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

Методическая статья

Эффективный синтез всех углеродных четвертичных центров через сопряженное Добавление функционализированных Моноорганоцинк бромиды

9.1K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/59775

⸱

26 мая 2019 г.

 ,  , 
1Warren and Katharine Schlinger Laboratory for Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, 2Department of Chemistry, Bucknell University

В этой статье

Краткое содержание

Простой и практичный протокол для эффективного сопряжения Добавление функционализованные моноорганоцинковые бромиды в циклические, БВ-ненасыщенные карбонилы для отделки всех углеродных четвертичных центров был разработан.

Аннотация

Сопряженное Добавление оргаометальных реагентов в, в-БВ-ненасыщенных карбонизев представляет собой важный метод для получения C-C облигаций в подготовке всех углеродных четвертичных центров. Хотя сопряженные дополнения органометаллических реагентов, как правило, выполняются с использованием высокореактивных реагентов оргаолитиума или Grignard, реагенты хлорных соединений привлекли внимание к их повышенной химиоактивности и мягкой реакционной способности. Несмотря на многочисленные недавние достижения с более реактивными диорганоцинковыми и смешанными реагентами дорганоцинка, поколение всех углеродных четвертичных центров через сопряженное Добавление функционализированных моноорганоцинковых реагентов остается проблемой. Этот протокол подробно удобный и мягкий "один горшок" подготовки и меди опосредованного сопряжения Добавление функционализованных моноорганоцинкового бромиды в циклические, БВ-ненасыщенных карбонылов, чтобы позволить себе широкий спектр всех углеродных четвертичных центров в целом Превосходная урожайность и диастерееэлективность. Ключом к развитию этой технологии является использование мА в качестве реакции растворителя с помощью Tt'scl как кислоты Льюиса. Заметные преимущества этой методологии включают в себя оперативную простоту подготовки реагентов органоцинка, обеспечиваемой использованием в качестве растворителя, а также эффективного сопряженного сложноприменения, опосредованного различными Cu (I) и Cu (II) солей. Сверх того, промежуточный эфир silyl энол можно изолировать использующ доработенную процедуру обследование. Область субстрата ограничена циклически ненасыщенными кетосами, а сопряженное Добавление затруднено стабилизированным (например, аллил, энцовидная, гомоленцовидная) и sterically обремененным (например, неопентил, о-арил) моноорганоцинковые реагенты. Сопряженные дополнения к пяти-и семичленных колец были эффективными, хотя и в более низких урожаев по сравнению с шестичленных субстратов кольцо.

Введение

Формирование углеродных облигаций, возможно, является наиболее важным и мощным преобразованием в органическую химию. Сопряженное Добавление оргаметалфильных реагентов в альв-ненасыщенные карбонизы включает в себя один из самых универсальных методов для построения облигаций C-C, особенно в сложном поколении полностью углеродных четвертичных центров1, 2. Несмотря на центральную важность сопряжения Добавление оргаметалфильных реагентов в формирование четвертичных центров, несколько методик решения проблемы включения чувствительных функциональных групп в этих реакциях. Действительно, в большинстве этих трансформаций высокоактивные органоксимы, Grignard или реагенты, являющиеся нуклеоцинковыми, являются ядрофилами выбора. Тем не менее, эти реактивные органометрики несовместимы со многими чувствительными функциональными группами, тем самым ограничивая сложность как а, в-БВ-ненасыщенных карбоно-и органофильных реагентов, часто требуя использования защищающих групп или альтернативные стратегии в многоэтапный синтез.

Моноорганоцинковые реагенты являются привлекательным классом реагентов, которые привлекли широкое внимание к их мягкой реакционной способности и улучшенной функциональной групповой совместимости3,4,5, 6. Несмотря на их исключительную функциональную групповую терпимость и тривиальную подготовку со стороны органолидов, в сопряженное дополнение к "а", "а", " четвертичных центров7,8,9. Кроме того, эти преобразования, как правило, требуют стоиометрические количества токсичных цианометрических реагентов с одним отчетом, демонстрирующим минимальный оборот катализатора10,11,12, 13. Цель нашего исследования состоит в том, чтобы создать простой и практичный каталитический метод для сопряженного добавления функционализованной моноорганоцинковых реагентов в, в- К этой цели, мы разработали протокол с использованием n,n-диметилацетамид (ДМА) в качестве растворителя с хлортриметилсилайн (ttttl), как кислота Льюиса, которая позволяет "один горшок" катализированной (20 мол%) сопряженное Добавление функционализированных моноорганоцинковых реагентов, чтобы а, в. в.,-ненасыщенные карбонылы, чтобы генерировать широкий охват всех углеродных четвертичных центров в высокой урожайности14.

Использование «мА» в качестве растворителя имеет ряд заметных преимуществ по сравнению с методами, о которых сообщалось в литературе. Ма улучшает эффективность вставки цинка в органолиды, что устраняет потребность в дорогих и гигроскопических добавках, таких как LiCl, занятых в системах эфирного растворителя15. Это также расширяет сферу прямого ввода цинка из чувствительных, часто коммерчески недоступных органоидов, в более стабильные и широкодоступные хлороргаиды16. Протокол, детализированный в настоящем документе, генерирует алкил моноорганоцинковые реагенты (2) из разнообразных органомимидов, которые используются на месте в формировании реактивного cuprate комплекса, который занимается циклическим, b-ненасыщенных кетонов в сопряженного дополнение реакции ( Рис. 1). Кроме того, Ма обеспечивает реакцию на более дешевые и менее токсичные медные источники, такие как Кубир · СМГ, устранение стоиометрических токсичных отходов, образующихся с помощью кукн, используется в других докладах10,11,12,13. Наши стандартные условия реакции обеспечивают доступ к широкому кругу b-четвертичных кетонов (5) с пятью-, шестью-, и семичленным, сопряженные акцепторами, полученными через гидролиз промежуточного силиленинол эфира (4). Промежуточная silyl энол эфир наблюдалось быть умеренно стабильной и может быть изолирован в отличной урожайности с использованием модифицированной процедуры обследование.

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

Протокол

Предостережение: Проконсультируйтесь с данными о безопасности материалов (MSDS) до использования химических веществ в этой процедуре. Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), в том числе защитные очки, лабораторное Пальто и нитриле или бутиловый перчатки, поскольку многие реагенты и растворители являются коррозионными, токсичными или легковоспламеняющимися. Выполнять все реакции в вытяжке. Это необходимо для пламени сухой посуды и использовать инертную атмосферу (азота или аргона) для этого протокола. Жидкости, используемые в первых двух шагах протокола, передаются из шприца.

1. функционализированные моноорганоцинковые бромированные образования16

  1. Добавить цинковую пыль (0,8173 г, 12,50 ммоль, 2,5 экв), ММА (6,0 мл), и I2 (126,9 мг, 0,500 ммоль, 0,10 Е2) к высушеннему в огне, высушенный на Шленк реакционную колбу с перешейным баром под аргоном. Размешайте суспензию при температуре окружающей среды до тех пор, пока коричнево-оранжевый цвет полностью не рассеивается до серой подвески.
    ВНИМАНИЕ: Ма является легковоспламеняющимся, остро токсичным и мягким раздражитель.
  2. Добавить этиловый 4-бромобумасляный (6; 1,43 мл, 10,0 ммоль, 2,0 равнов) к серой подвеске. Погрузите колбу в масляную ванну 80 °C с энергичным перемешиванием до тех пор, пока потребление органобромида не будет наблюдаться при анализе газового хроматографии (GC).
    Осторожно: этиловый 4-бромобуребух является легковоспламеняющимся и мягким раздражитель.
    1. Кратко опустите одноразовый стакан Пастера пипетки в реакционную смесь, удалить из колбы и промыть Алиготе с CA. 0,5 мл диэтилового эфира (ET2O) в 2 мл флакон содержащие CA. 0,5 ml насыщенного полушария4CL. энергично встряхнуть флакон и анализировать органический слой ГК.
      Примечание: прогресс реакции определяется сравнением исчезновения пика органобромида с появлением реагентов протоонированного органоцинка, который обычно имеет более короткое время удержания.
      Осторожно: ET2O является легковоспламеняющимся и остро токсичен.
  3. Охладитель моноорганоцинкового реагента к температуре окружающего воздуха. Остаток этого сопряженного протокола добавления можно сделать паузу на этой стадии на несколько часов к ночному под инертной атмосферой с минимальным влиянием на урожайности сопряженного продукта добавления.

2. моноорганоцинк бромид сопряжение дополнение к а, в. х-ненасыщенных кетонов

  1. Охладить органоцинковую подвеску в ванне Ice/H2O для ca. 5 мин, а затем добавить куб · СМН (205,6 мг, 1,000 ммоль, 0,20 экв) и дополнительные ДМА (10,5 мл, 0,30 м в целом по отношению к ненасыщенным кетоне) и размешать реакцию на CA. 10 мин.
  2. К охлажденной подвеске добавить мкл (1,52 мл, 12,0 ммоль, 2,4 Е3), а затем 3-метил-2-цикленгексенон (13; 567 мкл, 5,00 ммоль, 1,0 еV). Снимите охлаждающую ванну после 30 минут и контролируйте реакцию до тех пор, пока a, b-ненасыщенные кетоны не потребляются анализом ТСХ, или до 24 ч.
    Примечание: ТСХ анализ выполняется с кварцевого покрытием стеклянные пластины и разработаны с 4:1 гекнес-этилацетат. Значения Rf : ненасыщенный кетон 13 = 0,15; илыленил эфир 37 = 0,61; кетон продукт 21 = 0,21. Визуализация достигается путем УФ-закалки на 254 Нм, а затем p-анисалдехиде окрашивания.
    Осторожно: Ttscl является легковоспламеняющимся, остро токсичным, раздражающее кожу, и коррозионные. 3-метил-2-цикленгексенон является легковоспламеняющимся и остро токсичным.

3. Добыча работы и очистка

  1. Добавить ацететическую кислоту (1,5 мл, CA. 5) к завершенной сопряженную добавку реакции на гидролизовать промежуточный силилиновый эфир в кетонововый продукт. Мониторинг прогресса гидролиза в около 15 мин интервалы по ТСХ анализа с использованием условий от шага 2,2.
    ВНИМАНИЕ: Ацететическая кислота является легковоспламеняющейся и коррозионной.
    1. В том случае, если эфир силыленил остается после 1 ч, добавить фторид тетлаламмониум (кбаф; 1 м раствор в THF, 0,5 – 1.0 на время) для облегчения полного гидролиза как видно на ТСХ.
  2. Добавьте 1 M совместимого (15 мл) в колбу реакции, хорошо перемешайте, а затем перенесите содержимое реакции в отделительную воронку 250 mL. Промыть колбу с et2o (20 мл) и H2o (15 мл), добавив ополаскиватель в воронку. Аккуратно встряхните содержимое воронки, Вентилируйте между каждым смешиванием и дайте слоям отделиться. Слейте нижний водный слой в колбу 125 mL Эрленмейера, а затем слейте органический слой в отдельную колбу 250 mL Эрленмейера.
  3. Верните водный слой в отделятельную воронку и экстракт с четырьмя отдельными частями et2O (4 x 30 мл), добавив каждую органическую экстракцию к органической, содержащей колбе Эрленмейера.
  4. Добавьте комбинированные органические экстракции в отделятельную воронку и последовательно промойте его насыщенным ачным3 (25 мл), затем насыщающим акуозным нако (25 мл). Слейте каждый водный стиральный в водный-содержащих Эрленмайер колбу, и слейте окончательный органический слой в сухом 250 mL Эрленмайер колбу.
  5. Высушите органический слой на MgSO4 и вакуумный фильтр в 250 ml круглый нижней колбы с помощью стекла-стиснутые воронку Бухнер. Промыть твердые вещества на фритта с небольшой частью дополнительного et2O.
  6. Концентрат фильтрат под понижим давлением с помощью поворотные испаритель. Поместите колбу с оставшимся остатком под высоким вакуумом (CA. 75-200 mtorr), по крайней мере 10 мин. Проанализируйте образец сырой остаток на 1H NMR с помощью Дксл3.
  7. Очистка сырой нефти путем автоматизированного флэш-хроматографии с использованием силикагеля (ЗиО2) стационарный участок с сухим нагруженным образцом и елутом с этилацетатом в гексянс.
    1. Сухой нагрузки образца путем растворения сырой нефти в минимальное количество et2O, а затем перенести это решение в предварительно упакованных СИО2 картриджа (25 г). Нанесите пониженном давлении на дно погрузочной колонки для ca. 5 мин, чтобы удалить избыток растворителя.
    2. Елют образец с помощью предварительно упакованной статьи СИО2 (100 г) с градиентом этилацетата в гексянс (5% → 25%), собирая колонны в пробирках.
    3. Чистота фракции проб с помощью анализа ТТЛ (условия в шаге 2,2). Объедините и промойте все фракции, содержащие желаемый четвертичного кетона в tared круглый нижней колбы.
  8. Концентрируйте раствор под пониженные давления на вращающемся испарителе и удалите окончательные летучих веществ под высоким вакуумом, по крайней мере 30 мин. получить окончательную массу колбы и проанализировать образец очищенного продукта на 1H NMR с использованием дксл3.
    Осторожно: Гексами и этилацетат являются легковоспламеняющимися. Изио2 порошок дыхательный раздражитель.

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

Результаты

Сопряженное дополнение продукта этиловый 4-(1-метил-3-окцицикл) butanoate (21) был выделен в виде четкого, бесцветного масла (1,0372 g, 4,583 ммоль, 92% урожая), используя этот эффективный один горшок протокол. 1 H и 13C NMR спектра представлены на рисунке 2 и рисунке 3 , чтобы подтвердить структуру и чистоту. Из конкретных сведению в 1H анализа спектра является наличие двух прото...

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

Обсуждение

Метод подробный здесь был разработан, чтобы использовать мягкие функционализованные моноорганоцинковые реагенты в простой и эффективной сопряженного реакции дополнение для синтеза в-четвертичных кетонов14. Отличные урожаи и значительно улучшенная эффективность катализатора наблюдались за счет использования полярного, апровитического растворителя с помощью ГМА. Моноорганоцинкового образования способствует мА, способствуя прямой вставки цинка в легко доступны алкил бромиды создать широкую сферу функ...

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

Раскрытие информации

У авторов нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Американское химическое общество (ACS) нефтяной исследовательский фонд бакалавриата новый следователь программы (премия No 58488-UNI1), ACS и Pfizer (SURF поддержки Т.Ж.Ф.), Бакнелл университет (исследовательские стипендии для Т.Ж.Ф.), и Департамент Химии (исследовательское братство к К.М.Т.) для великодушной поддержки этой работы. Д-р Петер м. Финдеис и Брайан Брекинский признаны в качестве экспериментальной и инструментальной помощи.

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

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Хлорид
Biotage Isolera One Flash Chromatography SystemBiotageISO-ISWUV/vis detection (254, 280, 200-400nm)
Chloroform-D, (D, 99.8%)Cambridge Isotope LaboratoriesDLM-7
Комплекс диметилсульфида бромида меди (I), 99%Sigma Aldrich230502Чувствительность к
воздуху и влагеДиэтиловый эфир, безводный, 99%EMD ХимикатыMEX01906
ACS Этил4-бромбутиратДуб139400
Этилацетат, 99,9%ФишерE145-500ACS
Ледяная уксусная кислота ДубO35907ACS
HCl1 М ак
Гексаны, 98,5%EMD ХимикатыHX0299ACS
HP 6890 Series GCHP
HP-1 GC КолонкаAgilent19091-603120,2 мм x 0,33 мкм, 12 мкм, 7-дюймовая клетка
Йод
Сульфат магния, безводный, 98%EMD ХимикатыMX0075
Мехтиленон
N,N-диметилацетамид, безводный, 99%Alfa Aesar A10924Высушенный за 3 & Аринг; ms
СиликагельVWR86306-35060 Å, 40-60 мкм
Бикарбонат
Хлорид
натрия Тетра-н-бутиламмоний фторидOakwoodO434791 м в ТГФ
Тонкослойные хроматографические пластиныEMD Milipore1153416,5 x 2,2 см2, 60 г F254 предварительно покрытые пластины (частицы 9,5-11,5 мкм размер)
Триметилсилилхлорид, 99%Sigma Aldrich386529Чувствительный
цинковый порошок, промытый HCl
аммониянатрия к воздуху

Ссылки

  1. Hawner, C., Alexakis, A. Metal-Catalyzed Asymmetric Conjugate Addition Reaction: Formation of Quaternary Stereocenters. Chemical Communications. 46 (39), 7295-7306 (2010).
  2. Quasdorf, K. W., Overman, L. E. Catalytic Enantioselective Synthesis of Quaternary Carbon Stereocentres. Nature. 516 (7530), 181-191 (2014).
  3. Knochel, P., Leuser, H., Cong, L. -Z., Perrone, S., Kneisel, F. F. Polyfunctional Zinc Organometallics for Organic Synthesis. Handbook of Functionalized Organometallics. , Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinhem, Germany. 251-346 (2005).
  4. Dagousset, G., François, C., León, T., Blanc, R., Sansiaume-Dagousset, E., Knochel, P. Preparation of Functionalized Lithium, Magnesium, Aluminum, Zinc, Manganese, and Indium Organometallics From Functionalized Organic Halides. Synthesis. 46 (23), 3133-3171 (2014).
  5. Kim, J. H., Ko, Y. O., Bouffard, J., Lee, S. -G. Advances in Tandem Reactions with Organozinc Reagents. Chemical Society Reviews. 44 (8), 2489-2507 (2015).
  6. Benischke, A. D., Ellwart, M., Becker, M. R., Knochel, P. Polyfunctional Zinc and Magnesium Organometallics for Organic Synthesis: Some Perspectives. Synthesis. 48 (8), 1101-1107 (2016).
  7. Hird, A. W., Hoveyda, A. H. Catalytic Enantioselective Alkylations of Tetrasubstituted Olefins. Synthesis of All-Carbon Quaternary Stereogenic Centers Through Cu-Catalyzed Asymmetric Conjugate Additions of Alkylzinc Reagents to Enones. Journal of the American Chemical Society. 127 (43), 14988-14989 (2005).
  8. Lee, K. -S., Brown, M. K., Hird, A. W., Hoveyda, A. H. A Practical Method for Enantioselective Synthesis of All-Carbon Quaternary Stereogenic Centers Through NHC-Cu-Catalyzed Conjugate Additions of Alkyl- and Arylzinc Reagents to β-Substituted Cyclic Enones. Journal of the American Chemical Society. 128 (22), 7182-7184 (2006).
  9. Brown, M. K., May, T. L., Baxter, C. A., Hoveyda, A. H. All-Carbon Quaternary Stereogenic Centers by Enantioselective Cu-Catalyzed Conjugate Additions Promoted by a Chiral N-Heterocyclic Carbene. Angewandte Chemie International Edition. 46 (7), 1097-1100 (2007).
  10. Knochel, P., Yeh, M. C. P., Berk, S. C., Talbert, J. Synthesis and Reactivity Toward Acyl Chlorides and Enones of the New Highly Functionalized Copper Reagents RCu(CN)ZnI. The Journal of Organic Chemistry. 53 (10), 2390-2392 (1998).
  11. Yeh, M. C. P., Knochel, P., Butler, W. M., Berk, S. C. 1,4-Additions of the Highly Functionalized Copper Reagents RCu(CN)-ZnI•2 BF3 to Trisubstituted Enones. A New BF3 Promoted Cyclization Reaction. Tetrahedron Letters. 29 (51), 6693-6696 (1988).
  12. Knochel, P., Chou, T. S., Chen, H. G., Yeh, M. C. P., Rozema, M. J. Nucleophilic Reactivity of Zinc and Copper Carbenoids. Part II. The Journal of Organic Chemistry. 54 (22), 5202-5204 (1989).
  13. Tamaru, Y., Tanigawa, H., Yamamoto, T., Yoshida, Z. I. Copper(I)-Promoted Michael-Addition Reaction of Organozincs of Esters, Nitriles, and α-Amino Acids. Angewandte Chemie International Edition. 28 (3), 351-353 (1989).
  14. Fulton, T. J., Alley, P. L., Rensch, H. R., Ackerman, A. M., Berlin, C. B., Krout, M. R. Access to Functionalized Quaternary Stereocenters via the Copper-Catalyzed Conjugate Addition of Monoorganozinc Bromide Reagents Enabled by N,N-Dimethylacetamide. The Journal of Organic Chemistry. 83 (23), 14723-14732 (2018).
  15. Krasovskiy, A., Malakhov, V., Gavryushin, A., Knochel, P. Efficient Synthesis of Functionalized Organozinc Compounds by the Direct Insertion of Zinc into Organic Iodides and Bromides. Angewandte Chemie International Edition. 45 (36), 6040-6044 (2006).
  16. Huo, S. Highly Efficient, General Procedure for the Preparation of Alkylzinc Reagents from Unactivated Alkyl Bromides and Chlorides. Organic Letters. 5 (4), 423-425 (2003).
  17. Still, W. C., Kahn, M., Mitra, A. Rapid Chromatographic Technique for Preparative Separations with Moderate Resolution. The Journal of Organic Chemistry. 43 (14), 2923-2925 (1978).
  18. Knopff, O., Alexakis, A. Tandem Asymmetric Conjugate Addition-Silylation of Enantiomerically Enriched Zinc Enolates. Synthetic Importance and Mechanistic Implications. Organic Letters. 4 (22), 3835-3837 (2002).

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

Перепечатки и разрешения

Теги

TMSCl
Эффективный синтез всех углеродных четвертичных центров через сопряженное Добавление функционализированных Моноорганоцинк бромиды
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.