Summary
ここにcyanocarbenesを生成するためのアジドとの合成、単離、および超原子価ヨードアルキトリフ（HIATs）の反応が記載されている。手順は、不活性雰囲気下で低温ろ過などの空気に敏感と寒剤技術を伴う。合成された化合物の取り扱いや安全性も議論される。
Abstract
この記事で説明する手順は、cyanocarbene中間体を形成するために、超原子価ヨードアルキトリフ（HIATs）とアジドとのその後の反応の合成および単離。超原子価ヨードアルキニルトリフの合成が容易なことができますが、困難がそれらの単離及び反応性から生じる。特に、いくつかのHIATsのため-45℃で不活性雰囲気下での濾過を使用する必要性は、特別の保護及び装置を必要とする。一旦単離されると、化合物は、記憶されcyanocarbene中間体を形成するために、アジドとの反応に用いることができる。
cyanocarbene生成のための証拠は目に見える二窒素の押し出しなどのOH挿入、スルホキシド錯体形成、およびシクロプロパンから発生した製品の特性評価によって示されている。 cyanocarbene形成の副反応は、フッ化ビニリデン - カルベンの生成であり、このプロセスを制御するための条件が記載されている。があるまた、超原子価ヨードニウムトリフレートアルケニル及び単離およびその生成の制御手段を形成する電位が提供される。 OH挿入反応は、溶媒/基質としてHIAT、アジ化ナトリウム又はアジ化テトラブチルアンモニウムを用いて、メタノールを含む。スルホキシド錯体形成反応は、溶媒としてHIAT、アジ化ナトリウム又はアジ化テトラブチルアンモニウム、ジメチルスルホキシドを使用する。シクロプロパンを用いて、または溶媒を使用せずに行うことができる。アジド源は、テトラブチルアンモニウムアジドでなければならず、示された基板はスチレンである。
Introduction
有機化学の継続的な進化は、新しい反応の設計と開発にかかっている。具体的には、これまで想像もできなかった合成経路を可能にする新しい反応の発見は、最終的な意義を負うものとします。この目的のため、我々のグループはcyanocarbeneにアルキンとアジドの窒素の2個の炭素を変換することが望ましい。反応性cyanocarbeneが急速にさらに反応するので、1本まで知られていなかった変換は、分子の複雑さが大幅に増加を可能にするであろう。初期の努力は、求核アルキンと求電子アジ化物を使用していたが、cyanocarbenesとは対照的に、トリアゾールを効率的に、この場合に形成された。2極性転換の考え方を活用して、第二の方法は、求電子アルキンと求核アジ化物を使用し、cyanocarbene反応から得られる生成物は、幸いであるこの場合に形成される。3求核アジドの多くの情報源があるが、求電子性アルキンであるあまり一般的。クラウスBanertのグループは、以前アルキニル-塩化物を使用して、この反応のための概念実証、4が、我々のグループを報告し、Banertグループが独立し、同時に超原子価ヨードアルキトリフ（HIATsが）の理由のためにはるかに優れた電子物質であると判断安定性と反応性。3,6我々はここに形成し、cyanocarbenesとしてその場で反応するアジドと合成、単離、およびこれらのHIATsの反応を説明します。
いくつかの安全上の注意は、これらの実験を進める前に検討する必要があります。一部の超原子価ヨードアルキニルトリフが不安定であり、中間cyanocarbeneを形成するために、空気と光。7にさらされたときに、いつか激しく、分解し、手順は、アジのソースを使用する必要があります。アジドは爆発性の高い有毒である。これらの材料の取り扱いには8適切な個人用保護具を着用する必要があります、特に有機スズ、および試薬のすべての操作が適切に換気されたフードで行われるべきである。 cyanocarbeneは強力で、不安定な反応中間体である。窒素ガスの発生が制御可能であり、閉鎖系でこれらの反応を行うことはありませんように小さなスケールで最初に実験を行うように注意してください。反応のスケールアップが望まれる場合、強く安全シールドの使用を示唆している。
多くHIATsの合成以前Zefirov試薬9,10、およびコーサー試薬の使用を含め公表されている、9,11しかし、このビデオでは、cyanophenyliodoniumトリフ試薬9,12（ 図1）を使用することになります。 Cyanophenyliodoniumトリフレートが表示さ以前に報告された文献の製剤に基づいて合成した。13試薬は、所望の生成物を形成するトリアルキルスズ変性アルキン14と反応する。 HIATを合成し、それを形成するためにアジドと反応させることができる単離された後中間反応性cyanocarbene（ 図2）。我々の経験では、それは良好な効率及び歩留まりを有し、アルキニルので、そのようなシラン15およびアルキニルボロン酸エステル16を用いて、ビデオ内のメソッドが選択されたようなヨードニウムアルキンを合成するために使用することができるいくつかの他の方法がある。
この反応のための私達の提案された機構3,5（ 図3）は、それによって、ヨードベンゼン分解しヨード-イリドとビニリデン-カルベンを形成する、アルキンのβ-炭素へのアジド源の添加を必要とする。ビニリデン-カルベンはその後アルキニル-アジドを得たR基またはアジドいずれかの移行を経由して 、1,2 -転位を受けることができる。アルキニル - アジド次いで基質と反応することができるcyanocarbeneを形成するために二窒素を押し出す。これは、条件に応じて、超原子価ヨードアルケニルトリフ種の形成があり得ることに留意すべきである。副生成物であるヨード - イリドのプロトンがアルキニル、アジの再配置よりも高速であるプロトン性溶媒中で、より低い温度で支持した。 OH挿入反応の間に発生する別の可能な生成物は、アルキニル - アジドへの転位が発生する前ビニリデンカルベンがトラップされるビニルエーテルである。このビニルエーテルを形成する傾向は、R基により決定される。
この反応の主な利点の一つは、カルベンが反応した後、得られたニトリル基は、さらに官能化するための便利な取っ手であることである。多くのシントンは、この方法で想定することができ、異なる製品が同じ基板に形成することができる。温度、濃度、及びアルキンのR基を有する生成物混合物を制御することが必要である。3 cyanocarbenesの動作方法の際に適切な洞察によると、方法は、迅速に標的分子を形成する化学的複雑性を追加するために実行可能な手段を示している。どのcyanocarbenの例eは、次いで、OHのアルコールの求核性酸素原子がカルベンを攻撃挿入およびプロトン移動は、ジメチルスルホキシドカルベンが硫黄原子と結合して複合体形成、及びカルベンはアルケンと反応してシクロプロパンを発生する反応が挙げられる。
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Protocol
1。フェニルHIATの合成
- マグネチックスターラーで乾燥した100mlの丸底フラスコを装備し、アルゴン雰囲気下、フラスコを有している。スタンドにフラスコをクランプし、アセトニトリルと固体二酸化炭素ペレットの寒剤浴に配置します。注意：寒剤は約-45℃にすべきである
- 冷たいフラスコに乾燥ジクロロメタン10mlを加え、溶媒が低温流体の温度と平衡することができます。注：フラスコ中の過剰のヘッドスペースは、後に沈殿を強制的にジエチルエーテルを添加するために重要である。
- 0.35グラム（1当量）cyanophenyliodoniumトリフレートを計量し、すぐに冷たいフラスコに移す。注記：固体は、この温度ではかなり不溶でなければならない。
- 空の注射器の質量を風袋引きし、それが0.37グラム（1当量）phenylethynyltributyltinの重量を量る使用しています。
- 冷溶液にphenylethynyltributyltinを注入。注意：固体の溶解はことを示していHIATが形成されています。解散のおおよその時間は30分である。
- 生成物の沈殿を強制的にジエチルエーテルおよびヘキサンを加える。注：沈殿物を形成し、減圧下で溶媒を蒸発させHIATの沈殿を強制的にジエチルエーテルとヘキサンとの混合物を添加しない場合。
- ブフナー漏斗で真空フラスコを装備し、ろ過用漏斗に溶液を注ぐ。
- 固形物を収集し、不透明な容器に寒さを格納します。
2。 n-ペンチルHIATの合成
- マグネチックスターラーで乾燥250mlの三つ口丸底フラスコを装備し、アルゴン雰囲気下、フラスコを有している。スタンドにフラスコをクランプし、アセトニトリルと固体二酸化炭素ペレットの寒剤浴に配置します。注意：寒剤は約-45℃にすべきである
- 濾過は、迅速かつ冷TEMで行うことができるように、フラスコ上のシュレン濾過装置を組み立てるperature。グリースと一緒に装置の各関節を固定します。注：濾過システムは、いくつかの手段によって構築することができるが、それは、システムが不活性ガスで押し、ガラスフィルターを介して真空に引くする能力を有することが重要である。
- 冷たいフラスコに乾燥ジクロロメタン10mlを加え、溶媒が低温流体の温度と平衡することができます。注：フラスコ中の過剰のヘッドスペースは、沈殿を強制的に保存ヘキサンを添加するために重要である。
- 0.35グラム（1当量）cyanophenyliodoniumトリフレートを計量し、すぐに冷たいフラスコに移す。注記：固体は、この温度ではかなり不溶でなければならない。
- 空の注射器の質量を風袋引きし、それが0.44グラム（1当量）トリブチルスズヘプチンの重量を量る使用しています。
- 冷溶液にトリブチルスズヘプチンを注入。注：固体の溶解はHIATが形成されたことを示す。解散のおおよその時間は30分である。
- 進の75ミリリットルを注入沈殿物を形成するために、フラスコの余分なヘッドスペースにANE。
- 真空下で回収フラスコを置きます。
- スタンドからの装置をアンクランプし、慎重にガラスフィルター上に溶液を注ぐためにそれを傾けます。を通して液体を引っ張るために、収集フラスコ、真空を開きます。注意：真空容器内に空気を引っ張ったりしないでください。
- 装置を解体し、ろ過が完了すると、フィルタから固形物をこすり。固体をろ液から除去されると、それはより少ない空気や温度に敏感であり、空気に開放処理することができます。
- 固形物を収集し、不透明な容器に寒さを格納します。
3。フェニルHIATから作らCyanocarbenesのOH挿入
- マグネチックスターラーで乾燥した50mlの丸底フラスコを装備し、アルゴン雰囲気下、フラスコを有している。撹拌プレートにフラスコをクランプし、フラスコに、乾燥メタノール20mlを注入する。
- 0.300グラム（1当量）を、以前にsynthesiの重量を量るZEDフェニルHIATかつ迅速にフラスコに追加します。
- フラスコに0.047グラム（1当量）のアジ化ナトリウムを加える。注：ソリューションは、時間と窒素ガスの上に暗くなりますがcyanocarbene形成によって生成されます。
- 反応がある限り、バブル形成が起こるように継続してみましょう。完了までのおおよその時間は20分である。
- 空気に露出させ、溶液を減圧を用いて溶媒を蒸発させる。
- 残液にジクロロメタンを加え、ナトリウムトリフを削除するために、水性抽出を行う。無水硫酸ナトリウムでジクロロメタンとドライの有機相を収集します。
- ソリューションをデカントし、減圧を使用して蒸発させる。
- cyanocarbene生成物を精製するためにカラムクロマトグラフィーを行う。
4。フェニルHIATを使用したシクロプロパンCyanocarbene反応
- グローブボックス中で0.125グラム（1当量）、テトラブチルアンモニウムアジドを計量し、乾燥した10mLの丸底フラスコ当量に入れてくださいマグネチックスターラーでuipped。
- テトラブチルアンモニウムアジドを含有する10mLの丸底フラスコに蓋をし、グローブボックスから取り出し、シュレンクラインを使用して、アルゴンガス下で撹拌プレート上に置きます。
- フラスコにスチレン1.0ミリリットルを加え、フラスコを攪拌する。注意：アジ化物が溶解する必要はありません。
- すぐにこのスラリーに0.200グラム（1当量）フェニルHIATのを追加し、バックシュレンクラインに接続されたフラスコにセプタムを配置。注意：溶液は直ちにcyanocarbene形成によって窒素ガスを暗くして生成する必要があります。
- 反応がある限り、バブル形成が起こるように継続することができます。完了のためのおおよその時間は1分です。
- 気泡が停止した後、溶液を空気に露出させ、生成物を精製するためにカラムクロマトグラフィーを行う。
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Representative Results
図1は cyanophenyliodoniumアルキニルトリフを使用してHIATの合成を説明する。 HIAT次いで、シクロプロパン化のOH挿入を受けるcyanocarbenesを生成するために使用することができる。フェニルHIATでのOH挿入反応は、収率75％、最大で2 - メトキシ-2 - フェニルアセトニトリルを生成します。フェニルHIATとのシクロプロパン化反応は、収率61％までの1,2 - diphenylcyclopropanecarbonitrileを生成します。動画で実証されていないが、27％の収率でDMSO-付加物を生成するためにジメチルスルホキシドと反応するときに、ジメチルスルホキシド錯体は、中間cyanocarbeneで発生する可能性がある。
この方法ではHIATsと反応させるために使用される2つのアジド源がある。極性の条件が利用できる場合には大気開放処理するために容易であるため、アジ化ナトリウムの使用が推奨されます。反応条件は、非極性であるか、またはアジ化ナトリウムが十分に溶解しない場合には、テトラブチルアンモニウムアジドを用いることができる。テトラブチルアンモニウムアジドは吸湿性であり、試薬の取扱い、最良グローブボックス中で行われる。ビデオが示すように、テトラブチルアンモニウムアジド、反応条件に完全に可溶性である必要があり、従って、可能であると無溶媒反応を可能にしない。ジクロロメタンの最小量のフェニルHIAT /スチレンシクロプロパン化反応を行う際には反応収率は約20％減少する。3
図1。超原子価ヨードニウムアルキニルトリフレート（HIAT）の合成。
図2。 OH挿入反応デモCyanocarbene中級nstrating。
図3。 Cyanocarbene形成のための提案された機構。
図4。 Cyanocarbenesの反応。
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Discussion
超原子価ヨードニウムトリフレートアルキニル、又はHIATs、形成されcyanocarbenesを形成するためのアジド源と反応させることができる。それは、このビデオで示された試薬および中間体の多くは、潜在的に爆発性の高い毒性があるため、すべての必要な予防措置が取られていることが非常に重要です。準備不足の場合には反応性の高いレベルは危険なことができるが、化合物の固有の反応性は例えばOH挿入やシクロプロパン化など様々な反応にcyanocarbenesを捕捉することにより利用することができることをこのビデオで示されている。
他のHIATsの合成は、様々な成功を収めて試みられている。困難性は、しばしば、副生成物からの固体の単離またはHIATが急速に分解し、次の反応に使用できないことを来る。 HIATの結晶化は、分析的に純粋な物質を得、ジエチルエーテル、ヘキサン、クロロホルム、アセトニトリル等の溶媒中で行うことができる。17 </ pの>
このメソッドの将来のアプリケーションは、他の新規シクロプロパン、CH挿入や、ユニークな事例では、分子内反応に拡張することができる。 cyanocarbeneは、一般的なカルベンよりも電子的に作用するが、ほとんどの目的のために、通常のカルベンとの反応性が一致する必要があります。
この反応の最も重要な側面の一つは、より反応性にし、次いでHIAT極めて不安定cyanocarbeneに比較的不活性アルキンに変換することである。また、反応の過程にわたってアルキンおよびアジドがcyanocarbeneと窒素ガスに変換されることは注目に値する。この新たな反応は、このように重要な分子を構築するために、以前に想像もつかない合成経路を可能にします。
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Disclosures
著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。
Acknowledgments
アメリカ化学会の石油研究基金（52488-DNI1）とノースカロライナ大学グリーンズボロ校からこのプロジェクトの資金は感謝して承諾されます。我々はまた、私たちに、これらの実験のための適切なガラス製品を貸与博士テリーナイル（UNCG）に感謝。アーロンGlancyによる映像のコンサルティングと編集も認められている。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagent | |||
| Phenyl acetylene | Acros | AC152461000 | |
| Tri-n-butyltin chloride | Acros | 139351000 | |
| Lithium bis(trimethysilyl)amide | Acros | 347701000 | |
| Iodobenzene diacetate | Acros | 176560250 | |
| Trimethylsilyl cyanide | Aldrich | 212849 | Extremely toxic. Handle this chemical only in an adequately ventilated hood with extreme caution. |
| Trimethylsilyl triflate | Alfa Aesar | A12535 | |
| Sodium Azide | Sigma-Aldrich | S8032 | Shock sensitive. |
| Tetrabutylammonium azide | Aldrich | 651664 | If possible, store and handle in a glovebox due to this compound’s hygroscopic nature. |
| 1-Heptyne | Acros | 223460250 | |
| Styrene | Aldrich | 240869 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material | |||
| Rotary Evaporator (Hei-VAP) | Heidolph | 517-61000-01-0 | |
| Glovebox | MBRAUN | UL-018 | |
References
- Hyatt, I. F. D., Meza-Aviña, M. E., Croatt, M. P. Alkynes & Azides: Not Just for Click Reactions. Synlett. 23 (20), 2869-2874 (2012).
- Meza-Aviña, M. E., Patel, M. K., Lee, C. B., Dietz, T. J., Croatt, M. P. Selective Formation of 1,5-Substituted Sulfonyl Triazoles Using Acetylides and Sulfonyl Azides. Organic Letters. 13 (12), 2984-2987 (2011).
- Hyatt, I. F. D., Croatt, M. P. Reactions of Hypervalent Iodonium Alkynyl Triflates with Azides: Generation of Cyanocarbenes. Angewandte Chemie International Edition. 51 (30), 7511-7514 (2012).
- Banert, K., Hagedorn, M., Wutke, J., Ecorchard, P., Schaarschmidt, D., Lang, H. Elusive ethynyl azides: trapping by 1,3-dipolar cycloaddition and decomposition to cyanocarbenes. Chemical Communications. 46 (23), 4058-4060 (2010).
- Koumbis, A., Kyzas, C., Savva, A., Varvolis, A. Formation of New Alkynyl(phenyl)iodonium Salts and Their Use in the Synthesis of Phenylsulfonyl Indenes and Acetylenes. Molecules. 10 (10), 1340-1350 (2005).
- Banert, K., Arnold, R., Hagedorn, M., Thoss, P., Auer, A. A. 1-Azido-1-Alkynes: Synthesis and Spectroscopic Characterization of Azidoacetylene. Angewandte Chemie International Edition. 51 (30), 7515-7518 (2012).
- Zhdankin, V. V., Stang, P. J. Chemistry of Polyvalent Iodine. Chemical Reviews. 108 (12), 5299-5358 (2008).
- Bräse, S., Banert, K. Organic Azides - Syntheses and Applications. , John Wiley & Sons Ltd. West Sussex. (1002).
- Stang, P. J. Alkynyl- and Alkenyl(phenyl)iodonium Compounds. Angewandte Chemie International Edition. 31 (3), 274-285 (2003).
- Hembre, R. T., Scott, C. P., Norton, J. R. Conversion of olefins to ditriflates by μ-oxobis[(trifluoromethanesulfonato)(phenyl)iodine. Journal of Organic Chemistry. 52 (16), 3650-3654 (1987).
- Stang, P. J., Surber, B. W., Chen, Z., Roberts, K. A., Anderson, A. G. Acetylenic Esters. Preparation and Mechanism of Formation of Alkynyl Tosylates and Mesylates via Tricoordinate Iodonium Species. Journal of the American Chemical Society. 109 (1), 228-235 (1987).
- Zhdankin, V. V., Crittell, C. M., Stang, P. J., Zefirov, N. S. A general approach to unsymmetrical tricoordinate iodinanes: Single step preparation of mixed iodosobenzene sulfonates Phl(X)OSO2R, via reaction of iodosobenzene with Me3SiX. Tetrahedron Letters. 31 (34), 4821-4824 (1990).
- Lee, H., Jung, Y., Yoon, Y., Kim, B. G., Kim, Y. Angularly Fused Triquinanes from Linear Substrates through Trimethylenemethane Diyl [2 + 3] Cycloaddition Reaction. Organic Letters. 12 (11), 2672-2674 (2010).
- Beauchard, A., Phillips, V. A., Lloyd, M. D., Threadgill, M. D. Synthesis of 2-(4-carboxybutenyl)- and 2-(4-carboxybutynyl)-cyclopentene-1-carboxamides. Tetrahedron. 65 (39), 8176-8184 (2009).
- Kitamura, T. An Alternative Synthesis of Alkynyl(phenyl)iodonium Triflates Using (Diacetoxyiodo)benzene and Alkynylsilanes. Synthesis. 10, 1416 (1998).
- Bouma, M. J., Olofsson, B. General One-Pot Synthesis of Alkynyliodonium Salts and Alkynyl Benziodoxolones from Aryl Iodides. Chemistry A European Journal. 18, 14242 (2012).
- Williamson, B. L., Stang, P. J., Preparation Arif, A. M. Molecular Structure, and Diels-Alder Cycloaddition Chemistry of β-Functionalized Alkynyl(phenyl)iodonium Salts. Journal of the American Chemical Society. 115 (7), 2590-2597 (1993).
