Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

Summary

Два шага Однореакторный протокол для umpolung кетон enolates enolonium видов и добавлением нуклеофил в α-положении описано. Нуклеофилами включают хлорида, азид, азолов, хлористый аллил силанов и ароматических соединений.

Abstract

Α-функционализации кетонов через umpolung enolates, hypervalent реагентов йода является важным понятием в синтетической органической химии. Недавно мы разработали стратегию двухэтапный umpolung enolate кетон, что включена разработка методов для хлорирования, azidation и аминирования с помощью азолов. Кроме того мы разработали Си-Бонд – формирование арилирования и allylation реакций. В центре этих методов является подготовка промежуточных и высокой реакционной способностью enolonium видов перед добавлением реактивной нуклеофил. Таким образом, эта стратегия напоминает подготовки и использования металлических enolates в классической синтетической химии. Эта стратегия позволяет использовать нуклеофилами, которые иначе были бы несовместимы с сильно окислительных реагентов hypervalent йода. В этой статье мы представляем подробный протокол для хлорирования, azidation, N-heteroarylation, арилирования и allylation. Продукция включает в себя мотивы широко распространены в лечебных активных продуктов. Эта статья поможет другим в использовании этих методов.

Introduction

Enolates являются нуклеофилами классической углерода в органической химии и среди наиболее широко используется. Umpolung enolates для создания электрофильного enolonium видов позволяет ценных альтернативных способов производства α-функционализированных кетоны, а также включить Роман реакции не возможно через классический enolate химии. Enolonium видов были предложены в качестве посредников в многочисленных реакциях, в частности реакций с участием hypervalent йода реагентов. Эти реакции включают α-Галогенирование, оксигенации и аминирования¹ , а также другие реакции^2,3,4,5.

Однако объемы этих реакций всегда были ограничены преходящий характер видов реактивной enolonium. Этот мимолетности требуется любой нуклеофил присутствовать в реакционной смеси во время реакции enolates Карбонильная группа с сильно окислительных реагентов йода hypervalent. Таким образом любой нуклеофил подвержены окислению, например, электрон богатые ароматические соединения (гетероциклов) и алкены, могут не использоваться.

В прошлом году мы преодолеть эти ограничения путем создания условий, в которых enolonium видов формируется как дискретные промежуточных в один шаг, последующим добавлением нуклеофил на втором этапе. Этот протокол позволяет не только классический тип функционализации например хлорированием⁶, но и использование нуклеофилами окисляющихся углерода, такие как allylsilanes^6,8,^{, enolates1,6 7}и электронов богатые ароматических соединений⁹, что приводит к C-C Бонд формирования. Метод allylation для формирования третичной и четвертичной центров. Кетон арилирования метод представляет собой официальное C-H функционализация ароматические соединения без необходимости для руководства группы⁹. Недавно мы сообщили добавлением азолов и азиды¹⁰ как хорошо¹¹. Подробное изложение протокол, как ожидается, помощь во внедрении этих методов в поле день ото дня инструмент синтетических химик-органик.

Protocol

1. Подготовка видов Enolonium

Предупреждение: Перед выполнением протокола, обратитесь MSDS для всех реагентов и растворителей.

Примечание: Все новые реагенты были использованы как получены из коммерческих источников. Если был сохранен etherate трифторида бора, перегонять его перед использованием.

1. Добавьте Koser реагента в сухой круглый дном колбу оснащены перегородки и магнитом для магнитная перемешивании (1.5 экв.) и промойте колбу с азота или аргона.
2. Добавьте сухой дихлорметан дать приостановление формальные концентрации 0.234 моль/Л.
3. Прохладный подвеска-78 ° c с помощью сухого льда/ацетон ванну или ванну холодной палец инструмент/ацетон.
4. Добавить аккуратные BF₃OEt₂ (1.5 экв) медленно.
5. Теплый гетерогенная смесь до комнатной температуры до формирования желтого раствора. Как правило это происходит в течение 5 мин.
6. Прохладный решение-78 ° C.
7. Для охлаждения решение, добавьте триметилсилиловые enolether (1 экв, 0.313 моль/Л) в сухом дихлорметан прикапывают свыше 2-10 мин (в зависимости от масштаба). После завершения добавления содержащих енольных эфира, формирование enolonium видов является полным.
   Примечание: Решение enolonium видов могут быть оставлены на-78 ° C по меньшей мере 30 мин без ухудшения в урожайности. В это время, как свидетельствует о ЯМР исследования⁶видов enolonium является стабильным.

2. функционализация видов Enolonium

1. Хлорирование с хлорид-анион
   1. Приготовленный раствор enolonium видов, добавьте бензил диметил decylammonium хлорид (2.0 экв, 1,25 моль/Л) в сухой дихлорметан мудрым образом перетаскивания. Добавьте это решение со скоростью таким образом, что температура остается ниже-55 ° C. На 0,5-2 масштаба ммоль, помимо более 5 мин является удовлетворительным.
   2. Оставьте смесь реакции на-78 ° C за 5 мин.
   3. Удаление охлаждающей ванны и позволяют реакционную смесь до комнатной температуры.
   4. Оставьте реакция при комнатной температуре в течение 20 мин.
   5. Добавьте воду в реакционной смеси (половина объема дихлорметаном используется в подготовке enolonium видов).
   6. Экстракт трижды с дихлорметаном. Как правило, использовать 2 – 3 раза объем реакции в каждом добычи на 0,5-2 ммоль малого масштаба.
   7. Вымойте комбинированных органических слоев дважды с рассола. Как правило используйте такой же объем тузлук как объем комбинированных реакции.
   8. Сухой безводный сульфат натрия 30 мин.
   9. Фильтр от сульфат натрия (например, через Celite вилки).
   10. Удаление растворителя на роторный испаритель при пониженном давлении и температуре 40 ° C.
   11. Очищайте сырой продукт, колоночной хроматографии на силикагель с помощью гексана и этилацетата eluents после удаления растворителей, позволить себе чистый соответствующего кетон α-azido.
       Примечание: В масштабах 0.5 ммоль до 2 ммоль триметилсилиловые enolate, осуществляют колоночной хроматографии на стекло колонна диаметром 2 см, с использованием стандартных силикагель 60 на высоте 15 см (длина). Объем нужно будет изменяться для других шкал.
2. Azidation с TMS-азид
   Предупреждение: Органических азидов в целом взрывных и следует проявлять осторожность при обработке и подготовке продукции. TMS-азид является токсичным. Перед использованием ознакомьтесь с MSDS.
   1. В приготовленный раствор enolonium видов-78 ° C, добавить аккуратные azidotrimethylsilane (2.5 экв) в прикапывают моды. Добавьте это решение со скоростью таким образом, чтобы температура остается ниже-55 ° C. На 0,5-2 ммоль масштаба, помимо более 2-3 мин является удовлетворительным.
   2. Перемешать смесь реакции для 15 мин-78 ° c.
   3. Нагрейте смесь реакции до-55 ° C и оставить при этой температуре в течение 2-3 ч.
   4. Добавьте воду в реакционной смеси (половина объема дихлорметаном используется в подготовке enolonium видов).
   5. Экстракт трижды с дихлорметаном. Как правило, использовать 2 – 3 раза объем реакции в каждом добычи на 0,5-2 ммоль малого масштаба.
   6. Вымойте комбинированных органических слоев дважды с рассола. Как правило используйте такой же объем тузлук как объем комбинированных реакции.
   7. Сухие экстракты с безводный сульфат натрия 30 мин.
   8. Фильтр от сульфат натрия.
   9. Удаление растворителя на роторный испаритель при пониженном давлении и температуре 40 ° C.
   10. Очищайте сырой продукт, колоночной хроматографии на силикагель с помощью гексана и этилацетата eluents после удаления растворителей, позволить себе чистый соответствующего кетон α-azido.
3. Реакция с азолов
   1. Приготовленный раствор enolonium видов-78 ° C, добавьте азол (4-5 экв, 1 моль/Л) растворяют в 5 мл дихлорметан в прикапывают моды. На 0,5-2 масштаба ммоль, помимо более 5 мин является удовлетворительным.
      Примечание: В случае слаборастворимых азолов, таких как тетразолов, используйте Ацетонитрил в концентрации 0,5 моль/Л вместо дихлорметаном. Добавьте это решение со скоростью таким образом, чтобы температура остается ниже-55 ° C.
   2. Перемешать смесь реакции для 15 мин-78 ° c.
   3. Нагрейте смесь реакции до-55 ° C и оставить при этой температуре в течение 4-8 ч.
   4. Добавьте воду в реакционной смеси (половина объема органических растворителей, используемых при подготовке enolonium видов).
   5. Экстракт трижды с дихлорметаном. Как правило, использовать 2 – 3 раза объем реакции в каждом добычи на 0,5-2 ммоль малого масштаба.
   6. Вымойте комбинированных органических слоев дважды с рассола. Как правило используйте такой же объем тузлук как объем комбинированных реакции.
   7. Сухие экстракты с безводный сульфат натрия 30 мин.
   8. Фильтр от сульфат натрия.
   9. Удаление растворителя на роторный испаритель при пониженном давлении и температуре 40 ° C.
   10. Очищайте сырой продукт, колоночной хроматографии на силикагель с помощью гексана и этилацетата eluents после удаления растворителей, позволить себе чистый соответствующего α-азол кетон.
4. Allylation, crotylation, cinnamylation и prenylation, с помощью аллиловый силанов
   1. Добавить аккуратные аллилацетат,-, crotyl-, коричный, или prenyl триметилсилан (2 экв) медленно на-78 ° C. Добавьте это решение со скоростью таким образом, чтобы температура остается ниже-55 ° C. На 0,5-2 ммоль масштаба, помимо более 2-3 мин является удовлетворительным.
   2. Перемешать смесь реакции для 10 мин-78 ° c.
   3. Разрешить смесь реакции тепло медленно до комнатной температуры, удалив охлаждающей ванны. Оставьте реакция при комнатной температуре в течение 20 мин.
   4. Добавьте воду в реакционной смеси (половина объема дихлорметаном используется в подготовке enolonium видов).
   5. Экстракт трижды с дихлорметаном. Как правило, использовать 2 – 3 раза объем реакции в каждом добычи на 0,5-2 ммоль малого масштаба.
   6. Вымойте комбинированных органических слоев дважды с рассола. Как правило используйте такой же объем тузлук как объем комбинированных реакции.
   7. Сухие экстракты с безводный сульфат натрия 30 мин.
   8. Фильтр от сульфат натрия.
   9. Удаление растворителя на роторный испаритель при пониженном давлении и температуре 40 ° C.
   10. Очищайте сырой продукт, колоночной хроматографии на силикагеле использование гексан и этилацетата eluents после удаления растворителей, позволить себе чистый продукт соответствующий α-хлористый аллил.
5. Арилирования
   Примечание: Для арилирования, используйте 3 эквиваленты BF₃OEt₂ при подготовке видов enolonium для того чтобы избежать tosylation видов enolonium как основные побочные реакции. В целом необходимо только 1.6 эквивалент ароматических субстрата. Однако если ароматические субстрат Пирана, Тиофен или пиррол, наилучшие результаты достигаются с помощью 5 эквиваленты ароматических субстрата.
   1. Решение подготовленных enolonium видов добавить решение ароматических субстрата в сухой Дихлорметан (1.6 экв., 0,5 моль/Л) на основе прикапывают. Добавьте это решение со скоростью таким образом, чтобы температура остается ниже-55 ° C. На 0,5-2 ммоль масштаба, помимо более 5-10 мин является удовлетворительным.
   2. После завершения добавления ароматических субстрата, увеличить температуру смеси до-55 ° C и оставьте смесь при этой температуре в течение 20 мин.
   3. Добавьте воду в реакционной смеси (половина объема дихлорметаном используется в подготовке enolonium видов).
   4. Экстракт трижды с дихлорметаном. Как правило, использовать 2 – 3 раза объем реакции в каждом добычи на 0,5-2 ммоль малого масштаба.
   5. Вымойте комбинированных органических слоев дважды с рассола. Как правило используйте такой же объем тузлук как объем комбинированных реакции.
   6. Сухие экстракты с безводный сульфат натрия 30 мин.
   7. Фильтр от сульфат натрия.
   8. Удаление растворителя на роторный испаритель при пониженном давлении и температуре 40 ° C.
   9. Очищайте сырой продукт, колоночной хроматографии на силикагель с помощью гексана и этилацетата eluents после удаления растворителей, позволить себе чистый соответствующего кетон α-arylated.

Representative Results

Discussion

Успешной подготовке enolonium видов из TMS-enolates зависит от целого ряда факторов. Основные побочные реакции на шаге подготовки является муфта гомо исходного материала по реакции молекулы сформированных enolonium видов с молекулой TMS-enolate. Таким образом требование условий реакции является избежание этой димеризации путем обеспечения быстрой реакции Льюис кислоты активированные hypervalent йода реагента с добавил TMS-enolate по отношению к ценам димеризации. Это достигается в протоколе путем активации и растворяющие реагент Koser, используя стехиометрическим BF₃. Многие hypervalent йода реагентов, включая Koser реагент имеют плохая растворимость в стандартных органических растворителей. Таким образом, роль трифторида бора является двойной. Во-первых он дополняет реактивности реагента Koser, увеличивая оставляя способность группы одного из его лигандов, предположительно tosyl группы. Это гарантирует быструю реакцию с TMS-enolether. Во-вторых активированные реагент Koser высоки soluble, особенно по отношению к неактивированной Koser реагента. Важно, чтобы проверить, что все реагентов развели перед добавлением TMS-enolether. Чтобы обеспечить успешный реакции, требуется небольшой избыток реагентов. Отметить протокол использует 1,5 эквиваленты Koser реагентов и трифторида бора. Эта сумма является предпочтительным для впервые пользователей. Однако, реакция может осуществляться одинаково успешно с как 1.2 эквиваленты кислота Льюиса и hypervalent йода. Мы как правило, осуществляется описанные протоколы на 0,5-2, которую ммоль шкал триметилсилиловые enolate без значительного изменения в урожайности, до тех пор, как был позаботиться точно следовать процедуре.

Другим важным параметром является медленным добавлением TMS-enolether реакции для обеспечения как низкой концентрации TMS-enolether, а также чтобы избежать локального потепления реакционной смеси. На шкале отметить Кроме того за 2-10 минут обычно достаточно; пять минут того времени используется на шкале 1 ммоль. Однако если наблюдается гомо сцепление enolate кетон, это вероятно стебли от слишком быстрого добавления НП enolether активированные Koser реагента и больше того времени следует использовать. Для широкомасштабной реакции предпочтительнее использовать предварительно охлажденный раствор ТМС enolether. Для сложных эфиров β-кето нет необходимости использовать TMS-enolether, и это не обязательно принять любое из того времени и температуры меры предосторожности, как эти виды enolonium не гомо пара. Кроме того реакция β-кето Эстер гораздо медленнее и поэтому может осуществляться при комнатной температуре. Литий enolates β-кето эфира может использоваться для увеличения скорости реакции. TMS-enolether ацетона не является хороший субстрат как гомо муфта для этого беспрепятственный соединения является очень быстрым.

Протокол является успешным для широкого спектра замещенных арил алкиловых кетонов с выхода электрона и электронов, жертвуя фторсодержащими заместителями так. Реакция также работает для диалкил кетонов. Примечательно enolates, содержащие сопряженных двойных связей являются успешными субстратов в реакции. Однако α, α-дизамещенных кетоны часто не в последующих Нуклеофильное Добавление шага если нуклеофил труднодоступных сдерживается вследствие конкурирующих реакции анионов относительно беспрепятственный tosyl. Α-Tosyloxy кетоны наблюдаются как незначительные побочные продукты во многих реакциях.

Приготовленный раствор enolonium видов является стабильным, по крайней мере 30 минут в −78 ° C. На втором этапе протокола добавляется реактивной нуклеофил. Широкий спектр нуклеофилами совместимы с enolonium видов, в том числе нуклеофилами, которые бы отреагировал с Koser реагента или кислота Льюиса Koser реагента. Таким образом оба традиционных нуклеофилами как хлорид или азид анион может использоваться как может легко окисляющихся субстратов. В частности хлористый аллил силанов успешно работают в реакции. Второй замечательной особенностью реакции с замещенных аллиловый силанов является полная региоселективность с формированием Бонд в терминал позиции аллиловый силана. Таким образом когда prenyl силан используется, как и в описанных протокол, образуются четвертичных центры. Может также использоваться ароматические и гетероароматических субстратов. Удивительно азотсодержащих heteroaromatics с более чем одной азота и не фторсодержащими заместителями на азота реагирует на азот. В противоположность этому индолы и pyrroles реагируют исключительно на углерода. Позиция атаки по прогнозам реакционную способность этих субстратов в Фриделя-Крафтса типа реакций. Эти реакции являются реакции функционализации C-H и устраняет потребность в галоидированных ароматических субстратов как в классической переходный металл катализируемого муфта реакций. Область действия ограничена электронно богатых ароматических соединений: индолов, pyrroles, фуранов, Тиофен и богатые бензолов электронов. Примечательно, что электронно богатых ароматических соединений, как правило, проходят окисления hypervalent йода, ведущих к гомо муфты и другие реакции, но не enolonium видов. В большинстве случаев только 1.6 эквивалент субстрат необходимо так, что более ценные материалы могут быть использованы в реакции. Избыток ароматических субстрата могут быть изолированы. Только в случае незамещенного pyrroles thiophenes и furanes является использование эквивалента 5 рекомендуется.

Таким образом этот протокол сообщили здесь в позволяет использовать традиционные, инертные нуклеофилами, а также нуклеофилами несовместим с традиционными реакции протоколов. Список подходящих нуклеофилами несомненно будет продолжать расширяться в будущем.

Materials

Chlorotrimethylsilane, 98+%	Alfa Aesar	A13651	TMS-Cl
Boron trifluoride diethyl etherate, 98+%	Alfa Aesar	A15275	BF3*Et2O
2-Methylindole, 98+%	Alfa Aesar	A10764	2-Me-indole
Hydroxy(tosyloxy) iodobenzene, 97%	Alfa Aesar	L15701	Koser's reagent
Acetophenone, >98%	Merck	800028
n-Butyllithium solution 1.6M in hexanes	Aldrich	186171	nBuLi
BIS(ISOPROPYL)AMINE	Apollo	OR1090	DIPA
Trimethylsilyl azide, 94%	Alfa Aesar	L00173	TMS-N3