Методическая статья

Высоко Стереоселективный Синтез 1,6-кетоэфиров посредничестве Ионные жидкости: трехкомпонентной реакции Включение быстрого доступа к новому классу низкомолекулярных Gelators

9.4K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/53213

⸱

27 ноября 2015 г.

 ,  , 
1Chemistry and Chemical Engineering, Chalmers University of Technology

В этой статье

Краткое содержание

Ионные жидкости (ИЛ) обеспечивают быстрый, простой и дешевый доступ к 1,6-кетоэстерам с высокой диастереоселективностью и хорошим выходом. Протокол реакции надежен, и 1,6-кетоэфиры могут быть получены в граммовом масштабе после простого протокола фильтрации. Кроме того, 1,6-кетоэфиры являются мощными гелеобразователями в углеводородных растворителях.

Аннотация

В органической химии ионные жидкости (ИЛ) стали безопасными и пригодными для вторичной переработки реакционными растворителями. В присутствии основания ИЛы могут быть депротонированы с образованием каталитически активных N-гетероциклических карбенов (NHC). В данной работе мы использовали ИЛ в качестве прекатализаторов при добавлении α,β-ненасыщенных альдегидов к халконам с образованием 1,6-кетоэфиров, включая антидифенильный фрагмент в высокой стереоселективной манере. Реакция имеет широкую область применения субстрата и несколько функциональных групп и гетероароматических углеводородов могут быть интегрированы в основу кетоэфира с обычно хорошими выходами при сохранении стереоселективности. Протокол реакции надежен и масштабируем. Исходные материалы недороги, а продукты могут быть получены после простой фильтрации, что позволяет избежать хроматографии, требующей растворителей. Кроме того, IL может быть переработан до 5 раз без потери реакционной способности. Кроме того, конечный продукт 1,6-кетоэфира является мощным гелеобразователем в нескольких растворителях на углеводородной основе. Этот метод обеспечивает быстрый доступ к новому классу низкомолекулярных гелеобразователей (LMWG) из перерабатываемых и недорогих исходных материалов и их оценку.

Введение

figure-introduction-1

(Над) Синтез Трехкомпонентный 1,6-кетоэфиров: новый класс низких gelators молекулярной массой.

Ионные жидкости (ILS) имеют высокую стабильность, низкую летучесть, неогнеопасны и поэтому оказывается внимание как безопасные реакции СМИ и идеальных растворителей для утилизации. 1-3 диалкиловые imidazoliums являются определенный тип ионных жидкостей, что в присутствии основания , может быть депротонируют вынести N-гетероциклических карбеновые (НХК). 4 В области органокатализа, NHCs, действующих в рамках различных путей реакции, нашли широкое применение в широком диапазоне общих реакций. 5-11

Несмотря на это, связь между ИЖ и формина СС облигацийг НХК-катализ относительно неисследованными. Тем не менее, NHCs получены из ИЛ сообщалось катализировать С связи, образующий реакций, таких как конденсации и бензоина реакции Stetter. 12-22 Например, Дэвис и др. Показали, что ИЛ полученные из N-алкильных thiazoliums служить precatalysts в формирование бензоин из бензальдегида. 12

Совсем недавно, Чен с соавторами расширен эту концепцию, используя имидазол, основанный IL, 1-этил-3-метил имидазола ацетата (EMIMAc), чтобы выполнить конденсацию бензоина 5-оксиметилфурфурола (HMF), чтобы генерировать 5,5 '-ди (гидроксиметил) furoin (DHMF). 23 Учитывая, что ИЖ коммерчески доступны и предлагают недорогой способ генерации NHCs, мы были заинтересованы в расследовании, что другие типы реакций ИЖ может выполнять. Для этого, мы обнаружили, что диалкиловые imidazoliums эффективно может быть использован в качестве precatalysts в формальном сопряженной дополнительна ненасыщенных альдегидов хальконы (рис 1) с получением 1,6-кетоэфиров. Наиболее эффективным И.Л., EMIMAc, способствует высокой стереоселективный реакции между коричный и халкона. Реакция протекает с высокой предпочтение анти -диастереомер и 1,6-кетоэфиров может быть выделен с выходом до 92%. 24,25,26

figure-introduction-2
Рисунок 1: IL-опосредованной трехкомпонентной стереоселективного добавление коричного альдегида в халкона.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Грамм масштабе Синтез метил 6-оксо-3,4,6-triphenylhexanoate

  1. Сухой 1-этил-3-метил имидазола ацетата (EMIMAc) в круглодонную колбу на роторном испарителе при 10 мбар, 40 ° C в течение 1 часа.
  2. Добавить 2,1 г сухого EMIMAc и 1,0 г 1,3-дифенил-2-пропен-1-он К 100 мл круглодонную колбу, снабженную магнитной мешалкой.
  3. Добавить 2,019 мл метанола и 2,3 г коричного альдегида в колбу.
  4. При комнатной температуре (22 ° C) растворить в смеси 60 мл дихлорметана при перемешивании в течение 1 мин.
  5. Впоследствии добавить 0,37 мл 1,8-диазабицикло [5.4.0] ундец-7-ен (ДБУ) в перемешиваемой смеси (шаг 1,4) и колпачок в круглодонную колбу.
  6. Движение с помощью магнитной мешалки при скорости 500 оборотов в минуту при комнатной температуре (22 ° C).
  7. Проверка на завершение реакции с 1 H ЯМР. 24 Смотри для исчезновения двойной связи халкона в области 7,8 м.д..
  8. Когда реакция достигла Завершение удаления летучих веществ в роторном испарителе при 10 мбар, 20 ° C в течение 15 мин.
  9. Добавить 50 мл метанола к остатку, чтобы растворить EMIMAc при перемешивании магнитной мешалкой.
  10. Удалить твердых частиц от стенок колбы перемешивали бурно с магнитной мешалкой со скоростью 750 оборотов в минуту в течение 30 мин. Если необходимо, используйте лопаточку, чтобы удалить оставшиеся твердые частицы из стен.
  11. Смесь фильтруют на пористом стекле (размер пор 3).
  12. Промыть дополнительных 20 мл метанола. Если рециркуляция EMIMAc желательно испарить метанольный фильтрат. (шаг 2,1).
  13. Тем не менее на фритту, аккуратно разделить остаток на фильтре (из стадии 1.11) на более мелкие куски с помощью шпателя и передачи твердых частиц через воронку для сыпучих веществ в предварительно взвешенную колбу с круглым дном и высушить в вакууме твердые вещества.
  14. Взвесьте колбу и рассчитать доходность.
  15. Анализ продукта путем 1 Н ЯМР (шаг 1,7). Сравните с отчетный спектров. 24
Название "> 2. Переработка EMIMAc

  1. Удалить летучих компонентов из метанольного смеси со стадии (1.12) при пониженном давлении 10 мбар, при 40 ° С в течение 30 мин.
  2. Анализ полученного масла с помощью 1 Н ЯМР и 13 C-ЯМР, чтобы проверить, что EMIMAc присутствует. 24
  3. Используйте повторно EMIMAc начиная с шага 1.2.

3. Гелеобразование

  1. Подготовка Фондовой решения
    1. Добавить 200 мг метил 6-оксо-3,4,6-triphenylhexanoate (продукта со стадии 1.15) и магнитной мешалкой в ​​пробирку. Добавить 2.0 мл дихлорметана, чтобы растворить кетоэфира. Перемешать до растворения всего имеет.
  2. Желатинирование
    1. Добавьте 50 мл гептана в 500 мл химический стакан. Добавить 1,5 мл исходного раствора в гептане. Перемешать быстро, чтобы обеспечить адекватное перемешивание и выдержать без перемешивания при комнатной температуре до тех пор, гелеобразование не происходит.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

В качестве примеров выше, EMIMAc служить precatalyst в формальном конъюгата добавлением альфа, бета-ненасыщенным альдегидом в халконов. Были также исследованы другие коммерчески доступные ИЛ основе имидазолиевые, такие как хлорид 1-этил-3-метилимидазолия (EMIMCl) и 1-бутил-3-метилимидазолий хлорида (BMIMCl), однако, эти реакции протекают к снижению урожайности, указывающих, что ацетат анион может быть Важно на реактивность (таблица 1, вход 1-3). 27,28 *

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

На основании анти-конфигурации, определяемой рентгеноструктурного анализа кетоэфира 3 и механистического исследования предложенной Боде и сотрудниками 30 следующий путь реакции предложил (рисунок 5). Депротонирование Ил генерирует НХК видов; НХК реагирует с ненасыщенного альдегида с образованием промежуточного Бреслоу И. Бреслоу промежуточного и халкон реагируют в реакции кросс-бензоина, чтобы сформировать диен II. Промежуточный II подвергается кислородно-Справиться перегруппировку ч...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Мы выражаем благодарность Шведскому исследовательскому совету Formas за щедрую финансовую поддержку.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
1-этил-3-метилимидазолия ацетатAldrich51053-100G-Fпроизводства BASF & 90%, высушенный на ротационном растворе выпаривается перед использованием (10 мБар, 40°; C, 1 ч)<бр/> НОМЕР КАС: 143314-17-4
1,3-дифенил-2-пропен-1-онОлдрич11970-100Г98,0%<бр/> НОМЕР КАС: 94-41-7
транс-коричный альдегид AldrichC80687-25G99%, хранится в азоте перед использованием
номер CAS: 14371-10-9
1,8-Diazobicyclo[5.4.0]undec-7-eneAldrich139009-25G98%
номер CAS: 6674-22-2
МетанолSigma-Aldrich32213N-2.5Lpuriss. P.a., реагент ACS, реактив. ISO, reag. Ph. Eur. ≥ 99,8% (GC)
номер CAS: 67-56-1
ДихлорметанFischer ChemicalD/1852/17XМарка аналитического реагента, стабилизированная амиленом
номер CAS: 9/2/1975
n-гептанFischer Chemical H/0160/17XАналитический реагент марки
номер CAS: 142-82-5

Ссылки

  1. Hallett, J. P., Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids: Solvents for Synthesis and Catalysis. 2. Chem. Rev. 111, 3508-3576 (2011).
  2. Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids. Solvents for Synthesis and Catalysis. Chem. Rev. 99, 2071-2084 (1999).
  3. Vora, H. U., Wheeler, P., Rovis, T. Exploiting acyl and enol azolium intermediates via N-hetero- cyclic carbene-catalyzed reactions of α-reducible aldehydes. Adv. Synth. Catal. 354, 1617-1639 (2012).
  4. Holloczki, O., et al. Carbenes in ionic liquids. New J. Chem. 34, 3004-3009 (2010).
  5. Enders, D., Balensiefer, T. Nucleophilic Carbenes in Asymmetric Organocatalysis. Acc. Chem. Res. 37, 534-541 (2004).
  6. Enders, D., Niemeier, O., Henseler, A. Organocatalysis by N-Heterocyclic Carbenes. Chem. Rev. 107, 5606-5655 (2007).
  7. List, B. Enamine Catalysis Is a Powerful Strategy for the Catalytic Generation and Use of Carbanion Equivalents. Acc. Chem. Res. 37, 548-557 (2004).
  8. Nair, V., Bindu, S., Sreekumar, V. N-Heterocyclic carbenes: Reagents, not just ligands! Angew. Chem. Int. Ed. 43, 5130-5135 (2004).
  9. Marion, N., Dìez-González, S., Nolan, S. P. N-Heterocyclic Carbenes as Organocatalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 2988-3000 (2007).
  10. Biju, A. T., Kuhl, N., Glorius, F. Extending NHC-Catalysis: Coupling Aldehydes with Unconventional Reaction Partners. Acc. Chem. Res. 44, 1182-1195 (2011).
  11. Bugaut, X., Glorius, F. Organocatalytic umpolung: N-heterocyclic carbenes and beyond. Chem. Soc. Rev. 41, 3511-3522 (2012).
  12. Davis, hj Jr., Forrester, K. J. Thiazolium-ion based organic ionic liquids (OILs).1,2 Novel OILs which promote the benzoin condensation. Tetrahedron Lett. 40, 1621-1622 (1999).
  13. Xu, L. -W., Gao, Y., Yin, J. -J., Li, L., Xia, C. -G. Efficient and mild benzoin condensation reaction catalyzed by simple 1-N-alkyl-3-methylimidazolium salts. Tetrahedron Lett. 46, 5317-5320 (2005).
  14. Jiang, F. S., Yu, H., Gao, G., Xie, R. G. Benzoin condensation in imidazolium based room-temperature ionic liquids. Chin. Chem. Lett. 16, 321-324 (2005).
  15. Estager, J., Lévêque, J. M., Turgis, R., Draye, M. Solventless and swift benzoin condensation catalyzed by 1-alkyl-3-methylimidazolium ionic liquids under microwave irradiation. J. Mol. Catal. A: Chem. 256, 261-264 (2006).
  16. Estager, J., Lévêque, J. -M., Turgis, R., Draye, M. Neat benzoin condensation in recyclable room-temperature ionic liquids under ultrasonic activation. Tetrahedron Lett. 48, 755-759 (2007).
  17. Orsini, M., Chiarotto, I., Elinson, M. N., Sotgiu, G., Inesi, A. Benzoin condensation in 1,3-dialkylimidazolium ionic liquids via electrochemical generation of N-heterocyclic carbene. Electrochem. Commun. 11, 1013-1017 (2009).
  18. Dunn, M. H., Cole, M. L., Harper, J. B. Effects of an ionic liquid solvent on the synthesis of [gamma]-butyrolactones by conjugate addition using NHC organocatalysts. RSC Advances. 2, 10160-10162 (2012).
  19. Kelemen, Z., Holloczki, O., Nagy, J., Nyulaszi, L. An organocatalytic ionic liquid. Org. Biomol. Chem. 9, 5362-5364 (2011).
  20. Yu, F. -L., Zhang, R. -L., Xie, C. -X., Yu, S. -T. Synthesis of thermoregulated phase-separable triazolium ionic liquids catalysts and application for Stetter reaction. Tetrahedron. 66, 9145-9150 (2010).
  21. Aupoix, A., Vo-Thanh, G. Solvent-free synthesis of alkylthiazolium-based ionic liquids and their use as catalysts in the intramolecular Stetter reaction. Synlett. , 1915-1920 (2009).
  22. Yu, F. -L., Jiang, J. -J., Zhao, D. -M., Xie, C. -X., Yu, S. -T. Imidazolium chiral ionic liquid derived carbene-catalyzed conjugate umpolung for synthesis of [gamma]-butyrolactones. RSC Advances. 3, 3996-4000 (2013).
  23. Liu, D., Zhang, Y., Chen, E. Y. X. Organocatalytic upgrading of the key biorefining building block by a catalytic ionic liquid and N-heterocyclic carbenes. Green Chem. 14, 2738-2746 (2012).
  24. Ta, L., Axelsson, A., Bijl, J., Haukka, M., Sundén, H. Ionic Liquids as Precatalysts in the Highly Stereoselective Conjugate Addition of α,β-Unsaturated Aldehydes to Chalcones. Chem. Eur. J. 20, 13889-13893 (2014).
  25. Nair, V., et al. Nucleophilic Heterocyclic Carbene Catalyzed Annulation of Enals to Chalcones in Methanol: A Stereoselective Synthesis of Highly Functionalized Cyclopentanes. Org. Lett. 11, 2507-2510 (2009).
  26. Ma, J., Huang, Y., Chen, R. N-Heterocyclic carbene-catalyzed (NHC) three-component domino reactions: highly stereoselective synthesis of functionalized acyclic ϵ-ketoesters. Org. Biomol. Chem. 9, 1791-1798 (2011).
  27. Domingo, L. R., Saez, J. A., Arno, M. A DFT study on the NHC catalysed Michael addition of enols to α,β-unsaturated acyl-azoliums. A base catalysed C-C bond-formation step. Org. Biomol. Chem. 12, 895-904 (2014).
  28. Kaeobamrung, J., Mahatthananchai, J., Zheng, P., Bode, J. W. An Enantioselective Claisen Rearrangement Catalyzed by N-Heterocyclic Carbenes. J. Am. Chem. Soc. 132, 8810-8812 (2010).
  29. Zweep, N., van Esch, J. H. Functional Molecular Gels. , The Royal Society of Chemistry. 1-29 (2014).
  30. Chiang, P. -C., Kaeobamrung, J., Bode, J. W. Enantioselective, Cyclopentene-Forming Annulations via NHC-Catalyzed Benzoin−Oxy-Cope Reactions. J. Am. Chem. Soc. 129, 3520-3521 (2007).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

NHC1

Похожие статьи