Summary
En hidtil ukendt hensyn til syntesen af usymmetriske 1,2-dioler baseret på en retropinacol / cross-pinacol koblingsmekanisme beskrevet. På grund af den katalytiske udførelse af denne reaktion en betydelig forbedring i forhold til konventionelle cross-pinacol koblinger er opnået.
Abstract
Asymmetriske 1,2-dioler er næppe tilgængelige ved reduktive pinacolesteren koblingsprocesser. En vellykket gennemførelse af en sådan forvandling er bundet til en klar anerkendelse og streng differentiering af to lignende carbonylforbindelser (aldehyder → sekundær 1,2-dioler eller ketoner → tertiære 1,2-dioler). Denne finindstilling er stadig en udfordring og et uløst problem for en organisk kemiker. Der findes adskillige rapporter om en vellykket gennemførelse af denne transformation, men de kan ikke generaliseres. Heri beskrives en katalytisk direkte pinacolesteren kobling proces, der forløber via en retropinacol / cross-pinacol kobling sekvens. Således kan usymmetriske substituerede 1,2-dioler tilgås med næsten kvantitative udbytter ved hjælp af en operativt simpel ydeevne under meget milde betingelser. Kunstige teknikker, såsom sprøjte-pumpe teknikker eller forsinkede tilsætning af reaktanterne er ikke nødvendige. Den procedure, vi beskriver giver en meget hurtig adgang tilcross-pinacol produkter (1,2-dioler, vicinale dioler). En yderligere forlængelse af denne nye proces, fx en enantioselektiv præstation kunne give et meget nyttigt værktøj til syntese af asymmetriske chirale 1,2-dioler.
Introduction
Den pinacolesteren koblingsreaktion er en generel og almindeligt anvendte fremgangsmåde til fremstilling af symmetrisk vicinale dioler (1,2-dioler, pinacols). For omfattende undersøgelser på dette område se referencer Hirao 1, Chatterjee og Joshi 2 Ladipo 3 og Gansäuer og Bluhm 4.. I modsætning til det, blev kun et par rapporter, der udgives for at henvise en effektiv realisering af cross-pinacol koblingsreaktioner for at give de tilsvarende usymmetriske 1,2-dioler (titan (IV) chlorid / mangan 5, samarium (II) iodid 6, magnesium / trimethylchlorsilan 7, vanadium (II) 8, zirconium / tin-9 og ytterbium 10). Således intermolekylære tværs pinacol koblingsreaktionen stadig en stor udfordring i organisk kemi, især den katalytiske udførelse af denne transformation.
Dannelsen af cross koblingsprodukter er kinetisk ugunstigunder forhold med en klassisk pinacol kobling. For at opnå tilstrækkelige mængder af det usymmetriske produkt forsinket tilsætning af en carbonylforbindelse er mulig. Der findes et par eksempler, der udvikler dette begreb, men de er baseret på en række konkrete eksperimentelle manipulationer og derfor ikke kan generaliseres. Hertil kommer, at der kræves mere end én carbonylforbindelse i disse transformationer resulterede i en møjsommelig adskillelse af en kompleks blanding produkt 11. Et alternativ til dette formål er repræsenteret ved precomplexation én reaktant rendering ækvimolære mængder af et yderligere reagens nødvendig.
Forskellige eksempler på en reversibel pinacol reaktion er blevet beskrevet 12. Disse fører til den betragtning, at disse betingelser kan være et optimalt udgangspunkt for den selektive syntese af krydskobling produkter. Eftersom en lav-valent metal samt et reaktivt radikal arter dannes samtidigt i situ, Usymmetriske dioler kan udelukkende dannes i nærvær af en egnet carbonyl reaktant. Til vores bedste overbevisning en sådan metode ikke er blevet rapporteret før (Porta beskrevet et al. En sammenlignelig pinacol spaltning og efterfølgende kobling af den yderligere udbredelse af støkiometriske mængder af AIBN (2,2 '-azo-bis-isobutyronitril) til at generere de nødvendige radikaler) 13.
Heri en protokol visualiseres som giver en hurtig og driftsmæssigt enkel adgang til usymmetriske 1,2-dioler. De asymmetriske pinacol produkter er for det meste tilgængelige i fremragende udbytter (> 95%). Uønskede symmetrisk pinacol produkter ikke overholdes. Denne nye cross-pinacol metode er baseret på en retropinacol / cross-pinacol kobling sekvens. Det vil blive demonstreret i det følgende ved repræsentative reaktioner benzopinacole (1,1,2,2-tetraphenyl-1 ,2-ethandiol, 1) med 2-ethylbutyraldehyd (i aldehyd-serien) og wed diethylketon (i keton-serien).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. Fremstilling af titan (IV) tert -butoxide/Triethylchlorosilane Løsning
- Opløs 400 mg (400 ul) titan (IV)-tert-butoxid (1 mmol) i 10 ml tør dichlormethan. Tilføj 150 mg (170 ul) triethylchlorsilan (1 mmol) til denne opløsning ved stuetemperatur. 1 ml af denne dichlormethan-opløsning indeholder 0,1 mmol titan (IV)-tert-butoxid og 0,1 mmol triethylchlorsilan.
2. Pinacol-reaktion af Tetraphenyl-1 ,2-ethandiol (1) med 2-ethylbutyraldehyd
- Løs 366 mg tetraphenyl-1 ,2-ethandiol (1, 1 mmol) og 300 mg (370 ul) frisk destilleret 2-ethylbutyraldehyd (3 mmol) i 3 ml tør dichlormethan.
- Tilsæt 0,5 ml af den separat fremstillet titan (IV) tert -butoxide/triethylchlorosilane opløsning (0,05 mmol).
- Den resulterende blanding omrøres ved stuetemperatur i et forseglet reaktionsrør.
- Fortrorm fuldføres reaktionen ved tyndtlagskromatografi (eluent: hexan / acetone - 9/1) på silicagel-TLC-plader (60 F254). I slutningen af reaktionen er nået på det tidspunkt, hvor tetraphenyl-1 ,2-ethandiol 1 ikke længere kan detekteres (~ 12 timer). Rf-værdien af produktet er 0,3 14.
- Den resulterende reaktionsblanding fortyndes med 50 ml dichlormethan.
- Vask den fortyndede reaktionsblandingen efter hinanden med 20 ml mættet vandig ammoniumchlorid og natriumhydrogencarbonatopløsning i en skilletragt.
- Isoler det organiske lag ved en skilletragt.
- Tør det organiske lag ved omrøring over tørt magnesiumsulfat.
- Filtrat suspensionen af en riflet papir filter og indsamle filtraterne.
- Fjern dichlormethan fra filtratet i vakuum ved 40 ° C under anvendelse af en rotationsinddamper (10-30 mmHg). Fordampning af opløsningsmidler vil kræve 20 minutter.
- Renses tilbageværende remanensved flash-søjlekromatografi gennem en søjle af silicagel (0,035-0,070 mm, ACROS) med en gradient af hexan / acetone (fra 19:01 og går ned til 16:04) for at opnå 280 mg af 1,2-diol-2f (0,99 mmol).
- Bekræfte identiteten af 1,2-diol-2f ved 1H kernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) ved anvendelse af CDCl3 som opløsningsmiddel. For en 300 MHz NMR-spektrometer, 1H NMR-spektret af diolen er som følger: 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-reaktion Tetraphenyl-1 ,2-ethandiol (1) med diethylketon
- Løs 366 mg tetraphenyl-1 ,2-ethandiol (1, 1 mmol) og 345 mg (423 ul) af diethylketon (4 mmol) i 3ml tørt dichlormethan.
- Tilsæt 1 ml af den separat fremstillet titan (IV) tert -butoxide/triethylchloro-silane opløsning (0,1 mmol).
- Den resulterende blanding omrøres ved stuetemperatur i et forseglet reaktionsrør.
- Bekræft reaktionen er fuldstændig ved tyndtlagskromatografi (eluent: hexan / acetone, 9:1) på silicagel-TLC-plader (60 F254). I slutningen af reaktionen er nået på det tidspunkt, hvor tetraphenyl-1 ,2-ethandiol 1 ikke kan påvises (~ 12 timer). Rf af produktet er 0,3 14.
- Den resulterende reaktionsblanding fortyndes med 50 ml dichlormethan.
- Vask den fortyndede reaktionsblandingen efter hinanden med 20 ml mættet vandigt ammoniumchlorid og natriumcarbonat opløsning i en skilletragt.
- Isoler det organiske lag ved en skilletragt.
- Tør det organiske lag ved omrøring over tørt magnesiumsulfat.
- Filtrat suspensionen af en riflet papir filter og indsamle filtraterne.
- Fjern dichlormethan i vakuum ved 40 ° C under anvendelse af en rotationsinddamper (10-30 mmHg). Afdampning af flygtige bestanddele vil kræve 30 minutter.
- Renses tilbageværende remanens ved flash-søjlekromatografi gennem en søjle af silicagel (0,035-0,070 mm, ACROS) med en gradient af hexan / acetone (fra 19:01 og går ned til 16:04) for at opnå 250 mg 1, 2-diol 4f (0,93 mmol).
- Bekræfte identiteten af produktet af 1H kernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) ved anvendelse af CDCl3 som opløsningsmiddel. For en 300 MHz NMR-spektrometer, 1H NMR-spektret af diolen 4f er som følger: 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).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I reaktioner tetraphenyl-1 ,2-ethandiol 1 og acetone i nærvær af katalytiske mængder af titan (IV)-alkoxider vi observerede dannelse af 1,1-diphenyl-1 ,2-diol 4a og samtidig dannelse benzophenon 3 (Skema 1). Den tilsvarende symmetriske 1,2-diol er dannet af en konkurrencedygtig pinacolesteren kobling acetone blev ikke påvist. Imidlertid blev at fremskaffe kvantitative konverteringer ekstremt lange og uacceptable reaktionstider kræves i henhold til disse betingelser. En betydelig stigning i reaktionshastigheder blev observeret ved tilsætning af trialkylchlorosilanes. Alt i høje udbytter inden for acceptable reaktionstider blev bemærket. Videre bliver muligt en katalytisk ydeevne, ekstremt forenkler oprensningsprocessen af produkterne.
De bedste resultater blev opnået ved at indsætte 5-10 mol-% triethylchlorsilan samt titan (IV)-tert.butoxid.Ved hjælp af denne katalysator kombination uønskede konkurrencemæssige reaktioner blev undgået (Meerwein-Ponndorf-Verley reaktioner, dannelsen af silylethers eller pinacol omlejring). Ved indsættelse af voluminøse trialkylchlorosilanes længere reaktionstider blev observeret igen.
Reaktionerne blev udført i dichlormethan ved stuetemperatur. Andre opløsningsmidler som toluen eller acetonitril viste sig også at være gældende. Schlenk-betingelser (inaktive forhold, argon atmosfære) var ikke påkrævet, men reaktionsrøret skal være ordentligt forseglet. De katalytiske arter blev inaktiveret ved eksponering for luft. Men det kan let regenereres bagefter ved at skylle med en nitrogen eller argon atmosfære. Også rækkefølgen af tilsætning af reaktanter og reagenser var skøre. Implementering af α-uforgrenede aldehyder resulterede i en delvis dannelse af tilsvarende acetaler (2a, 2b og 2p, tabel 1). I de fleste andre tilfælde dioler var isolerede med fremragende udbytter.
Indsættelsen af ketoner udvidet betydeligt varedækningen i denne metode (tabel 2). En mindre stigning i katalysatorbelastning (10 mol%) var forpligtet til at give den tilsvarende 1,2-dioler 4a - si god til kvantitative udbytter. Igen blev der ikke symmetriske dioler dannes under disse reaktionsbetingelser.
Skema 1. Retropinacol / cross-pinacol reaktion af tetraphenylethane-1 ,2-diol med acetone.
Skema 2. Retropinacol / cross-pinacol reaktion på 2,3-diphenyl-dimethyl-tartrat med isobutyraldehyde.
Tabel 1. Retropinacol / cross-pinacol koblingsreaktioner med aldehyder.
Tabel 2. Retropinacol / cross-pinacol koblingsreaktioner med ketoner.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Et samlet fald i reaktionstider og højere udbytter er observeret ved indsættelsen af elektron-rige carbonylforbindelser (sammenlign indgang 3 med 17, tabel 1 eller indgang 19 med 13, tabel 2). Desuden, i reaktioner af ketoner med voluminøse substituenter et fald i udbyttet observeres under sammenlignelige betingelser (sammenlign indgang 12 med 11, tabel 2).
Selv om en bred vifte af carbonylforbindelser kan anvendes i denne hidtil ukendte fremgangsmåde, forskellige udgangspunkt geminale dioler anmode om en optimering af reaktionsbetingelserne. Dette gælder især for funktionaliserede 1,2-dioler. For at demonstrere dette, har vi testet 2,3-diphenyl-dimethyl-tartrat (6) som et alternativ udgangsforbindelse under lignende reaktionsbetingelser. Ved at øge mængden af triethylchlorsilan kunne opnås en retropinacol / cross-pinacol kobling af dimethyltartrat 6 selvmed enoliserbar aldehyder (isobutyraldehyd) (Skema 2).
Baseret på denne ligefrem udvidelse af denne nye metode er det antaget, at den beskrevne retropinacol / cross-pinacol kobling koncept kan generaliseres til syntese af yderligere usymmetrisk vicinale 1,2-dioler, fx i total syntese af naturlige produkter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer ingen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Forfatterne takker Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bayer Pharma AG, Chemtura Organometallics GmbH Bergkamen, Bayer Services GmbH, BASF AG og Sasol GmbH om økonomisk støtte.
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 |
References
- Hirao, T. Catalytic reductive coupling of carbonyl compounds - The pinacol coupling reaction and. 279, 53-75 (2007).
- Chatterjee, A., Joshi, N. N. Evolution of the stereoselective pinacol coupling reaction. Tetrahedron. 62, 12137-12158 (2006).
- Ladipo, F. T. Low-valent titanium-mediated reductive coupling of carbonyl compounds. Curr. Org. Chem. 10, 965-980 (2006).
- Gansäuer, A., Bluhm, H. Reagent-controlled transition-metal-catalyzed radical reactions. Chem. Rev. 100, 2771-2788 (2000).
- Duan, X. -F., Feng, J. X., Zi, G. -F., Zhang, Z. -B. A Convenient synthesis of unsymmetrical pinacols by coupling of structurally similar aromatic aldehydes mediated by low-valent titanium. Synthesis. , 277-282 (2009).
- Paquette, L. A., Lai, K. W. Pinacol macrocyclization-based route to the polyfused medium-sized CDE ring system of lancifodilactone. G. Org. Lett. 10, 3781-3784 (2008).
- Maekawa, H., Yamamoto, Y., Shimada, H., Yonemura, K., Nishiguchi, I. Mg- promoted mixed pinacol coupling. Tetrahedron Lett. 45, 3869-3872 (2004).
- Kang, M., Park, J., Pedersen, S. F. Pinacol cross coupling reactions of ethyl 2-alkyl-2-formylpropionates. stereoselective synthesis of 2,2,4- trialkyl-3-hydroxy-γ-butyrolactones. Syn. Lett. , 41-43 (1997).
- Askham, F. R., Carroll, K. M. Anionic zirconaoxiranes as nucleophilic aldehyde equivalents. application to intermolecular pinacol cross coupling. J. Org. Chem. 58, 7328-7329 (1993).
- Hou, Z., Takamine, K., Aoki, O., Shiraishi, H., Fujiwara, Y., Taniguchi, H. Nucleophilic Addition of lanthanoid metal umpoled diaryl ketones to electrophiles. J. Org. Chem. 53, 6077-6084 (1988).
- Groth, U., Jung, M., Vogel, T. Intramolecular chromium(II)-catalyzed pinacol cross coupling of 2-Mmethylene-α,ω-dicarbonyls. Syn. Lett. , 1054-1058 (2004).
- Appendino, G. Synthesis of Modified Ingenol Esters. Eur. J. Org. Chem. , 3413-3420 (1999).
- Spaccini, R., Pastori, N., Clerici, A., Punta, C., Porta, O. Key role of Ti(IV) in the selective radical-radical cross-coupling mediated by the Ingold-Fischer effect. J. Am. Chem. Soc. 130, 18018-18024 (2008).
- Leonard, J., Lyfo, B., Procter, G. Advanced Practical Organic Chemistry. , 3rd ed, CRC Press. (2013).
- 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).
