Login processing...

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

Chemistry

Retropinacol תגובות צימוד / חוצת pinacol - גישה קטליטי לdiols 1,2-הסימטרי

doi: 10.3791/51258 Published: April 4, 2014

Summary

חשבון חדש לסינתזה של 1,2-diols הסימטרי המבוסס על מנגנון צימוד retropinacol / pinacol הצולב מתואר. בשל הביצוע קטליטי של התגובה הזו שיפור ניכר בהשוואה לזיווגי pinacol הצולבת קונבנציונליים מושגת.

Abstract

1,2-diols הסימטרי כמעט נגיש על ידי תהליכי צימוד pinacol רדוקטיבי. ביצוע מוצלח של שינוי כזה חייב הכרה ברורה והבחנה קפדנית של שתי תרכובות דומות קרבוניל (אלדהידים → 1,2-diols או קטונים המשניים → 1,2-diols שיישונים). כוונון עדין זה הוא עדיין אתגר ובעיה לא פתורה עבור כימאי אורגני. קיימים מספר דיווחים על ביצוע מוצלח של השינוי הזה, אבל הם לא יכולים להכליל. במסמך זה אנו מתארים תהליך קטליטי ישיר pinacol צימוד שממשיך דרך רצף צימוד retropinacol / pinacol צולב. לפיכך, ניתן לגשת 1,2-diols להחליף סימטרי עם תשואות כמעט כמותית באמצעות ביצועים תפעולי פשוטים בתנאים מתונים מאוד. טכניקות מלאכותיות, כגון טכניקות מזרק משאבה או תוספות מאוחרות של מגיבים אינן נחוצות. ההליך שאנו מתארים מספק גישה מהירה מאוד למוצרי pinacol הצולב (1,2-diols, diols vicinal). הארכה נוספת של התהליך החדש הזה, למשל ביצועי enantioselective יכולה לספק כלי שימושי מאוד לסינתזה של 1,2-diols כיראליות הסימטרי.

Introduction

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

תגובת צימוד pinacol היא שיטה כללית ונפוצה להכנת diols הסימטרי vicinal (1,2-diols, pinacols). לסקירות מקיפות בתחום זה רואה אזכור 1 Hirao, צ'אטרג'י וג'ושי 2, לאדיפו 3, וGansäuer ו4 בלום. בניגוד לכך, רק כמה דיווחים שפורסמו להתייחס מימוש יעיל של תגובות צימוד pinacol הצולב להניב 1,2-diols המקביל הסימטרי (טיטניום (IV) כלוריד / מנגן 5, סמריום (II) יודיד 6, מגנזיום / Trimethylchlorosilane 7, ונדיום (ב ') 8, זירקוניום / פח 9, ואיטרביום 10). לפיכך, תגובת צימוד pinacol הצולבת מולקולאריים עדיין אתגר גדול בכימיה אורגנית, בעיקר הביצוע הקטליטית של השינוי הזה.

היווצרות של מוצרי צימוד צולבים היא kinetically disfavoredבתנאים של צימוד pinacol קלאסי. כדי להשיג כמות מספקת של המוצר הסימטרי עיכב תוספת של תרכובת קרבוניל אחת אפשרית. קיימים כמה דוגמאות שמפתחות את המושג הזה, אבל הם מבוססים על כמה מניפולציות ניסוי ספציפיות, ולכן לא ניתן להכליל. בנוסף, העודף הנדרש של תרכובת קרבוניל אחד בשינויים הללו הביא להפרדה מייגע של תערובת מוצר מורכבת 11. חלופי למטרה זו מיוצגת על ידי precomplexation של מגיב אחד עיבוד כמויות equimolar של מגיב נוסף לפי צורך.

דוגמאות שונות של תגובת pinacol הפיכה תוארו 12. אלה מובילים לתמורה שתנאים כאלה יכולים להיות נקודת התחלה אופטימלית לסינתזה הבררנית של מוצרי צימוד צולבים. מאז מתכת נמוכה ערכית, כמו גם מינים רדיקליים תגובתי נוצר בו זמנית באתר, Diols הסימטרי יכול להיווצר אך ורק בנוכחות מגיב קרבוניל מתאים. למיטב ידיעתנו שיטה כזו לא דווחה קודם לכן (Porta et al. תאר מחשוף pinacol להשוות וצימוד לאחר מכן על ידי הפריסה נוספת של כמויות stoichiometric של AIBN (2,2 '--BIS-isobutyronitrile אזו) כדי ליצור רדיקלים חובה) 13.

במסמך פרוטוקול דמיינו המספק גישה מהירה ופשוטה למבצעי 1,2-diols הסימטרי. מוצרי pinacol הסימטריים הם בעיקר נגישים בתשואות מצוינות (> 95%). מוצרים באופן סימטרי pinacol לא רצויים לא נצפו. המתודולוגיה pinacol הצולבת חדשה זו מבוססת על רצף צימוד retropinacol / pinacol צולב. זה יהיה הפגין בדברים הבאים על ידי תגובות נציג benzopinacole (1,1,2,2-tetraphenyl-1 ,2-ethanediol, 1) עם 2-ethylbutyraldehyde (בסדרת אלדהיד) וwdiethylketone ה-i (בסדרת הקטון).

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. הכנה של טיטניום (IV) פתרון -butoxide/Triethylchlorosilane טרט

  1. ממיסים 400 מ"ג (400 μl) טיטניום (IV) טרט-butoxide (1 mmol) ב10 מיליליטר של dichloromethane היבשה. הוסף 150 מ"ג (170 μl) triethylchlorosilane (1 mmol) לפתרון זה ב RT. 1 מיליליטר של dichloromethane-פתרון זה מכיל 0.1 מילימול טיטניום (IV) טרט-butoxide ו0.1 מילימול triethylchlorosilane.

2. Pinacol תגובה של Tetraphenyl-1 ,2-ethanediol (1) עם 2-Ethylbutyraldehyde

  1. לפתור 366 מ"ג tetraphenyl-1 ,2-ethanediol (1, 1 mmol) ו300 מ"ג (370 μl) של טרי מזוקק 2-ethylbutyraldehyde (3 מילימול) ב 3 מיליליטר dichloromethane היבשה.
  2. הוסף 0.5 מיליליטר של טיטניום שהוכן בנפרד (IV) טרט -butoxide/triethylchlorosilane פתרון (0.05 מילימול).
  3. מערבבים את התערובת וכתוצאה מכך על RT בצינור תגובה אטום.
  4. Confirm התגובה הושלמה על ידי כרומטוגרפיה שכבה דקה (eluent: הקסאן / אצטון - 9/1) על צלחות TLC סיליקה ג'ל (60 F254). סוף התגובה הוא הגיע בתקופה שבה tetraphenyl-1 ,2-ethanediol 1 כבר לא יכול להיות מזוהה (~ שעות 12). RF-הערך של המוצר הוא 0.3 14.
  5. לדלל את תערובת תגובה וכתוצאה מכך עם 50 מיליליטר של dichloromethane.
  6. שטוף את תערובת תגובה בדילול מלא ברציפות על ידי 20 מיליליטר רווי אמוניום כלוריד מימיים ופתרונן פחמה מימן נתרן במשפך separatory.
  7. לבודד את השכבה האורגנית על ידי משפך separatory.
  8. ייבש את השכבה האורגנית על ידי ערבוב על מגנזיום סולפט היבש.
  9. תסנין ההשעיה על ידי מסנן נייר מחורצים ולאסוף filtrates.
  10. הסר dichloromethane מהתסנין בחלל ריק ב40 מעלות צלזיוס באמצעות מאייד סיבובי (10-30 מ"מ כספית). אידוי של ממסים יחייב 20 דקות.
  11. לטהר את השאריות שנותרועל ידי כרומטוגרפיה עמודת הבזק דרך עמודה של סיליקה ג'ל (מ"מ .035-0.070, ACROS) עם שיפוע של הקסאן / אצטון (החל מ19:01 ויורדים ל16:04) לרכוש 280 מ"ג 2F 1,2-דיאול (0.99 מילימול).
  12. לאשר את זהותו של 2f 1,2-דיאול ידי ספקטרוסקופיה 1 H בתהודה מגנטית הגרעינית (NMR) משתמשת CdCl 3 ממס כ. לספקטרומטר 300 NMR MHz, ספקטרום NMR H 1 של דיאול הוא כדלקמן: δ = 0.78 (t, 3H, J = 7.4 הרץ), 0.87 (t, 3H, J = 7.3 הרץ), 1.18-1.40 (מ ' , 4H), 1.75-1.81 (מ ', 1H), 1.91 (ים, 1H, OH), 3.12 (ים, 1H, OH), 4.68 (ד, ​​1H, J = 1.2 הרץ), 7.19-7.37 (מ', 6 שעות ), 7.44-7.46 (מ ', 2H), 7.61-7.63 (מ', 2H).

3. Pinacol תגובה של Tetraphenyl-1 ,2-ethanediol (1) עם Diethyl קטון

  1. לפתור 366 מ"ג tetraphenyl-1 ,2-ethanediol (1, 1 mmol) ו345 מ"ג (423 μl) של קטון diethyl (4 מילימול) ב 3ML dichloromethane היבשה.
  2. הוסף 1 מיליליטר של טיטניום שהוכן בנפרד (IV) פתרון טרט -butoxide/triethylchloro-silane (0.1 מילימול).
  3. מערבבים את התערובת וכתוצאה מכך על RT בצינור תגובה אטום.
  4. לאשר את התגובה היא להשלים על ידי כרומטוגרפיה שכבה דקה (eluent: הקסאן / אצטון, 9:01) על צלחות סיליקה ג'ל TLC (60 F254). סוף התגובה הוא הגיע בזמן, כאשר tetraphenyl-1 ,2-ethanediol 1 לא יכול להיות מזוהה (~ שעות 12). Rf של המוצר הוא 0.3 14.
  5. לדלל את תערובת תגובה וכתוצאה מכך עם 50 מיליליטר של dichloromethane.
  6. שטוף את תערובת תגובה בדילול מלא ברציפות על ידי 20 מיליליטר רווי אמוניום כלוריד מימיים ופתרון סודיום קרבונט במשפך separatory.
  7. לבודד את השכבה האורגנית על ידי משפך separatory.
  8. ייבש את השכבה האורגנית על ידי ערבוב על מגנזיום סולפט היבש.
  9. תסנין ההשעיה על ידי fil נייר מחורציםter ולאסוף filtrates.
  10. הסר dichloromethane בחלל ריק ב40 מעלות צלזיוס באמצעות מאייד סיבובי (10-30 מ"מ כספית). אידוי של מרכיבים נדיפים ידרוש 30 דקות.
  11. לטהר את השאריות שנותרו על ידי כרומטוגרפיה עמודת הבזק דרך עמודה של סיליקה ג'ל (מ"מ .035-.070, ACROS) עם שיפוע של הקסאן / אצטון (החל מ19:01 ויורדת ל16:04) לרכוש 250 מ"ג של 1, 4F 2-דיאול (0.93 מילימול).
  12. לוודא את זהותו של המוצר על ידי ספקטרוסקופיה 1 H בתהודה מגנטית הגרעינית (NMR) משתמשת CdCl 3 ממס כ. לספקטרומטר תמ"ג 300 MHz, ספקטרום NMR H 1 של 4F דיאול הוא כדלקמן: δ = 0.92 (t, 6 שעות, J = 7.6 הרץ), 1.78 (מ ', 4H), 2.03 (ים, 1H, OH), 2.83 (ים, 1H, OH), 7.26-7.35 (מ ', 6 שעות), 7.69-7.71 (מ', 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

בתגובות של tetraphenyl-1 ,2-1 ethanediol ואצטון בנוכחותם של כמויות הקטליטית של טיטניום (IV), alkoxides צפינו היווצרות של 1,1-diphenyl-1 ,2-4 א דיאול ובה בעת היווצרות של benzophenone 3 (תכנית 1). 1,2-דיאול הסימטרי המקביל שהוקם על ידי צימוד pinacol תחרותי של אצטון לא זוהה. עם זאת, זמני תגובה ארוכים מאוד ובלתי מקובלים כדי להשיג המרות הכמותי נדרשו בתנאים אלה. עלייה ניכרת בשיעורי תגובה נצפתה על ידי התוספת של trialkylchlorosilanes. תשואות גבוהות בסך הכל תוך עמידה בזמני תגובה המקובלות היו שם לב. בהמשך, ביצועים הקטליטי הופכים אפשריים שמאוד מפשט את תהליך הטיהור של המוצרים.

התוצאות הטובות ביותר הושגו על ידי פריסת 5-10 triethylchlorosilane% mol כמו גם טיטניום (IV) טרט-butoxide.באמצעות שילוב זרז זה תגובות תחרותיות לא רצויות היו להימנע (תגובות Meerwein-Ponndorf-Verley, היווצרות silylethers או הסידור מחדש pinacol). על ידי פריסה של trialkylchlorosilanes המגושם זמני תגובה ארוכים יותר נצפו שוב.

תגובות נערכו בdichloromethane ב RT. ממסים אחרים כמו טולואן או אצטוניטריל גם הוכיחו שהוא החלים. Schlenk-תנאים (תנאי אינרטי, אווירת ארגון) לא נדרשו, אבל צינור התגובה צריך להיות אטום כמו שצריך. מיני קטליטי היה מומת על ידי חשיפה של אוויר. אבל בקלות יכול להיות מחדש אותו לאחר מכן על ידי שטיפה עם אווירת חנקן או ארגון. כמו כן, את הסדר של תוספת של מגיבים וחומרים כימיים היה לא מהותי. פריסה של אלדהידים α-unbranched הביאה להיווצרות חלקית של acetales המקביל (2a, 2b ו2p, טבלת 1). ברוב המקרים אחרים diols היה isolated עם תשואות מצוינות.

הפריסה של קטונים הרחיבה באופן משמעותי את היקף התוצר של שיטה זו (טבלה 2). עלייה קלה של זרז טעינה (10% mol) נדרשה להרשות לעצמו 4 א 1,2-diols המקביל - ים בתשואות טוב כמוני. שוב, אין diols הסימטרי נוצרו בתנאי תגובה אלה.

1 ערכה
ערכת 1. Retropinacol / תגובת pinacol הצולבת של tetraphenylethane-1 ,2-דיאול עם אצטון.

תכנית 2
ערכה 2. Retropinacol תגובת pinacol הצולב / של 2.3-diphenyl-דימתיל-tartrate עם isobutyraldeהייד.

טבלת 1
טבלת 1. תגובות צימוד Retropinacol / pinacol הצולב עם אלדהידים.

טבלה 2
טבלה 2. Retropinacol תגובות צימוד pinacol הצולב / עם קטונים.

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

ירידה הכוללת בזמני תגובה ותשואות גבוהות יותר שנצפתה על ידי פריסה של תרכובות קרבוניל אלקטרון עשיר (השווה כניסה 3 עם 17, טבלת 1 או כניסה 19 עם 13, טבלת 2). בנוסף, בתגובות של קטונים עם מתמירים מגושמים ירידה בתשואות שנצפתה בתנאים דומים (השווה כניסה 12 עם 11, טבלת 2).

למרות מגוון רחב של תרכובות קרבוניל יכול להיות מיושם בתהליך הרומן הזה, diols geminal ההתחלה שונה לבקש ייעול של תנאי תגובה. זה נכון במיוחד עבור 1,2-diols פונקציונליות. כדי להמחיש זאת, יש לנו נבדק 2,3-diphenyl-דימתיל-tartrate (6) כחלופה מתחילה מתחם בתנאי תגובה דומים. על ידי הגדלת הכמות של triethylchlorosilane צימוד retropinacol / pinacol הצולב של tartrate דימתיל 6 יכול להיות מושגת גםעם אלדהידים enolizable (isobutyraldehyde) (ערכה 2).

בהתבסס על הסיומת הפשוטה הזה של מתודולוגיה הרומן הזה, הנחה הוא שמושג הצימוד retropinacol / pinacol הצולב תאר ניתן להכליל את הסינתזה של 1,2-diols נוסף unsymmetrically vicinal, למשל בסינתזה כוללת של מוצרים טבעיים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים שום אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

המחברים מודים דויטשה Forschungsgemeinschaft, באייר פארמה AG, Chemtura Organometallics GmbH Bergkamen, באייר שירותי GmbH, BASF AG, וSasol GmbH לתמיכה כספית.

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 תגובות צימוד / חוצת pinacol - גישה קטליטי לdiols 1,2-הסימטרי
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