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Chemistry

Retropinacol / Cross-pinacol reações de acoplamento - A Acesso Catalítica para 1,2-assimétricos Dióis

doi: 10.3791/51258 Published: April 4, 2014

Summary

Uma nova conta para a síntese de 1,2-dióis simétricos com base num mecanismo de acoplamento retropinacol / cruzada pinacol descrito. Devido à execução desta reacção catalítica de uma melhoria considerável em relação às ligações cruzadas do pinacol convencionais é alcançado.

Abstract

Assimétricos 1,2-dióis são dificilmente acessíveis por processos de acoplamento de pinacol redutivas. A execução bem sucedida de uma tal transformação está vinculado a um claro reconhecimento e diferenciação estrita de dois compostos carbonílicos semelhantes (aldeídos → secundárias 1,2-dióis ou cetonas → terciárias 1,2-dióis). Este ajuste fino ainda é um desafio e um problema não resolvido por um químico orgânico. Existem vários relatórios sobre a execução bem sucedida dessa transformação, mas eles não podem ser generalizados. Aqui nós descrevemos um processo de acoplamento catalítico direto pinacol que procede por meio de uma seqüência de acoplamento retropinacol / cross-pinacol. Assim, não simétricos 1,2-dióis substituídos podem ser acedidas com rendimentos quase quantitativos por meio de um desempenho operacionalmente simples sob condições muito suaves. Técnicas artificiais, tais como técnicas de seringa-bomba ou adições retardada de reagentes não são necessárias. O procedimento que descrevemos oferece um muito rápido acesso aprodutos cross-pinacol (1,2-dióis, dióis vicinais). Uma nova prorrogação desse novo processo, por exemplo, um desempenho enantiosseletiva poderia fornecer uma ferramenta muito útil para a síntese de assimétricas quirais 1,2-dióis.

Introduction

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A reacção de acoplamento de pinacol é um método geral e de uso geral para a preparação dos dióis vicinais simetricamente (1,2-dióis, pinacols). Para revisões globais neste domínio ver referências Hirao 1, Chatterjee e Joshi 2, Ladipo 3 e Gansäuer e Bluhm 4. Em contraste a isso, apenas alguns relatos publicados referem-se a uma realização eficiente das reacções de acoplamento cruzado do pinacol para dar os correspondentes 1,2-dióis simétricos (de titânio (IV) / cloreto de manganês 5, samário (II) iodeto de 6, magnésio / trimetilclorossilano 7, vanádio (II), 8, zircónio / estanho 9, itérbio e 10). Assim, a reacção de acoplamento cruzado de pinacol intermoleculares ainda continua a ser um grande desafio em química orgânica, em especial a realização desta transformação catalítica.

A formação de produtos de acoplamento cruzado é cineticamente disfavoredsob condições de acoplamento de pinacol clássica. Para obter quantidades suficientes do produto assimétrico retardada adição de um composto de carbonilo é possível. Existem alguns exemplos que estão a desenvolver este conceito, mas eles são baseados em várias manipulações experimentais específicas e, portanto, não podem ser generalizados. Além disso, o excesso requerido de um composto de carbonilo nestas transformações resultou numa separação trabalhosa de uma mistura complexa de produtos 11. Uma alternativa para esta finalidade é representado pela precomplexation de um reagente render quantidades equimolares de um reagente adicional necessário.

Vários exemplos de uma reacção reversível pinacol foram descritos 12. Estes levam à consideração de que tais condições podem ser um ponto de partida ideal para a síntese seletiva de produtos de acoplamento cruzado. Uma vez que um metal de baixa valência, bem como uma espécie radical reactivo é formado simultaneamente in situ, Dióis simétricos pode ser formado exclusivamente na presença de um reagente de carbonilo adequado. Ao melhor de nosso conhecimento de tal método não tem sido relatada antes (Porta et al. Descreveu uma clivagem pinacol comparável e acoplamento posterior pela implantação adicional de quantidades estequiométricas de AIBN (2,2 '-azo-bis-isobutironi) para gerar os radicais necessários 13).

Nisto um protocolo é visualizado que fornece um acesso rápido e operacionalmente simples assimétricas 1,2-dióis. Os produtos são principalmente pinacol assimétricos acessível com excelentes rendimentos (> 95%). Indesejados produtos simetricamente pinacol não são observadas. Esta nova metodologia cross-pinacol é baseada em uma seqüência de acoplamento retropinacol / cross-pinacol. Será demonstrado a seguir por meio de reacções representativos de benzopinacole (1,1,2,2-tetrafenil-1 ,2-etanodiol, 1) com 2-ethylbutyraldehyde (na série de aldeído) e wdiethylketone om (na série de cetona).

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Protocol

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1. Preparação de titânio (IV) Solução de terc -butoxide/Triethylchlorosilane

  1. Dissolve-se 400 mg (400 ul) de titânio (IV), terc-butóxido de potássio (1 mmol) em 10 ml de diclorometano seco. Adicionar 150 mg (170 ul) trietilclorosilano (1 mmol) a esta solução à temperatura ambiente. 1 ml desta solução de diclorometano contém 0,1 mmol de titânio (IV), terc-butóxido de potássio e 0,1 mmol trietilclorosilano.

2. Pinacol-reacção de tetrafenil-1 ,2-etanodiol (1) com 2-Ethylbutyraldehyde

  1. Resolver 366 mg de tetrafenil-1 ,2-etanodiol (1, 1 mmol) e 300 mg (370 mL), recentemente destilado de 2-ethylbutyraldehyde (3 mmol) em 3 ml de diclorometano seco.
  2. Adicionar 0,5 ml de titânio preparado separadamente (IV), terc -butoxide/triethylchlorosilane solução (0,05 mmol).
  3. Agita-se a mistura resultante à TA, num tubo de reacção selado.
  4. Confirm a reacção está completa através de cromatografia de camada fina (eluente: hexano / acetona - 1/9) sobre gel de sílica placas de TLC (60 F254). O fim da reacção é atingido no momento tetrafenil-1 ,2-etanodiol 1 já não pode ser detectado (~ 12 horas). O valor de Rf do produto é de 0,3 14.
  5. Dilui-se a mistura de reacção resultante com 50 ml de diclorometano.
  6. Lava-se a mistura de reacção diluída sucessivamente por 20 ml de solução saturada de cloreto de amónio aquoso e solução de carbonato de hidrogénio de sódio num funil de separação.
  7. Isolar a camada orgânica por um funil de separação.
  8. Seca-se a camada orgânica por meio de agitação com sulfato de magnésio seco.
  9. Filtre a suspensão por um filtro de papel de pregas e recolher os filtrados.
  10. Retirar diclorometano do filtrado em vácuo a 40 ° C utilizando um evaporador rotativo (10-30 mmHg). A evaporação dos solventes exigirá 20 min.
  11. Purifica-se o resíduo remanescentepor cromatografia em coluna intermitente através de uma coluna de gel de sílica (0,035-0,070 mm, ACROS) com um gradiente de hexano / acetona (a partir das 19:01 e vai até 16:04) para adquirir 280 mg de 1,2-diol 2f (0,99 mmol).
  12. Confirmar a identidade do 2f 1,2-diol por 1 H espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) usando CDCI3 como solvente. Para um espectrómetro de RMN de 300 MHz, o espectro de 1 H RMN do diol é a seguinte: δ = 0,78 (t, 3H, J = 7,4 Hz), 0,87 (t, 3H, J = 7,3 Hz), 1,18-1,40 (m , 4H), 1,75-1,81 (m, 1H), 1,91 (s, 1H, OH), 3,12 (s, 1H, OH), 4,68 (d, 1H, J = 1,2 Hz), 7,19-7,37 (m, 6H ), 7,44-7,46 (m, 2H), 7,61-7,63 (m, 2H).

3. Pinacol-reacção de tetrafenil-1 ,2-etanodiol (1) com dietil cetona

  1. Resolver 366 mg de tetrafenil-1 ,2-etanodiol (1, 1 mmol) e 345 mg (423 mL) de éter-cetona (4 mmol) em 3ml de diclorometano seco.
  2. Adicionar 1 ml de titânio preparado separadamente (IV) Solução de terc -butoxide/triethylchloro-silane (0,1 mmol).
  3. Agita-se a mistura resultante à TA, num tubo de reacção selado.
  4. Confirmar a reacção está completa através de cromatografia de camada fina (eluente: hexano / acetona, 9:1) em gel de sílica (placas de TLC de 60 F254). O fim da reacção é atingido no tempo, quando tetrafenil-1 ,2-etanodiol 1 não pode ser detectada (~ 12 horas). O Rf do produto é de 0,3 14.
  5. Dilui-se a mistura de reacção resultante com 50 ml de diclorometano.
  6. Lava-se a mistura de reacção diluída sucessivamente por 20 ml de solução saturada de cloreto de amónio aquoso e solução de carbonato de sódio num funil de separação.
  7. Isolar a camada orgânica por um funil de separação.
  8. Seca-se a camada orgânica por meio de agitação com sulfato de magnésio seco.
  9. Filtre a suspensão por um fil papel caneladoter e recolher os filtrados.
  10. Retirar diclorometano in vácuo a 40 ° C utilizando um evaporador rotativo (10-30 mmHg). A evaporação dos constituintes voláteis exigirá 30 min.
  11. Purifica-se o resíduo restante por cromatografia em coluna intermitente através de uma coluna de gel de sílica (0,035-0,070 mm, ACROS) com um gradiente de hexano / acetona (a partir das 19:01 e vai até 16:04) para adquirir a 250 mg de 1, 4f 2-diol (0,93 mmol).
  12. Confirmam a identidade do produto por 1H espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) usando CDCI3 como solvente. Para um espectrómetro de RMN de 300 MHz, o espectro de 1 H RMN do 4f diol é a seguinte: δ = 0,92 (t, 6H, J = 7,6 Hz), 1,78 (m, 4H), 2,03 (s, 1H, OH), 2,83 (s, 1H, OH), 7,26-7,35 (m, 6H), 7,69-7,71 (m, 4H).

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Representative Results

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Em reacções de tetrafenil-1 ,2-etanodiol 1 e acetona na presença de quantidades catalíticas de titânio (IV)-alcóxidos foi observada a formação de 1,1-difenil-1 ,2-diol 4a e ao mesmo tempo a formação de benzofenona-3 (Esquema 1). A simétrico 1,2-diol correspondente formada por um acoplamento de pinacol competitiva da acetona não foi detectada. No entanto, para obter conversões quantitativas tempos de reacção extremamente longos e inaceitáveis ​​foram necessárias nestas condições. Um aumento significativo na taxa da reacção foi observada por meio da adição de trialkylchlorosilanes. Rendimentos elevados geral dentro de tempos de reação foram aceitáveis ​​notado. Mais adiante, um desempenho catalítico torna-se possível que extremamente simplifica o processo de purificação dos produtos.

Os melhores resultados foram alcançados através da implementação de 5-10 mol% trietilclorosilano, bem como de titânio (IV), terc-butóxido de potássio.Através desta combinação de catalisadores de reacções competitivas foram evitados indesejados (reacções de Meerwein-Ponndorf-Verley, formação de silylethers pinacol ou rearranjo). Por implantação de trialkylchlorosilanes volumosos tempos de reação mais longos foram observados novamente.

As reacções foram realizadas em diclorometano a temperatura ambiente. Outros solventes, como o tolueno ou acetonitrilo, também provou ser aplicável. Schlenk-condições (condições inertes, atmosfera de argônio) não foram necessários, mas o tubo de reacção deve ser devidamente selado. As espécies catalíticas foi inactivada por exposição ao ar. Mas pode ser facilmente regenerado depois de lavagem com uma atmosfera de azoto ou árgon. Além disso, a ordem de adição de reagentes e de reagentes era inconsistente. Implantação de aldeídos não ramificados-α resultou numa formação parcial de acetais correspondentes (2a, 2b e 2p, Tabela 1). Na maioria dos outros casos, os dióis foram isolada com excelentes rendimentos.

A implantação de cetonas ampliado significativamente o escopo do produto deste método (Tabela 2). Foi necessário um ligeiro aumento de catalisador de carga (10 mol%), para se obter o correspondente 1,2-dióis 4a - s em bom rendimento quantitativo. Mais uma vez, não há dióis simétricos foram formados sob estas condições de reacção.

Esquema 1
Esquema 1. Retropinacol / reacção cruzada de pinacol de tetraphenylethane-1 ,2-diol com acetona.

Esquema 2
Esquema 2 Retropinacol / reacção. Cruzada pinacol de 2,3-difenil-dimetil-tartarato com isobutyraldehyde.

Tabela 1
Tabela 1. Reações de acoplamento Retropinacol / cross-pinacol com aldeídos.

Tabela 2
Tabela 2. Retropinacol / cross-pinacol reações de acoplamento com cetonas.

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Discussion

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Uma diminuição global em tempos de reação e rendimentos mais elevados é observado por implantação de compostos carbonílicos rico em elétrons (compare entrada 3 com 17, Tabela 1 ou entrada de 19 com 13, Tabela 2). Além disso, em reacções de cetonas com substituintes volumosos um decréscimo no rendimento é observada sob condições comparáveis ​​(comparar entrada 12 com 11, Tabela 2).

Apesar de uma vasta gama de compostos de carbonilo podem ser aplicadas no presente novo processo, diferentes dióis geminais partida requerer uma optimização das condições de reacção. Isto é verdade especialmente para funcionalizados 1,2-dióis. Para demonstrar isto, nós testamos 2,3-difenil-dimetil-tartarato de (6) como uma alternativa o composto de partida sob condições de reacção similares. Ao aumentar a quantidade de trietilclorosilano um acoplamento retropinacol / cruzada pinacol de tartarato de dimetilo 6 poderia ser alcançado mesmocom aldeídos enolizable (isobutiraldeido) (Esquema 2).

Com base nesta extensão simples desta nova metodologia, assume-se que o conceito de acoplamento retropinacol / cruzada pinacol descrito pode ser generalizada para a síntese de mais assimetricamente vicinais 1,2-dióis, por exemplo na síntese de produtos naturais.

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Disclosures

Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

Acknowledgments

Os autores agradecem a Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bayer Pharma AG, Chemtura Organometallics GmbH Bergkamen, Bayer Services GmbH, a BASF AG, e Sasol GmbH para apoio financeiro.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1,2-Dichloromethane Sigma-Aldrich 319929
Titanium(IV) tert-butoxide VWR International 200014-852
2-Ethylbutyraldehyde Sigma-Aldrich 110094
Benzopinacol Aldrich B9807
Triethylchlorosilane Aldrich 235067
Hexane, certified ACS Fisher Scientific H29220
Acetone, certified ACS ACROS 42324
Ammonium chloride ACROS 19997
Sodium hydrogen carbonate ACROS 12336
Magnesium sulfate ACROS 41348
Silica gel 60 F254 TLC plates VWR International 1,057,140,001
Silica gel, 0.035-0.070 for flash-chromatography ACROS 240360300

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References

  1. Hirao, T. Catalytic reductive coupling of carbonyl compounds - The pinacol coupling reaction and. 279, 53-75 (2007).
  2. Chatterjee, A., Joshi, N. N. Evolution of the stereoselective pinacol coupling reaction. Tetrahedron. 62, 12137-12158 (2006).
  3. Ladipo, F. T. Low-valent titanium-mediated reductive coupling of carbonyl compounds. Curr. Org. Chem. 10, 965-980 (2006).
  4. Gansäuer, A., Bluhm, H. Reagent-controlled transition-metal-catalyzed radical reactions. Chem. Rev. 100, 2771-2788 (2000).
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  15. Scheffler, U., Stoesser, R., Mahrwald, R. Retropinacol / cross-pinacol coupling reactions - a catalytic access to 1,2-unsymmetrical diols. Adv. Synth. Cat. 354, 2648-2652 (2012).
Retropinacol / Cross-pinacol reações de acoplamento - A Acesso Catalítica para 1,2-assimétricos Dióis
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Cite this Article

Scheffler, U., Mahrwald, R. Retropinacol/Cross-pinacol Coupling Reactions - A Catalytic Access to 1,2-Unsymmetrical Diols. J. Vis. Exp. (86), e51258, doi:10.3791/51258 (2014).More

Scheffler, U., Mahrwald, R. Retropinacol/Cross-pinacol Coupling Reactions - A Catalytic Access to 1,2-Unsymmetrical Diols. J. Vis. Exp. (86), e51258, doi:10.3791/51258 (2014).

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