Mikrobølgeovn-assistert intramolekylære Dehydrogenative Diels-Alder reaksjoner for syntese av funksjonalisert naftalener / Solvatochromic Fargestoffer

Summary

Mikrobølgeovn-assistert intramolekylære dehydrogenative Diels-Alder (DA) reaksjoner gir konsis tilgang til functionalized syklopenta [

Abstract

Functionalized naftalener ha programmer i en rekke forskningsfelt spenner fra syntesen av naturlige eller biologisk aktive molekyler til utarbeidelse av nye organiske fargestoffer. Selv om tallrike strategier har blitt rapportert til å få tilgang naftalensulfonater stillasene, mange prosedyrer fortsatt til stede begrensninger i form av å innlemme funksjonalitet, som i sin tur begrenser utvalget av tilgjengelige substrater. Utviklingen av allsidige metoder for direkte tilgang til substituerte naftalener er derfor sterkt ønskelig.

Diels-Alder (DA) cycloaddition reaksjon er en kraftig og attraktiv metode for dannelsen av mettede og umettede ringsystemer fra lett tilgjengelige utgangsmaterialer. En ny mikrobølgeovn-assistert intramolekylær dehydrogenative DA reaksjon styrenyl derivater beskrevet heri genererer en rekke funksjonalisert syklopenta [b] naftalener som ikke kunne fremstilles under anvendelse av eksisterende syntetisk metodes. Sammenlignet med konvensjonell oppvarming, akselererer mikrobølgeovn bestråling reaksjonshastigheter, forbedrer avlingene, og begrenser dannelsen av uønskede biprodukter.

Nytten av denne protokollen er videre demonstrert ved omdanning av en DA cycloadduct til en roman solvatochromic fluorescerende fargestoff via en Buchwald-Hartwig palladium-katalysert kryss-koblingsreaksjon. Fluorescensspektroskopi, som en informativ og følsom analytisk teknikk, spiller en viktig rolle i forskning områder, inkludert miljøfag, medisin, farmakologi, og cellebiologi. Tilgang til en rekke nye organiske fluoroforer levert av mikrobølgeovn-assistert dehydrogenative DA reaksjon gir videre avansement i disse feltene.

Introduction

Lite molekyl design og syntese er avgjørende for utvikling av en rekke fagområder som inkluderer legemidler, plantevernmidler, organiske fargestoffer, og mange flere ^1. Diels-Alder-(DA) og dehydro-Diels-Alder-(DDA) reaksjoner er spesielt kraftige verktøy i syntesen av små sykliske og aromatiske forbindelser ^2-4. Tillegg termisk dehydrogenative DA reaksjoner styren diener med alkyne dienophiles gi en potensielt gunstig rute til syntese av aromatiske forbindelser, ved først å danne cycloadducts som kan ytterligere aromatize henhold oksidative betingelser ^5. Ved å ansette en termisk intramolekylær dehydrogenative DA reaksjon av styren diener med alkyner, problemene typisk forbundet med å benytte styren som et dien, slik som uønskede [2 + 2] cycloaddition ^5,6 og Polymerisasjonsreaksjonene ⁷ og dårlig regioselectivity, lindres og naftalenforbindelser kan genereres.

Den termiske intramolekylær dehydrogenative DA reaksjon styrener med alkyner er ikke uten betydelige problemer. Først, de fleste reaksjoner lider lav avkastning, lange reaksjonstider og høy reaksjonstemperaturer ^8-11. I tillegg gjør mange reaksjoner ikke fremme eksklusive dannelse av naftalen produktet, både naftalen og dihydronaftalen.litium produseres, ofte som uadskillelige blandinger etter kolonnekromatografi ^11,12. Tjoringene av forløperen Styren-ynes er også begrenset til å omfatte heteroatomer og / eller karbonylgrupper molekyldeler. Bare ett eksempel er rapportert for en alle karbonholdig tjore, krever betingelser på 250 ° C i 48 timer ryddig for å oppnå naftalen formasjon ^10.

I tillegg til begrenset utvalg innenfor tjoringene til utgangsmaterialer, er en av de mest alvorlige begrensninger av denne metodikken manglende funksjonalitet tolereres under konvensjonelle termiske forhold.Den alkyne terminus av utgangsmaterialet enten usubstituert eller føyd med en fenyl-eller trimetylsilyl (TMS) moiety ^8-13. I ett eksempel, er en ester ved alkyne terminus vist å gjennomgå dehydrogenative DA reaksjon, men dette resulterer i en blanding av naftalen og dihydronaftalen.litium produkter ^11. Et senere forslag antyder at en TMS gruppe vedlagt alkyne terminus er nødvendig for å oppnå eksklusiv naftalen formasjonen i høye utbytter ^10. Mangel på mangfoldig funksjonalitet rapportert for termiske dehydrogenative DA reaksjoner grad begrense potensialet av denne reaksjon mot sammenstillingen av unike naftalen strukturer.

Ønsket om variasjon i naftalen strukturer stammer fra deres funksjon som små molekyl byggesteiner i flere vitenskapelige felt, spesielt organiske fluorescerende fargestoffer ^14,15. Den utmerkede romlig oppløsning og respons-tider av små organic fargestoffer for overvåking sanntid hendelser ¹⁶ har ført til utviklingen av hundrevis av kommersielt tilgjengelige fluorescerende forbindelser. Mange av disse fargestoffer er naftalener med diskrete photophysical og kjemiske egenskaper ^15. Velge fluorescerende fargestoffer med spesifikke egenskaper for å overvåke enkelte funksjoner er utfordrende, noe som fører til et økende behov for nye klasser av fluoroforer med flere ulike photophysical egenskaper. For dette formål, ville en termisk intramolekylær dehydrogenative DA reaksjon styrener med alkyner som gir diversifiseringen av et unikt naftalen stillas være potensielt gunstig med søknad til utvikling av nye naftalen-holdige fluorescerende fargestoffer.

Som et alternativ til konvensjonell oppvarming, er mikrobølgeovn-assistert kjemi fordelaktig fordi det gir mer ensartet oppvarming av kjemiske prøven, noe som fører til høyere kjemiske avlinger, raskere reaksjonstid priser, mildere reaksjon tilstands, og ofte annerledes selektivitet av produkter ^17. Ansette mikrobølgeovn-assistert versus konvensjonell oppvarming vilkår for intramolekylær dehydrogenative DA reaksjon styrener tjener til å eliminere mange av problemene forbundet med denne metodikken ved å redusere reaksjonstid fra dager til minutter, øker tidligere dårlige avlinger, senke reaksjonstemperaturer, og tilbyr mer selektiv formasjon av det ønskede naftalen produktet. Mikrobølgeovn-assistert reaksjon forhold kan også være mer sannsynlig å lette inkorporering av et større utvalg av funksjonalitet inn i naftalen produkter som tidligere var uoppnåelig. Bare en tidligere eksempel er rapportert utnytte mikrobølgeovn-assistert betingelser for dehydrogenative DA reaksjon der en 90% utbytte av både naftalen og dihydronaftalen.litium ble erholdt i så lite som 15 minutter ved 170 ° C ^12.

Her er rapportert en mikrobølgeovn-assistert intramolekylære dehydrogeinnfødt DA reaksjon styrenyl derivater som fører til den eksklusive dannelsen av functionalized og mangfoldig naftalen produkter i så lite som 30 minutter og i høy til kvantitative gir ^18. Nytten av denne protokollen er ytterligere demonstrert av ett-trinns konvertering av en naftalen produkt til en roman solvatochromic fluorescerende fargestoff med photophysical egenskaper som rival som den populære kommersielt tilgjengelige dye Prodan ^19.

Protocol

1. Mikrobølgeovn-assistert Dehydrogenative DA Reaction

1. Tilsett para-klor-styren-derivat (0,045 g, 0,18 mmol) og 1,2-dikloretan (3 ml) til en 2-5 ml mikrobølgeovn bestråling hetteglass utstyrt med en rørestav for å skape en 0,060 M oppløsning. Denne konsentrasjonen er brukt fordi høyere konsentrasjoner føre til dannelse av uønskede produkter.
2. Cap mikrobølgeovn bestråling hetteglasset og legg den i mikrobølgeovnen synthesizer hulrom.
3. Irradiate løsningen ved 180 ° C i 200 minutter under omrøring og med fast hold tid på. Holdetiden er hvor lenge bestråling vil skje på anvist temperatur. Reaksjonsblandingen vil slå gylden farge. Lengre reaksjonstider er ikke skadelig for utbyttet av reaksjonen.
4. Bekreft reaksjonen er fullført ved tynnsjiktskromatografi (TLC) ansette 5% etylacetat / heksan som elueringsmiddel. Visualisere TLC plate med UV-lys og kaliumpermanganat flekken. R _f av reactant og produktet er 0,2 og 0,25, respektivt.
5. Overfør reaksjonsblandingen til en scintillasjonskyvette bruke 1 ml 1,2-dikloretan å skylle mikrobølgeovn reaksjonshetteglasset. Dette resulterer i omtrent 3 ml oppløsning i scintillasjonskyvette.
6. Konsentrer innholdet i scintillasjonskyvette under redusert trykk ved 40 ° C ved hjelp av en rotasjonsfordamper (10-30 mmHg). Inndampning av oppløsningsmidlet vil kreve 5-10 min, og 45 mg av en rå brun olje oppnås. Råoljen er stabil og kan lagres på ubestemt tid uten nedbryting.
7. Rens det urene olje ved filtrering gjennom en pipette av silikagel med 5% etylacetat / heksaner som elueringsmiddel for å erverve 41 mg naftalen som et hvitt faststoff.
8. Bekrefte identiteten av produktet ved ^en H kjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi hjelp deuterert kloroform _(CDCI3) som oppløsningsmiddel. For en 300 MHz NMR spektrometer, er ^en H-NMR spektrum av naftalen slik: 7,80 (d, J = 1,8 Hz, 1H), 7,72 (d, J = 9,0 Hz, 1H), 7,70 (s, 1H), 7,38 (dd, J = 1,8, 9,0 Hz, 1H), 3,07 (t, J = 7,1 Hz , 4H), 2,66 (s, 3H), 2,18 (p, J = 7,1 Hz, 2H) ppm.

2. Buchwald-Hartwig Palladium-katalysert krysskopling Reaction

1. Legg RuPhos palladacycle (3 mg, 0,004 mmol) til en ovn-tørket 0,5 til 2 ml Biotage mikrobølgeovn bestråling hetteglass utstyrt med en rørepinne og lue hetteglasset.
2. Evakuer og fyll flasken med nitrogen tre ganger ved piercing septum av hetten med en tynn kanyle. Når spyling av hetteglasset er ferdig, fjernes nålen. Mikrobølgene bestråling hetteglasset vil fungere som et forseglet rør under reaksjonen, og de beste resultater oppnås når minimal luft er til stede i reaksjonsbeholderen.
3. Gjennom septum, tilsett litium bis (trimetylsilyl) amid (0,32 ml av en 1,0 M oppløsning i THF, 0,32 mmol) via sprøyte under omrøring. Løsningen blir rød.
4. Etter omrøring i 2-10 min, tilsett naftalen (0,038 g,0,16 mmol) i 0,3 ml vannfri tetrahydrofuran (THF) via sprøyte. Ytterligere THF (opptil 0,2 ml) kan brukes til å fullt oppløse naftalen.
5. Etter 2-10 min av omrøring, tilsett dimetylamin (0,12 ml av en 2,0 M oppløsning i THF, 0,24 mmol) via sprøyte og senk reaksjonsbeholderen inn i et forvarmet 85 ° C oljebad.
6. Oppvarme reaksjonsblandingen i 3 timer ved 85 ° C, eller inntil reaksjonen er fullført ved TLC. Reaksjonsblandingen blir mørk brun i fargen. For TLC, utnytte 20% etylacetat / heksaner som elueringsmiddel, og visualisere resulterende plate med UV-lys og kaliumpermanganat beis. R _f av reaktant og produkt er 0,5 og 0,4, respektivt.
7. Avkjøl reaksjonen til romtemperatur, fjern korken og slukke reaksjonen med mettet vandig ammoniumklorid-oppløsning (10 ml).
8. Ved hjelp av en 60 ml skilletrakt, skille det vandige lag fra det organiske laget. Ekstraher den vandige lag tre ganger med etylacetat (12 ml).
9. Kombiner de organiske lag i skilletrakten og vaskes en gang med saltvann (15 ml).
10. Tørk de kombinerte organiske lag over natriumsulfat i 10 minutter, og deretter fjerne natriumsulfat av tyngdekraften filtrering.
11. Anvendelse av en rotasjonsfordamper, konsentrere den resulterende løsningen under redusert trykk ved 30 ° C (10-30 mm Hg). Inndampning av oppløsningsmidlet vil kreve 5-10 min, og en rå brun olje oppnås.
12. Rens det urene produktet ved silikagel kolonnekromatografi med en 1,5 cm kromatografikolonne og 5% etylacetat / heksaner som elueringsmiddel. Fargestoffet blir oppnådd som 27 mg av et gult, fast stoff.
13. Bekrefte identiteten av produktet ved ^en NMR spektroskopi hjelp _CDCI3 som oppløsningsmiddel. For 400 MHz-NMR spektrometer, den ¹ H NMR spektrum for fargestoff er som følger: 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 til 2,87 (m, 4H), 2,65 (s, 3H), 2,12 (p, J = 7,3 Hz, 2H) ppm.

3. Utarbeidelse av Dye løsning for Photophysical Studies

1. Overfør en mg av fargestoff i en ren, tørr 10 ml målekolbe og fortynn til volum med diklormetan (DCM) for å oppnå en 0,4 x 10 ^-3 M stamløsning av fargestoff.
2. Overfør 253 ul av stamløsningen til en andre 10 ml målekolbe og fortynn til volum med DCM for å forberede en 1 x 10 ^-5 M oppløsning av fargestoffet. Denne løsningen vil bli brukt til å samle både UV-Vis og fluorescensen data for fargestoffet.

4. UV-Synlig Absorption Spectroscopy

1. Fylle to kvarts spektrofotometer celler med DCM. Dette er de tomme prøvene. Plassere dem i UV-Vis-spektrofotometer hulrom. Aldri berøre de optiske overflatene cellen. Håndter celler på toppen av sideplatene som ikke vender den optiske aksen.
2. Still instrumentale parametereen slissebredden av 2 og et oppkjøp hastighet av 480 nm / min. Velg et navn for prøven, og velg et oppkjøp utvalg 600-200 nm.
3. Samle bakgrunnen spekteret, fjerne prøven cellen fra instrumentet, tømme den, og skyll med flere deler av 1 x 10 ^-5 M fargeløsning før fylling. Unngå overfylling cellen. Før du setter prøven cellen tilbake i holderen, Tørk forsiktig cellevinduer med en ren linseklut.
4. Samle absorbsjonsspektrum av prøven. Absorpsjon maksimum er observert ved 377 nm.
5. Rengjør kvarts spektrofotometer cellene med vann, aceton og etanol før kjøre UV-Vis absorpsjon analyser på andre prøver.
6. Bruk Excel eller Origin programvare for å plotte og analysere de innsamlede data.

5. Fluorescensemisjonen spektroskopi

1. Fyll en kvarts fluorometer celle med 1 x 10 ^-5 M fargestoff løsning og plassere den i spectrofluorometeh. Unngå hudkontakt med de optiske overflatene cellen.
2. Still instrumentelle målinger: eksitasjonsbølgelengde på 334 nm, slissebredden av 2, oppkjøp på 0,1 nm / sek, oppkjøp utvalg 390-750 nm. En 390 nm cut-on filteret er nødvendig for å fjerne spredt lys fra utslippskilden.
3. Samle fluorescensemisjonen spektrum av prøven. Fluorescensemisjonen maksimum er observert ved 510 nm.
4. Rengjør kvarts fluorometer cellen med vann, aceton og etanol før kjøring fluorescence analyser på andre prøver.
5. Bruk Excel eller Origin programvare for å plotte og analysere de innsamlede data.

Representative Results

Mikrobølgeovn bestråling (MWI) av styrenyl derivater på 180 ° C resulterte i en fullstendig syklopenta [b] naftalen formasjonen i så lite som 30 minutter og i høy kvantitative gir (Figur 1) ^18. No dihydronaftalen.litium biprodukt er observert, og ^ved1H NMR spektroskopi produktene vises ren uten behov for ytterligere rensing etter bestråling (figur 2). Forskjellige endringer i naftalen rammeverket er godt tolerert utnytte disse termiske forhold, herunder variasjoner til tjore og substitusjon mønster på naftalenring, inkorporering av en oppstilling av elektron-uttak gruppe, og også endre plasseringen av elektron-uttak gruppe skape smeltet cyklopentanon produkter.

Syntesen av fluoroforer følger en totrinns protokoll av en mikrobølgeovn-assistert dehydrogenative DA reaksjon etterfulgt av en Buchwald-Hartwig palladium-catalyzed krysskopling reaksjon. Et representativt eksempel på fluorofor syntese er skildret i figur 3. En para-klor-substituert styren er cykliseres under de nevnte forhold, og deretter underkastet palladium-katalysert kryss-koblingsbetingelser med RuPhos palladacycle, LHMDS, og dimetylamin for å produsere den ønskede fluorescerende fargestoff.

De photophysical egenskaper fargestoff er studert i forskjellige løsningsmidler med ulik polaritet ^19. For både UV-Vis absorpsjonsspektroskopi og fluorescensemisjonen målinger, er 1 x 10 ^-5 M løsninger av den fluorescerende forbindelse i 10 mm kvarts celler analysert ansette en eksitasjonsbølgelengde på 334 nm for fluorescens analyser og en 2 nm slissebredden. Enten Excel eller Origin programvare kan brukes til å normalisere og plotte de innsamlede data, samt å beregne absorpsjon og emisjon maksima av prøvene ^20. Som vist i figurene 4 og

Figur 1. Omfang av mikrobølgeovn-assistert dehydrogenative DA reaksjon. MWI løsninger av styrenyl prekursorer i 1,2-dikloretan eller o-diklorbenzen ved 180 ° C gis naftalenforbindelser med variasjoner i snor og naftalen substitusjon mønster (øverste rad), elektron-uttak substituent (andre rad), og plassering av elektron -uttak gruppe (tredje rad). Reaksjonstid og avkastning er plassert under hver struktur, og stjernene betegne reaksjoner som ble utført påhøyere temperatur (225 ° C eller høyere) for å redusere reaksjonstiden ^18. Klikk her for å se større figur .

Figur 2. ^1H NMR spektrum av naftalen produktet. A ¹ H NMR spektrum av naftalen produkt i _CDCI3 viser at råproduktet krever ingen ytterligere rensing og at det ikke er noen forurensning med dihydronaftalen.litium biprodukt. Klikk her for å vise større figur .

Figur 3.. Syntetisk strategi for å generere solvatochromic fluorescerende fargestoffer Følgende reaksjonsbetingelser ble anvendt for å produsere den representative fluorescerende forbindelse: a) MWI, 180 ° C, DCE (0,060 M), 200 min, 100% utbytte, b) dimetylamin (1,5 ekviv), LHMDS (2 ekv), RuPhos palladacycle (2,5 mol%), THF, ₂ N, 3 t, 85 ° C, 70% utbytte ^18.

Figur 4. Solvatochromism av representanten fargestoff Fra venstre til høyre:. Fluorescerende fargestoff solubilisert i toluen, 1,4-dioksan, DCM, og dimetylsulfoksyd (DMSO), og observert under langbølget UV-lys ^19.

Figur 5. Photophysical egenskaper representant fluorescerende fargestoff. Normalisert absorpsjon (tankestrek) og fluorescens (solid) spektra av den nye fluorescerende fargestoff i cykloheksan, toluen, 1,4-dioksan, THF, DCM, kloroform, acetonitril (MeCN), DMSO, og etanol. Absorpsjon spekteret ble registrert i DCM, og fluorescens data ble oppsamlet ved å analysere en x 10 ^-5 M løsninger av de fluorescerende fargestoffer i 10 mM kvarts celler. Eksitasjon bølgelengde for Fluorescensbilder var 334 nm ^19. Klikk her for å se større figur .

Discussion

Mikrobølgeovn-Assisted Dehydrogenative DA Reaction

Den intramolekylære dehydrogenative DA reaksjon styrenyl prekursorer av mikrobølgeovn bestråling (MWI) produserer ulike naftalenoljer strukturer i høye utbytter av 71-100% og korte reaksjonstider, krever så lite som 30 minutter (figur 1) ^18. Den vanskeligste aspektet utføre dehydrogenative DA reaksjonen er solvent markering, som er ofte komplisert fordi en rekke løsemidler kjennetegn må vurderes for å sikre optimal oppvarming. Først og fremst må en vellykket reaksjon være mulig i et løsningsmiddel som er kompatibelt med mikrobølgeovn forhold. Faktorer som kokepunktet, mikrobølgeovn absorpsjon, polaritet, og mengde av løsningsmiddel i mikrobølgeovn hetteglasset alle påvirker oppvarming og reaksjon utfallet. Både 1,2-dikloretan (DCE) og o-diklorbenzen (DCB) er egnede MWI oppløsningsmidler for dehydrogenative DA reaksjonen, men tidvis DCE has vansker med å oppnå 180 ° C ved MWI. Dette problemet er løst ved å tilsette mer løsningsmiddel, recapping den MWI hetteglasset eller utføre reaksjonen i DCB, som er en bedre mikrobølgeovn absorber enn DCE og har et høyere kokepunkt. Reaksjonsblandingen fremgang overvåkes ved TLC, spesielt dersom skalaen av reaksjonen økes da dette kan forlenge tiden av reaksjonen. Mens majoriteten av substrater rapporterte do gjennomgå cyklisering ved 180 ° C, oppvarming ved 225 ° C i DCB tjener til redusere reaksjonstiden for eksempler involverer reaksjonstider større enn 200 min ved 180 ° C. Bare ett eksempel om en naftalen med en sammensmeltet sykloheksanring trenger en temperatur på 300 ° C for å fullføre reaksjonen, etablere dette som det første rapporterte eksempel på en cykloheksan-kondensert naftalen stillaset generert via en dehydrogenative DA reaksjon. Disse resultatene varierer sterkt fra tidligere arbeider hvor naftalener ble produsert under konvensjonelle oppvarmingssystemer forhold, men nødvendig extended oppvarming og lavere utbytter av de naftalen produkter ble oppnådd ^8,9. Tilsvarende når cykliseringen avbildet i figur 3 er utført i et 180 ° C oljebad, krever reaksjonen 2 dager for å fullføre i en 61% utbytte. Dette er en drastisk forskjell fra 200 min og kvantitativt utbytte observert utnytte MWI veibane ^18.

I tillegg til å påskynde reaksjonen og økende yield, inkorporerer mikrobølgeovn-assistert dehydrogenative DA reaksjon en enorm mengde funksjonalitet som ikke tidligere er tolerert under konvensjonelle oppvarmingssystemer forhold. Klor substitusjon ved ulike posisjoner i styren tillater dannelse av unike stillas av naftalen produkter (Figur 1). Tillegg, de fleste konvensjonelle oppvarmingssystemer kun eksempler inkluderer substitusjon av ikke-elektron-uttak molekyldeler på terminus av alkyne av utgangsmaterialet ^8-13. Bare eksempler including substitusjon av et TMS-gruppe på alkyne resulterte i eksklusiv naftalen formasjonen i høye utbytter ^10,13. Fig. 1 viser en matrise av elektron-uttak funksjonalitet som kan innarbeides ved anvendelse av mikrobølge-assistert dehydrogenative DA reaksjon, som omfatter ketoner, aldehyder , estere, sulfoner, sulfoksyder, og fosfonater. Mens reaksjonen skjer lett med elektron-uttak substitusjon ved alkyne terminus, usubstituert alkyne eller TMS substituerte alkyne forløpere mislykkes å gjennomgå cyklisering.

Endelig mikrobølgeovn-assistert dehydrogenative DA reaksjon ikke bare øker omfanget av oppnåelig syklopenta [b] naftalen-forbindelser (figur 1), men gir disse naftalener uten forurensning med uønsket dihydronaftalen.litium. Endringer på styren-yn tjore ved å innføre en propargyl keton eller en diester moiety er også mulig å ha råd ulike rammer av naphthalene uten biprodukt formasjon. Tidligere eksempler på dehydrogenative DA reaksjon styrener er begrenset til utgangsmaterialer som inneholder heteroatomer og / eller karbonyler i styren-yn tjore ^8-13. Bare ett eksempel rapporterte syklopenta [b] naftalen dannet fra en styren-yn inneholdende en alt karbon tjore ^10. Mens styren-ynes inneholdende alt karbon festeselene gir eksklusive dannelse av naftalen via mikrobølge-assistert reaksjon, er en begrensning til denne metoden at inkorporering av heteroatomer, slik som nitrogen eller oksygen-atomer, i tjore produsere blandinger av produkter.

Buchwald-Hartwig Palladium-katalysert krysskopling Reaction

Den Buchwald-Hartwig palladium-katalysert krysskopling reaksjon er en ett-trinns transformasjon av naftalener produsert av mikrobølgeovn-assistert dehydrogenative DA reaksjon i romanen fluorescerende fargestoffer. Mens rensing av than naftalener genereres fra DA reaksjon er ikke nødvendig for en vellykket palladium-katalysert kryss-koblingsreaksjon, gjør det øke utbyttet av krysskopling. Enkelt filtrering gjennom en plugg av silikagel er betydelig å rense DA addukt, og bare resulterer i en 5-10% reduksjon i utbytte for mikrobølgeovn-assistert reaksjon. Kobling av dette naftalen med et amin benytter RuPhos palladacycle resulterer i en 70% utbytte av krysskopling produkt (figur 3) ^19. De beste resultatene for det krysskopling oppnås når ferske reagenser, for eksempel LHMDS og dimetylamin anvendes, og når omsorg er tatt for å opprettholde en inert reaksjon miljø.

UV-Vis Absorpsjon og fluorescensemisjonen Spektroskopi

De photophysical egenskaper fargestoff ble studert ved hjelp av en x 10 ^-5 M løsninger for både UV-Vis absorpsjon og fluorescensemisjonen spektroskopi. Ved å gjøre det, absorbance verdier mellom 0,01 og 0,1 ble oppnådd ved en bølgelengde på 334 nm, så vel som godt signal til støyforhold. Konsentrasjon av prøvene bør velges for å gi absorbansverdier verdier i området fra 0,01 til 0,1.

Intensiteten av prøvens fluorescens blir begrenset av en rekke faktorer inkludert kvaliteten oppløsningsmidlene anvendes og tilstedeværelsen av oksygen i prøven som analyseres. For å overvinne dette problemet, kan spektroskopiske klasse løsemidler brukes til å forberede fargestoff løsninger. I tillegg, er de beste resultater vanligvis oppnås ved avgassing av prøven med en inert gass, slik som nitrogen eller argon, før samle spektroskopiske data.

De photophysical egenskapene til den nye fargestoff kan sammenlignes med kommersielt tilgjengelige fluorescerende fargestoff Prodan å vise forbedret solvatochromism av fargestoffet enn Prodan. For eksempel, er den bathochromic forskyvning av fluorescensemisjonen maksima fra toluen til etanol 112 nm for denfargestoff versus bare 69 nm for Prodan. Videre viser den nye fluoroforen en Stokes skift av 133 nm og fluorescensemisjonen maksimalt 510 nm i diklormetan, en dramatisk økning fra 85 nm Stokes skift og 440 nm utslipp maksimalt Prodan ^19. Red-skiftet utslipp er spesielt viktig for biologiske anvendelser der det naturlige fluorescens av biomolekyler kan begrense påvisning av fluoroforer avgir og absorberende på kortere bølgelengder. Disse resultatene bekrefter gyldigheten av denne protokollen til syntese av verdifulle fluorescerende fargestoffer.

Søknader og konklusjoner

Implementering mikrobølgeovn-assistert dehydrogenative DA reaksjon i syntesen av nye solvatochromic fluorescerende fargestoffer er bare en anvendelse av denne allsidige metodikken. I tillegg til å undersøke solvatochromism av de syntetiske fargestoffer, kan denne reaksjonen bli utnyttet for å syntetisere en rekke fluorescerende forbindelser med interesting photophysical egenskaper ved å tillate unike funksjonalisering av naftalen strukturer. Dessuten ville den raske og lettvinte syntese av naftalener via denne mikrobølgeovn-assistert metode gir en hensiktsmessig vei til syntese av høyt funksjonaliserte naftalen-holdige naturlige produkter.

I konklusjon, beskrev metodikken heri gir konsis tilgang til en rekke funksjonaliserte naftalener, så vel som til et nytt solvatochromic fargestoff. De nevnte fordeler og allsidigheten av mikrobølge-assistert dehydrogenative DA reaksjon tillater ytterligere søknader til voksende feltet av organiske fluorescerende fargestoffer, samt potensielt til syntese av naturlige og biologiske molekyler.

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