadło i wprowadź atmosferę azotu.

Następnie zmieszaj 8,6 ml tetrahydrofuranu z 5,2 ml wody i wlej mieszaninę rozpuszczalników do kolby Schlenka. Po odgazowaniu roztworu prowadź refluks w temperaturze 65 °C przez trzy godziny. Reakcję sprawdź za pomocą protonowego NMR.

Sygnały grupy metylenowej powinny przesunąć się do 3,75 ppm. Następnie schłodzić mieszaninę do temperatury pokojowej i usunąć tetrahydrofuran w próżni. Potem rozcieńczyć próbkę 50 ml wody.

Przenieś mieszaninę do rozdzielacza i przeprowadź ekstrakcję trzykrotnie, używając 40 ml dichlorometanu. Połącz wszystkie fazy organiczne i przemyj je 50 ml wody destylowanej. Produkt surowy oczyść za pomocą chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym, stosując heksan i octan etylu jako fazę ruchomą, aby otrzymać żółty olej o współczynniku retencji 0,38.

Odpowiada to 2, 15-bis-azometylheksahelicenie. Należy otrzymać 70 mg, co odpowiada wydajności 80%. Na tym etapie procedury pozostają trzy dodatkowe kroki w celu otrzymania etynylkarnoliny. Reakcje obejmują wspomaganą mikrofalami elektrofilową substytucję aromatyczną, a następnie sprzęganie Sonogashiry i późniejszą ochronę głęboką.

Wszystkie te procedury zostały szczegółowo opisane w protokole tekstowym. Odważ 15,3mg dwa 15 bis-asometylheksahelicyny, 20,0mg etynylowej karnoliny, 1,4mg soli sodowej kwasu askorbinowego oraz 1,7mg pięciowodnego siarczanu miedzi(II). Umieść wszystkie substancje stałe w kolbie Schlenka o pojemności 50ml wyposażonej w mieszadło magnetyczne i wprowadź atmosferę azotu.

Kluczowym etapem jest dokładne odgazowanie mieszaniny rozpuszczalników. Wymieszać 3ml wody i 12ml tetrahydrofuranu, a następnie przelać mieszaninę do kolby Schlenka. Roztwór należy dokładnie odgazować.

Drugą ważną kwestią jest okresowe sprawdzanie reakcji, aby zapewnić odpowiednią objętość rozpuszczalnika i temperaturę. W przeciwnym razie reakcja może wymagać dłuższego czasu w celu uzyskania składu etynylowego. Ogrzewać w temperaturze 65 °C przez trzy dni, z chłodnicą podłączoną do górnej części kolby.

Okresowo kontroluj przebieg reakcji, aby monitorować temperaturę, mieszanie i objętość rozpuszczalnika. Monitoruj reakcję za pomocą protonowego NMR. Sygnał przy 3,48 parts per million powinien zaniknąć i przesunąć się do 7,27 parts per million, co wskazuje na zużycie etynyl karnoliny i powstanie jednostki triazolowej.

Po zakończeniu procesu odparuj tetrahydrofuran pod próżnią i rozcieńcz roztwór 20ml wody. Przenieś mieszaninę do rozdzielacza, płucząc kolbę 20ml dichlorometanu. Po trzykrotnej ekstrakcji mieszaniny dichlorometanem, połącz wszystkie fazy organiczne w kolbie okrągłodennej i odparuj w rotavaporze.

Produkt nieoczyszczony należy oczyścić za pomocą chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym, eluując mieszaniną heksanu i octanu etylu, aby otrzymać bladożółty ciał stały o współczynniku retencji 0,59. Powinno zostać otrzymane 27 mg produktu, co odpowiada wydajności 75%. Carnolinę oraz 2, 15-dimetyloheksahelicynę można przygotować w prosty sposób, stosując aktualne metody, przy bardzo dobrych wydajnościach. Obie ścieżki reakcji wykorzystują tę samą cząsteczkę wyjściową: 2, 7-dimetylonaftalen.

Zgodnie z przedstawioną ścieżką syntetyczną, związek końcowy otrzymano w sześciu etapach z wymienionych cząsteczek, stosując syntezę przechodzącą z dywergentnej w konwergentną. Końcowy montaż opiera się na znanej strategii miedziowo(I)-katalizowanej cykloaddycji azydku z alkinem, znanej jako reakcja click. Stosując tę procedurę, w rozsądnym czasie i z dobrymi wydajnościami można otrzymać złożoną cząsteczkę organiczną zdolną do tworzenia oddziaływań supramolekularnych z fulerenami.

Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak skutecznie wykorzystać znane reakcje tradycyjnej chemii organicznej do opracowania wieloetapowej strategii syntezy złożonych, niepłaskich cząsteczek poliaromatycznych o interesujących właściwościach.