Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Fonksiyonlu naftalenlerin / Solvatochromic Boyaların Sentez için Mikrodalga-destekli Moleküliçi Dehydrogenative Diels-Alder Reaksiyonları

Published: April 1, 2013 doi: 10.3791/50511

Summary

Mikrodalga-destekli intramoleküler dehydrogenative Diels-Alder (DA) reaksiyonları Fonksiyonlu siklopenta için kısa erişim sağlamak [

Abstract

Fonksiyonlu naftalenler, doğal ya da biyolojik olarak aktif moleküllerin sentezi yeni organik boyaların hazırlanması kadar araştırma alanlarda çeşitli uygulamaları vardır. Çok sayıda stratejileri naftalin iskelelerinin ulaşmak için bildirilmiş olmasına rağmen, pek çok işlemde amirinden mevcut malzemelerin yelpazesi daraltır içeren işlevselliği açısından sınırlamalar mevcut. Değiştirilen naftalinler doğrudan erişim için çok yönlü yöntemlerin geliştirilmesi bu nedenle son derece arzu edilir.

Diels-Alder (DA) siklo reaksiyon kolayca temin edilebilir başlangıç ​​malzemelerinden, doymuş ve doymamış halka sistemlerinin oluşumu için güçlü ve çekici bir yöntemdir. Styrenyl türevlerinin yeni bir mikrodalga-destekli molekül-içi dehydrogenative DA reaksiyon tarifnamede fonksiyonalitesine siklopenta çeşitli üretir açıklandığı gibi [b] Mevcut sentetik yöntem kullanılarak hazırlanabilir değil naftalenlers. Geleneksel ısıtma ile karşılaştırıldığında, mikrodalga radyasyon, reaksiyon hızları hızlandırır verimi artırır ve istenmeyen yan ürünlerin oluşumunu sınırlar.

Bu protokol daha fazla bir yarar Buchwald-Hartwig paladyum katalizli çapraz-bağlama reaksiyonu yolu ile, yeni bir solvatochromic floresan boya içine bir DA cycloadduct dönüşümü ile ortaya konmuştur. Floresans spektroskopisi, bilgilendirici ve hassas analitik tekniği olarak, çevre bilimleri, tıp, farmakoloji ve hücresel biyoloji gibi araştırma alanlarında önemli bir rol oynar. Mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyonu sonucu elde edilen yeni organik floroforlar, çeşitli erişim bu alanda daha fazla ilerlemesini sağlar.

Introduction

Küçük molekül tasarımı ve sentezi ilaç, böcek ilaçları, organik boyalar, ve 1 daha birçok içerir bilimsel alanlarda bir dizi gelişimi için çok önemlidir. Diels-Alder (DA) ve dehidro-Diels-Alder (DDA) reaksiyonlar küçük halkalı ve aromatik bileşikler 2-4 sentezi özellikle güçlü araçlardır. Buna ek olarak, alkin dienophiles ile stiren dienlerin termal dehydrogenative DA reaksiyonlar, başlangıçta daha ileri oksidasyon koşulları altında 5 aromatize olabilir cycloadducts oluşturmak suretiyle aromatik bileşiklerin sentezi için potansiyel olarak yararlı bir yol sağlar. Alkinler ile stiren dienlerin bir termal intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyon kullanılarak, problemler tipik olarak, bu gibi istenmeyen [2 + 2] siklo 5,6 ve polimerizasyon reaksiyonları 7 ve zayıf seçimlilik, giderilir ve naftalin bileşikleri olarak bir dien olarak kullanan stiren ile ilişkili oluşturulabilir.

Alkinler ile stiren termal intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyon ciddi sorunlar olmadan değildir. İlk olarak, en reaksiyonu, düşük verimleri, uzun reaksiyon süreleri ve yüksek reaksiyon sıcaklıkları 8-11 muzdarip. Ayrıca, birçok tepkiler naftalin ürünün münhasır oluşumunu teşvik yok, naftalin ve bakır çifti ile işlenir hem üretilen, genellikle kolon kromatografisi 11,12 ile ayrılmaz karışımları gibi. Haberci stiren-Ynes ve bağlama elemanları, aynı zamanda heteroatom ve / veya karbonil parçalan dahil etmek için sınırlıdır. Sadece bir örnek 250 koşullar gerektiren, her bir karbon-içeren ip için rapor edilir ° C naftalin oluşumu 10 elde etmek üzere 48 saat boyunca muntazam.

Başlangıç ​​maddelerinin bağlama elemanları içinde sınırlı çeşitli ek olarak, bu yöntem en çok ciddi kısıtlamalar bir konvansiyonel termal koşullar altında tolere özelliğe sahip olmamasıdır.Başlangıç ​​malzemesinin alkin terminus ya da ikame edilmemiş ya da bir fenil ya da trimetilsilil (TMS), 8-13 parça ile eklenir. Bir örnekte, alkin terminusta bir ester dehydrogenative DA reaksiyon geçmesi için gösterilmiştir, ancak naftalin ve bakır çifti ile işlenir ürünleri 11 oluşan bir karışım içinde sonuçlanır. Bir sonraki önerisi Alkin terminus ekleyeceği bir TMS grup yüksek verimler 10 seçkin naftalin oluşumu ulaşmak için gerekli olduğunu göstermektedir. Termal dehydrogenative DA reaksiyonlar için bildirilen çeşitli işlevleri eksikliği ciddi bir şekilde eşsiz naftalin yapıların montaj karşı bu reaksiyonun muhtemel sınırlar.

Naftalin yapılarda varyasyon arzusu çeşitli bilimsel alanlarda, özellikle organik floresan boyalar 14,15 küçük molekül yapı taşları olarak işlev kaynaklanmaktadır. Küçük org mükemmel uzaysal çözünürlüğü ve tepki zamanlarıgerçek zamanlı olaylar 16 izleme anic boyaları piyasada mevcut floresan bileşikler yüzlerce gelişmesine yol açmıştır. Bu boyaların çok farklı fotofiziksel ve kimyasal özellikleri ile 15 naftalen vardır. Bireysel fonksiyonlarını izlemek için belirli özelliklere sahip floresan boya seçimi daha farklı fotofiziksel özelliklere sahip floroforlar yeni sınıfları için giderek artan bir ihtiyaç yol açan zorlu. Bu amaçla, bir tek naftalin iskele çeşitlendirilmesi için izin verir alkinler ile stiren bir termal intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyon yeni naftalin-içeren floresan boyalar geliştirmek için uygulama ile potansiyel olarak yararlı olacaktır.

Daha yüksek kimyasal verim yol açan kimyasal örnek daha düzgün ısıtma, daha hızlı reaksiyon oranları, daha hafif reaksiyon şartlarında sağlar, çünkü geleneksel ısıtma için bir alternatif olarak, mikrodalga destekli kimya avantajlıürünleri 17 s, ve genellikle farklı seçicilik. Stiren intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyonu için mikrodalga-destekli konvansiyonel ısıtma koşulları çalışanı, daha önce kötü verimi artırarak, dakika gün tepki zamanı azaltarak reaksiyon sıcaklıklarının düşürülmesi ve daha seçici oluşum sunarak bu metodoloji ile ilgili sorunların çoğunu ortadan kaldırmak için hizmet vermektedir İstenen naftalin ürün. Mikrodalga-destekli reaksiyon koşulları, daha önce ulaşılmaz olan naftalin ürünlerin işlevselliği daha büyük bir çeşitlilik ana sözleşmesinde kolaylaştırmak için daha yüksek olabilir. Sadece bir örnek, önceki naftalin bakır çifti ile işlenir ve her ikisi de% 90 verim 170 ° C 12 'de 15 dakika kadar kısa olarak elde edildiği dehydrogenative DA reaksiyon için mikrodalga destekli koşulları kullanılarak rapor edilmiştir.

Burada bir mikrodalga-destekli intramoleküler dehidrojenaz bildirilmiştirgibi az 30 olarak min ve kantitatif verim yüksek 18 Fonksiyonlu ve farklı naftalin ürünlerin özel oluşumuna yol açar styrenyl türevleri yerli DA reaksiyonu. Bu protokol daha fazla yarar popüler ticari olarak temin boya Prodan 19, bu rakip fotofiziksel özelliklere sahip olan yeni solvatochromic floresan boya içine bir naftalin ürünün tek aşamalı dönüşümü ile ortaya konmuştur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Mikrodalga-destekli Dehydrogenative DA Reaksiyonu

  1. Para-kloro-stiren türevidir (0.045 g, 0.18 mmol) ve bir 0.060 M çözelti oluşturmak için bir karıştırma çubuğu ile donatılmış bir 2-5 ml mikrodalga radyasyon şişeye (3 mi) 1,2-dikloroetan ekleyin. Daha yüksek konsantrasyonlarda istenmeyen ürünlerinin oluşumuna yol açar, çünkü bu konsantrasyon kullanılır.
  2. Mikrodalga radyasyon flakon kapağı ve mikrodalga synthesizer boşluğuna yerleştirin.
  3. Karıştırma ile ve sabit tutma süresi ile 200 dakika süreyle 180 ° C de irradyasyona uğratırlar ve çözelti. Tutma süresi ışınlama belirlenen sıcaklıkta meydana gelecek kadar uzun olur. Reaksiyon karışımı, altın rengi dönecektir. Daha uzun reaksiyon süreleri tepkime verimi için zararlı değildir.
  4. Reaksiyon solvent olarak etil asetat / heksan% 5 kullanılarak ince tabaka kromatografisi (TLC) ile tamamlanır kontrol edin. UV ışığı ve potasyum permanganat leke ile TLC plağı gözünüzde canlandırın. Reactan ve R ft ve ürün sırasıyla 0.2 ve 0.25, vardır.
  5. Mikrodalga reaksiyon şişesine durulama ile 1,2-dikloroetan, 1 ml kullanarak bir parıldama şişeye reaksiyon aktarın. Sintilasyon şişesi içinde çözelti yaklaşık 3 ml ile sonuçlanır.
  6. 40 C'de indirgenmiş basınç altında sintilasyon şişesi içeriği konsantre ° C'de bir döner buharlaştırıcı (10-30 mm Hg) kullanılarak seçilir. Çözücü buharlaştırıldı 5-10 dakika, ve 45 ham kahverengi bir yağ mg elde edilir gerektirir. Ham petrol istikrarlı ve ayrışma olmadan süresiz olarak saklanabilir.
  7. Beyaz bir katı olarak 41 mg naftalin elde etmek için süzücü olarak etil asetat / hekzan ile% 5 silika jel pipet ile filtrasyon yoluyla ham petrol temizler.
  8. Çözücü olarak döteryumlanmış kloroform (CDCI3) kullanarak, 1 H nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ile ürünün kimliğinin doğrulanması. Aşağıdaki gibi, bir 300 MHz NMR spektrometre için, naftalin 1 H NMR spektrumu: 7.80 (d, J = 1.8 Hz, 1 H), 7.72 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.70 (s, 1H), 7.38 (dd, J = 1.8, 9.0 Hz, 1 H), 3.07 (t, J = 7.1 Hz , 4H), 2.66 (s, 3H), 2.18 (p, J = 7.1 Hz, 2H) ppm.

2. Buchwald-Hartwig Paladyum katalizli çapraz-bağlama reaksiyonu

  1. Bir karıştırma çubuğu ve kapağını flakon ile donatılmış bir fırında kurutulmuş 0.5-2 ml Biotage mikrodalga radyasyon flakon RuPhos palladacycle (3 mg, 0.004 mmol) ekleyin.
  2. Küçük gauge iğne ile kapak septumu delerek azot üç kez flakon boşaltın ve tekrar doldurun. Flakon tasfiye tamamlandıktan sonra, iğne çıkarılır. Mikrodalga radyasyon şişeye reaksiyon sırasında kapalı bir tüp olduğu gibi hareket edecek, ve en az hava tepkime kabı içinde mevcut olduğu zaman en iyi sonuçlar elde edilir.
  3. Septum ile karıştırma ile, şırınga yoluyla lityum bis (trimetilsilil) amid (THF, 0.32 mmol içinde 1.0 M çözeltiden 0.32 mi) ilave edilir. Çözüm kırmızı olur.
  4. 2-10 dakika karıştırıldıktan sonra, (0.038 g, naftalin eklemekŞırınga yoluyla 0.3 ml susuz tetrahidrofuran (THF) içinde 0.16 mmol) eklenmiştir. Ek THF (en fazla 0.2 ml) tam olarak naftalin çözünmesi için de kullanılabilir.
  5. Karıştırma 2-10 dakika sonra şırınga yoluyla dimetilamin (THF, 0.24 mmol, 2.0 M çözeltiden 0.12 mL) ekleyin ve bir önceden ısıtılmış 85 ° C yağ banyosu içine tepkime kabı düşürmektedir.
  6. Reaksiyon TLC ile tamamlanıncaya ° C ya da 85 kadar, 3 saat boyunca, reaksiyon karışımı ısıtılır. Reaksiyon karışımı koyu renkli kahverengi olacaktır. TLC için, asetat / heksan solvent olarak% 20 etil kullanmak, ve UV ışığı ve potasyum permanganat leke ile ortaya çıkan levha görselleştirmektedir. Reaktant ve ürün Rf sırasıyla 0.5 ve 0.4 vardır.
  7. Oda sıcaklığına soğutun reaksiyon, şişenin kapağı çıkarmak ve doymuş sulu amonyum klorür çözeltisi ile tepkime (10 ml) gidermek.
  8. Bir 60 ml 'lik ayırıcı bir huni kullanılarak, organik tabaka sulu tabakadan ayrılması. Etil asetat ile sulu tabaka üç kez özü (12 ml) eklenmiştir.
  9. Ayırma hunisi içinde birleştirin ve organik tabakalar tuzlu su (15 ml) ile bir kez yıkanır.
  10. 10 dakika boyunca sodyum sülfat üzerinde birleştirilen organik katmanlar, kurutun ve ardından yerçekimi filtrasyon ile sodyum sülfat çıkarın.
  11. Bir döner buharlaştırıcı kullanılarak 30 ° C (10-30 mm Hg) düşük basınç altında, elde edilen solüsyon konsantre. Çözücü buharlaştırıldı 5-10 dakika gerektirir, ve ham kahverengi bir yağ elde edilir.
  12. Asetat / heksan solvent olarak bir etil 1,5 cm sütun kromatografi ve% 5 ile silis jel kolon kromatografisi ile ham ürün üzerine koyulmuştur. Boya sarı bir katı olarak 27 mg elde edilir.
  13. 1 H-NMR çözücü olarak CDCI3 kullanılarak ürünün kimliğinin doğrulanması. Bir 400 MHz NMR spektrometre, boya olarak takip edilir için 1 H NMR spektrumu: 7.64 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.56 (s, 1H), 7.11 (dd, J = 2.5, 9.0 Hz, 1H ), 6.87 (d, J = 2.5 Hz, 1H), 3.02 (s, 6H), 3,02-2,87 (m, 4H), 2.65 (s, 3H), 2.12 (p, J = 7.3 Hz, 2H) ppm.

3. Fotofiziksel Çalışmaları Boya Çözüm hazırlanması

  1. Temiz, kuru 10 ml.lik ölçülü balona boya 1 mg aktarın ve boya bir 0,4 x 10 -3 M stok solüsyonu elde etmek için diklorometan ile hacim (DCM) seyreltin.
  2. İkinci bir 10 ml'lik ölçülü balona stok solüsyonu 253 ul aktarın ve boya bir 1 x 10 -5 M çözelti hazırlamak için DCM ile hacme seyreltin. Bu çözüm, UV-Vis ve boya için floresan verilerini toplamak için kullanılır.

4. UV-Görünür Bölge Absorpsiyon Spektroskopisi

  1. DCM ile iki quartz spektrofotometre hücreleri doldurun. Bunlar boş örneklerdir. UV-Vis spektrofotometre boşluğuna yerleştirin. Hücrenin optik yüzeyler asla dokunmayın. Optik eksen dönük olmayan yan plakalardan en azından hücreleri tutun.
  2. Için enstrümantal parametrelerini ayarlayın2 bir yarık genişliğinde ve 480 nm / dak 'lık bir toplama oranı. Örnek için bir ad seçin ve 600 ila 200 nm bir kazanım aralığı seçin.
  3. Arka spektrum toplayın, cihazdan numune hücresi kaldırmak boşaltın ve doldurmadan önce 1 x 10 -5 M boya çözeltisi çeşitli bölümleri ile durulayın. Hücre doldurmaktan kaçının. Tutucunun içine numune hücresi geri takmadan önce, dikkatli bir şekilde temiz bir lens dokusu hücre pencereleri silin.
  4. Örnek absorbsiyon spektrumunu toplayın. Emilimin maksimum 377 nm'de görülmektedir.
  5. Diğer numuneler üzerinde UV-Vis absorpsiyon analizleri çalıştırmadan önce su, aseton, ve etanol ile quartz spektrofotometre hücreleri dikkatlice temizleyin.
  6. Toplanan verileri çizmek ve analiz etmek için Excel veya Menşe yazılımını kullanın.

5. Floresans Emisyon Spektroskopisi

  1. 1 x 10 -5 M boya çözeltisi ile kuvars florimetre hücre doldurun ve spectrofluoromet içine yerleştiriner. Hücrenin optik yüzeyleri ile cilt temasından kaçının.
  2. Enstrümantal parametreleri ayarlayın: 334 nm dalgaboyu, 2 yarık genişliği, 0.1 nm / sn elde etme oranı, 390-750 nm satın aralığı. A 390 nm kesim filtresi emisyon kaynağından saçılan ışıkta kaldırmak için gereklidir.
  3. Örneğin floresan emisyon spektrumunu toplayın. Floresans emisyon maksimum 510 nm'de görülmektedir.
  4. Diğer örnekler üzerinde flüoresans analizi çalıştırmadan önce kuvars florimetre su ile hücre, aseton, etanol ve temizleyin.
  5. Toplanan verileri çizmek ve analiz etmek için Excel veya Menşe yazılımını kullanın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

180 styrenyl türevlerinin mikrodalga radyasyon (MWI) tam siklopenta ° C ile sonuçlanmaktadır [b] yalnızca 30 dk içinde ve kantitatif verim (Şekil 1), yüksek 18 naftalin oluşumu. Resim bakır çifti ile işlenir yan ürün tespit olup, 1 H, NMR spektroskopi ile ışınlama sonra ürün ilave saflaştırma (Şekil 2) için gerek kalmadan saf görünür. Naftalin çerçeve için çeşitli değişiklikler de ip, varyasyonları ve naftalin halkasının değiştirme modeli, elektron çekici grup, bir dizi dahil edilmesi de dahil olmak üzere bu termal koşullar kullanılarak tolere edilen, ve ayrıca elektron çekici grup yer değiştirmektedir erimiş Siklopentanon ürünler yaratmak.

Florofor sentez bir Buchwald-Hartwig palladyum-c tarafından izlenen bir mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyon bir iki aşamalı bir protokol takipatalyzed çapraz bağlama reaksiyonu. Fluorofor sentez temsili bir örneği Şekil 3'te tasvir edilmektedir. A para-kloro-a-ikameli stiren, söz konusu koşullar altında siklize ve daha sonra paladyum katalizli istenen floresan boya üretmek için RuPhos palladacycle, LHMDS ve dimetilamin ile koşullar çapraz-bağlama tabi tutulur.

Boya fotofiziksel özelliklerinin polarite 19 birbirinden farklı çeşitli çözücüler içinde incelenmiştir. UV-Vis absorpsiyon spektroskopi ve floresans emisyon ölçümleri her ikisi için, 10 mm kuvars hücrelerinde floresan bileşiğin 1 x 10 -5 M çözümler floresan analizleri için 334 nm dalgaboyu ve 2 nm yarık genişliği kullanılarak analiz edilmektedir. Excel veya Origin yazılım ya normalleştirmek ve çizmek Toplanan veriler, hem de örnekler 20 absorpsiyon ve emisyon maxima hesaplamak için de kullanılabilir. Şekiller 4 ve de gösterildiği gibi

Şekil 1
Şekil 1. Mikrodalga-destekli dehydrogenative DA reaksiyonu Kapsamı. Içinde styrenyl öncüllerinin çözümleri MWI 180 1,2-dikloroetan veya o-diklorobenzen ° halata ve naftalin ikame desen (üst sıra) varyasyonlarını C tanınan naftalin bileşikleri, ikame (ikinci satır) elektron çekici ve elektronun konumu -çekici grup (üçüncü sıra). Tepki süreleri ve verim her yapı altında bulunan ve yıldız yapıldı reaksiyonları ifade edilirreaksiyon zamanı 18 azaltmak için daha yüksek sıcaklık (225 ° C veya daha fazla). büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın .

Şekil 2,
Şekil 2. Naftalin ürünün 1H NMR spektrumu. Ham ürün başka hiçbir arıtma gerektirdiğini ve bakır çifti ile işlenir yan ile hiçbir kirlenme olmadığını CDCl3 gösterir naftalin ürün A 1 H NMR spektrumu. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın .

Şekil 3
Şekil 3,.. Solvatochromic floresan boyalar üretmek için sentetik strateji aşağıdaki reaksiyon şartları temsil eden floresan bileşik üretmek için kullanılmıştır: a) MWI, 180 ° C, DCE (0.060 M), 200 dk,% 100 verim, b) dimetilamin (1.5 eşdeğ), LHMDS (2 eşdeğ), RuPhos palladacycle (2.5 mol%), THF, N, 2, 3 saat, 85 ° C,% 70 verim 18.

Şekil 4,
Şekil 4. Temsilci boya Solvatokromizm Soldan sağa:. Tolüen, 1,4-dioksan, DCM ve dimetil sülfoksit (DMSO) içinde çözündürülmüş, ve uzun dalga UV ışık altında 19 görülmektedir floresan boya.

Şekil 5,
Şekil 5,. Temsilcisi floresan boya fotofiziksel özellikleri. Normalize soğurma (sikloheksan, toluen, 1,4-dioksan, THF, DCM, kloroform, asetonitril (MeCN), DMSO, ve etanol içinde yeni floresan boya çizgi) ve flöresanlı (katı) spektrumları. Absorpsiyon spektrumu DCM içinde kaydedildi ve floresan verileri 10 mm kuvars hücrelerinde floresan boyalar 1 x 10 -5 M çözümlerinin analizi ile elde edilmiştir. Floresans analizi için dalgaboyu 334 nm 19 oldu. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Mikrodalga Destekli Dehydrogenative DA Reaksiyonu

Mikrodalga ışınlama ile styrenyl öncüllerinin intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyonu (MWI) gibi az 30 olarak dk (Şekil 1) 18 gerektiren, 71-100% yüksek verim ve kısa reaksiyon sürelerinde çeşitli naftalin yapılar üretmektedir. Dehydrogenative DA reaksiyonu gerçekleştirmenin en zor yönü çözücü özellikleri çeşitli optimum ısıtma sağlamak için dikkate alınması gerekir, çünkü genellikle karmaşıktır çözücü seçimi vardır. İlk ve en önemlisi, başarılı bir tepkime mikrodalga koşulları ile uyumlu bir çözücü içinde mümkün olmalıdır. Gibi kaynama noktası, mikrodalga emme, polarite ve mikrodalga flakon çözücünün miktarı gibi faktörler tüm ısıtma ve reaksiyon sonucu etkiler. Her ikisi de 1,2-dikloroetan (DCE) ve o-diklorobenzen (DCB) DCE ha bazen dehydrogenative DA reaksiyon için uygun solventler MWI, ama180 ulaşan s zorluk ° MWI tarafından C. Bu problem, daha fazla çözücü ekleme MWI flakon yeniden işlenmiş veya DCE daha iyi bir mikrodalga emicidir ve daha yüksek bir kaynama noktasına sahip DCB içinde reaksiyona ile çözülmüştür. Reaksiyon ilerleme bu reaksiyon süresini uzatmak olabilir reaksiyon ölçeği artar, özellikle de TLC ile izlenir. Substratlar çoğunluğu oranı ise mutlaka 225, ısıtma 180 ° C'de siklizasyonu tabi DCB ° C önemli ölçüde 180 200 dk 'dan daha büyük bir reaksiyon kez içeren örnekler için reaksiyon süresini azaltmak için, hizmet ° C. Erimiş bir sikloheksan halkası, naftalin ilişkin sadece bir örnek 300 'lik bir sıcaklık gerektirir ° C bir dehydrogenative DA reaksiyon yoluyla oluşturulan bir füzyonlu sikloheksan-naftalin iskele bildirildiği ilk örnek olarak gerçekleşmesine bağlı olarak, reaksiyonun tamamlanması için. Bu sonuçlar naftalenlerin konvansiyonel ısıtma koşullarında üretilen önceki çalışmaları büyük ölçüde değişir, ancak tamponlar gereklinded ısıtma ve naftalin ürünlerin daha düşük verimleri 8,9 elde edilmiştir. Benzer şekilde, Şekil 3 içinde tasvir edilen siklizasyon, bir 180 ° C yağ banyosu içinde yapıldığında, reaksiyon 2 gün% 61 verimle tamamlamak için gereklidir. Bu 200 dk ve MWI koşulları 18 kullanarak gözlenen kantitatif verimle gelen köklü bir farklılıktır.

Reaksiyonun hızlandırılması, ve verimini artırmak için ek olarak, mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyon önceden geleneksel ısıtma koşulları altında tolere özelliğe büyük bir miktarı içermektedir. Stirenin çeşitli pozisyonlarda klor ikame naftalin ürünleri eşsiz iskeleleri (Şekil 1) oluşumunu sağlar. Buna ek olarak, çoğu geleneksel ısıtma sadece örnekler arasında ikame olmayan elektron-çekici başlangıç ​​madde 8-13 alkin bir terminus parçalan yer alır. Sadece örnekler inclualkin bir TMS grubu tınlamak ikame yüksek verimlerle 10,13 içinde özel naftalin oluşmasına neden oldu. Şekil 1, ketonlar, aldehitler içeren mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyon kullanılarak dahil edilebilir elektron-çekici özelliğe bir dizi gösterilmektedir , esterler, sülfonlar, sülfoksitler ve fosfonatlar. Reaksiyon Alkin terminus ikamesine elektron çekici ile kolayca ortaya çıkarken, alkin veya TMS ikame Alkin öncüleri siklizasyon geçmesi başarısız ikamesiz.

Son olarak, mikrodalga destekli dehydrogenative DA tepkime gerçekleştirilebilir siklopenta kapsamı artırmakla kalmaz [b] naftalin bileşikler (Şekil 1), ancak istenmeyen bakır çifti ile işlenir ile kirlenme olmadan, bu naftalen üretir. Bir keton ya da bir propargil diester parçası getirerek bir stiren-ine ip için değişiklikler n farklı çerçeveler verecek şekilde da mümkündüryan oluşumu olmadan aphthalene. Stiren dehydrogenative DA reaksiyon Önceki örnekler kadar heteroatom ve / veya bir stiren-ine zincir içinde 8-13 karbonil dahil başlangıç ​​malzemesi ile sınırlıdır. Sadece bir örnek rapor siklopenta [b] naftalin her bir ip 10 karbon ihtiva eden bir stiren-ine oluşur. Tüm karbon tethers içeren stiren-Ynes mikrodalga-destekli reaksiyon yoluyla naftalin münhasır oluşumu verirken, bu yöntemin bir sınırlama halata ürünlerin karışımları üreten içine azot veya oksijen atomu gibi heteroatomlar bu birleşme, vardır.

Buchwald-Hartwig Paladyum katalizli çapraz-bağlama reaksiyonu

Buchwald-Hartwig paladyum katalizli çapraz-bağlama reaksiyonu yeni floresan boyalar içine mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyon tarafından üretilen naftalenlerin bir tek adımlı bir dönüşümdür. T ise saflaştırılmasıo başarılı bir paladyum katalizli çapraz-bağlama reaksiyonu için gerekli değildir, DA tepkime elde naftalenler, bu çapraz bağlama verimini artırır. Silika jeli tıpası vasıtasıyla basit filtrasyon DA adüktü arındırmak için önemli olup, mikrodalga yardımlı reaksiyon için verim olarak,% 5-10 azalma sadece sonuçlanır. 19, çapraz-bağlama ürün (Şekil 3) arasında bir% 70 verimle RuPhos palladacycle sonuçları kullanılarak bir amin ile bu naftalin çiftlenmesi. Çapraz kuplaj iyi sonuçlar gibi LHMDS ve dimetilamin gibi taze reaktifler, istihdam zaman elde edilir ve inert bir reaksiyon ortamı sağlamak için ne zaman halledilir.

UV-Vis Absorpsiyon ve Floresans Emisyon Spektroskopisi

Boya fotofiziksel özellikleri UV-Vis absorpsiyon ve floresans emisyon spektroskopisi ikisi için 1 x 10 -5 M çözümleri kullanılarak incelendi. , ABS yaparken0.01 ile 0.1 arasında orbance değerleri 334 nm dalga boyunda, hem de gürültü oranı ile iyi bir sinyal elde edilmiştir. Numunelerin Konsantrasyon 0,1-0,01 aralığında absorbans değerleri vermek için seçilmelidir.

Numunenin floresan yoğunluğu kullanılan çözücülerin kalite ve analiz edilen numune içinde oksijen varlığı da dahil olmak üzere faktörler çok çeşitli azalır. Bu sorunu aşmak için, spektroskopik dereceli çözücü boya çözümler hazırlamak için de kullanılabilir. Buna ek olarak, en iyi sonuçlar, genellikle önce spektroskopik veri toplayarak, nitrojen ya da argon gibi bir atıl gaz, ile örnek gazının alınması ile elde edilmiştir.

Yeni boya fotofiziksel özelliklerinin Prodan fazla boya gelişmiş solvatokromizm göstermek için ticari olarak mevcut floresan boya Prodan ile mukayese edilebilir. Örneğin, toluen, etanol için floresan emisyonu maksimumların kırmızıya kayma kayması için 112 nmProdan sadece 69 nm karşı boyası. Ayrıca, yeni fluorofor diklorometan içinde 510 nm 133 nm Stokes kayması ve floresans emisyon maksimum Prodan 19 85 nm Stokes kayması ve 440 nm emisyon maksimum dramatik bir artış sergilemektedir. Kırmızı-kaymıştır emisyon biyomoleküllerin doğal floresans yayan ve daha kısa dalga boylarında absorbe floroforlar tespiti sınırlayabilirsiniz biyolojik uygulamalar için özellikle önemlidir. Bu sonuçlar, değerli floresan boyalar sentezi için bu protokol uygulanabilirliği doğrulamaktadır.

Uygulamalar ve Sonuçlar

Yeni solvatochromic floresan boyalar sentezinde mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyon uygulanması bu yöntem çok yönlü tek bir uygulamadır. Sentetik Boyaların solvatokromizm soruşturma ek olarak, bu reaksiyon int ile floresan bileşiklerin çeşitli sentezlemek için kullanılabilmektedirnaftalen yapıların eşsiz işlevsellik sağlayarak fotofiziksel özellikleri eresting. Ayrıca, bu mikrodalga destekli metodoloji ile naftalenlerin hızlı ve basit sentez çok fonksiyonalize naftalen-içeren doğal ürünlerin sentezi için uygun bir yol temin edecektir.

Sonuç olarak, yöntem, burada kısa fonksiyonalitesine naftalenlerin çeşitli erişim yanı sıra, yeni bir solvatochromic boya sağladığı tanımlanmıştır. Mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyon adı geçen avantajları ve çok yönlülük ve doğal biyolojik moleküllerin sentezi için potansiyel olarak genişleyen organik floresan boyalar alanında, yanı sıra başka uygulamalar için izin verir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarının olmadığını beyan ederim.

Acknowledgments

Biz Ulusal Bilim Vakfı (CHE0910597) ve bu işi desteklemek için Ulusal Sağlık Enstitüleri (P50-GM067982) teşekkür ederim. Biz floresans ölçümlerine ilişkin faydalı tartışmalar için profesörü Michael Trakselis (Pittsburgh Üniversitesi) müteşekkiriz. Biz floresans veri toplama onların yardım için Kristy Gogick ve Robin Sloan (Pittsburgh Üniversitesi) kabul ederler.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagent/Material
1,2-Dichlor–thane, ACS reagent ≥99.0% Sigma-Aldrich 319929
SiliaPlate G TLC - glass-backed, 250 μm Silicycle TLG-R10011B-323
Ethyl acetate, certified ACS ≥99.5% Fisher Scientific E14520
Hexanes, certified ACS ≥98.5% Fisher Scientific H29220
Silica gel, standard grade Sorbent Technologies 30930M 60 A, 40-63 μM (230 x 400 mesh)
RuPhos palladacycle Strem 46-0266
Nitrogen gas Matheson TRIGAS NI304 Nitrogen 304cf, industrial
Lithium bis(trimethylsilyl) amide solution Sigma-Aldrich 225770 1.0 M solution in THF
Tetrahydrofuran anhydrous ≥99.9% Sigma-Aldrich 401757 Inhibitor-free
Dimethylamine solution Sigma-Aldrich 391956 2.0 M solution in THF
Ammonium chloride Fisher Scientific A661-500
Sodium sulfate, anhydrous (granular) Fisher Scientific S421-500
Chromatography column Chemglass CG-1188-04 ½ in ID x 18in E.L.
Cyclohexane, ≥99.0% Fisher Scientific C556-1
Toluene anhydrous, 99.8% Sigma-Aldrich 24451
1,4-Dioxane anhydrous, 99.8% Sigma-Aldrich 296309
Tetrahydrofuran anhydrous, ≥99.9% Sigma-Aldrich 186562 250 ppm BHT as inhibitor
Dichloromethane Sigma-Aldrich 650463 Chromasolv Plus
Chloroform, ≥99.8% Fisher Scientific C298-1
Acetonitrile anhydrous, 99.8% Sigma-Aldrich 271004
Dimethyl sulfoxide, ≥99.9% Fisher Scientific D128
Ethyl alcohol Pharmco-AAPER 11ACS200 Absolute
Equipment
Microwave Synthesizer Biotage Biotage Initiator Exp
Microwave Vial Biotage 352016 0.5 – 2 ml
Microwave Vial Biotage 351521 2 – 5 ml
Microwave Vial Cap Biotage 352298
Microwave Synthesizer Anton Paar Monowave 300
Microwave Vial G4 Anton Paar 99135
Microwave Vial Cap Anton Paar 88882
NMR Spectrometer Bruker Avance 300 or 400 MHz
UV-Visible Spectrometer PerkinElmer Lamda 9
Spectrophotometer cell Starna Cells 29B-Q-10 Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro, black wall
Spectrofluorometer HORIBA Jobin Yvon FluoroMax-3 S4
Fluorometer cell Starna Cells 29F-Q-10 Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wender, P. A., Miller, B. L. Synthesis at the molecular frontier. Nature. 460, 197-201 (2009).
  2. Takao, K. -i, Munakata, R., Tadano, K. -i Recent Advances in Natural Product Synthesis by Using Intramolecular Diels-Alder Reactions. Chem. Rev. 105 (12), 4779-4807 (2005).
  3. Winkler, J. D. Tandem Diels-Alder Cycloadditions in Organic Synthesis. Chem. Rev. 96 (1), 167-176 (1996).
  4. Wessig, P., Müller, G. The Dehydro-Diels-Alder Reaction. Chem. Rev. 108 (6), 2051-2063 (2008).
  5. Wagner-Jauregg, T. Thermische und photochemische Additionen von Dienophilen an Arene sowie deren Vinyloge und Hetero-Analoge; II. Synthesis. (10), 769-798 (1980).
  6. Ohno, H., et al. A Highly Regio- and Stereoselective Formation of Bicyclo[4.2.0]oct-5-ene Derivatives through Thermal Intramolecular [2 + 2] Cycloaddition of Allenes. J. Org. Chem. 72 (12), 4378-4389 (2007).
  7. Stille, J. K., Chung, D. C. Reaction of Vinylidene Cyanide with Styrene. Structure of the Cycloadduct and Copolymer. Macromolecules. 8 (1), 83-85 (1975).
  8. Klemm, L. H., Klemm, R. A., Santhanam, P. S., White, D. V. Intramolecular Diels-Alder reactions. VI. Synthesis of 3-hydroxymethyl-2-naphthoic acid lactones. J. Org. Chem. 36 (15), 2169-2172 (1971).
  9. Klemm, L. H., McGuire, T. M., Gopinath, K. W. Intramolecular Diels-Alder reactions. 10. Synthesis and cyclizations of some N-(cinnamyl and phenylpropargyl)cinnamamides and phenylpropiolamides. J. Org. Chem. 41 (15), 2571-2579 (1976).
  10. Ozawa, T., Kurahashi, T., Matsubara, S. Dehydrogenative Diels-Alder Reaction. Org. Lett. 13 (19), 5390-5393 (2011).
  11. Chackalamannil, S., et al. A facile Diels-Alder route to dihydronaphthofuranones. Tetrahedron Lett. 41 (21), 4043-4047 (2000).
  12. Ruijter, E., et al. Synthesis of Polycyclic Alkaloid-Type Compounds by an N-Acyliminium -Pictet-Spengler/Diels-Alder Sequence. Synlett. 2010, 2485-2489 (2010).
  13. Toyota, M., Terashima, S. A novel synthesis of the basic carbon framework of fredericamycin A. Promising routes for the spiro chiral center construction of the CD-ring system. Tetrahedron Lett. 30 (7), 829-832 (1989).
  14. de Koning, C. B., Rousseau, A. L., van Otterlo, W. A. L. Modern methods for the synthesis of substituted naphthalenes. Tetrahedron. 59 (1), 7-36 (2003).
  15. Johnson, I., Spence, M. T. Z. The Molecular Probes Handbook, A Guide to Fluorescent Probes and Labeling Technologies. , 11th ed, Life Technologies Corporation. Grand Island, NY. 1051 (2010).
  16. Fernández-Suárez, M., Ting, A. Y. Fluorescent probes for super-resolution imaging in living cells. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 9 (12), 929-943 (2008).
  17. Kappe, O. C., Dallinger, D., Murphree, S. Practical Microwave Synthesis for Organic Chemists. , Wiley-VCH. Weinheim. (2009).
  18. Kocsis, L. S., Benedetti, E., Brummond, K. M. A Thermal Dehydrogenative Diels-Alder Reaction of Styrenes for the Concise Synthesis of Functionalized Naphthalenes. Org. Lett. 14 (17), 4430-4433 (2012).
  19. Benedetti, E., Kocsis, L. S., Brummond, K. M. Synthesis and Photophysical Properties of a Series of Cyclopenta[b]naphthalene Solvatochromic Fluorophores. J. Am. Chem. Soc. 134 (30), 12418-12421 (2012).
  20. OriginLab Corporation. Origin 8 User Guide. , OriginLab. Northhampton, MA. (2007).

Tags

Kimya Sayı 74 Kimya Mühendisliği Fizikokimya Mikrodalga destekli sentezi dehydrogenative Diels-Alder reaksiyonları naftalenlerin floresan boyalar solvatokromizm katalizör
Fonksiyonlu naftalenlerin / Solvatochromic Boyaların Sentez için Mikrodalga-destekli Moleküliçi Dehydrogenative Diels-Alder Reaksiyonları
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kocsis, L. S., Benedetti, E.,More

Kocsis, L. S., Benedetti, E., Brummond, K. M. Microwave-assisted Intramolecular Dehydrogenative Diels-Alder Reactions for the Synthesis of Functionalized Naphthalenes/Solvatochromic Dyes. J. Vis. Exp. (74), e50511, doi:10.3791/50511 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter