Waiting
Login processing...

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

Chemistry

מיקרוגל בסיוע תגובות Dehydrogenative intramolecular דילס-Alder לסינתזה של Naphthalenes הפונקציונלי / צבעי Solvatochromic

Published: April 1, 2013 doi: 10.3791/50511
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemistry, University of Pittsburgh

Summary

dehydrogenative intramolecular מיקרוגל בסיוע דילס-Alder תגובות (DA) לספק גישה תמציתית לcyclopenta הפונקציונלי [

Abstract

naphthalenes הפונקציונלי יש יישומים במגוון רחב של תחומי מחקר החל הסינתזה של מולקולות טבעיות או פעילות מבחינה ביולוגית להכנת צבעים אורגניים חדשים. למרות אסטרטגיות רבות כבר דיווחו לגשת פיגומי נפתלין, הליכים רבים עדיין מציגים מגבלות במונחים של פונקציונליות שילוב, אשר בתורו מצמצם את הטווח של מצעים זמינים. פיתוח השיטות מגוונות לגישה ישירה לnaphthalenes החליף לכן רצוי מאוד.

תגובת דילס-Alder (DA) cycloaddition היא שיטה חזקה ואטרקטיבית להקמת מערכות טבעת רוויות ולא רוויות מחומרי מוצא זמינים ונגישים. תגובה חדשה מיקרוגל בסיוע intramolecular dehydrogenative DA של נגזרי styrenyl מתואר כאן מייצרת מגוון cyclopenta הפונקציונלי [b] naphthalenes שלא ניתן היה שהוכן באמצעות שיטה סינטתית קיימותs. בהשוואה לחימום קונבנציונלי, קרינת מיקרוגל מאיצה שיעורי תגובה, משפרת את התשואות, ומגבילה את היווצרות תוצרי לוואי בלתי רצויים.

התועלת של פרוטוקול זה היא ביטוי נוסף בהמרה של cycloadduct התובע לצבע פלואורסצנטי solvatochromic רומן באמצעות קטליזאטור פלדיום תגובת וכוואלד-הרטוויג-צימוד. קרינת ספקטרוסקופיה, כשיטה אנליטית אינפורמטיבי ורגישה, ממלא תפקיד מרכזי בתחומי מחקר, כוללים מדעי הסביבה, רפואה, רוקחות, ביולוגיה תאית. גישה למגוון רחב של fluorophores האורגני החדש שמספק את תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע מאפשרת להתקדמות נוספת בתחומים אלה.

Introduction

עיצוב מולקולה קטנה וסינתזה הוא קריטי לפיתוח של מגוון רחב של תחומים מדעיים, הכוללים תרופות, חומרי הדברה, צבעים אורגניים, ועוד רבי 1. דילס-Alder (DA) וdehydro-דילס-Alder תגובות (DDA) הם כלים חזקים במיוחד בסינתזה של מחזורי קטנים ותרכובות ארומטיות 2-4. בנוסף, תגובות תרמיות dehydrogenative DA של dienes סטירן עם dienophiles alkyne לספק מסלול פוטנציאל מועיל לסינתזה של תרכובות ארומטיות בתחילה על ידי יצירת cycloadducts שתוכל להמשיך ולבשם בתנאי חמצונים 5. על ידי העסקת תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של dienes סטירן עם alkynes, הבעיות קשורות בדרך כלל עם סטירן ניצול כdiene, כגון לא רצויות [2 + 2] cycloaddition 5,6 ותגובות פולימריזציה 7 ורגיוסלקטיביות העניה, הקלה ובנפטלין תרכובות יכול להיות שנוצר.

תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של סטירנים עם alkynes היא לא בלי בעיות ניכרות. ראשית, רוב התגובות סובלות מתשואות נמוכות, זמני תגובה ארוכים, וטמפרטורות גבוהות תגובה 8-11. בנוסף, תגובות רבות לא לקדם היווצרות בלעדית של מוצר הנפטלין; הן הנפטלין וdihydronaphthalene מיוצרים, לעתים כתערובת בלתי נפרדת של כרומטוגרפיה עמודה 11,12. את הרצועות של מבשר סטירן ynes גם מוגבלות לכוללות moieties קרבוניל heteroatoms ו / או. רק דוגמה אחת היא דיווחה לכל רצועה מכילה פחמן, הדורשת תנאים של 250 מעלות צלזיוס במשך 48 שעות מסודרות על מנת לקבל היווצרות הנפטלין 10.

בנוסף למגוון מצומצם בתוך הרצועות של חומרי המוצא, אחד מהאילוצים החמורים ביותר של מתודולוגיה זו היא החוסר פונקציונלי הנסבל בתנאים התרמיים הקונבנציונליים.התחנה הסופית alkyne של חומר הגלם היא unsubstituted או צורפה פניל או trimethylsilyl מחצית (TMS) 8-13. במקרה אחד, אסתר בתחנה הסופית alkyne מוצגת לעבור את תגובת תובע dehydrogenative, אבל זה תוצאות תערובת של מוצרי dihydronaphthalene נפטלין ו11. הצעה אחרת מצביעה על כך שקבוצת TMS תצורף לתחנה הסופית alkyne היא הכרחית כדי להשיג היווצרות נפטלין בלעדית בתשואות גבוהות 10. המחסור פונקציונלי מגוונים דיווח לתגובות DA dehydrogenative תרמיות מגביל מאוד את הפוטנציאל של התגובה הזאת לכיוון ההרכבה של מבני נפתלין ייחודיים.

הרצון לשינוי במבני נפתלין נובע מתפקידם כאבני בניין מולקולה קטנים בכמה תחומים מדעיים, צבעי ניאון אורגניים במיוחד 14,15. רזולוציה מרחבית מעולה ותגובה פעמים של org הקטןצבעי anic לניטור 16 אירועים בזמן אמת הובילו לפיתוח של מאת תרכובות ניאון זמינות מסחרי. רבים מהצבעים האלה הם naphthalenes בעלי תכונות בדידות photophysical וכימיות 15. בחירת צבעי ניאון עם מאפיינים ספציפיים כדי לפקח על פונקציות בודדות היא מאתגרת, מה שמוביל לצורך הולך וגובר לסוגים חדשים של fluorophores בעלי תכונות photophysical מגוונות יותר. לשם כך, תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של סטירנים עם alkynes המאפשרת גיוון של נפטלין פיגום ייחודי תהיה פוטנציאל מועילה עם יישום לפיתוח צבעים חדשים המכילים נפטלין-ניאון.

כחלופה לחימום קונבנציונלי, כימית המיקרוגל בסיוע יש יתרון משום שהיא מציעה חימום אחיד יותר של המדגם הכימי, מה שמוביל לתשואות גבוהות יותר כימיות, שיעורי תגובה מהירות יותר, מצב תגובה מתונה יותרזה, ולעתים קרובות סלקטיביות שונה של מוצרים 17. העסקת תנאי חימום סיוע-מיקרוגל לעומת קונבנציונליים לתגובת תובע dehydrogenative intramolecular של סטירנים משמשת לחסל רב מהבעיות הקשורות במתודולוגיה זו על ידי צמצום זמן תגובה מימים לדקות, הגדלת תשואות העבר עניות, הפחתת טמפרטורות תגובה, ומציע היווצרות סלקטיבית יותר של המוצר הרצוי הנפטלין. תנאי תגובת מיקרוגל בסיוע יכולים להיות גם סיכוי גבוהים יותר כדי להקל על שילוב של מגוון רחב יותר של המוצרים פונקציונליים לנפתלין שהיה בעבר בלתי ניתן להשגה. רק דוגמה אחת לפני שדווחה ניצול תנאי מיקרוגל בסיוע לתגובת תובע dehydrogenative שבתשואה של 90% והן נפטלין dihydronaphthalene הושגה בקטן כמו 15 דקות ב 170 מעלות צלזיוס 12.

מסמך זה הוא דיווח dehydroge intramolecular מיקרוגל בסיועתגובת תובע יליד נגזרי styrenyl שמובילים להיווצרות הבלעדית של מוצרי נפתלין פונקציונליים ומגוונים בקטן כמו 30 דקות וב 18 לתשואות גבוהות כמותיים. התועלת של פרוטוקול זה באה לידי הביטוי גם על ידי המרה של צעד אחד של מוצר נפטלין לצבע רומן solvatochromic ניאון עם מאפייני photophysical שמתחרה של צבע Prodan הזמין מסחרי הפופולרי 19.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. תגובת התובע Dehydrogenative מיקרוגל בסיוע

  1. הוסף הנגזר-כלורו-סטירן סעיף (0.045 גרם, 0.18 mmol) וdichloroethane 1,2 (3 מ"ל) לבקבוקון 2-5 מיליליטר מיקרוגל קרינה מצוידת בבר מערבבים כדי ליצור פתרון M 0.060. ריכוז זה משמש כי ריכוזים גבוהים יותר יובילו להיווצרות של מוצרים לא רצויים.
  2. הכיסוי או בקבוקון קרינת המיקרוגל ולמקם אותו בחלל סינתיסייזר המיקרוגל.
  3. להקרין את הפתרון ב 180 מעלות צלזיוס במשך 200 דקות עם ערבוב ועם זמן המתנה קבועה ב. זמן ההמתנה הוא כמה זמן הקרנה תתרחש בטמפרטורה המיועדת. תערובת התגובה תהפוך זהובה. זמני תגובה ארוכות יותר אינם מזיקים לתשואה של התגובה.
  4. לאשר את תגובתו מלאה של כרומטוגרפיה שכבה דקה (TLC) מעסיקה 5% אתיל יצטט / הקסאן כeluent. דמיינו צלחת TLC עם אור האולטרה סגול וpermanganate אשלגן כתם. ו ר של reactant והמוצר הם 0.2 ו -0.25 בהתאמה.
  5. להעביר את התגובה לבקבוקון נצנץ באמצעות 1 מ"ל של 1,2-dichloroethane לשטוף את בקבוקון תגובת המיקרוגל. כתוצאה מכך כ 3 מ"ל של תמיסה בבקבוקון הנצנץ.
  6. לרכז את התוכן של בקבוקון הנצנץ תחת לחץ מופחת ב 40 ° C באמצעות מאייד סיבובי (10-30 מ"מ כספי). אידוי של הממס ידרוש 5-10 דקות, ו45 מ"ג של שמן חום גולמי יושג. הנפט הגולמי הוא יציב וניתן לאחסן עד אינסוף ללא פירוק.
  7. לטהר את הנפט הגולמי על ידי סינון דרך פיפטה של ​​ג'ל סיליקה עם 5% אתיל יצטט / hexanes כeluent לרכוש 41 מ"ג של נפטלין כמוצק לבנה.
  8. לאשר את זהותו של המוצר על ידי H 1 תהודה המגנטית הגרעינית (NMR) ספקטרוסקופיה באמצעות כלורופורם deuterated (3 CDCl) כממס. לספקטרומטר 300 MHz NMR, ספקטרום 1 H NMR של הנפטלין הוא כדלקמן: 7.80 (ד, J = 1.8 הרץ, 1H), 7.72 (ד, י = 9.0 הרץ, 1H), 7.70 (s, 1H), 7.38 (dd, J = 1.8, 9.0 הרץ, 1H), 3.07 (t, J = 7.1 הרץ , 4H), 2.66 (s, 3H), 2.18 (p, J = 7.1 הרץ, 2H) לדקה.

2. בוכוואלד-הרטוויג פלדיום-קטליזאטור תגובה חוצת צימוד

  1. הוסף RuPhos palladacycle (3 מ"ג, 0.004 mmol) לבקבוקון תנור מיובש 0.5-2 מ"ל Biotage מיקרוגל קרינה מצוידת בבר מערבבים וכובע הבקבוקון.
  2. לפנות ולמלא את הבקבוקון עם חנקן שלוש פעמים כשנקבו את הפקק של מכסה עם מחט מד קטן. לאחר ההקאה של הבקבוקון מלא, להוציא את המחט. בקבוקון קרינת המיקרוגל יפעל כצינור אטום במהלך התגובה, ואת התוצאות הטובות ביותר מתקבלות כאשר אוויר מינימאלי קיים בכלי התגובה.
  3. דרך המחיצה, להוסיף אמיד ליתיום bis (trimethylsilyl) (0.32 מ"ל של תמיסה 1.0 מ 'בTHF, 0.32 mmol) באמצעות מזרק עם הערבוב. הפתרון יהפוך לאדום.
  4. לאחר הערבוב במשך 2-10 דקות, להוסיף נפטלין (0.038 גרם,0.16 mmol) ב0.3 מ"ל נטול מי tetrahydrofuran (THF) באמצעות מזרק. THF נוסף (עד 0.2 מ"ל) ניתן להשתמש כדי לפזר הנפטלין באופן מלא.
  5. אחרי 2-10 דקות של ערבוב, מוסיף dimethylamine (0.12 מ"ל של תמיסת 2.0 M בTHF, 0.24 mmol) באמצעות מזרק ולהנמיך את כלי תגובה לחומם מראש ° C אמבט שמן 85.
  6. מחמם את תערובת תגובה ל3 שעות על 85 מעלות צלזיוס, או עד שהתגובה היא להשלים עד TLC. תגובת התערובת תהיה חום כהה בצבע. לTLC, לנצל 20% אתיל יצטט / hexanes כeluent, ולדמיין את הצלחת וכתוצאה עם אור האולטרה סגול וpermanganate אשלגן כתם. ו ר של מגיב והמוצר הם 0.5 ו -0.4, בהתאמה.
  7. לקרר תגובה לטמפרטורת חדר, הסר את מכסה הבקבוקון, ולהרוות את התגובה בתמיסה מימית אמוניום כלוריד רוויה (10 מ"ל).
  8. באמצעות משפך separatory 60 מ"ל, להפריד את השכבה המימית מהשכבה האורגנית. חלץ את השכבה המימית שלוש פעמים באתיל יצטטו (12 מ"ל).
  9. שלב את השכבות האורגניות במשפך separatory ולשטוף פעם אחת עם מי מלח (15 מ"ל).
  10. ייבש את השכבות האורגניות המשולבות מעל נתרן גופרתי למשך 10 דקות, ולאחר מכן להסיר נתרן הגופרתי ידי סינון הכביד.
  11. שימוש במאייד סיבובי, לרכז את פתרון כתוצאה תחת לחץ מופחת של 30 ° C (10-30 מ"מ כספי). אידוי של הממס ידרוש 5-10 דקות, ושמן חום גולמי יושג.
  12. לטהר את המוצר הגולמי על ידי כרומטוגרפיה עמודת סיליקה ג'ל עם עמודת 1.5 סנטימטר כרומטוגרפיה ואתיל יצטט 5% / hexanes כeluent. הצבע יתקבל כ27 מ"ג של מוצק צהובה.
  13. לאשר את זהותו של המוצר על ידי H 1 NMR ספקטרוסקופיה באמצעות 3 CDCl כממס. ל400 MHz NMR ספקטרומטר, ספקטרום 1 H NMR לצבע כפי שבצע: 7.64 (ד, י = 9.0 הרץ, 1H), 7.56 (s, 1H), 7.11 (dd, J = 2.5, 9.0 הרץ, 1H ), 6.87 (ד, י = 2.5 הרץ, 1H), 3.02 (s, 6H), 3.02-2.87 (מ ', 4H), 2.65 (s, 3H), 2.12 (p, J = 7.3 הרץ, 2H) לדקה.

3. הכנת פתרון דיי ללימודי Photophysical

  1. העברת 1 מ"ג של הצבע לתוך בקבוק נקי ויבש 10 מיליליטר נפח ולדלל את הנפח עם dichloromethane (DCM) להשיג פתרון 0.4 x 10 -3 M מלאי של הצבע.
  2. העברת 253 μl מפתרון המנייה לבקבוק מיליליטר נפח 10 שניות ולדלל את הנפח עם DCM להכין פתרון 10 x 1 -5 מ 'של הצבע. פתרון זה ישמש לאיסוף UV-VIS ואת נתוני קרינה עבור לצבוע את שניהם.

4. ספקטרוסקופיה קליטה-UV לעין

  1. מלא שני תאי ספקטרופוטומטר קוורץ עם DCM. אלה הם דוגמאות ריקות. למקם אותם לתוך חלל ספקטרופוטומטר UV-Vis. אין לגעת במשטחים האופטיים של התא. טפל בתאים בחלק העליון של לוחות הצד שאינו עומדים בפני הציר האופטי.
  2. הגדר את הפרמטרים אינסטרומנטליות לרוחב חריץ 2 ושיעור רכישה של 480 ננומטר / min. בחר שם לדוגמה ובחר טווח רכישה 600-200 ננומטר.
  3. איסוף ספקטרום הרקע, להסיר את תא הדגימה מהמכשיר, רוקנו אותו, ולשטוף עם כמה חלקים של פתרון 1 x 10 -5 M לצבוע לפני המילוי. הימנע גדש את התא. לפני ההכנסה חזרה תא המדגם לתוך המחזיק, לנגב היטב את החלונות הסלולריים עם רקמת עדשה נקיה.
  4. אסוף את ספקטרום הספיגה של המדגם. הקליטה המרבית שנצפה ב377 ננומטר.
  5. זהירות לנקות את תאי ספקטרופוטומטר קוורץ במים, אצטון, אתנול ולפני הפעלת ניתוחי קליטת UV-Vis על דוגמאות אחרות.
  6. השתמש בתוכנת Excel או מקור לתכנן ולנתח את הנתונים שנאספו.

5. פלואורסצנטי פליטת ספקטרוסקופיה

  1. מלא תא fluorometer קוורץ עם פתרון 1 x 10 -5 M לצבוע ולמקם אותו לתוך spectrofluorometאה. יש להימנע ממגע עור עם המשטחים האופטיים של התא.
  2. הגדר את הפרמטרים האינסטרומנטליים: אורך גל עירור ב334 ננומטר, רוחב חריץ 2, שיעור רכישה של 0.1 ננומטר / שני, מגוון רכישה 390-750 ננומטר. לגזור על מסנן 390 ננומטר יש צורך להסיר את האור מפוזר ממקור הפליטה.
  3. אסוף את ספקטרום פליטת הקרינה של המדגם. הפליטה המרבית פלואורסצנטי הוא ציין ב510 ננומטר.
  4. נקה את תא קוורץ fluorometer עם מים, אצטון, אתנול ולפני הפעלת ניתוח קרינה בדוגמאות אחרות.
  5. השתמש בתוכנת Excel או מקור לתכנן ולנתח את הנתונים שנאספו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

קרינת מיקרוגל (MWI) של נגזרי styrenyl ב180 ° C בתוצאות cyclopenta המלא [b] היווצרות נפטלין קטן כמו 30 דקות ובתשואות גבוהות לכמותיים (איור 1) 18. תוצר לוואי הוא לא dihydronaphthalene נצפה, ועל ידי H NMR ספקטרוסקופיה 1 המוצרים מופיעים טהורים ללא צורך בטיהור נוספת לאחר הקרנה (איור 2). שינויים שונים במסגרת הנפטלין נסבלים היטב ניצול תנאים אלה תרמיות, כוללים וריאציות לרצועה ודפוס התחלופה של טבעת הנפטלין, שילוב של מערך של אלקטרון משייכת קבוצה, וגם לשנות את מיקומו של אלקטרון הקבוצה לנסיגה ליצור מוצרי cyclopentanone התמזגו.

הסינתזה של fluorophores כדלקמן פרוטוקול שני שלבים של תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע אחרי וכוואלד-הרטוויג פלדיום גתגובת atalyzed-צימוד. דוגמה מייצגת של סינתזת fluorophore מתואר באיור 3. סטירן כלורו substituted-סעיף הוא cyclized בתנאים האמורים, ולאחר מכן נתון לצימוד צולב פלדיום קטליזאטור תנאים עם RuPhos palladacycle, LHMDS, וdimethylamine לייצר צבע פלואורסצנטי הרצוי.

מאפייני photophysical של הצבע נלמדים בממסים שונים של קוטביות שונה 19. עבור שניהם ספקטרוסקופיה הקליטה UV-VIS ומדידות פליטת קרינה, 1 10 -5 פתרוני x מ 'של מתחם הניאון ב10 תאי מ"מ קוורץ מנותחים העסקת אורך גל של 334 ננומטר עירור לניתוחי קרינה ורוחב חריץ ננומטר 2. ניתן להשתמש גם Excel או תוכנת מקור לנרמל ולהתוות את הנתונים שנאסף, כמו גם כדי לחשב את הבליעה והפליטה היא המקסימום של 20 דגימות. כפי שניתן לראות באיורים 4 ו

איור 1
איור 1. היקף תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע. MWI של פתרונות של מבשרי styrenyl ב1,2-dichloroethane או O-dichlorobenzene ב 180 ° C תרכובות נפתלין המוענקת עם וריאציות ברצועה ודפוס תחלופת נפטלין (שורה העליונה), אלקטרוני נסיגה (השורה השנייה) substituent, ומיקום של האלקטרון -משייכת קבוצה (שורה השלישית). זמני תגובה ובתשואה נמצאים מתחת לכל מבנה, וכוכביות מציינות תגובות שבוצעו בטמפרטורה גבוהה (225 מעלות צלזיוס או יותר) כדי לקצר את זמן תגובה של 18. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

איור 2
איור 2. 1 H NMR ספקטרום של מוצר נפטלין. ספקטרום 1 H NMR של המוצר בנפטלין 3 מופעי CDCl שהמוצר הגולמי לא דורש טיהור נוספת וכי אין זיהום בdihydronaphthalene תוצר לוואי. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

איור 3
איור 3.. אסטרטגיה סינטתית לייצור צבעי ניאון solvatochromic את תנאי התגובה הבאות הועסקו לייצר מתחם ניאון הנציג:) MWI, 180 מעלות צלזיוס, DCE (0.060 M), 200 דקות, 100% תשואה; ב) Dimethylamine (1.5 EQUIV), LHMDS (2 EQUIV), RuPhos palladacycle (2.5% mol), THF, N 2, 3 שעות, 85 ° C, תשואה 70% 18.

איור 4
איור 4. Solvatochromism של צבע הנציג משמאל לימין:. צבע פלואורסצנטי solubilized בטולואן, 1,4-dioxane, DCM, וsulfoxide דימתיל (DMSO), ונצפה תחת אור UV longwave 19.

איור 5
איור 5. מאפייני Photophysical של צבע פלואורסצנטי. נציג קליטה מנורמלת (מקף) ופלואורסצנטי ספקטרום (מוצק) של צבע פלואורסצנטי החדש בציקלוהקסן, טולואן, 1,4-dioxane, THF, DCM, כלורופורם, אצטוניטריל (MeCN), DMSO, ואתנול. ספקטרום הספיגה נרשם בDCM, ונתוני קרינה נאספו על ידי ניתוח 1 10 -5 פתרוני x מ 'של צבעי הניאון ב10 תאי קוורץ מ"מ. גל העירור לניתוח פלואורסצנטי היה 334 ננומטר 19. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

תגובת תובע Dehydrogenative מיקרוגל-Assisted

תגובת intramolecular dehydrogenative DA של מבשרי styrenyl ידי הקרנת מיקרוגל (MWI) מייצרת מבני נפתלין מגוונים בתשואות גבוהות של 71-100% וזמני תגובה קצרים, שדורשת קצת כמו 30 דקות (איור 1) 18. ההיבט הקשה ביותר של ביצוע תגובת תובע dehydrogenative הוא בחירה ממסה, אשר לעתים קרובות הוא מסובכת בגלל מגוון מאפייני ממס צריך להילקח בחשבון כדי להבטיח חימום אופטימלי. בראש ובראשונה, תגובה מוצלחת חייבת להיות אפשרית בממס התואם את התנאים במיקרוגל. גורמים כגון נקודת רתיחה, קליטת מיקרוגל, קוטביות, וכמות של ממסים במיקרוגל את הבקבוקון כל אלה משפיעים חימום ותוצאת תגובה. שניהם 1,2-dichloroethane (DCE) וO-dichlorobenzene (DCB) הם ממסי MWI מתאימים לתגובת תובע dehydrogenative, אבל מדי פעם DCE חהקושי של להגיע 180 ° C על ידי MWI. בעיה זו נפתרה על ידי הוספה יותר ממס, recapping בקבוקון MWI, או ביצוע התגובה בDCB, שהוא יותר טוב מבולם מיקרוגל DCE ויש נקודת רתיחה גבוהה יותר. התקדמות תגובה מנוטרת על ידי TLC, במיוחד אם הסולם של התגובה הוא גדל כמו זה עלול להאריך את הזמן של התגובה. בעוד שברוב המצעים דיווחו לעשות לעבור cyclization ב 180 מעלות צלזיוס, החימום ב 225 המעלות צלזיוס בDCB משמשת באופן משמעותי לצמצום זמן תגובה לדוגמאות מעורבות זמני תגובה של יותר מ 200 דקות ב 180 ° C. רק דוגמה אחת הנוגעת נפטלין עם טבעת ציקלוהקסן התמזג דורשת טמפרטורה של 300 ° C כדי להשלים את התגובה, ההקמה הזה כדוגמא הראשונה שדווחה מנפטלין הפיגום ציקלוהקסן-התמזג מופקת באמצעות תגובת תובע dehydrogenative. תוצאות אלו שונות מאוד מעבודות קודמות שבי naphthalenes יוצרו בתנאי חימום קונבנציונליים, אך נדרשו exteחימום nded ותשואות נמוכות של מוצרי נפתלין התקבלו 8,9. בדומה לכך, כאשר cyclization המתואר באיור 3 מתבצע ב° C אמבט שמן 180, התגובה דורשת 2 ימים כדי להשלים בתשואת 61%. זהו הבדל הדרסטי מ200 דקות ותפוקה הכמותית נצפתה ניצול MWI תנאי 18.

בנוסף לזירוז התגובה והגדלת תשואה, תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע משלבת כמות עצומה של פונקציונליות לא נסבלת בעבר בתנאי חימום קונבנציונליים. החלפת כלור בעמדות שונות של סטירן מאפשרת היווצרות של פיגומים ייחודיים של מוצרי נפתלין (איור 1). בנוסף, דוגמאות חימום הקונבנציונליות ביותר כוללות החלפה של הלא אלקטרוני נסיגת moieties בתחנה הסופית של alkyne של חומר הגלם 8-13 בלבד. דוגמאות בלבד incluהחלפת דינג של קבוצת TMS בalkyne הביאה היווצרות נפטלין בלעדית בתשואות גבוהות 10,13. איור 1 מציג מערך של אלקטרון נסיגה פונקציונלית שיכול להיות משולב על ידי ניצול תגובת מיקרוגל בסיוע dehydrogenative התובע, הכולל קטונים, אלדהידים , אסטרים, sulfones, sulfoxides ופוספונאטים. אמנם התגובה מתרחשת בקלות עם משייכת אלקטרוני החלפה בתחנה הסופית alkyne, unsubstituted alkyne או TMS מבשרי alkyne החליפו נכשלים לעבור cyclization.

לבסוף, את תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע מגדילה את היקף cyclopenta השגה לא רק [b] תרכובות נפתלין (איור 1), אבל מייצר naphthalenes הללו ללא זיהום עם dihydronaphthalene לא רצוי. שינויים לרצועת סטירן-yne ידי החדרת קיטון propargyl או מחצית diester גם אפשריים להרשות לעצמו מסגרות שונות של naphthalene ללא היווצרות תוצר לוואי. דוגמאות קודמות של תגובת תובע dehydrogenative של סטירנים מוגבלות לחומרים המוצא הכוללים heteroatoms ו / או carbonyls ברצועת סטירן-yne 8-13. רק דוגמה אחת דיווחה cyclopenta [b] נוצר מהנפטלין המכיל את כל רצועת פחמן 10 סטירן-yne. בעוד סטירן ynes המכיל את כל רצועות הפחם לתת היווצרות בלעדית של הנפטלין באמצעות תגובת מיקרוגל בסיוע, הגבלה אחת למתודולוגיה זו היא ששילוב של heteroatoms, כגון חנקן או אטומי חמצן, לרצועה לייצר תערובות של מוצרים.

בוכוואלד-הרטוויג פלדיום-קטליזאטור תגובה חוצת צימוד

פלדיום קטליזאטור וכוואלד-הרטוויג תגובת צימוד צולב הוא שינוי של צעד אחד מnaphthalenes המיוצר על ידי את תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע לצבעי ניאון רומן. בעוד טיהור tהוא naphthalenes נוצר מתגובת התובע אינו הכרחי לפלדיום קטליזאטור תגובה מוצלחת-צימוד, זה להגדיל את התשואה של הצימוד הצולב. סינון פשוט באמצעות תוספת של ג'ל סיליקה הוא משמעותי כדי לטהר adduct התובע, ורק תוצאות בהפחתת 5-10% בתשואה לתגובת מיקרוגל בסיוע. צימוד של נפטלין זה עם אמין ניצול תוצאות RuPhos palladacycle בתשואת 70% מתוצר צימוד צלב (איור 3) 19. את התוצאות הטובות ביותר עבור-הצימוד מתקבלות כאשר ריאגנטים טריים, כגון LHMDS וdimethylamine מועסקים, וכאשר טיפול נלקחה כדי לשמור על סביבת תגובת אינרטי.

קליטת UV-VIS וספקטרוסקופיה פליטת קרינה

מאפייני photophysical של הצבע נחקרו באמצעות 1 x 10 -5 פתרוני M עבור שניהם ספיגה UV-VIS וספקטרוסקופיה פליטת קרינה. בעשותו כן, שרירי בטןערכי orbance בין 0.01 ו -0.1 התקבלו באורך גל של 334 ננומטר, כמו גם איתות טובה ליחסי רעש. ריכוז של דגימות צריך להיבחר לתת ערכי ספיגה בטווח של 0.01-0.1.

העצמה של הקרינה של המדגם היא פחת על ידי מגוון רחב של גורמים, כולל איכות הממסים המועסקים ונוכחות החמצן במדגם שנתח. כדי להתגבר על בעיה זו, ממסי כיתה ספקטרוסקופיות ניתן להשתמש כדי להכין את הפתרונים לצבוע. בנוסף, התוצאות הטובות ביותר הן בדרך כלל מתקבלות על ידי degassing המדגם עם גז אינרטי, כגון חנקן או ארגון, לפני איסוף נתונים ספקטרוסקופיות.

מאפייני photophysical של הצבע החדש ניתן להשוות עם Prodan הצבע פלואורסצנטי הזמין מסחרי כדי להראות solvatochromism המשופר של הצבע על Prodan. לדוגמה, שינוי bathochromic של קרינת פליטת maxima מטולואן לאתנול הוא 112 ננומטר עבורצבע לעומת רק 69 ננומטר לProdan. יתר על כן, fluorophore החדש מציג שינוי של 133 ננומטר סטוקס ומקסימום פליטת קרינה של 510 ננומטר בdichloromethane, עלייה דרמטית ממשמרת 85 ננומטר סטוקס ומקסימום פליטת ננומטר 440 מן Prodan 19. האדום העבירו פליטות חשובות במיוחד עבור יישומים ביולוגיים בו את הקרינה הטבעית של ביומולקולות יכולה להגביל את זיהוי של fluorophores הפולט ובולעים באורכי גל קצרים יותר. תוצאות אלה מאשרות את תחולתו של פרוטוקול זה לסינתזה של צבעי ניאון יקרים ערך.

יישומים ומסקנות

יישום תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע בסינתזה של צבעי ניאון solvatochromic רומן הוא רק אחד יישום של מתודולוגיה תכליתית זה. בנוסף לחקירת solvatochromism של הצבעים הסינתטיים, תגובה זו יכולה להיות מנוצלת כדי לסנתז מגוון רחב של תרכובות ניאון עם interesting נכסי photophysical כך שהוא מאפשר לfunctionalization הייחודי של מבני napthalene. כמו כן, הסינתזה ומהירה המחשבה של naphthalenes באמצעות מתודולוגיה מיקרוגל בסיוע זה תספק מסלול מועיל לסינתזה של מוצרים פונקציונליים מאוד טבעיים המכילים נפטלין.

לסיכום, השיטה שתוארה לעיל מספקת גישה תמציתית למגוון naphthalenes הפונקציונלי, כמו גם לצבע solvatochromic חדש. את היתרונות ואת הרבגוניות האמורות של תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע ייאפשרו ליישומים נוספים בתחום ההרחבה של צבעי ניאון אורגניים, כמו גם פוטנציאל לסינתזה של מולקולות טבעיות וביולוגיות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

אנו מודים לקרן הלאומי למדע (CHE0910597) והמכונים הלאומיים לבריאות (P50-GM067982) לתמיכה בעבודה זו. אנו מודים לפרופסור מיכאל Trakselis (אוניברסיטת פיטסבורג) לדיונים מועילים בדבר מדידות קרינה. אנו מכירים קריסטי Gogick ורובין סלואן (אוניברסיטת פיטסבורג) על סיועם באיסוף נתוני קרינה.

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

כימיה גיליון 74 הנדסה כימית כימיה פיסיקלית סינתזת המיקרוגל בסיוע dehydrogenative דילס-Alder תגובות naphthalenes צבעי ניאון solvatochromism זרז
מיקרוגל בסיוע תגובות Dehydrogenative intramolecular דילס-Alder לסינתזה של Naphthalenes הפונקציונלי / צבעי Solvatochromic
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