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Chemistry

Retropinacol / Croix-pinacol réactions de couplage - Un accès catalytique de 1,2-diols asymétriques

doi: 10.3791/51258 Published: April 4, 2014

Summary

A nouveau compte pour la synthèse de 1,2-diols symétriques basé sur un mécanisme de couplage retropinacol / contre-pinacol est décrite. En raison de l'exécution de catalyseur de cette réaction une amélioration considérable par rapport aux raccords contre-pinacol classiques est atteint.

Abstract

1,2-diols asymétriques sont difficilement accessibles par des processus de couplage pinacolique réductrices. Une exécution réussie d'une telle transformation est lié à une reconnaissance claire et stricte différenciation des deux composés carbonylés (aldéhydes similaires → 1,2-diols ou des cétones secondaires → tertiaires 1,2-diols). Ce réglage fin est toujours un défi et un problème non résolu de la chimie organique. Il existe plusieurs rapports sur l'exécution réussie de cette transformation, mais ils ne peuvent pas être généralisés. Nous décrivons ici un procédé catalytique directe pinacolique de couplage qui se déroule via une séquence d'accouplement retropinacol / cross-pinacol. Ainsi, substitués 1,2-diols symétriques peuvent être accessibles avec des rendements presque quantitatifs à l'aide d'une performance opérationnelle simple, dans des conditions très douces. Techniques artificielles, telles que les techniques de la pompe à seringue ou des ajouts tardifs des réactifs ne sont pas nécessaires. La procédure que nous décrivons fournit un accès très rapide àproduits contre-pinacol (1,2-diols, les diols vicinaux). Une extension de ce nouveau processus, par exemple une performance énantiosélective pourrait fournir un outil très utile pour la synthèse de 1,2-diols chiraux asymétriques.

Introduction

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La réaction de couplage de pinacol est une méthode générale et couramment utilisés pour la préparation de diols vicinaux symétriquement (1,2-diols, les pinacols). Pour des examens complets dans ce domaine, voir les références Hirao 1, Chatterjee et Joshi 2, 3 Ladipo, et Gansäuer et Bluhm 4. Contrairement à ce que, seuls quelques rapports ont été publiés pour désigner une réalisation efficace des réactions de couplage inter-pinacol pour obtenir les asymétriques 1,2-diols correspondants (titane (IV) / chlorure de manganèse 5, samarium (II) d'iodure 6, de magnésium / triméthylchlorosilane 7, le vanadium (II) 8, le zirconium / étain 9, et l'ytterbium 10). Ainsi, la croix-pinacolique réaction de couplage intermoléculaire reste encore un grand défi en chimie organique, en particulier l'exécution de catalyseur de cette transformation.

La formation de produits de couplage croisé est cinétiquement défavoriséedans des conditions de couplage de pinacol classique. Pour obtenir des quantités suffisantes du produit dissymétrique retardé addition d'un composé carbonyle est possible. Il existe quelques exemples qui développent ce concept, mais ils sont basés sur plusieurs manipulations expérimentales spécifiques et donc ne peut pas être généralisé. En outre, l'excès nécessaire d'un composé carbonyle dans ces transformations conduit à une séparation pénible d'un mélange complexe de produits 11. Une alternative à cette fin est représenté par la precomplexation d'un réactif de rendu des quantités équimolaires d'un réactif supplémentaire nécessaire.

Divers exemples d'une réaction de pinacol réversible ont été décrits 12. Ceux-ci mènent à considérer que ces conditions pourraient être un point de départ idéal pour la synthèse sélective de produits de couplage croisé. Depuis un métal de faible valence, ainsi qu'un radical espèce réactive est formé in situ en même temps, Les diols asymétriques peuvent être formés exclusivement en présence d'un réactif carbonylé approprié. Au meilleur de notre connaissance, un tel procédé n'a pas été rapportée précédemment (Porta et al. Décrit un clivage de pinacol comparable et le couplage ultérieur par le déploiement complémentaire de quantités stoechiométriques de l'AIBN (2,2 '-azo-bis-isobutyronitrile) pour générer les radicaux nécessaires) 13.

Ici, un protocole est visualisée qui fournit un accès rapide et simple sur le plan opérationnel à dissymétriques 1,2-diols. Les produits de pinacol asymétriques sont pour la plupart accessibles à d'excellents rendements (> 95%). Indésirables produits symétriquement pinacol ne sont pas respectées. Cette nouvelle méthodologie transversale pinacol est basée sur une séquence de couplage retropinacol / contre-pinacol. Il sera démontré dans ce qui suit par des réactions représentatives de benzopinacole (1,1,2,2-tétraphényl-1 ,2-diol, 1) avec le 2-éthylbutyraldéhyde (dans la série de l'aldéhyde) et with diéthylcétone (dans la série de cétone).

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Protocol

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Une. Préparation de titane (IV) de la solution de tert -butoxide/Triethylchlorosilane

  1. Dissoudre 400 mg (400 ul) de titane (IV), le tert-butoxyde de potassium (1 mmol) dans 10 ml de dichlorométhane sec. Ajouter 150 mg (170 ul) triéthylchlorosilane (1 mmol) à cette solution à la température ambiante. 1 ml de cette solution contient du dichlorométhane, 0,1 mmol de titane (IV), le tert-butoxyde de potassium et 0,1 mmol triéthylchlorosilane.

2. Pinacol-réaction de tétraphényl-1 ,2-diol (1) avec le 2-éthylbutyraldéhyde

  1. Résoudre 366 mg de tétraphényl-1 ,2-diol (1, 1 mmol) et 300 mg (370 ul) de fraîchement distillé de 2-éthylbutyraldéhyde (3 mmol) dans 3 ml de dichlorométhane sec.
  2. Ajouter 0,5 ml du titane préparé séparément (IV) tert -butoxide/triethylchlorosilane solution (0,05 mmol).
  3. On agite le mélange résultant à la température ambiante dans un tube de réaction scellé.
  4. Confiancerm, la réaction est terminée par Chromatographie sur couche mince (éluant: hexane / acétone - 9/1) sur des plaques de gel de silice de CCM (60 F254). La fin de réaction est atteinte au moment où le tétraphényl-1 ,2-éthanediol 1 ne peut plus être détecté (~ 12 h). La valeur Rf du produit est de 0,3 14.
  5. On dilue le mélange réactionnel résultant avec 50 ml de dichlorométhane.
  6. Laver le mélange réactionnel dilué successivement par 20 ml de solution saturée de chlorure d'ammonium aqueux et une solution de carbonate acide de sodium dans une ampoule à décanter.
  7. Isoler la phase organique par une ampoule à décanter.
  8. Sécher la couche organique par agitation sur du sulfate de magnésium sec.
  9. Filtrer la suspension par un filtre en papier cannelé, et recueillir les filtrats.
  10. Éliminer le dichlorométhane du filtrat sous vide à 40 ° C en utilisant un évaporateur rotatif (10 à 30 mmHg). L'évaporation des solvants, il faudra 20 min.
  11. Purifier le résidupar chromatographie sur colonne flash à travers une colonne de gel de silice (0,035 à 0,070 mm, ACROS) avec un gradient d'hexane / acétone (à partir de 19 heures 01 et de descendre à 16:04) pour obtenir 280 mg de 1,2-diol 2f (0,99 mmol).
  12. Confirmer l'identité de l'2f 1,2-diol par 1 H spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) en utilisant CDCl3 comme solvant. Pour un spectromètre de RMN à 300 MHz, le spectre 1 H du diol de RMN est la suivante: δ = 0,78 (t, 3H, J = 7,4 Hz), 0,87 (t, 3H, J = 7,3 Hz), 1,18 à 1,40 (m , 4H), de 1,75 à 1,81 (m, 1H), 1,91 (s, 1H, OH), 3,12 (s, 1H, OH), 4,68 (d, 1H, J = 1,2 Hz), de 7,19 à 7,37 (m, 6H ), 7,44 à 7,46 (m, 2H), 7,61 à 7,63 (m, 2H).

3. Pinacol-réaction de tétraphényl-1 ,2-diol (1) avec la diéthylcétone

  1. Résoudre 366 mg de tétraphényl-1 ,2-diol (1, 1 mmol) et 345 mg (423 ul) de la diéthylcétone (4 mmol) dans 3ml de dichlorométhane sec.
  2. Ajouter 1 ml du titane préparé séparément (IV) de la solution de tert -butoxide/triethylchloro-silane (0,1 mmol).
  3. On agite le mélange résultant à la température ambiante dans un tube de réaction scellé.
  4. Confirmation de la réaction est terminée par Chromatographie sur couche mince (éluant: hexane / acétone, 9:1) sur des plaques de CCM de gel de silice (60 F254). La fin de la réaction est atteint à l'époque, quand tétraphényle-1 ,2-diol 1 ne peut pas être détectée (~ 12 h). Le Rf du produit est de 0,3 14.
  5. On dilue le mélange réactionnel résultant avec 50 ml de dichlorométhane.
  6. Laver le mélange réactionnel dilué successivement par 20 ml de solution saturée de chlorure d'ammonium aqueux et une solution de carbonate de sodium dans une ampoule à décanter.
  7. Isoler la phase organique par une ampoule à décanter.
  8. Sécher la couche organique par agitation sur du sulfate de magnésium sec.
  9. Filtrer la suspension par un papier filtre canneléter et recueillir les filtrats.
  10. Éliminer le dichlorométhane sous vide à 40 ° C en utilisant un évaporateur rotatif (10 à 30 mmHg). L'évaporation des constituants volatils, il faudra 30 min.
  11. On purifie le résidu par chromatographie sur colonne flash à travers une colonne de gel de silice (0,035-0,070 mm, ACROS) avec un gradient d'hexane / acétone (à partir de 19 heures 01 et de descendre à 16:04) pour obtenir 250 mg de 1, 2-diol 4f (0,93 mmol).
  12. Confirmer l'identité du produit par 1 H spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) en utilisant CDCl3 comme solvant. Pour un spectromètre de RMN à 300 MHz, le 1 H spectre de la 4f diol RMN est la suivante: δ = 0,92 (t, 6H, J = 7,6 Hz), 1,78 (m, 4H), 2,03 (s, 1H, OH), 2.83 (s, 1H, OH), de 7,26 à 7,35 (m, 6H), de 7,69 à 7,71 (m, 4H).

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Representative Results

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Dans les réactions de tétraphényl-1 ,2-éthanediol 1 et de l'acétone en présence de quantités catalytiques de titane (IV)-alcoxydes nous avons observé la formation de 1,1-diphényl-1 ,2-diol 4a et en même temps la formation de benzophénone 3 (schéma 1). Le 1,2-diol symétrique correspondante formée par un couplage de pinacol compétitif de l'acétone n'a pas été détecté. Toutefois, pour obtenir des conversions quantitatives extrêmement longs et inacceptables temps de réaction ont été tenus dans ces conditions. Une augmentation considérable des vitesses de réaction a été observé par l'addition de trialkylchlorosilanes. Des rendements élevés dans l'ensemble des temps de réaction acceptables ont été remarqués. Plus loin, une performance catalytique devient extrêmement possible que simplifie le processus de purification des produits.

Les meilleurs résultats ont été obtenus par le déploiement de 5-10% en moles, le triéthylchlorosilane, ainsi que le titane (IV), le tert-butoxyde de potassium.Au moyen de cette combinaison de catalyseur des réactions indésirables ont été évités compétitifs (réactions de Meerwein-Ponndorf-Verley, la formation de silylethers ou réarrangement pinacol). Par déploiement de trialkylchlorosilanes volumineux de plus longs temps de réaction n'a été observée à nouveau.

Les réactions ont été effectuées dans du dichlorométhane à température ambiante. D'autres solvants comme le toluène ou l'acétonitrile sont également avérés être applicable. Schlenk conditions (conditions inertes, l'atmosphère d'argon) ne sont pas tenus, mais le tube de réaction doivent être correctement scellées. Les espèces catalytiques a été inactivé par l'exposition de l'air. Mais il peut facilement être régénérée par la suite en faisant circuler une atmosphère d'azote ou d'argon. En outre, l'ordre d'addition des réactifs et des réactifs était unsubstantial. Le déploiement des aldéhydes α-non ramifié, a donné lieu à une formation partielle de acetales (2a, 2b et 2p, tableau 1) correspondants. Dans la plupart des autres cas, les diols étaient isolated avec d'excellents rendements.

Le déploiement de cétones considérablement étendu le champ d'application du produit de cette méthode (tableau 2). Une légère augmentation de charge de catalyseur (10% en mole) a été nécessaire pour obtenir le 1,2-diols correspondant 4a - s bon pour des rendements quantitatifs. Encore une fois, aucun diols symétriques sont formés dans ces conditions réactionnelles.

Schéma 1
Schéma 1. Retropinacol / réaction croisée pinacol de tétraphényléthane-1 ,2-diol avec de l'acétone.

Schéma 2
Schéma 2. Retropinacol / réaction croisée pinacolique de 2,3-diphényl-diméthyl-tartrate de isobutyraldehyde.

Tableau 1
Tableau 1. Réactions de couplage Retropinacol / cross-pinacol avec des aldéhydes.

Tableau 2
Tableau 2. Réactions de couplage Retropinacol / cross-pinacol avec des cétones.

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Discussion

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Une baisse globale du temps de réaction et des rendements plus élevés est observé par le déploiement de composés carbonylés riches en électrons (comparer entrée 3 avec 17, tableau 1 ou entrée 19 avec 13, tableau 2). En outre, dans des réactions de cétones avec des substituants volumineux une diminution des rendements est observée dans des conditions comparables (comparer 12 avec l'entrée 11, tableau 2).

Bien qu'une large gamme de composés carbonylés peut être appliquée dans ce procédé selon l'invention, différents diols géminés départ de demander une optimisation des conditions de réaction. Cela est vrai en particulier pour les 1,2-diols fonctionnalisés. Pour démontrer cela, nous avons testé le 2,3-diphényl-diméthyl-tartrate de (6) en tant qu'alternative composé de départ dans des conditions réactionnelles similaires. En augmentant la quantité de triéthylchlorosilane un couplage retropinacol / contre-pinacol de tartrate de diméthyle 6 pourrait être réalisé mêmeavec des aldéhydes énolisables (isobutyraldéhyde) (schéma 2).

Sur la base de cette extension directe de cette nouvelle méthodologie, il est supposé que le concept de couplage retropinacol / contre-pinacol décrite peut être généralisée à la synthèse de manière non symétrique en outre 1,2-diols vicinaux, par exemple dans la synthèse totale de produits naturels.

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Disclosures

Les auteurs déclarent aucun intérêt financier concurrents.

Acknowledgments

Les auteurs remercient Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bayer Pharma AG, Chemtura Organometallics GmbH Bergkamen, Bayer Services GmbH, BASF AG, et Sasol GmbH pour un soutien financier.

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).
  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 / Croix-pinacol réactions de couplage - Un accès catalytique de 1,2-diols asymétriques
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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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