Login processing...

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

Chemistry

Retropinacol / Cross-pinacol kobling reaksjoner - En Catalytic Tilgang til 1,2-usymmetriske toverdige

doi: 10.3791/51258 Published: April 4, 2014

Summary

En ny konto for syntese av usymmetriske 1,2-dioler, basert på en retropinacol / kryss-pinacol koblingsmekanisme er beskrevet. På grunn av den katalytiske utførelse av denne reaksjonen en betydelig forbedring sammenlignet med konvensjonelle kryss-pinacol koplinger er oppnådd.

Abstract

Usymmetriske 1,2-diolene er neppe tilgjengelig ved reduktive pinacol koblingsprosesser. En vellykket utførelse av en slik transformasjon er bundet til en klar anerkjennelse og streng differensiering av to tilsvarende karbonylforbindelser (aldehyder → sekundære 1,2-dioler eller ketoner → tertiære 1,2-dioler). Dette finjustering er fortsatt en utfordring og et uløst problem for en organisk kjemiker. Det finnes flere rapporter om vellykket gjennomføring av denne transformasjonen, men de kan ikke generaliseres. Heri vi beskrive en katalytisk direkte pinacol kopling prosess som fortsetter via en retropinacol / cross-pinacol kopling sekvens. Således kan nås usymmetriske substituerte 1,2-dioler med nesten kvantitative utbytter ved hjelp av en driftsmessig enkel ytelse under meget milde betingelser. Kunstige teknikker, slik som sprøyte-pumpeteknikker eller forsinket tilsetning av reaktantene er ikke nødvendig. Fremgangsmåten beskriver vi gir en meget rask tilgang tilkryss pinacol produkter (1,2-diolene, vicinale diolene). En ytterligere forlengelse av denne nye prosessen, for eksempel en enantioselektiv ytelsen kunne gi et svært nyttig verktøy for syntese av usymmetriske kirale 1,2-diolene.

Introduction

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

Den pinacol koblingsreaksjon er en generell og mye brukt metode for fremstilling av symmetrisk vicinale dioler (1,2-dioler, pinacols). For omfattende vurderinger på dette feltet se referanser Hirao 1, Chatterjee og Joshi 2, Ladipo tre, og Gansäuer og Bluhm fire. I kontrast til dette, ble bare noen få rapporter publisert å referere en effektiv realisering av kryss-pinacol koblingsreaksjoner for å gi de tilsvarende usymmetriske 1,2-dioler (titan (IV) klorid / 5 mangan, samarium (II) jodid 6, magnesium / trimetylklorsilan 7, vanadium (II) 8, zirkonium / tinn 9, og ytterbium 10). Således forblir den intermolekylære kryss pinacol koblingsreaksjon fortsatt en stor utfordring i organisk kjemi, spesielt den katalytiske utførelse av denne transformasjonen.

Dannelsen av krysskobling mellom produkter er kinetisk disfavørisertunder betingelser med en klassisk pinacol kopling. For å oppnå tilstrekkelige mengder av den usymmetriske produkt forsinket tilsetning av en karbonyl-forbindelse er mulig. Det finnes noen få eksempler som utvikler dette konsept, men de er basert på flere spesifikke eksperimentelle manipulasjoner og dermed kan ikke generaliseres. I tillegg er det nødvendige overskudd av en karbonyl forbindelse i slike transformasjoner resulterte i en arbeidskrevende separasjon av en kompleks produktblanding 11. Et alternativ til dette er representert ved den precomplexation av en reaktant gjengivelse av ekvimolare mengder av en ytterligere reagens som er nødvendig.

Forskjellige eksempler på en reversibel pinacol reaksjon er blitt beskrevet 12. Dette fører til den betraktning at slike betingelser kan være et optimalt startpunktet for den selektive syntese av krysskobling mellom-produkter. Ettersom en lav-valent metall samt et reaktivt radikal arter dannes samtidig in situ, Usymmetriske dioler kan dannes utelukkende i nærvær av en passende karbonyl-reaktant. Så langt vi kjenner til, for eksempel en metode som ikke har vært rapportert tidligere (Porta et al. Beskrevet en tilsvar pinacol spalting og etterfølgende kopling av den ekstra anvendelse av støkiometriske mengder av SHT (2,2 '-azo-bis-isobutyronitril) for å generere de nødvendige radikaler) 13.

Heri en protokoll som er visualisert som gir en hurtig og operativt enkel tilgang til usymmetriske 1,2-dioler. De usymmetriske pinacol produkter er for det meste tilgjengelige i utmerkede utbytter (> 95%). Uønskede symmetrisk pinacol produkter er ikke observert. Denne nye cross-pinacol metodikk er basert på en retropinacol / cross-pinacol kopling sekvens. Det vil bli demonstrert i det følgende ved representative reaksjoner av benzopinacole (1,1,2,2-Tetraphenyl-1 ,2-etandiol, 1) med 2-ethylbutyraldehyde (i-aldehyd-serien) og with dietylketon (i keton serien).

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

En. Utarbeidelse av Titan (IV) tert -butoxide/Triethylchlorosilane Solution

  1. Oppløs 400 mg (400 pl) titan (IV) tert-butoksid (1 mmol) i 10 ml tørr diklormetan. Tilsett 150 mg (170 ul) triethylchlorosilane (1 mmol) til denne løsningen ved RT. 1 ml av denne diklormetan-oppløsning inneholder 0,1 mmol titan (IV) tert-butoksid og 0,1 mmol triethylchlorosilane.

2. Pinacol-reaksjon av Tetraphenyl-1 ,2-etandiol (1) med 2-Ethylbutyraldehyde

  1. Løs 366 mg av Tetraphenyl-1 ,2-etandiol (1, 1 mmol) og 300 mg (370 ul) av friskt destillert 2-ethylbutyraldehyde (3 mmol) i 3 ml tørr diklormetan.
  2. Tilsett 0,5 ml av en separat fremstilt titan (IV) tert -butoxide/triethylchlorosilane-løsning (0,05 mmol).
  3. Omrør den resulterende blanding ved romtemperatur i en forseglet reaksjonsrøret.
  4. Konfirm at reaksjonen er fullført ved tynnsjiktskromatografi (elueringsmiddel: heksan / aceton - 9/1) på silikagel-TLC-plater (60 F254). Slutten av reaksjonen er nådd på tidspunktet da Tetraphenyl-1 ,2-etandiol en ikke lenger kan påvises (~ 12 timer). Den Rf-verdien av produktet er 0,3 14.
  5. Fortynn den resulterende reaksjonsblandingen med 50 ml diklormetan.
  6. Vask den fortynnede reaksjonsblandingen suksessivt med 20 ml mettet, vandig ammonium-klorid og natriumhydrogen-karbonat-løsning i en skilletrakt.
  7. Isoler det organiske lag av en skilletrakt.
  8. Tørk det organiske lag ved omrøring over tørt magnesiumsulfat.
  9. Filtratet suspensjonen ved en riflet papirfilter og samle filtratene.
  10. Fjern diklormetan fra filtratet i vakuum ved 40 ° C ved bruk av en rotasjonsfordamper (10-30 mmHg). Fordampning av løsemidler vil kreve 20 min.
  11. Rens det gjenværende residuumflash kolonne kromatografi på en kolonne av silikagel (0,035 til 0,070 mm, ACROS) med en gradient av heksan / aceton (med start fra 19:01, og går ned til 16:04) for å skaffe 280 mg av 1,2-diol 2f ved (0.99 mmol).
  12. Bekrefte identiteten til det 1,2-diol 2f med 1 H kjernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) under anvendelse av CDCI3 som oppløsningsmiddel. For et 300 MHz NMR-spektrometer, er 1H NMR-spekteret av den diol som følger: δ = 0,78 (t, 3H, J = 7,4 Hz), 0,87 (t, 3H, J = 7,3 Hz), 1,18 til 1,40 (m , 4H), 1,75 til 1,81 (m, 1H), 1,91 (s, 1H, OH), 3,12 (s, 1H, OH), 4,68 (d, 1H, J = 1,2 Hz), 7,19 til 7,37 (m, 6H ), 7,44 til 7,46 (m, 2H), 7,61 til 7,63 (m, 2H).

Tre. Pinacol-reaksjon av Tetraphenyl-1 ,2-etandiol (1) med dietyl keton

  1. Løs 366 mg av Tetraphenyl-1 ,2-etandiol (1, 1 mmol) og 345 mg (423 ul) av dietyl-keton (4 mmol) i 3dl tørr diklormetan.
  2. Tilsett 1 ml av den stilles separat titan (IV) tert -butoxide/triethylchloro-silane løsning (0,1 mmol).
  3. Omrør den resulterende blanding ved romtemperatur i en forseglet reaksjonsrøret.
  4. Kontroller at reaksjonen er fullstendig ved tynn-sjikt-kromatografi (elueringsmiddel: heksan / aceton, 9:1) på silikagel-TLC-plater (60 F254). Slutten av reaksjonen blir nådd ved tidspunktet når Tetraphenyl-1 ,2-etandiol en ikke kan bli detektert (~ 12 timer). Den Rf av produktet er 0,3 14.
  5. Fortynn den resulterende reaksjonsblandingen med 50 ml diklormetan.
  6. Vask den fortynnede reaksjonsblandingen suksessivt med 20 ml mettet, vandig ammonium-klorid og natrium-karbonat-løsning i en skilletrakt.
  7. Isoler det organiske lag av en skilletrakt.
  8. Tørk det organiske lag ved omrøring over tørt magnesiumsulfat.
  9. Filtratet suspensjonen ved en riflet papir filter og samle filtratene.
  10. Fjern diklormetan i vakuum ved 40 ° C ved bruk av en rotasjonsfordamper (10-30 mmHg). Inndampning av flyktige bestanddeler vil kreve 30 min.
  11. Rens det gjenværende residuum flashkolonne-kromatografi gjennom en kolonne av silikagel (0,035 til 0,070 mm, ACROS) med en gradient av heksan / aceton (med start fra 19:01, og går ned til 16:04) for å skaffe 250 mg av 1, 2-diol 4f (0.93 mmol).
  12. Bekrefte identiteten av produktet ved 1H kjernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) under anvendelse av CDCI3 som oppløsningsmiddel. For et 300 MHz NMR-spektrometer, er 1H NMR-spektrum for diol 4f 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 til 7,35 (m, 6H), 7,69 til 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

I reaksjoner av Tetraphenyl-1 ,2-etandiol 1 og aceton i nærvær av katalytiske mengder av titan (IV)-alkoksider vi observert dannelse av 1,1-difenyl-1 ,2-diol 4a og samtidig dannelse av benzofenon 3 (reaksjonsskjema 1). Den tilsvarende symmetriske 1,2-diol dannet av en konkurransedyktig pinacol kopling aceton ble ikke detektert. Imidlertid var å skaffe kvantitative konverter ekstremt lange og uakseptable reaksjonstider som kreves under slike forhold. En betydelig økning i reaksjonshastigheter ble observert ved tilsetning av trialkylchlorosilanes. Totalt høy avkastning innenfor akseptable reaksjonstider ble lagt merke til. Videre, blir en katalytisk ytelse mulig at meget forenkler renseprosessen av produktene.

Best resultater ble oppnådd ved å distribuere 5-10 mol% triethylchlorosilane så vel som titan (IV) tert-butoksid.Ved hjelp av denne katalysatorkombinasjon uønskede konkurrerende reaksjoner ble unngått (Meerwein-Ponndorf-Verley reaksjoner, dannelse av silylethers eller pinacol-omleiring). Ved utplassering av voluminøse trialkylchlorosilanes lengre reaksjonstider ble observert igjen.

Reaksjonene ble utført i diklormetan ved romtemperatur. Andre løsemidler som toluen eller acetonitril også viste seg å være aktuelt. Schlenk-forhold (inerte forhold, argon atmosfære) var ikke nødvendig, men reaksjonsrøret skal være riktig forseglet. De katalytiske arten ble inaktivert ved eksponering for luft. Men det kan lett regenereres deretter ved å spyle med en nitrogen-eller argonatmosfære. Også, rekkefølgen på tillegg av reagenser og reagenser var uvesentlig. Distribusjon av α-uforgrenede aldehyder resulterte i en delvis dannelse av samsvarende acetales (2a, 2b og 2p, Tabell 1). I de fleste andre tilfeller diolene var isolert med gode avlinger.

Utplassering av ketoner forlenget signifikant omfanget av denne fremgangsmåten (tabell 2) produkt. En mindre økning av katalysator lasting (10 mol%) var nødvendig for å gi den tilsvarende 1,2-diolene 4a - s i god til kvantitative avkastning. Igjen ble det ikke symmetriske dioler dannet under disse reaksjonsbetingelser.

Skjema 1
Scheme en. Retropinacol / kryss-pinacol omsetning av tetraphenylethane-1 ,2-diol med aceton.

Reaksjonsskjema 2
Reaksjonsskjema 2. Retropinacol / kryss-pinacol omsetning av 2,3-difenyl-dimetyl-tartrat med isobutyraldeHyde.

Tabell 1
Tabell 1. Retropinacol / cross-pinacol koblingsreaksjoner med aldehyder.

Tabell 2
Tabell 2. Retropinacol / cross-pinacol koblingsreaksjoner med ketoner.

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

En total reduksjon i reaksjonstider og høyere utbytter er observert ved anvendelse av elektron-rik karbonylforbindelser (sammenlign inngang 3 til 17, tabell 1 eller oppføring 19 med 13, tabell 2). I tillegg, i reaksjoner av ketoner med voluminøse substituenter en reduksjon i utbytter er observert under sammenlignbare betingelser (sammenlign inngang 12 med 11, tabell 2).

Selv om en lang rekke karbonylforbindelser kan anvendes i denne nye fremgangsmåte, forskjellige start geminale dioler be om en optimalisering av reaksjonsbetingelsene. Dette gjelder spesielt for functionalized 1,2-dioler. For å demonstrere dette har vi testet i 2,3-difenyl-dimetyl-tartrat (6) som et alternativt utgangsforbindelse under lignende reaksjonsbetingelser. Ved å øke mengden av triethylchlorosilane en retropinacol / kryss-pinacol kopling av dimetyl-6-tartrat kan oppnås selvmed enolizable aldehyder (isobutyraldehyd) (Reaksjonsskjema 2).

Basert på denne grei forlengelse av denne romanen metodikk, antas det at den beskrevne retropinacol / cross-pinacol kopling konseptet kan generaliseres til syntese av ytterligere unsymmetrically vicinale 1,2-diolene, for eksempel i total syntese av naturprodukter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Forfatterne takker Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bayer Pharma AG, Chemtura Organometallics GmbH Kamen, Bayer Services GmbH, BASF AG, og Sasol GmbH for 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

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 kobling reaksjoner - En Catalytic Tilgang til 1,2-usymmetriske toverdige
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