Login processing...

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

Chemistry

Retropinacol / Cross-pinacol Koppeling Reacties - Een Catalytic Toegang tot 1,2-Unsymmetrical Diolen

doi: 10.3791/51258 Published: April 4, 2014

Summary

Een nieuwe rekening voor de synthese van asymmetrische 1,2-diolen op basis van een retropinacol / cross-pinacol koppelingsmechanisme wordt beschreven. Door de katalytische uitvoering van deze reactie een aanzienlijke verbetering ten opzichte van conventionele cross-pinacol koppelingen bereikt.

Abstract

Asymmetrische 1,2-diolen zijn nauwelijks bereikbaar met reductieve pinacol koppeling processen. Een succesvolle uitvoering van een dergelijke transformatie is gebonden aan een duidelijke erkenning en strikte differentiatie van twee soortgelijke carbonylverbindingen (aldehyden → secundaire 1,2-diolen of ketonen → tertiaire 1,2-diolen). Deze bijstelling is nog steeds een uitdaging en een onopgelost probleem voor een organisch chemicus. Er bestaan ​​verscheidene rapporten over succesvolle uitvoering van deze transformatie, maar ze kunnen niet worden gegeneraliseerd. Hierin beschrijven we een katalytische directe pinacol koppeling proces dat verloopt via een retropinacol / cross-pinacol koppeling volgorde. Aldus kan asymmetrisch gesubstitueerde 1,2-diolen worden benaderd met bijna kwantitatieve opbrengsten door een operationeel eenvoudige uitvoering onder zeer milde omstandigheden. Kunstmatige technieken, zoals spuit-pomp technieken of vertraagde toevoeging van reactanten niet nodig. De procedure beschrijven we levert een zeer snelle toegang totcross-pinacol producten (1,2-diolen, vicinale diolen). Een verdere uitbreiding van dit nieuwe proces, bijvoorbeeld een enantioselective prestaties kan een zeer nuttig hulpmiddel voor de synthese van asymmetrische chirale 1,2-diolen bieden.

Introduction

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

De pinacol koppelingsreactie is een algemene en vaak gebruikte methode voor de bereiding van symmetrisch vicinale diolen (1,2-diolen, pinacols). Voor een uitgebreide evaluatie op dit gebied zie referenties Hirao 1, Chatterjee en Joshi 2, Ladipo 3 en Gansäuer en Bluhm 4. In tegenstelling daarmee, waren slechts enkele rapporten een efficiënte realisatie van cross-pinacol koppelingsreacties betrekking op de niet-symmetrische 1,2-diolen (titaan (IV) chloride / mangaan 5, samarium (II) jodide 6, magnesium opbrengst / trimethylchloorsilaan 7, vanadium (II) 8, zirkonium / tin 9 en ytterbium 10). Zo, de intermoleculaire cross-pinacol koppeling reactie nog steeds een grote uitdaging in de organische chemie, in het bijzonder de katalytische uitvoering van deze transformatie.

De vorming van kruiskoppeling producten is kinetisch afgekeurdonder omstandigheden van een klassieke pinacol koppeling. Om voldoende hoeveelheden van het asymmetrisch product te verkrijgen vertraagde toevoeging van een carbonylverbinding mogelijk. Er bestaan ​​enkele voorbeelden die de ontwikkeling van dit concept, maar ze zijn gebaseerd op verschillende specifieke experimentele manipulaties en dus kan niet worden gegeneraliseerd. Bovendien is de eigen bijdrage van een carbonylverbinding in deze transformaties tot een moeizame scheiding van een complex productmengsel 11. Een alternatief hiervoor is weergegeven door de precomplexation van een reactant rendering equimolaire hoeveelheden extra reagens nodig.

Verschillende voorbeelden van een reversibele reactie pinacol beschreven 12. Deze leiden tot de overweging dat dergelijke omstandigheden een optimaal uitgangspunt voor de selectieve synthese van kruiskoppeling producten zou kunnen zijn. Aangezien een lage-valent metaal en een reactieve radicalen gelijktijdig gevormd in situ, Asymmetrische diolen kan uitsluitend gevormd in aanwezigheid van een geschikte carbonyl reagens. Voor zover ons bekend dergelijke werkwijze is niet eerder gerapporteerd (Porta et al.. Beschreven vergelijkbare pinacol splitsing en daaropvolgende koppeling van de extra inzet van stoichiometrische hoeveelheden AIBN (2,2 '-azo-bis-isobutyronitril) genereren de gewenste groepen) 13.

Hierin een protocol wordt gevisualiseerd die een snelle en operationeel eenvoudige toegang tot asymmetrische 1,2-diolen biedt. De asymmetrische pinacol producten zijn meestal toegankelijk in uitstekende opbrengsten (> 95%). Ongewenste symmetrisch pinacol producten zijn niet waargenomen. Deze nieuwe cross-pinacol methodologie is gebaseerd op een retropinacol / cross-pinacol koppeling volgorde. Zij worden in het volgende aangetoond door representatieve reacties van benzopinacole (1,1,2,2-tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol, 1) met 2-ethylbutyraldehyde (in het aldehyde serie) en wet diethylketon (in het keton serie).

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. Bereiding van titaan (IV) tert -butoxide/Triethylchlorosilane Oplossing

  1. Los 400 mg (400 ui) titaan (IV) tert-butoxide (1 mmol) in 10 ml droge dichloormethaan. Voeg 150 mg (170 ui) triethylchloorsilaan (1 mmol) aan deze oplossing bij kamertemperatuur. 1 ml van deze dichloormethaan-oplossing bevat 0,1 mmol titaan (IV) tert-butoxide en 0,1 mmol triethylchloorsilaan.

2. Pinacol-reactie van tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol (1) met 2-Ethylbutyraldehyde

  1. Los 366 mg tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol (1, 1 mmol) en 300 mg (370 ui) vers gedestilleerd 2-ethylbutyraldehyde (3 mmol) in 3 ml droge dichloormethaan.
  2. Voeg 0,5 ml van de afzonderlijk bereide titaan (IV) tert -butoxide/triethylchlorosilane oplossing (0,05 mmol).
  3. Roer het verkregen mengsel bij kamertemperatuur in een afgesloten reageerbuis.
  4. Confirm de reactie wordt voltooid door dunnelaagchromatografie (eluens: hexaan / aceton - 9/1) over silicagel TLC-platen (60 F254). Het einde van de reactie wordt bereikt op het tijdstip tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol 1 niet meer worden gedetecteerd (~ 12 uur). De Rf-waarde van het product 0,3 14.
  5. Verdun de resulterende reactiemengsel met 50 ml dichloormethaan.
  6. Was het verdunde reactiemengsel achtereenvolgens met 20 ml verzadigd waterig ammoniumchloride en natriumwaterstofcarbonaat oplossing in een scheidtrechter.
  7. Isoleer de organische laag door een scheitrechter.
  8. Droog de organische laag onder roeren over droge magnesiumsulfaat.
  9. Filtreren de opschorting door een vouwfilter papieren filter en het verzamelen van de filtraten.
  10. Verwijder dichloormethaan uit het filtraat onder vacuüm bij 40 ° C met een rotatieverdamper (10-30 mmHg). Verdamping van oplosmiddelen 20 min is.
  11. Zuiver het resterende residumet flash kolom chromatografie over een kolom silicagel (0,035-0,070 mm, ACROS) met een gradiënt van hexaan / aceton (vanaf 19:01 en naar beneden naar 16:04) om 280 mg 1,2-diol 2f verwerven (0.99 mmol).
  12. Bevestig de identiteit van de 1,2-diol 2f door 1H nucleaire magnetische resonantiespectroscopie (NMR) met CDCI3 als oplosmiddel. Voor een 300 MHz NMR-spectrometer, het 1H NMR spectrum van het diol is als volgt: 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-reactie van tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol (1) met diethyl keton

  1. Los 366 mg tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol (1, 1 mmol) en 345 mg (423 pl) van diethyl keton (4 mmol) in 3ml droge dichloormethaan.
  2. Voeg 1 ml van de afzonderlijk bereide titaan (IV) tert -butoxide/triethylchloro-silane oplossing (0,1 mmol).
  3. Roer het verkregen mengsel bij kamertemperatuur in een afgesloten reageerbuis.
  4. Controleer de reactie voltooid dunnelaagchromatografie (eluens: hexaan / aceton, 9:1) op silicagel TLC-platen (60 F254). Het einde van de reactie wordt bereikt op het tijdstip, waarop tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol 1 niet kunnen worden gedetecteerd (~ 12 uur). De Rf van het product 0,3 14.
  5. Verdun de resulterende reactiemengsel met 50 ml dichloormethaan.
  6. Was het verdunde reactiemengsel achtereenvolgens met 20 ml verzadigd waterig ammoniumchloride en natriumcarbonaat oplossing in een scheidtrechter.
  7. Isoleer de organische laag door een scheitrechter.
  8. Droog de organische laag onder roeren over droge magnesiumsulfaat.
  9. Filtreren de opschorting door een geribbelde papier filter en het verzamelen van de filtraten.
  10. Verwijder dichloormethaan onder vacuüm bij 40 ° C met een rotatieverdamper (10-30 mmHg). Verdamping van vluchtige bestanddelen 30 min is.
  11. Zuiver het overblijvende residu met flitskolomchromatografie door een kolom van silicagel (0,035-0,070 mm, ACROS) met een gradiënt van hexaan / aceton (vanaf 19:01 en naar beneden naar 16:04) om 250 mg 1 verwerven 2-diol 4f (0,93 mmol).
  12. Bevestig de identiteit van het product door 1H nucleaire magnetische resonantiespectroscopie (NMR) met CDCI3 als oplosmiddel. Voor een 300 MHz NMR-spectrometer, het 1H NMR spectrum van het diol 4f is als volgt: 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

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

In reacties van tetrafenyl-1 ,2-ethaandiol 1 en aceton bij aanwezigheid van katalytische hoeveelheden titaan (IV)-alkoxiden zagen we de vorming van 1,1-difenyl-1 ,2-diol 4a en tegelijkertijd de vorming benzofenon 3 (Schema 1). De overeenkomstige symmetrische 1,2-diol gevormd door een competitieve pinacol koppeling aceton werd niet gedetecteerd. Echter, werden kwantitatieve omzetting te verkrijgen extreem lange en onaanvaardbaar reactietijden onder deze omstandigheden vereist. Een aanzienlijke toename in reactiesnelheid waargenomen door de toevoeging van trialkylchlorosilanes. Overall hoge opbrengsten binnen aanvaardbare reactietijden werden opgemerkt. Verder, een katalytische prestatie mogelijk wordt dat zeer vereenvoudigt de zuivering van de producten.

De beste resultaten werden bereikt door het inzetten van 5-10 mol% triethylchloorsilaan en titaan (IV) tert-butoxide.Door deze combinatie van katalysatoren ongewenste concurrerende reacties werden vermeden (Meerwein-Ponndorf Verley-reacties, vorming van silylethers of pinacol herschikking). Door inzet van omvangrijke trialkylchlorosilanes langere reactietijden weer waargenomen.

Reacties werden uitgevoerd in dichloormethaan bij kamertemperatuur. Andere oplosmiddelen zoals tolueen of acetonitril bleek ook toepasbaar zijn. Schlenk-omstandigheden (inerte omstandigheden, argon atmosfeer) waren niet verplicht, maar de reactie buis moet goed worden afgesloten. De katalytische species werd geïnactiveerd door blootstelling aan de lucht. Maar het kan gemakkelijk achteraf worden geregenereerd door spoelen met stikstof of argonatmosfeer. Ook de volgorde van toevoeging van reactanten en reagentia was onbelangrijk. Implementatie van α-vertakte aldehyden resulteerde in een gedeeltelijke vorming van overeenkomstige acetales (2a, 2b en 2p, tabel 1). In de meeste andere gevallen waren de diolen isoberekend met uitstekende opbrengsten.

De inzet van ketonen aanzienlijk uitgebreid de productomschrijving van deze methode (tabel 2). Een kleine toename van katalysator loading (10 mol%) was nodig om de corresponderende 1,2-diolen 4a veroorloven - s in goede tot kwantitatieve opbrengsten. Opnieuw werden geen symmetrische diolen gevormd onder deze reactieomstandigheden.

Schema 1
Schema 1. Retropinacol / cross-pinacol reactie van tetrafenylethaan-1 ,2-diol met aceton.

Schema 2
Schema 2. Retropinacol / cross-pinacol reactie van 2,3-difenyl-dimethyl-tartraat met isobutyraldehyde.

Tabel 1
Tabel 1. Retropinacol / cross-pinacol koppeling reacties met aldehyden.

Tabel 2
Tabel 2. Retropinacol / cross-pinacol koppeling reacties met ketonen.

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

Een algemene daling van reactietijden en hogere opbrengsten wordt waargenomen door inzet van elektronenrijke carbonylverbindingen (vergelijk ingang 3 met 17, tabel 1 of inschrijving 19 met 13, tabel 2). Bovendien, in reacties van ketonen met volumineuze substituenten een afname van het rendement wordt waargenomen onder vergelijkbare omstandigheden (vergelijk ingang 12 met 11, Tabel 2).

Hoewel diverse carbonylverbindingen in deze nieuwe werkwijze kan worden toegepast, verschillende uitgangsposities geminale diolen verzoeken een optimalisatie van reactieomstandigheden. Dit geldt vooral voor gefunctionaliseerde 1,2-diolen. Om dit te demonstreren, hebben we 2,3-difenyl-dimethyl-tartraat (6) getest als alternatief uitgangsverbinding onder soortgelijke reactieomstandigheden. Door het verhogen van de hoeveelheid triethylchloorsilaan een retropinacol / cross-pinacol koppeling van dimethyl tartraat 6 ook kan worden bereiktmet enoliseerbare aldehyden (isobutyraldehyde) (Schema 2).

Op basis van deze eenvoudige verlenging van deze nieuwe methode wordt aangenomen dat de beschreven retropinacol / cross-pinacol koppeling concept kan worden gegeneraliseerd naar de synthese van verdere asymmetrisch vicinale 1,2-diolen, bijvoorbeeld in totaal synthese van natuurlijke producten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.

Acknowledgments

De auteurs danken Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bayer Schering Pharma AG, Chemtura Organometallics GmbH Bergkamen, Bayer Services GmbH, BASF AG, en Sasol GmbH voor financiële steun.

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 / Cross-pinacol Koppeling Reacties - Een Catalytic Toegang tot 1,2-Unsymmetrical Diolen
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