Получение коранулен-функционализированного Hexahelicene по меди (I) -catalyzed алкине-азида циклоприсоединения непланарной полиароматических единиц

Общая цель данного протокола заключается в синтезе гексагелицена, функционализированного кораннулене — сложного органического соединения, состоящего из трех непланарных полиароматических единиц, объединенных с помощью клик-химии. Метод состоит из шести этапов реакций в рамках синтеза с использованием нескольких стандартных органических процедур, таких как свободнорадикальные реакции, углерод-углеродное сочетание или клик-химия.

Основным преимуществом данного метода является то, что при незначительной модификации этих хорошо известных реакций можно достичь аналогичных результатов для непланарных полиароматических соединений. Этот метод может дать представление о химии этого особого семейства соединений. Поскольку их поведение не так похоже на поведение планарных ароматических соединений, данный метод может быть применен и к таким системам, как расширенный тетратиафульвален или 7-аннулен.

Идея данного протокола возникла в ходе нашей работы по изучению распознавания системы «хозяин-гость» при попытке собрать два корионных блока в хелиценовый каркас. Для начала дебромирования взвесьте 0.356 г 2,15-диметилгексилхелицена, 374 г свежеперекристаллизованного n-бромсукцинимида и 24 мг перекиси бензоила.

Поместите все твердые вещества в колбу Шленка объемом 100 мл с магнитным перемешивателем. Создайте над твердыми веществами атмосферу азота, проведя три цикла вакуумирования с последующим заполнением инертным газом на линии Шленка. Затем добавьте 21 мл четыреххлористого углерода.

Дегазируйте раствор тем же способом путем вакуумирования и повторного заполнения при интенсивном перемешивании. Следите за тем, чтобы избежать значительных потерь растворителя. Кипятите смесь с обратным холодильником при 77 °C в течение четырех часов, используя масляную баню.

Ход реакции можно контролировать с помощью протонного ядерного магнитного резонанса или ЯМР-спектроскопии. Должны появиться дублеты в диапазоне от 3.7 ppm до 4.0 ppm, указывающие на наличие диастереотопных метиленовых групп. По завершении реакции охладите смесь до комнатной температуры и удалите растворитель в вакууме.

Установите ловушку, заполненную жидким азотом, чтобы предотвратить загрязнение насоса. Растворите неочищенный продукт в 30 ml дихлорметана. Затем перенесите раствор в круглодонную колбу и смешайте с 4 g силикагеля.

Сконцентрируйте смесь в роторном испарителе. Тем временем заполните колонку силикагелем, предварительно смешанным с гексаном и этилацетатом в качестве подвижной фазы. Нанесите смесь на верхнюю часть колонки, а затем добавьте слой песка толщиной 2 cm.

Осторожно залейте новую подвижную фазу. Проведите хроматографию, собирая фракции в пробирки по 20ml на пробирку, а в области предполагаемого выхода продукта — по 4ml на пробирку. Проверьте фракции с помощью тонкослойной хроматографии с использованием той же подвижной фазы и визуализируйте изображение под ультрафиолетовым светом.

Ожидаемый продукт должен элюироваться при коэффициенте удерживания 0.35 в виде желтого масла после объединения всех целевых фракций и удаления растворителя на роторном испарителе. Для проведения синтеза взвесьте 0,103 г 2,15-бисбромметилгексаэлицена и 0,390 г азида натрия. Поместите оба твердых вещества в колбу Шленка объемом 50 мл, оснащенную магнитным перемешивателем, и создайте атмосферу азота.

Затем смешайте 8,6 ml тетрагидрофурана с 5,2 ml воды и перелейте смесь растворителей в колбу Шленка. После дегазации раствора подвергните его кипячению с обратным холодильником при 65 °C в течение трех часов. Контроль протекания реакции осуществляйте с помощью протонного ЯМР.

Сигналы метиленовых групп должны сместиться к 3,75 ppm. После этого охладите смесь до комнатной температуры и удалите тетрагидрофуран в вакууме. Затем разбавьте образец 50 мл воды.

Перенесите смесь в делительную воронку и экстрагируйте трижды 40 мл дихлорметана. Объедините все органические фазы и промойте 50 мл дистиллированной воды. Очистите сырой продукт методом колоночной хроматографии на силикагеле, используя смесь гексана и этилацетата в качестве подвижной фазы, чтобы получить желтое масло с коэффициентом ретенции 0,38.

Соответствует 2,15-бис(азометил)гексагелицину. Должно быть получено 70 mg, что соответствует выходу 80%. На данном этапе процедуры предусмотрено три дополнительных шага для получения этинилкарнолина. Реакции включают электрофильное ароматическое замещение с помощью микроволнового излучения с последующим сочетанием по Соногашире и последующим глубоким защитным синтезом.

Все эти процедуры подробно описаны в текстовом протоколе. Взвесьте 15,3mg 15-бис-азометилгексагелицина, 20,0mg этинилкарнолина, 1,4mg натриевой соли аскорбиновой кислоты и 1,7mg пентагидрата сульфата меди(II). Поместите все твердые вещества в колбу Шленка объемом 50ml, оснащенную магнитным перемешивателем, и создайте атмосферу азота.

Критически важным этапом является тщательное дегазирование смеси растворителей. Смешайте 3ml воды и 12ml тетрагидрофурана, после чего перелейте смесь в колбу Шленка. Тщательно дегазируйте раствор.

Второй важный момент — периодически проверять реакцию, чтобы обеспечить надлежащий объем растворителя и температуру. В противном случае для получения этинильного состава может потребоваться больше времени. Нагревайте при 65 °C в течение трех дней, используя конденсатор, присоединенный к верхней части колбы.

Периодически контролируйте ход реакции, отслеживая температуру, перемешивание и объем растворителя. Проверьте реакцию с помощью протонного ЯМР. Сигнал при 3,48 ppm должен исчезнуть и сместиться к 7,27 ppm, что указывает на израсходование этинилкарнолина и образование триазольного фрагмента.

По завершении удалите тетрагидрофуран под вакуумом и разбавьте смесь 20 мл воды. Перенесите смесь в делительную воронку, промыв колбу 20 мл дихлорметана. После трехкратной экстракции смеси дихлорметаном объедините все органические фазы в круглодонной колбе и сконцентрируйте их на роторном испарителе.

Очистите сырой продукт методом колоночной хроматографии на силикагеле, элюируя смесью гексан-этилацетат, чтобы получить светло-желтое твердое вещество с коэффициентом удерживания 0,59. Должно быть получено 27 мг, что соответствует выходу 75%. Карнолин и 2,15-диметилгексагелицин могут быть синтезированы с использованием современных методов простым способом с очень хорошими выходами. Оба пути синтеза используют общее исходное вещество — 2,7-диметилнафталин.

В соответствии с данным путем синтеза конечное соединение было получено в шесть стадий из указанных молекул, что позволило перейти от дивергентного к конвергентному синтезу. Заключительная сборка основана на известной стратегии катализируемого медью (I) азидо-алкинового циклоприсоединения, известного как клик-реакция. Следуя данной процедуре, за разумное время и с хорошим выходом можно приготовить сложную органическую молекулу, способную устанавливать супрамолекулярные взаимодействия с фуллеренами.

После просмотра этого видео вы должны будете четко представлять, как успешно применять известные реакции традиционной органической химии для построения многостадийного пути синтеза сложных непланарных полиароматических молекул с интересными свойствами.