Login processing...

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

Chemistry

Retropinacol / عبر بيناكولون ردود الفعل اقتران - A الوصول إلى التحفيز 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة غير متماثل

doi: 10.3791/51258 Published: April 4, 2014

Summary

يوصف حساب رواية لتركيب غير متماثل 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة على أساس آلية اقتران retropinacol / عبر بيناكولون. ويرجع ذلك إلى تنفيذ الحفاز لهذا التفاعل تحسنا كبيرا بالمقارنة مع وصلات عبر بيناكولون التقليدية يتحقق.

Abstract

غير متماثل 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة هي بالكاد يمكن الوصول إليها من خلال عمليات بيناكولون اقتران الاختزالية. والتنفيذ الناجح لمثل هذا التحول لا بد أن اعتراف واضح والتفريق الصارم للمجمعين الكربونيل مماثلة (الألدهيدات → الثانوي 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة أو الكيتونات → العالي 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة). هذا صقل لا تزال تمثل تحديا ومشكلة لم تحل لالكيمياء العضوية. توجد عدة تقارير عن التنفيذ الناجح لهذا التحول لكنها لا يمكن تعميمها. هنا وصفنا مباشرة عملية اقتران بيناكولون الحفاز الذي ينطلق عبر تسلسل اقتران retropinacol / عبر بيناكولون. وبالتالي، غير متماثل استبداله 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة يمكن الوصول إليها مع غلة الكمية تقريبا عن طريق أداء تشغيليا بسيطة في ظل ظروف خفيفة جدا. تقنيات الاصطناعي، مثل تقنيات ضخ حقنة أو إضافات تأخر الكواشف ليست ضرورية. الإجراء وصفنا يوفر الوصول السريع جدا لالمنتجات عبر بيناكولون (1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة، ثنائيات البوليثيرات كاملة vicinal). A تمديد آخر لهذه العملية الجديدة، مثل أداء الانتقائي التماثلي يمكن أن توفر أداة مفيدة جدا لتركيب غير متماثل مراوان 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

رد فعل اقتران بيناكولون هو طريقة عامة وشائعة الاستخدام لإعداد ثنائيات البوليثيرات كاملة vicinal متناظر (1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة، pinacols). لاستعراضات شاملة في هذا المجال انظر المراجع هيراو تشاترجي وجوشي 2، 3 Ladipo، وGansäuer وبلوم 4. وعلى النقيض من ذلك، نشرت تقارير قليلة فقط للإشارة إلى تحقيق كفاءة من ردود الفعل اقتران عبر بيناكولون لتسفر عن المقابلة غير متماثل 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة (التيتانيوم (IV) كلوريد / 5 المنغنيز، السماريوم (II) يوديد 6 والمغنيسيوم / trimethylchlorosilane والفاناديوم (II) الزركونيوم / 9 القصدير، والإيتربيوم 10). وبالتالي، فإن الجزيئات عبر بيناكولون رد فعل اقتران لا يزال يشكل تحديا كبيرا في مجال الكيمياء العضوية، وخاصة تنفيذ الحفاز لهذا التحول.

تشكيل المنتجات اقتران الصليب هو غير المفضلة kineticallyفي ظل ظروف من بيناكولون اقتران الكلاسيكية. للحصول على كميات كافية من المنتج غير متماثل تأخير إضافة واحد مركب الكربونيل هو ممكن. توجد بعض الأمثلة التي تقوم بتطوير هذا المفهوم، ولكن لأنها تستند إلى عدة التلاعب التجريبية محددة، وبالتالي لا يمكن تعميمها. بالإضافة إلى ذلك، أدت الزيادة المطلوبة من واحد مركب الكربونيل في هذه التحولات في الانفصال شاقة من خليط المنتجات المعقدة 11. ويمثل بديلا لهذا الغرض من قبل precomplexation من المتفاعلة واحد مما يجعل كميات متساوي المولية من كاشف الإضافية اللازمة.

وقد وصفت أمثلة مختلفة من رد فعل عكسها بيناكولون 12. تؤدي هذه إلى اعتبار أن مثل هذه الظروف قد يكون نقطة انطلاق مثلى لتجميع انتقائي من المنتجات اقتران الصليب. منذ معدن منخفض التكافؤ وكذلك تشكيل الأنواع جذرية على رد الفعل في وقت واحد في الموقع، يمكن تشكيل ثنائيات البوليثيرات كاملة غير متماثل حصرا في وجود متفاعل الكربونيل مناسبة. إلى حد علمنا لم يتم الإبلاغ عن مثل هذا الأسلوب من قبل (بورتا وآخرون وصفت الانقسام بيناكولون للمقارنة واقتران اللاحقة نشر إضافية من كميات متكافئة من AIBN (2،2 '-الآزو مكرر isobutyronitrile) لتوليد الجذور مطلوب) 13.

هنا هو تصور بروتوكول الذي ينص على وصول سريع وبسيط من الناحية التشغيلية لغير متماثل 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة. المنتجات بيناكولون غير متماثل هي في معظمها يمكن الوصول إليها في عائدات ممتازة (> 95٪). لا تراعى منتجات غير مرغوب فيها بيناكولون متناظر. ويستند هذا المنهج عبر بيناكولون جديدة بناء على تسلسل اقتران retropinacol / عبر بيناكولون. سيظهر ذلك في ما يلي من خلال ردود الفعل ممثل benzopinacole (1،1،2،2-tetraphenyl-1 ،2-ايثان، 1) مع 2 ethylbutyraldehyde (في سلسلة ألدهيد) وثdiethylketone إيث (في سلسلة كيتون).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. إعداد التيتانيوم (IV) الحل ثالثي -butoxide/Triethylchlorosilane

  1. حل 400 ملغ (400 ميكرولتر) التيتانيوم (IV) ثالثي باتوكسايد (1 ملمول) في 10 مل من ثنائي كلورو ميثان الجافة. إضافة 150 ملغ (170 ميكرولتر) triethylchlorosilane (1 ملمول) لهذا الحل في RT. 1 مل من هذا الحل يحتوي على ثنائي كلورو ميثان-0.1 مليمول التيتانيوم (IV) ثالثي باتوكسايد و 0.1 ملمول triethylchlorosilane.

2. بيناكولون رد فعل من Tetraphenyl-1 ،2-ايثان (1) مع 2 Ethylbutyraldehyde

  1. حل 366 ملغ من tetraphenyl-1 ،2-ايثان (1، 1 ملمول) و 300 ملغ (370 ميكرولتر) من المقطر حديثا 2-ethylbutyraldehyde (3 ملمول) في 3 مل ثنائي كلورو ميثان الجافة.
  2. إضافة 0.5 مل من إعداد منفصل التيتانيوم (IV) ثالثي -butoxide/triethylchlorosilane حل (0.05 ملمول).
  3. يحرك الخليط الناتج في RT في أنبوب رد فعل مختومة.
  4. Confiجمهورية مقدونيا اكتمال رد فعل من قبل طبقة رقيقة اللوني (شاطف: الهكسان / الأسيتون - 9/1) على هلام السيليكا لوحات TLC (60 F254). يتم الوصول إلى نهاية رد فعل في الوقت الذي tetraphenyl-1 ،2-1 ايثان لم يعد من الممكن الكشف عن (~ 12 ساعة). الترددات اللاسلكية ذات القيمة للمنتج 0.3 14.
  5. تمييع الناتجة خليط التفاعل مع 50 مل من ثنائي كلورو ميثان.
  6. غسل خليط التفاعل المخفف على التوالي بمقدار 20 مل كلوريد الأمونيوم المائية المشبعة والصوديوم الهيدروجينية محلول كربونات في قمع separatory.
  7. عزل الطبقة العضوية عن طريق قمع separatory.
  8. تجف الطبقة العضوية عن طريق التحريك على الجاف كبريتات المغنيسيوم.
  9. الترشيح والتعليق من مرشح ورقة مخدد وجمع الرواشح.
  10. إزالة ثنائي كلورو ميثان من الترشيح في الخلاء عند 40 درجة مئوية باستخدام المبخر الدوار (10-30 ملم زئبقي). سوف تبخر المذيبات تتطلب 20 دقيقة.
  11. تنقية المخلفات المتبقيةبواسطة فلاش العمود اللوني من خلال عمود من هلام السيليكا (0،035-0،070 مم، ACROS) مع التدرج من الهكسان / الأسيتون (بدءا من 19:01 ويسيرون إلى 16:04) للحصول على 280 ملغ من 1،2-2F ديول (0.99 ملمول).
  12. تأكيد هوية 2F 1،2-ديول بنسبة 1 H الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) باستخدام اداه 3 المذيبات كما. لمطياف الرنين المغناطيسي النووي 300 ميغاهيرتز، و1 H NMR الطيف من ديول هو كما يلي: δ = 0.78 (ر، 3H، J = 7.4 هرتز)، 0.87 (ر، 3H، J = 7.3 هرتز)، 1،18-1،40 (م ، 4H)، 1،75-1،81 (م، 1H)، 1.91 (س، 1H، OH)، 3.12 (س، 1H، OH)، 4.68 (د، 1H، J = 1.2 هرتز)، 7،19-7،37 (م، 6H )، 7،44-7،46 (م، 2H)، 7،61-7،63 (م، 2H).

3. بيناكولون رد فعل من Tetraphenyl-1 ،2-ايثان (1) مع الايثيل الكيتون

  1. حل 366 ملغ من tetraphenyl-1 ،2-ايثان (1، 1 ملمول) و 345 ملغ (423 ميكرولتر) من اثيل كيتون (4 ملمول) في 3مل ثنائي كلورو ميثان الجافة.
  2. إضافة 1 مل من إعداد منفصل التيتانيوم (IV) ثالثي حل -butoxide/triethylchloro-silane (0.1 ملمول).
  3. يحرك الخليط الناتج في RT في أنبوب رد فعل مختومة.
  4. تأكيد التفاعل الكامل من قبل طبقة رقيقة اللوني (شاطف: الهكسان / الأسيتون، 9:1) على هلام السيليكا لوحات TLC (60 F254). يتم الوصول إلى نهاية رد فعل في ذلك الوقت، عندما tetraphenyl-1 ،2-1 ايثان لا يمكن الكشف عنها (~ 12 ساعة). الترددات اللاسلكية للمنتج 0.3 14.
  5. تمييع الناتجة خليط التفاعل مع 50 مل من ثنائي كلورو ميثان.
  6. غسل خليط التفاعل المخفف على التوالي بمقدار 20 مل المشبعة كلوريد الأمونيوم المائية وحل كربونات الصوديوم في قمع separatory.
  7. عزل الطبقة العضوية عن طريق قمع separatory.
  8. تجف الطبقة العضوية عن طريق التحريك على الجاف كبريتات المغنيسيوم.
  9. الترشيح والتعليق من ورقة فيل مخددثالثا وجمع الرواشح.
  10. إزالة ثنائي كلورو ميثان في الخلاء عند 40 درجة مئوية باستخدام المبخر الدوار (10-30 ملم زئبقي). سوف تبخر المكونات المتطايرة تتطلب 30 دقيقة.
  11. تنقية المخلفات المتبقية عن طريق فلاش العمود اللوني من خلال عمود من هلام السيليكا (0،035-0،070 مم، ACROS) مع التدرج من الهكسان / الأسيتون (بدءا من 19:01 ويسيرون إلى 16:04) للحصول على 250 ملغ من 1، 4F-2 ديول (0.93 ملمول).
  12. التأكد من هوية المنتج من قبل 1 H الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) باستخدام اداه 3 المذيبات كما. ل300 ميغاهرتز مطياف الرنين المغناطيسي النووي، 1 H NMR الطيف من 4F ديول هو كما يلي: δ = 0.92 (ر، 6H، J = 7.6 هرتز)، 1.78 (م، 4H)، 2.03 (س، 1H، OH)، 2.83 (س، 1H، OH)، 7،26-7،35 (م، 6H)، 7،69-7،71 (م، 4H).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

في ردود فعل tetraphenyl-1 ،2-1 ايثان والأسيتون في وجود كميات من التيتانيوم الحفاز (IV) alkoxides لاحظنا تشكيل ثنائي الفينيل 1،1-1-،2-4A ديول، وفي الوقت نفسه تشكيل من بينزفينون 3 (مخطط 1). لم يتم الكشف عن المقابلة متناظرة 1،2-ديول التي شكلتها اقتران بيناكولون تنافسية من الأسيتون. ومع ذلك، هناك حاجة للحصول على تحويلات الكمي رد فعل مرات طويلة للغاية وغير مقبول في ظل هذه الظروف. ولوحظ وجود زيادة كبيرة في معدلات التفاعل من خلال إضافة trialkylchlorosilanes. وقد لاحظت عوائد عالية عموما، في إطار رد فعل مرات مقبولة. المزيد على، يصبح أداء الحفاز الممكن أن يبسط عملية تنقية للغاية من المنتجات.

وقد تحققت أفضل النتائج من خلال نشر مول 5-10٪ triethylchlorosilane وكذلك التيتانيوم (IV) ثالثي باتوكسايد.من خلال هذا الجمع حافزا وتجنب ردود فعل غير مرغوب فيها تنافسية (ردود الفعل Meerwein-Ponndorf-فيرلي، تشكيل silylethers أو بيناكولون إعادة ترتيب). قبل نشر trialkylchlorosilanes ضخمة لوحظت أوقات رد الفعل يعد مرة أخرى.

أجريت ردود الفعل في ثنائي كلورو ميثان في RT. أثبتت غيرها من المذيبات مثل التولوين أو أسيتونتريل أيضا لتكون قابلة للتطبيق. لم تكن هناك حاجة Schlenk-الظروف (ظروف خاملة، جو الأرجون)، ولكن رد الفعل أنبوب يجب أن تكون مختومة بشكل صحيح. تم المعطل الأنواع الحفاز عن التعرض للهواء. ولكن يمكن بسهولة أن يكون مجدد بعد ذلك من قبل بيغ مع النيتروجين أو الأرجون الغلاف الجوي. أيضا، كان ترتيب إضافة الكواشف الكواشف واهية. أدى نشر الألدهيدات-α غير متفرعة في تشكيل جزئي للacetales المقابلة (2A، 2B و2P، الجدول 1). في معظم الحالات الأخرى كانت ثنائيات البوليثيرات كاملة ايزوذا الصلة مع عوائد ممتازة.

نشر الكيتونات توسعت بصورة ملموسة نطاق المنتجات من هذه الطريقة (الجدول 2). وهناك حاجة إلى زيادة طفيفة من محفز تحميل (10٪ مول) على تحمل المقابلة 1،2-4A ثنائيات البوليثيرات كاملة - ق بحسن للغلة الكمي. مرة أخرى، وتم تشكيل ثنائيات البوليثيرات كاملة لا متناظرة في ظل هذه الظروف رد فعل.

مخطط 1
مخطط 1. Retropinacol / عبر بيناكولون رد فعل tetraphenylethane-1 ،2-ديول مع الأسيتون.

مخطط 2
مخطط 2. Retropinacol / عبر بيناكولون رد فعل من 2.3-ثنائي ميثيل--طرطرات مع isobutyraldeهايد.

الجدول 1
الجدول 1. Retropinacol / عبر بيناكولون ردود الفعل اقتران مع الألدهيدات.

الجدول 2
الجدول 2. Retropinacol / عبر بيناكولون ردود الفعل اقتران مع الكيتونات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

لوحظ حدوث انخفاض عام في أوقات رد الفعل وزيادة الغلة عن طريق نشر مركبات الكربونيل الإلكترون الغنية (قارن مع دخول 3 17، الجدول 1 أو دخول 19 مع 13، الجدول 2). بالإضافة إلى ذلك، في ردود فعل الكيتونات مع بدائل ضخمة لوحظ انخفاض في العوائد في ظل ظروف مماثلة (قارن مع دخول 12 11، الجدول 2).

على الرغم من مجموعة واسعة من مركبات الكربونيل يمكن تطبيقها في هذه العملية الرواية، يطلب مختلفة ثنائيات البوليثيرات كاملة انطلاق geminal على التحسين من ظروف التفاعل. وهذا صحيح خاصة بالنسبة للثنائيات البوليثيرات كاملة بين functionalized 1،2-. لإثبات ذلك، اختبرناها 2،3-ثنائي ميثيل--طرطرات (6) كبديل بدءا مجمع تحت ظروف التفاعل مماثلة. عن طريق زيادة كمية triethylchlorosilane اقتران retropinacol / عبر بيناكولون من ثنائي ميثيل طرطرات 6 يمكن أن يتحقق حتىمع الألدهيدات enolizable (isobutyraldehyde) (مخطط 2).

بناء على هذا التمديد مباشرة من هذه المنهجية الرواية، فمن المفترض أن وصفها retropinacol / عبر بيناكولون مفهوم اقتران يمكن تعميمها على تركيب مزيد من vicinal unsymmetrically 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة، على سبيل المثال في التوليف الإجمالية للمنتجات الطبيعية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب تعلن أي المصالح المالية المتنافسة.

Acknowledgments

المؤلفين أشكر جمعية الألمانية للبحوث، وباير فارما AG، كيمتورا Organometallics GmbH المزيد بيرجكامن، وباير لخدمات محدودة، BASF AG، وساسول GmbH المزيد من الدعم المالي.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Maekawa, H., Yamamoto, Y., Shimada, H., Yonemura, K., Nishiguchi, I. Mg- promoted mixed pinacol coupling. Tetrahedron Lett. 45, 3869-3872 (2004).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Groth, U., Jung, M., Vogel, T. Intramolecular chromium(II)-catalyzed pinacol cross coupling of 2-Mmethylene-α,ω-dicarbonyls. Syn. Lett. 1054-1058 (2004).
  12. Appendino, G. Synthesis of Modified Ingenol Esters. Eur. J. Org. Chem. 3413-3420 (1999).
  13. 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).
  14. Leonard, J., Lyfo, B., Procter, G. Advanced Practical Organic Chemistry. 3rd ed, CRC Press. (2013).
  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 / عبر بيناكولون ردود الفعل اقتران - A الوصول إلى التحفيز 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة غير متماثل
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

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