Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Протокол синтеза

10.1K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/53789

⸱

19 января 2016 г.

 , 
1Department of Chemistry, State University of New York at Stony Brook, 2Institute of Chemical Biology and Drug Discovery, State University of New York at Stony Brook

В этой статье

Краткое содержание

Сообщается о функционально простой процедуре синтеза орто-трифторметоксилированных производных анилина с помощью двухступенчатой последовательности O-трифторметилирования N-арил-N-гидроксиацетамида с последующей термически индуцированной внутримолекулярной миграцией OCF 3.

Аннотация

Молекулы, несущие трифторметокси (OCF 3) группу часто показывают желании фармакологические и биологические свойства. Тем не менее, поверхностное синтез trifluoromethoxylated ароматических соединений остается сложной задачей в органическом синтезе. Традиционные подходы часто страдают от плохого рамки подложки, или требуют использования высокотоксичного, трудно в обращении, и / или термонеустойчивого реагенты. Здесь мы приводим удобный протокол для синтеза метилового эфира 4-ацетамидо-3- (трифторметокси) бензойной кислоты с использованием 1-трифторметил-1,2-бензиодоксол-3 (1Н) -он (Togni реагент II). Лечение метил-4- (N -hydroxyacetamido) бензойной кислоты (1a) с реагентом Togni II в присутствии каталитического количества карбоната цези (Cs 2 CO 3) в хлороформе при комнатной температуре давала метил-4- (N - (трифторметокси) ацетамидо) бензойной кислоты (2а). Это промежуточное соединение затем превращают в конечный продукт метил 4-ацетамидо-3- (trifluoromethoxy) бензойной кислоты (3а) в нитрометана при 120 ° С. Эта процедура носит общий характер и могут быть применены к синтезу широкого спектра орто производных анилина, -trifluoromethoxylated которые могут служить в качестве полезных синтетические блоки для открытия и разработки новых лекарственных, агрохимикатов и функциональных материалов.

Введение

Трифторметокси- (OCF 3) группа сделала огромное влияние на жизнь и материалы научных исследований с момента первого синтеза трифторметил эфира в 1935 году 2 Благодаря уникальному сочетанию высокой электроотрицательности (χ = 3,7) 3 и отличное Липофильность (Π х = 1.04), 4 трифторметоксигруппой нашел широкое применение в медицине, сельском хозяйстве, и материалов промышленности. 5-10 Тем не менее, поверхностное введение OCF 3 группы в органических молекулах, особенно ароматических соединений, остается серьезной проблемой в синтетической химии.

За последние несколько десятилетий, усилия по решению этой проблемы привело к развитию нескольких преобразований для синтеза trifluoromethoxylated аренов 5-7,9-11 Они включают в себя (я) обмен хлора / фтора на trichlorinated прекурсоров;. 1,12 -17 (II) deoxyfluorination из fluoroformates; 18 (III) окислительная fluorodesulfurization; 19-21 (IV) электрофильного трифторметилирование спиртов; 22-25 (V) нуклеофильного trifluoromethoxylation; 26-30, (VI) переход металл-опосредованной trifluoromethoxylation арильных боратов и винилстаннанов; 31 и (VII ) радикал trifluoromethoxylation. 32,33 Тем не менее, многие из этих подходов либо страдают от плохого рамки подложки или требуют использования высокотоксичных и / или термонеустойчивых реагентов. Таким образом, из-за отсутствия общего и удобный метод синтеза OCF 3 -содержащих соединения, потенциал OCF 3 группы не было в полной мере в химии.

Как часть нашего интереса trifluoromethoxylation реакций, 34 мы описываем здесь, двухступенчатый протокол (т.е. радикал -trifluoromethylation вывода и термонаведенные OCF 3 -migration) для синтеза метилового эфира 4-ацетамидо-3- (трифторметокси) бензойной кислоты (3а) из метил-4- (N -hydroxyacetamido) бензоат (1а). Стратегия проста в эксплуатации и применимы к синтезу широкого спектра орто производных анилина -trifluoromethoxylated.

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

Протокол

1. Предшественник Приготовление: Синтез хлоргидрата метилового эфира 4- (N -hydroxyacetamido) бензойной кислоты (1а)

  1. Сокращение метил-4-нитробензойной кислоты.
    1. Добавить 5,00 г метил-4-нитробензоат (27,6 ммоль, 1,00 экв), 159 мг 5% родий на углероде (Rh / C, 0,300 моль% RH) и магнитной перемешивающей-бар в высушенную в печи 250 мл двух- горлую круглодонную колбу (сушили при 150 ° C в течение 18 часов).
      Примечание: Реагенты могут быть взвешены в рамках окружающей атмосферы. Однако реакция должна быть проведена в атмосфере азота.
    2. Подключение одно горло колбы азотом / вакуумном коллекторе и колпачок другой шею перегородкой. Выполнение три цикла вакуумной пополнения (т.е. накачки воздуха из колбы и замены образовавшийся вакуум азотом), чтобы заменить воздух в колбе с газообразным азотом.
    3. Добавить 138 мл безводного тетрагидрофурана (ТГФ, 0,200 М) в реакционную колбу с использованием воздухонепроницаемой шприц. Прохладный и перемешать реакции микстЮр при 0 ° С в течение 15 мин.
    4. Добавить 1,47 мл гидразина моногидрата (1,52 г, 30,4 ммоль, 1,20 экв) по каплям к реакционной смеси при 0 ° С с использованием герметичного шприца. Мониторинг реакции с помощью тонкослойной хроматографии (ТСХ). Использование гексан: этилацетат (EtOAc) (4: 1 объем / объем, R F = 0,23) в качестве элюента, развивать ТСХ.
    5. При метил-4-нитробензойной кислоты, полностью расходуется, реакционную смесь фильтруют через небольшой слой диатомовой земли (т.е. целита, 5 г) в 60 мл фритты воронке Бюхнера с помощью вакуумной фильтрации. Промыть фильтр с EtOAc (20 мл х 3 раза). Фильтрат концентрируют в вакууме с использованием роторного испарителя с получением неочищенного метил-4- (N гидроксиамино) бензойной кислоты, которая используется непосредственно без дальнейшей очистки.
  2. Ацетил защита метил-4- (N гидроксиамино) бензоата
    1. Добавить 2,55 г бикарбоната натрия (NaHCO 3, 30,4 ммоль, 1,20 экв), всего сыройметил-4- (N гидроксиамино) бензоата, полученного на предыдущем этапе, и перемешать-бар в высушенной в сушильном шкафу 500 мл двугорлую круглодонную колбу.
    2. Крышка один шею перегородки и подключить другое шею в азот / вакуумного коллектора. Выполнение три цикла вакуумной пополнения заменить воздух в колбе с газообразным азотом.
    3. Добавить 138 мл безводного диэтилового эфира (Et 2 O, 0,200 М) в реакционную колбу с использованием герметичного шприца. Охлаждают и реакционную смесь перемешивают при 0 ° С в течение 15 мин.
    4. Готовят раствор ацетилхлорида (2,17 мл, 2,39 г, 30,4 ммоль, 1,20 экв) в безводном Et 2 O (138 мл, 0,220 М). Добавить раствор к реакционной смеси при 0 ° С, используя шприцевой насос со скоростью 10,0 мл / ч.
    5. В конце добавления реакционную смесь фильтруют через небольшой слой диатомовой земли (т.е. целит, 5 г) в 60 мл фритты воронке Бюхнера с помощью вакуумной фильтрации. Промыть фильтр с EtOAc (20 мл х 3 раза). СконцентрироватьФильтрат в вакууме с использованием роторного испарителя.
    6. Очищают сырой продукт с помощью колоночной флэш-хроматографии 35 элюиру гексаном: EtOAc (4: 1 до 1: 1 (объем / объем)) (R F = 0,13, гексан: EtOAc (4: 1 (об / об)) и получали 5.31 г метил 4- (N -hydroxyacetamido) бензоата в виде светло-желтого твердого вещества (25,4 ммоль, выход 92%).

2. Синтез метил-4- (N - (трифторметокси) ацетамидо) бензойной кислоты (2а)

  1. Добавить 2,00 г метилового эфира 4- (N) -hydroxyacetamido бензоата (1а) (9.56 ммоль, 1,00 экв), 311 мг Cs 2 CO 3 (0,956 ммоль, 10,0 моль%), 3,63 г Togni реагента II (11,5 ммоль, 1,20 экв) и магнитной перемешивающей-бар в высушенной в сушильном шкафу 250 мл круглодонную колбу внутри перчаточного бокса (в атмосфере азота).
    Примечание: Эту реакцию можно также проводить с использованием методов Шленка вне перчаточного бокса.
    Внимание: Чистый Togni реагент II является влияние и трение чувствительны, открытого пламенис, искры, и / или шлифование следует избегать. Мягкие и полированные инструменты должны быть использованы для манипуляций. Кроме того, реакционную смесь перемешивают следует за защитным экраном. 36
  2. Добавить 95,6 мл сушили и дегазировали хлороформе (CHCl 3, 0,100 М) в реакционную колбу.
  3. Закрывают колбу с перегородкой и реакционную смесь перемешивают при 23 ° С в атмосфере N2 внутри или за пределами перчаточный ящик в течение 16 часов.
  4. Реакционную смесь фильтруют через фильтровальную воронку, чтобы удалить твердый остаток. Фильтрат концентрируют в вакууме с использованием роторного испарителя.
  5. Очищают сырой продукт с колоночной флэш-хроматографией с элюированием смесью гексан: дихлорметан (CH 2 Cl 2) (7: 3 до 0: 1 (объем / объем)) (R F = 0,44 (CH 2 Cl 2), получая 2,51 г метил-4- (N - (трифторметокси) ацетамидо) бензойной кислоты (9,05 ммоль, выход 95%).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Togni реагент II готов соглашениеING с процедурами 37 и находится в перчаточном боксе морозильной камере при -35 ° С в литературе, чтобы поддерживать ее качество в течение длительного периода времени. Эта реакция является чувствительный к кислороду. Хотя все реагенты могут быть взвешены в рамках окружающей атмосферы при комнатной температуре, удаление всего кислорода из реакционной колбы имеет решающее значение. Сушили и дегазировали CHCl 3 получают путем перегонки его из CaH 2 в атмосфере азота с последующим выполнением трех циклов процедуры замораживания-оттаивания насоса.

3. Синтез метил-4-ацетамидо-3- (трифторметокси) бензойной кислоты с помощью OCF 3 -migration (3а)

  1. Добавить 2,51 г метил-4- (N - (трифторметокси) ацетамидо) бензойной кислоты (9,05 ммоль, 1,0 экв), магнитной перемешивающей-бар, и 9,05 мл MENO 2 (1,00 м) в автоклаве 50 мл. Закрывают сосуд с крышкой.
  2. Реакционную смесь перемешивают при 120 ° С позади защитного кожуха в течение 20 часов.
    Внимание: Нечистая нитрометанвзрывоопасен, поэтому реакционную смесь перемешивают следует за защитным экраном.
  3. Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры.
  4. Передача реакционной смеси до 100 мл круглодонную колбу.
  5. Реакционную смесь концентрировали под вакуумом, используя роторный испаритель.
  6. Очищают сырой продукт с колоночной флэш-хроматографией с элюированием гексаном: EtOAc (9: 1 до 7: 3 (объем / объем)) (R F = 0,51, гексан: EtOAc (4: 1 (об / об)) с получением 2,13 г метилового эфира 4-ацетамидо-3- (трифторметокси) бензойной кислоты (7,69 ммоль, 85%).
    Примечание: Эту реакцию можно проводить в окружающей атмосфере. Атмосфере азота не требуется. В круглодонную колбу, снабженную водяным холодильником можно использовать в качестве альтернативного устройства реакции.

4. Характеристика новых продуктов

  1. Охарактеризовать все новые соединения на 1 H, 13 C-ЯМР-спектроскопии и масс-спектроскопии высокого разрешения и использовать 19 F ЯМР-спектроскопииохарактеризовать соединения, содержащие атомы фтора. 34

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

Результаты

Метиловый эфир 4- (N -hydroxyacetamido) бензойной кислоты (1a) был синтезирован в 92% выделенного продукта через двухступенчатой ​​процедуры (т.е., уменьшение метил-4-нитробензоат с гидразином с использованием 5% Rh / C в качестве катализатора с образованием метил-4- ( N гидроксиамино) бензойной кислоты, с последующей защитой ацетил полученного гидроксиламина). О- трифторметилирования 1а с Togni реагента II в присутств...

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

Обсуждение

В связи с отсутствием общей и удобной процедуры для синтеза trifluoromethoxylated аренами, многие OCF 3 -содержащих ароматические соединения являются чрезвычайно дорого. 34 Наша стратегия вытесняет широкий функциональный допуск группы и обеспечивает легкий доступ к различным trifluoromethoxylated аренами. Эти соединения могут служить ценные строительные блоки для открытия и развития новых фармацевтических препаратов, агрохимикатов и материалов.

Гидразин был использован ...

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

Раскрытие информации

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Мы признаем, щедрые стартовый капитал из Государственного университета Нью-Йорка в Стоуни-Брук в поддержку этой работы. Мы также благодарим TOSOH F-Tech, Inc. для предоставления нам TMSCF 3 реагента для синтеза Togni реагента II.

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
5% Родий на углеродеAspira Scientific3008355% масс.% сухой нагрузки
Гидразина моногидратSigma-Alderich13696HMVРеагент марки, 98%
АцетилхлоридAlfa Aesar1017688798%
Гидрокарбонат натрияFisher Scientific134826Химический чистый
карбонат цезияAlfa Aesar1288799,9%, металлическая основа
Togni Reagent IIПриготовлен в соответствии с литературной методикой (ref. 37). Внимание: Чистый реагент Togni II чувствителен к ударам и трению, обращайтесь с ним с большой осторожностью (см. ссылку 36).
ТетрагидрофуранBDHBDH1149-4LGдистиллирован из бензофенона натрия глубокого фиолетового цвета.
Диэтиловый эфирFisher Scientific148221дистиллирован из бензофенона натрия глубокого фиолетового цвета.
ХлороформFisher Scientific141739Сушка на CaH2 и дистиллированный
нитрометанAlfa AesarJ03z053Сушка на CaSO4 и дистиллированный
силикагельSILICYCLE6051440-63 µ м (230-400 меш)
CeliteEMD2012040674Не промытый кислотой

Ссылки

  1. Yagupolskii, L. M. Sintez proizvodnykh feniltriftormetilovogo efira. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 105, 100-102 (1955).
  2. Booth, H. S., Burchfield, P. E. Fluorination of halogeno methyl ethers. I. Fluorination of trichlorodimethyl ether. J. Am. Chem. Soc. 57, 2070(1935).
  3. McClinton, M. A., McClinton, D. A. Trifluoromethylations and related reactions in organic-chemistry. Tetrahedron. 48, 6555-6666 (1992).
  4. Hansch, C., Leo, A. Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology. , Wiley. (1979).
  5. Leroux, F., Jeschke, P., Schlosser, M. Alpha-fluorinated ethers, thioethers, and amines: Anomerically biased species. Chem. Rev. 105, 827-856 (2005).
  6. Jeschke, P., Baston, E., Leroux, F. R. Alpha-fluorinated ethers as 'exotic' entity in medicinal chemistry. Mini-Rev. Med. Chem. 7, 1027-1034 (2007).
  7. Leroux, F. R., Manteau, B., Vors, J. P., Pazenok, S. Trifluoromethyl ethers - synthesis and properties of an unusual substituent. Beilstein J. Org. Chem. 4, (2008).
  8. Fantasia, S., Welch, J. M., Togni, A. Reactivity of a hypervalent iodine trifluoromethylating reagent toward THF: ring opening and formation of trifluoromethyl ethers. J. Org. Chem. 75, 1779-1782 (2010).
  9. Manteau, B., Pazenok, S., Vors, J. P., Leroux, F. R. New trends in the chemistry of alpha-fluorinated ethers, thioethers, amines and phosphines. J. Fluorine Chem. 131, 140-158 (2010).
  10. Landelle, G., Panossian, A., Leroux, F. R. Trifluoromethyl ethers and -thioethers as tools for medicinal chemistry and drug discovery. Curr. Top. Med. Chem. 14, 941-951 (2014).
  11. Liang, T., Neumann, C. N., Ritter, T. Introduction of fluorine and fluorine-containing functional groups. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 8214-8264 (2013).
  12. Yarovenko, N. N., Vasileva, A. S. A new method for the introduction of trihalomethyl groups into organic molecules. Zh. Obshch. Khim. 28, 2502-2504 (1958).
  13. Yagupols, L., Troitskaya, V. I. Synthesis of phenyl trifluoromethyl ether derivatives. Zh. Obshch. Khim. 31, 915-924 (1961).
  14. Yagupolskii, L. M., Orda, V. V. Bis(triftormetoksi I triftormetilmerkapto)-proizvodnye benzola. Zh. Obshch. Khim. 34, 1979-1984 (1964).
  15. Louw, R., Franken, P. W. Selective side-chain chlorination of methoxybenzenes. Chem Ind-London. , 127-128 (1977).
  16. Feiring, A. E. Chemistry in hydrogen-fluoride. 7. Novel synthesis of aryl trifluoromethyl ethers. J. Org. Chem. 44, 2907-2910 (1979).
  17. Salome, J., Mauger, C., Brunet, S., Schanen, V. Synthesis conditions and activity of various Lewis acids for the fluorination of trichloromethoxy-benzene by HF in liquid phase. J. Fluorine Chem. 125, 1947-1950 (2004).
  18. Sheppard, W. A. Alpha-Fluorinated Ethers. I. Aryl Fluoroalkyl Ethers. J. Org. Chem. 29, 1-11 (1964).
  19. Kuroboshi, M., Suzuki, K., Hiyama, T. Oxidative desulfurization-fluorination of xanthates - a convenient synthesis of trifluoromethyl ethers and difluoro(methylthio)methyl ethers. Tetrahedron Lett. 33, 4173-4176 (1992).
  20. Kanie, K., Tanaka, Y., Suzuki, K., Kuroboshi, M., Hiyama, T. A convenient synthesis of trifluoromethyl ethers by oxidative desulfurization-fluorination of dithio carbonates. Bull. Chem. Soc. Jpn. 73, 471-484 (2000).
  21. Kuroboshi, M., Kanie, K., Hiyama, T. Oxidative desulfurization-fluorination: A facile entry to a wide variety of organofluorine compounds leading to novel liquid-crystalline materials. Adv. Synth. Catal. 343, 235-250 (2001).
  22. Umemoto, T. Electrophilic perfluoroalkylating agents. Chem. Rev. 96, 1757-1777 (1996).
  23. Umemoto, T., Adachi, K., Ishihara, S. CF3 oxonium salts, O-(trifluoromethyl)dibenzofuranium salts: in situ synthesis, properties, and application as a real CF3+ species reagent. J. Org. Chem. 72, 6905-6917 (2007).
  24. Stanek, K., Koller, R., Togni, A. Reactivity of a 10-I-3 hypervalent iodine trifluoromethylation reagent with phenols. J. Org. Chem. 73, 7678-7685 (2008).
  25. Koller, R., et al. Zinc-mediated formation of trifluoromethyl ethers from alcohols and hypervalent iodine trifluoromethylation reagents. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 4332-4336 (2009).
  26. Trainor, G. L. The preparation of O-trifluoromethyl carbohydrates. J. Carbohydr. Chem. 4, 545-563 (1985).
  27. Nishida, M., Vij, A., Kirchmeier, R. L., Shreeve, J. M. Synthesis of polyfluoro aromatic ethers - a facile route using polyfluoroalkoxides generated from carbonyl and trimethysilyl compounds. Inorg. Chem. 34, 6085-6092 (1995).
  28. Kolomeitsev, A. A., Vorobyev, M., Gillandt, H. Versatile application of trifluoromethyl triflate. Tetrahedron Lett. 49, 449-454 (2008).
  29. Marrec, O., Billard, T., Vors, J. P., Pazenok, S., Langlois, B. R. A deeper insight into direct trifluoromethoxylation with trifluoromethyl triflate. J. Fluorine Chem. 131, 200-207 (2010).
  30. Marrec, O., Billard, T., Vors, J. P., Pazenok, S., Langlois, B. R. A new and direct trifluoromethoxylation of aliphatic substrates with 2,4-dinitro(trifluoromethoxy)benzene. Adv. Synth. Catal. 352, 2831-2837 (2010).
  31. Huang, C. H., Liang, T., Harada, S., Lee, E., Ritter, T. Silver-mediated trifluoromethoxylation of aryl stannanes and arylboronic acids. J. Am. Chem. Soc. 133, 13308-13310 (2011).
  32. Rozen, S. Selective fluorinations by reagents containing the OF group. Chem. Rev. 96, 1717-1736 (1996).
  33. Venturini, F., et al. Direct trifluoro-methoxylation of aromatics with perfluoro-methyl-hypofluorite. J. Fluorine Chem. 140, 43-48 (2012).
  34. Hojczyk, K. N., Feng, P., Zhan, C., Ngai, M. -Y. Trifluoromethoxylation of arenes: synthesis of ortho-trifluoromethoxylated aniline derivatives by OCF3 migration. Angew. Chem. Int. Ed. 53, 14559-14563 (2014).
  35. Still, W. C., Kahn, M., Mitra, A. Rapid chromatographic technique for preparative separations with moderate Resolution. J. Org. Chem. 43, 2923-2925 (1978).
  36. Fiederling, N., Haller, J., Schramm, H. Notification about the Explosive Properties of Togni's Reagent II and One of Its Precursors. Org. Process Res. Dev. 17, 318-319 (2013).
  37. Matousek, V., Pietrasiak, E., Schwenk, R., Togni, A. One-pot synthesis of hypervalent iodine reagents for electrophilic trifluoromethylation. J. Org. Chem. 78, 6763-6768 (2013).

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

Перепечатки и разрешения

Теги

II194 3
Протокол синтеза
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.