Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Микроволновая печь при содействии Внутримолекулярная Dehydrogenative Дильса-Альдера реакций синтеза функционализированных Нафталины / сольватохромные Красители

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

Summary

Микроволновая печь при содействии внутримолекулярной dehydrogenative Дильса-Альдера (DA) реакции краткой доступ к функционализированных циклопента [

Abstract

Функционализированных нафталины применение в различных исследовательских областях, начиная от синтеза природных и биологически активных молекул в подготовке новых органических красителей. Несмотря на многочисленные стратегии, как сообщается, доступ нафталина леса, многие процедуры еще присутствуют ограничения по включению функциональность, которая, в свою очередь, сужает круг доступных субстратов. Развитие универсальных методов для прямого доступа к замещенные нафталины Поэтому весьма желательно.

Дильса-Альдера (DA) циклоприсоединения является мощным и привлекательным методом для формирования насыщенные и ненасыщенные циклические системы из легко доступных исходных материалов. Новая микроволновая помощью внутримолекулярной реакции dehydrogenative Д.А. styrenyl производные, описанные здесь порождает многообразие функционализированных циклопента [b] нафталины, которые не могут быть получены с использованием существующего метода синтезас. По сравнению с обычным отоплением, микроволновое излучение ускоряет скорость реакции, повышает урожайность, и ограничивает образование нежелательных побочных продуктов.

Полезность этого протокола дальнейшем продемонстрировано преобразование циклоаддукт DA в роман сольватохромные флуоресцентного красителя через Бухвальд-Хартвиг ​​катализируемой палладием кросс-сочетания реакции. Флуоресцентной спектроскопии, как информативным и чувствительным аналитическим методом, играет ключевую роль в исследовании областей, включая экологические науки, медицины, фармакологии и клеточной биологии. Доступ к различным новых органических флуорофоров предоставляемых СВЧ-dehydrogenative помощью реакции DA обеспечивает дальнейшее продвижение в этих областях.

Introduction

Компактная конструкция и синтеза молекул имеет решающее значение для развития целого ряда научных направлений, которое включает лекарственные препараты, пестициды, органические красители, и многое другое 1. Дильса-Альдера (ДА) и дегидро-Дильса-Альдера (DDA) реакции являются особенно мощными инструментами в синтезе малых циклических и ароматических соединений 2-4. Кроме того, тепловые dehydrogenative реакции DA стирола диенов с алкином диенофилов обеспечивают потенциально выгодный маршрут для синтеза ароматических соединений первоначально формирования циклоаддуктов, которые могут дополнительно ароматизируется в окислительных условиях 5. За счет использования тепловых внутримолекулярные реакции dehydrogenative DA стирола диенов с алкинов, проблемы, обычно связанные с использованием стирола в качестве диенов, таких как нежелательное [2 + 2]-циклоприсоединения 5,6 и реакции полимеризации 7 и бедными региоселективность, смягчаются и нафталина соединений могут быть получены.

Тепловая реакция внутримолекулярного dehydrogenative Д.А. стиролы с алкинов не без значительных проблем. Во-первых, большинство реакций страдают от низкой урожайности, времени реакции, высокой температуры реакции 8-11. Кроме того, многие реакции не способствуют формированию эксклюзивных нафталина продукта; как нафталин и дигидронафталин производится, часто неотделимы смеси с помощью колоночной хроматографии 11,12. Тросов предшественника стирол-ynes также ограничены включить гетероатомов и / или карбонильными группами. Только один пример сообщается на весь углерод-содержащих трос, требующих условий 250 ° C аккуратным в течение 48 ч с целью получения нафталина формирования 10.

В дополнение к ограниченное разнообразие в ремнях исходных материалов, одним из самых серьезных ограничений этой методики является отсутствие функциональности переносится в обычных тепловых условиях.Алкином конца исходного материала либо незамещенным или добавляется фенил или триметилсилил (TMS) часть 8-13. В одном случае, эфир в конце алкином показано пройти dehydrogenative реакции DA, но это приводит к смеси нафталина и дигидронафталин продукции 11. Позже предложение предполагает, что TMS группа добавляется к концу алкинов является необходимым для достижения эксклюзивных формирования нафталина с высокими выходами 10. Дефицит разнообразной функциональностью сообщил тепловой dehydrogenative реакции DA существенно ограничивает потенциал этой реакции к сборке уникальных сооружений нафталина.

Стремление к изменению структуры нафталина вытекает из их функции как малые молекулы строительные блоки в нескольких научных областях, особенно органических флуоресцентных красителей 14,15. Отличное пространственное разрешение и ответов раза малых оргANIC красители для мониторинга в режиме реального времени событий 16 привело к развитию сотни коммерчески доступных флуоресцентных соединений. Многие из этих красителей нафталинов с дискретной фотофизических и химические свойства 15. Выбор флуоресцентных красителей с заданными свойствами для мониторинга отдельных функций является сложной задачей, что приводит к увеличению потребности в новых классах флуорофоров с более разнообразными фотофизические свойства. Для этого, тепловые реакции внутримолекулярного dehydrogenative Д.А. стиролы с алкинов, что позволяет диверсификации уникальный нафталина эшафот бы быть потенциально полезным в применении к разработке новых нафталин-содержащих флуоресцентные красители.

В качестве альтернативы обычным отоплением, микроволновая помощью химии является выгодным, поскольку он предлагает более равномерного нагрева химических образца, что приводит к повышению урожайности химической, быстрее скорость реакции, мягкие условия реакциис, а часто отличаются избирательностью изделий 17. Применение СВЧ-помощь по сравнению с обычными условиями отопления для внутримолекулярной реакции dehydrogenative Д.А. стиролы служит для устранения многих проблем, связанных с этой методологией за счет сокращения времени реакции от нескольких дней до нескольких минут, увеличивая ранее плохой выход, снижение температуры реакции, и предлагают более селективное образование нужного нафталина продукта. Микроволновая печь при содействии условий реакции могут быть более вероятно, чтобы облегчить включение большего разнообразия функций в нафталин продукции, которая ранее была недостижимой. Только один пример перед сообщалось использованием микроволновой помощью условия для dehydrogenative реакции DA, в которой 90% доходности как нафталин и дигидронафталин был получен всего за 15 минут при 170 ° C 12.

В этом сообщается микроволновой помощью внутримолекулярных dehydrogeродной реакции Д.А. styrenyl производных что приводит к исключительной формирования функционализированные и разнообразных продуктов нафталина в качестве лишь 30 минут, а в высоких количественных дает 18. Полезность этого протокола дальнейшего продемонстрировал один шаг преобразования нафталина продукт в новой сольватохромные флуоресцентного красителя с фотофизических свойств, которые соперничать с популярностью коммерчески доступных красителей Продан 19.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Микроволновая печь при содействии Dehydrogenative Реакция Д.А.

  1. Добавить пара-хлор-производные стирола (0,045 г, 0,18 ммоль) и 1,2-дихлорэтан (3 мл) 2-5 мл микроволнового облучения флакон оснащен мешалкой для создания 0,060 М раствор. Эта концентрация используется потому, что более высокие концентрации приводят к образованию нежелательных продуктов.
  2. Закройте флакон микроволнового излучения и поместить его в полость синтезатор микроволновой печи.
  3. Облучения раствора при 180 ° С в течение 200 мин при перемешивании и с фиксированным временем удержания на. Время удержания том, как долго облучения будет происходить при заданной температуре. Реакционную смесь станет золотистого цвета. Больше времени реакции не влияют на выход реакции.
  4. Подтверждение завершения реакции с помощью тонкослойной хроматографии (ТСХ) с использованием 5% этилацетат / гексан в качестве элюента. Визуализируйте ТСХ пластины с УФ-света и перманганата калия пятно. F R из reactanт и продуктов равны 0,2 и 0,25, соответственно.
  5. Передача реакции на сцинтилляционный флакон с использованием 1 мл 1,2-дихлорэтана, чтобы ополоснуть флакон микроволновой реакции. В результате около 3 мл раствора в сцинтилляционный флакон.
  6. Концентрат содержимое флакона сцинтилляционных при пониженном давлении при 40 ° C с использованием роторного испарителя (10-30 мм рт.ст.). Испарение растворителя потребуется 5-10 минут и 45 мг сырой нефти коричневого будут получены. Нефть стабильна и может быть сохранено на неопределенное время без разложения.
  7. Очищают сырой нефти путем фильтрации через пипетку силикагеля с 5% этилацетат / гексан в качестве элюента приобрести 41 мг нафталина в виде белого твердого вещества.
  8. Подтвердить идентичность продукта на 1 H ядерного магнитного резонанса (ЯМР) спектроскопии с использованием дейтерированном хлороформе (CDCl 3) в качестве растворителя. Для 300-МГц спектрометре ЯМР 1 H ЯМР-спектр нафталина выглядит следующим образом: 7,80 (д, J = 1,8 Гц, 1H), 7,72 (д, J = 9,0 Гц, 1H), 7,70 (с, 1H), 7,38 (дд, J = 1,8, 9,0 Гц, 1H), 3,07 (т, J = 7,1 Гц , 4H), 2,66 (с, 3Н), 2,18 (р, J = 7,1 Гц, 2H) частей на миллион.

2. Бухвальд-Хартвиг ​​катализируемой палладием кросс-реакции сочетания

  1. Добавить Ruphos палладацикла (3 мг, 0,004 ммоль), высушенную в печи 0,5-2 мл Biotage микроволнового облучения флакон оснащен мешалкой и крышки флакона.
  2. Эвакуировать и пополнить флакон с азотом три раза, прокалывая перегородки крышкой с небольшим иглой. После продувки флаконов завершена, извлеките иглу. Флакон микроволнового облучения будет выступать в качестве запаянной трубке в процессе реакции, и лучшие результаты получаются при минимальных воздухе присутствует в реакционном сосуде.
  3. Через перегородку, добавить литий-бис (триметилсилил) амида (0,32 мл 1,0 М раствора в ТГФ, 0,32 ммоль) с помощью шприца при перемешивании. Решение станет красным.
  4. После перемешивания в течение 2-10 мин, добавляют нафталин (0,038 г,0,16 ммоль) в 0,3 мл безводного тетрагидрофурана (ТГФ) с помощью шприца. Дополнительная ТГФ (до 0,2 мл) может быть использована для полного растворения нафталина.
  5. После 2-10 минут помешивая, добавить диметиламина (0,12 мл 2,0 М раствора в ТГФ, 0,24 ммоль) с помощью шприца и опустить в реакционный сосуд в разогретую 85 ° C масляной ванне.
  6. Нагрейте реакционную смесь в течение 3 часов при 85 ° C, или до завершения реакции с помощью ТСХ. Реакционную смесь будет темно-коричневого цвета. Для TLC, используют 20% этилацетат / гексан в качестве элюента, и визуализировать полученные пластины с УФ-света и перманганата калия пятно. F R реагента и продукта составляют 0,5 и 0,4, соответственно.
  7. Охладить реакции до комнатной температуры, снимите крышку флакона, и гасят реакцию насыщенным водным раствором хлорида аммония (10 мл).
  8. Использование 60 мл делительную воронку, отделяют водный слой от органического слоя. Извлечение водный слой три раза этилацетатом (12 мл).
  9. Комбинат органического слоя в делительную воронку и промывают один раз солевым раствором (15 мл).
  10. Сушат объединенные органические слои над сульфатом натрия в течение 10 мин, а затем удалить сульфат натрия под действием силы тяжести фильтрации.
  11. С помощью роторного испарителя, концентрат полученный раствор при пониженном давлении при 30 ° C (10-30 мм рт.ст.). Испарение растворителя потребуется 5-10 минут, а нефть коричневого будут получены.
  12. Очищают сырой продукт колоночной хроматографии на силикагеле с 1,5 см колоночной хроматографии и 5% этилацетат / гексан в качестве элюента. Краситель будет получен как 27 мг твердого вещества желтого цвета.
  13. Подтвердить идентичность продукта на 1 Н-ЯМР-спектроскопии с использованием CDCl 3 в качестве растворителя. Для 400 МГц ЯМР-спектрометр, 1 H ЯМР-спектр для красителя состоит в следующем: 7.64 (д, J = 9,0 Гц, 1H), 7,56 (с, 1H), 7,11 (дд, J = 2,5, 9,0 Гц, 1H ), 6,87 (д, J = 2,5 Гц, 1H), 3.02 (с, 6Н), 3,02 - 2,87 (м, 4Н), 2,65 (с, 3Н), 2,12 (р, J = 7,3 Гц, 2H) частей на миллион.

3. Приготовление раствора красителя для Фотофизические исследований

  1. Передача 1 мг красителя в чистую, сухую мерную колбу на 10 мл и довести до нужного объема с помощью дихлорметана (DCM), чтобы получить 0,4 х 10 -3 складе М раствор красителя.
  2. Передача 253 мкл раствора для второй 10 мл мерную колбу и разбавляют до объема DCM подготовить 1 х 10 -5 М раствора красителя. Это решение будет использоваться для сбора и UV-VIS и флуоресценция данных для красителя.

4. УФ-видимой спектроскопии поглощения

  1. Заполните двух кварцевых клетки спектрофотометр с DCM. Эти пустые образцы. Поместите их в UV-VIS спектрофотометр полости. Никогда не прикасайтесь к оптической поверхности клетки. Ручка клетки в верхней части пластин, которые не сталкиваются с оптической осью.
  2. Набор инструментальных параметровШирина щели 2 и приобретение скорости 480 нм / мин. Выберите имя для образца и выберите приобретения диапазоне от 600 до 200 нм.
  3. Сбор спектр фона, удалить образец клеток из инструментов, очистить его и промыть несколько частей 1 х 10 -5 М раствора красителя перед заполнением. Избегайте переполнения клетки. Перед установкой задней кювету в держатель, тщательно протрите окна камер с чистой тканью.
  4. Сбор спектр поглощения образца. Максимум поглощения наблюдается при 377 нм.
  5. Тщательно очистите кварцевых кюветах спектрофотометра с водой, ацетоном и этанолом перед запуском UV-Vis анализ поглощения от других образцов.
  6. Использование Excel или происхождение программного обеспечения для построения и анализа собранных данных.

5. Флуоресценция эмиссионная спектроскопия

  1. Заполните кварцевой кювете флуорометр с 1 х 10 -5 М раствора красителя и поместить его в spectrofluorometэ. Избегать контакта кожи с оптической поверхности клетки.
  2. Набор инструментальных параметров: длина волны возбуждения при 334 нм, ширина щели 2, приобретение размере 0,1 нм / с, приобретение диапазоне от 390 до 750 нм. 390 нм Cut фильтр необходим для удаления рассеянного света от источника выбросов.
  3. Сбор флуоресценции спектр излучения образца. Максимум флуоресценции наблюдается излучение на длине волны 510 нм.
  4. Очистите кварцевой кювете флуорометр с водой, ацетоном и этанолом перед запуском флуоресценции анализы на другие образцы.
  5. Использование Excel или происхождение программного обеспечения для построения и анализа собранных данных.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Микроволновое облучение (MWI) из styrenyl производных при 180 ° С приводит к полному циклопента [b] нафталин образование в качестве лишь 30 минут, а в высоких количественных выходов (рис. 1) 18. Нет побочных дигидронафталин наблюдается и на 1 Н ЯМР-спектроскопии продукты появляются чистая, без необходимости дополнительной очистки после облучения (рис. 2). Различные изменения в рамках нафталин хорошо переносится использования этих тепловых условий, в том числе изменения в трос и замещения кольца нафталина, включение массив электроноакцепторные группы, а также изменение расположения электронно-вывода группы создать плавленых продуктов циклопентанона.

Синтез флуорофоров следует двухступенчатый протокол микроволновой печи при содействии dehydrogenative реакции DA следуют Бухвальд-Хартвиг ​​палладия сatalyzed кросс-сочетания реакции. Представитель пример флуорофора синтез изображен на рисунке 3. Пара-хлор-замещенных стирольных циклизуют в соответствии с вышеупомянутым условиям, а затем подвергают катализируемой палладием кросс-сочетания условий с Ruphos палладацикла, LHMDS, и диметиламин для получения желаемого флуоресцентным красителем.

Фотофизические свойства красителей изучается в различных растворителях различной полярности 19. Для обоих UV-Vis спектроскопии поглощения и флуоресценции измерений выбросов, 1 х 10 -5 М решений флуоресцентным соединением 10 мм, кварц клетки анализируют использованием длины волны возбуждения 334 нм для флуоресцентного анализа и 2 нм, ширина щели. Либо Excel или происхождение программное обеспечение может быть использовано для нормализации и построить собранных данных, а также для расчета поглощения и испускания максимумов образцов 20. Как показано на рисунках 4 и

Рисунок 1
Рисунок 1. Область применения микроволнового помощь dehydrogenative реакции DA. MWI решений styrenyl предшественников в 1,2-дихлорэтан или о-дихлорбензола при 180 ° C предоставляемой нафталина соединения с вариациями в троса и нафталина замещения (верхний ряд), электронно-акцепторные заместители (второй ряд), и местонахождение электронов -вывода группы (третья строка). Время реакции и выход расположены под каждой структуры, и звездочками обозначены реакций, которые были проведены вболее высокой температуре (225 ° C или больше), чтобы уменьшить время реакции 18. Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Рисунок 2
Рисунок 2. 1 Н-ЯМР-спектр продукта нафталина. 1 Н-ЯМР-спектр нафталина продукта в CDCl 3 показывает, что сырой продукт не требует дополнительной очистки, и что нет никаких загрязнений дигидронафталин побочный продукт. Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Рисунок 3
Рисунок 3.. Синтетические стратегии для создания сольватохромные флуоресцентных красителей следующие условия реакции были использованы для получения представителем флуоресцентные соединения: а) MWI, 180 ° C, DCE (0,060 м), 200 мин, выход 100%, б) Диметиламин (1,5 экв), LHMDS (2 экв), Ruphos палладацикла (2,5 моль%), ТГФ, N 2, 3 ч, 85 ° C, выход 70% 18.

Рисунок 4
Рисунок 4. Сольватохромия представитель красителя Слева направо:. Флуоресцентный краситель растворяется в толуоле, 1,4-диоксан, DCM, и диметилсульфоксид (ДМСО), и наблюдается при длинноволнового ультрафиолетового света 19.

Рисунок 5
Рисунок 5. Фотофизические свойства представитель флуоресцентным красителем. Нормализованной поглощения (тире) и флуоресценции (сплошные) спектры нового флуоресцентного красителя в циклогексана, толуола, 1,4-диоксан, ТГФ, DCM, хлороформ, ацетонитрил (MeCN), ДМСО, и этанол. Спектре поглощения была записана в DCM, и флуоресценции данные были собраны путем анализа 1 х 10 -5 М раствора флуоресцентных красителей в 10 мм кварц клеток. Длины волны возбуждения флуоресценции для анализа было 334 нм 19. Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Микроволновая печь-Assisted Dehydrogenative Реакция Д.А.

Внутримолекулярные реакции dehydrogenative Д.А. styrenyl предшественников микроволнового облучения (MWI) производит разнообразные структуры нафталина в высокие урожаи 71-100% и короткое время реакции, что требует всего 30 мин (рис. 1) 18. Самым сложным аспектом выполнения dehydrogenative реакции DA является платежеспособным выбор, который часто осложняется тем, что различные характеристики растворителя необходимо учитывать для обеспечения оптимального отопления. В первую очередь, успешная реакция должна быть возможность в растворителе, совместимый с микроволновой печью условиях. Такие факторы, как температура кипения, СВЧ поглощения, полярность и количество растворителя в микроволновой печи флаконе все это влияет на отопление и реакция результат. Оба 1,2-дихлорэтана (DCE) и о-дихлорбензол (DCB) являются подходящими растворителями MWI для dehydrogenative реакции DA, но иногда DCE гаТрудность достижения 180 ° C по MWI. Эта задача решается путем добавления растворителя, резюмируя флаконе MWI или при выполнении реакции в DCB, которая является лучшей СВЧ поглотителя, чем DCE и имеет более высокую температуру кипения. Реакция прогресс контролировали с помощью ТСХ, особенно если масштабы реакции увеличивается, поскольку это может увеличить время реакции. В то время как большинство субстратов сообщили сделать циклизуются при 180 ° C, нагрев при 225 ° С в DCB предлагает значительно сократить время реакции на примерах с реакцией раза больше, чем 200 мин при температуре 180 ° C. Только один пример относительно нафталина с конденсированное кольцо циклогексана требуется температура 300 ° C для завершения реакции, установление этом сообщил первый пример циклогексан-плавленого нафталина эшафот генерируются с помощью dehydrogenative реакции DA. Эти результаты существенно отличаться от предыдущих работ, где нафталины были произведены в обычных условиях отопления, но требует Extended отопление и снижению урожайности продуктов нафталина было получено 8,9. Аналогичным образом, когда циклизации показано на рисунке 3 ведется в 180 ° C масляной ванне, реакции требуется 2 дня, чтобы закончить в 61% доходности. Это резко отличается от 200 мин и количественный выход наблюдается использование MWI условиях 18.

В дополнение к ускорению реакции и повышения урожайности, СВЧ-dehydrogenative помощью реакции DA включает в себя огромное количество функций, которые ранее не переносится в обычных условиях нагрева. Хлор замещения при различных положениях стирола обеспечивает формирование уникальных лесов продукции нафталина (рис. 1). Кроме того, большинство обычных примеров отопление включают только замена без электронно-вывода остатков на конечной алкином исходного материала 8-13. Только примеры включенийДин замена ТМС групп в алкинов в результате эксклюзивную нафталина в формировании высоких урожаев 10,13. рисунке 1 показан массив электронно-вывода функциональных возможностей, которые могут быть включены с использованием микроволнового помощь dehydrogenative реакции DA, который включает в себя кетоны, альдегиды , сложные эфиры, сульфоны, сульфоксиды, и фосфонаты. В то время как реакция протекает легко с электронно-вывода замещения в конце алкинов, незамещенный алкинов или TMS замещенных алкинов предшественников не в циклизуются.

Наконец, микроволновая печь при содействии dehydrogenative реакции DA не только увеличивает объем достижимо циклопента [b] нафталин соединения (рис. 1), но производит эти нафталины без загрязнения с нежелательными дигидронафталин. Внесены изменения в стирол-ин троса путем введения пропаргил кетон или диэфир группу также можно позволить себе различные структуры пaphthalene без побочного образования. Предыдущие примеры dehydrogenative реакции Д.А. стиролы ограничены исходные материалы, которые включают гетероатомов и / или карбонилов в стирол-ин троса 8-13. Только один пример сообщила циклопента [b] нафталина образуется из стирол-ин содержащий весь углерод, трос 10. В то время как стирол-ynes, содержащий все углерода тросов дать эксклюзивное формирования нафталина с помощью СВЧ-вспомогательной реакции, одним ограничением этой методики является то, что включение гетероатомов, таких как азот или атомы кислорода, в привязи производить смеси продуктов.

Бухвальд-Хартвиг ​​катализируемой палладием кросс-реакции сочетания

Бухвальд-Хартвиг ​​катализируемой палладием кросс-сочетания реакции один шаг преобразования нафталина производства СВЧ-dehydrogenative помощью реакции DA в новых флуоресцентных красителей. В то время как очистка тОн нафталины, полученные от реакции DA не является необходимым для успешного катализируемой палладием кросс-сочетания реакции, она увеличивает выход кросс-сочетания. Простая фильтрация через слой силикагеля является существенным, чтобы очистить аддукт DA, и только результаты в 5-10% снижение доходности по микроволновой помощью реакции. Соединение этого нафталина с использованием аминов Ruphos палладацикла результаты в 70% доходности кросс-сочетания продуктов (рис. 3) 19. Наилучшие результаты для кросс-сочетания получаются, когда свежие реагенты, такие как LHMDS и диметиламина заняты, и когда приняты меры для поддержания инертной среде реакция.

UV-Vis поглощения и флуоресценции эмиссионная спектроскопия

Фотофизические свойства красителей были изучены с использованием 1 х 10 -5 М решения как для UV-Vis поглощения и флуоресценции эмиссионной спектроскопии. При этом, ABSorbance значения между 0,01 и 0,1 были получены при длине волны 334 нм, а также хороший сигнал шум. Концентрация образцов должны быть выбраны, чтобы дать значения абсорбции в диапазоне от 0,01 до 0,1.

Интенсивность флуоресценции образца уменьшается на широкий спектр факторов, включая качество растворители, используемые в присутствии кислорода в анализируемой пробы. Чтобы решить эту проблему, спектроскопические класса растворители могут быть использованы для подготовки растворов красителей. Кроме того, лучшие результаты обычно получаются путем дегазации образца с инертным газом, таким как азот или аргон, до сбора спектроскопических данных.

Фотофизические свойства новых красителей можно сравнить с коммерчески доступных флуоресцентных красителей Продан, чтобы показать расширенные сольватохромией на красителе более Продан. Например, батохромный сдвиг максимума флуоресценции из толуола с этанолом составляет 112 нм длякрасителя по сравнению с только 69 нм Продан. Кроме того, новый флуорофор демонстрирует сдвиг Стокса из 133 нм, а максимум флуоресценции излучения 510 нм в дихлорметане, резкое увеличение по сравнению с 85 нм стоксова сдвига и 440 нм максимум излучения из Продан 19. Красное смещение выбросов являются особенно важными для биологических применений, где естественной флуоресценции биомолекул может ограничить обнаружение флуорофоров излучать и поглощать на более коротких волнах. Эти результаты подтверждают применимость этого протокола для синтеза ценных флуоресцентными красителями.

Приложения и выводы

Реализация микроволновой помощь dehydrogenative реакции DA в синтезе новых сольватохромные флуоресцентные красители только одно применение этой универсальной методологии. В дополнение к исследованию сольватохромией синтетических красителей, эта реакция может быть использована для синтеза различных соединений с люминесцентными Interesting фотофизические свойства, позволяя уникальные функционализации нафталин структур. Кроме того, быстрый и легкий синтез нафталинов с помощью этой микроволновой помощью методологии обеспечит целесообразное путь к синтезу высоко функциональными нафталин-содержащих натуральные продукты.

В заключение отметим, что методика, описанная здесь предоставляет краткую доступ к различным функционализированных нафталины, а также новый краситель сольватохромные. Указанные преимущества и универсальность СВЧ-dehydrogenative помощью реакции DA позволяет для дальнейшего применения к расширению области органических флуоресцентных красителей, а также потенциально к синтезу природных и биологических молекул.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Мы благодарим Национальный научный фонд (CHE0910597) и Национального института здоровья (P50-GM067982) за поддержку этой работы. Мы благодарны профессору Майклу Trakselis (Университет Питтсбурга) за полезные обсуждения, касающиеся флуоресцентных измерений. Мы признаем, Kristy Gogick и Робин Слоун (Университет Питтсбурга) за их помощь в сборе данных флуоресценции.

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

Химия выпуск 74 Химическая технология физическая химия микроволновая печь при содействии синтеза dehydrogenative Дильса-Альдера нафталины флуоресцентные красители сольватохромией катализатор
Микроволновая печь при содействии Внутримолекулярная Dehydrogenative Дильса-Альдера реакций синтеза функционализированных Нафталины / сольватохромные Красители
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