Login processing...

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

Chemistry

Retropinacol / кросс-пинакола реакции сочетания - Каталитический Доступ к 1,2-несимметричных диодов

doi: 10.3791/51258 Published: April 4, 2014

Summary

Роман счета для синтеза несимметричных 1,2-диолов на основе механизма retropinacol / кросс-пинакола связи описывается. В связи с каталитической выполнения этой реакции значительное улучшение по сравнению с обычными кросс-пинакола муфт достигается.

Abstract

Несимметричные 1,2-диолы вряд ли добраться на восстановительных процессов пинакон связи. Успешное выполнение такого преобразования связан с четкого признания и строгой дифференциации двух аналогичных карбонильных соединений (альдегидов → вторичных 1,2-диолов или кетонов → третичных 1,2-диолов). Это тонкая настройка по-прежнему актуальна и нерешенной проблемой для органической химии. Там существует несколько отчетов о успешного выполнения этого преобразования, но они не могут быть обобщены. Здесь мы описываем каталитическую прямой пинакола процесс сцепления, который протекает через последовательность retropinacol / кросс-пинакола связи. Таким образом, несимметричные замещенные 1,2-диолы могут быть доступны с почти количественными выходами с помощью простого оперативно производительности в очень мягких условиях. Искусственные методы, такие как методы шприц-насоса или отсроченных добавками реагентов не являются необходимыми. Процедура опишем обеспечивает очень быстрый доступ ккросс-пинакола продукты (1,2-диолы, вицинальных диолы). Дальнейшее расширение этого нового процесса, например энантиоселективным производительности может обеспечить очень полезный инструмент для синтеза несимметричных хиральных 1,2-диолов.

Introduction

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

Реакционную пинакон муфта является общим и широко используемый метод для приготовления симметрично вицинальных диолов (1,2-диолы, pinacols). Для всеобъемлющих обзоров в этой области см. ссылки Hirao 1, Chatterjee и Джоши 2, Ladipo 3 и Gansäuer и Bluhm 4. В отличие от этого, лишь в нескольких докладах были опубликованы для обозначения эффективную реализацию реакций кросс-пинакола связи с получением соответствующих несимметричных 1,2-диолы (титана (IV) хлорид / марганцевые 5, самарий (II) йодида 6, магния / триметилхлорсилана 7, ванадий (II) 8, цирконий / олово 9, и иттербий 10). Таким образом, межмолекулярных кросс-пинакон реакцию сочетания по-прежнему остается большой проблемой в области органической химии, особенно каталитический выполнение этого преобразования.

Формирование кросс продуктов соединительных кинетически опальногов условиях классического пинакола муфты. Чтобы получить достаточное количество несимметричного продукта задерживается добавление одного карбонильного соединения возможно. Там существует несколько примеров, которые развивающиеся эту концепцию, но они основаны на нескольких конкретных экспериментальных манипуляций и, следовательно, не могут быть обобщены. Кроме того, требуется избыток одного карбонильного соединения в этих превращений в результате трудоемкого разделения сложной смеси продуктов 11. В качестве альтернативы для этой цели представлена ​​precomplexation одного реагента рендеринга эквимолярные количества дополнительного реагента необходимо.

Различные примеры обратимой реакции пинакола были описаны 12. Это приводит к рассмотрению, что такие условия могли бы быть оптимальным отправной точкой для селективного синтеза смешанных произведений связи. С низкого валентного металла, а также реактивный радикалов формируется одновременно на месте, Несимметричные диолы могут быть сформированы исключительно в присутствии подходящего карбонильного реагента. Насколько нам известно, такой способ не сообщалось ранее (Порта и соавт. Описали сопоставимое пинакола расщепление и последующее сочетание с помощью дополнительного развертывания стехиометрических количеств AIBN (2,2 '-азо-бис-изобутиронитрил), чтобы генерировать необходимые радикалы) 13.

При этом протокол визуализируется который обеспечивает быстрый и функционально простой доступ к несимметричных 1,2-диолов. Несимметричные продукты пинакола в основном доступны с превосходными выходами (> 95%). Нежелательные симметрично пинакола продукты не наблюдается. Эта новая методика кросс-пинакон основана на последовательности retropinacol / кросс-пинакола связи. Как будет показано в следующем представительными реакций benzopinacole (1,1,2,2-тетрафенил-1 ,2-этандиол, 1) с 2-ethylbutyraldehyde (в серии альдегида) и шIth диэтилкетон (в серии кетона).

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. Получение титана (IV) трет -butoxide/Triethylchlorosilane раствора

  1. Растворить 400 мг (400 мкл) титан (IV) трет-бутоксид (1 ммоль) в 10 мл сухого дихлорметана. Добавить 150 мг (170 мкл) триэтилхлорсилан (1 ммоль) к этому раствору при комнатной температуре. 1 мл этой смеси дихлорметан-раствора содержит 0,1 ммоль титана (IV) трет-бутилата кали и 0,1 ммоль триэтилхлорсилан.

2. Пинакола-реакция тетрафенил-1 ,2-этандиол (1) с 2-Ethylbutyraldehyde

  1. Решить 366 мг тетрафенил-1 ,2-этандиол (1, 1 ммоль) и 300 мг (370 мкл) свежеперегнанного 2-ethylbutyraldehyde (3 ммоль) в 3 мл сухого дихлорметана.
  2. Добавить 0,5 мл полученного отдельно титана (IV) трет -butoxide/triethylchlorosilane раствор (0,05 ммоль).
  3. Полученную смесь перемешивают при комнатной температуре в герметичной реакционной трубки.
  4. КонфиRM завершения реакции с помощью тонкослойной хроматографии (элюент: гексан / ацетон - 9/1) на силикагеле пластинах ТСХ (60 F254). В конце реакции достигается в момент, когда тетрафенил-1 ,2-этандиол 1 больше не может быть обнаружен (~ 12 ч). RF-стоимость продукта составляет 0,3 14.
  5. Развести полученной реакционной смеси с 50 мл дихлорметана.
  6. Промыть разбавленной реакционной смеси последовательно 20 мл насыщенного водного раствора хлорида аммония и натрия раствор карбоната водорода в делительную воронку.
  7. Изолировать органический слой по делительную воронку.
  8. Сушат органический слой над перемешиванием сухого сульфатом магния.
  9. Фильтрат подвеску на складчатый бумажный фильтр и собирать фильтратов.
  10. Удалить дихлорметан из фильтрата в вакууме при 40 ° С с помощью роторного испарителя (10-30 мм рт.ст.). Упаривание растворителей требует 20 мин.
  11. Очищают оставшийся остатокколоночной флэш-хроматографией на колонке с силикагелем (0.035-0.070 мм, ACROS) с градиентом от смеси гексан / ацетон (начиная с 19:01 и идет вниз к 16:04), чтобы приобрести 280 мг 1,2-диола 2f (0,99 ммоль).
  12. Подтвердите личность 1,2-диола 2f 1 Н спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), используя CDCl 3 в качестве растворителя. Для ЯМР спектрометра 300 МГц, 1 H-ЯМР спектр диола следующим образом: δ = 0,78 (т, 3H, J = 7,4 Гц), 0,87 (т, 3H, J = 7,3 Гц), 1.18-1.40 (м , 4Н), 1,75-1,81 (м, 1H), 1,91 (с, 1Н, ОН), 3,12 (с, 1Н, ОН), 4,68 (д, 1H, J = 1,2 Гц), 7,19-7,37 (м, 6Н ), 7.44-7.46 (м, 2H), 7.61-7.63 (м, 2H).

3. Пинакола-реакция тетрафенил-1 ,2-этандиол (1) с диэтилкетона

  1. Решить 366 мг тетрафенил-1 ,2-этандиол (1, 1 ммоль) и 345 мг (423 мкл) диэтилкетона (4 ммоль) в 3мл сухого дихлорметана.
  2. Добавить 1 мл полученного отдельно титана (IV) трет -butoxide/triethylchloro-silane раствора (0,1 ммоль).
  3. Полученную смесь перемешивают при комнатной температуре в герметичной реакционной трубки.
  4. Подтверждение завершения реакции с помощью тонкослойной хроматографии (элюент: гексан / ацетон, 9:1) на силикагеле ТСХ пластин (60 F254). В конце реакции достигается в то время, когда тетрафенил-1 ,2-этандиол 1 не могут быть обнаружены (~ 12 ч). РФ от продукта составляет 0,3 14.
  5. Развести полученной реакционной смеси с 50 мл дихлорметана.
  6. Промыть разбавленной реакционной смеси последовательно 20 мл насыщенного водного раствора хлорида аммония и раствором карбоната натрия в делительную воронку.
  7. Изолировать органический слой по делительную воронку.
  8. Сушат органический слой над перемешиванием сухого сульфатом магния.
  9. Фильтрат подвеску на складчатый бумажный филтер и собирать фильтратов.
  10. Удалить дихлорметан в вакууме при 40 ° С с помощью роторного испарителя (10-30 мм рт.ст.). Выпаривание летучих компонентов потребует 30 мин.
  11. Очищают оставшийся остаток колоночной флэш-хроматографией на колонке с силикагелем (0.035-0.070 мм, ACROS) с градиентом от смеси гексан / ацетон (начиная с 19:01 и идет вниз к 16:04), чтобы получить 250 мг 1, 2-диола 4f (0,93 ммоль).
  12. Подтверждение идентичности продукта с помощью 1 Н спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с использованием CDCl 3 в качестве растворителя. Для ЯМР-спектрометра 300 МГц, 1 H ЯМР спектр диола 4f заключается в следующем: δ = 0,92 (т, 6H, J = 7,6 Гц), 1,78 (м, 4Н), 2,03 (с, 1Н, ОН), 2,83 (с, 1Н, ОН), 7,26-7,35 (м, 6H), 7.69-7.71 (м, 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

В реакциях тетрафенил-1 ,2-этандиол 1 и ацетона в присутствии каталитических количеств титана (IV)-алкоксиды мы наблюдали образование 1,1-дифенил-1 ,2-диол и в то же время формирования бензофенона 3 (схема 1). Соответствующий симметричный 1,2-диол, образованный конкурентной пинакола муфты ацетона обнаружено не было. Тем не менее, для получения количественных преобразований чрезвычайно длинные и неприемлемые время реакции должны были в этих условиях. Значительное увеличение скоростей реакций наблюдалось при добавлении trialkylchlorosilanes. Габаритные высокие урожаи в течение приемлемого времени реакции замечено не было. Далее, каталитические характеристики, что становится возможным чрезвычайно упрощает процесс очистки продуктов.

Наилучшие результаты были достигнуты при развертывании 5-10 мольных% триэтилхлорсилан а также титана (IV) трет-бутоксид.С помощью этой комбинации катализатора нежелательных конкурентных реакций избегать (Меервейна-Ponndorf-Верлея реакции, образование silylethers или пинакола перегруппировки). По развертывания громоздких trialkylchlorosilanes более продолжительное время реакции наблюдались еще раз.

Реакции проводились в дихлорметане при комнатной температуре. Другие растворители, такие как толуол или ацетонитрил также оказались применимыми. Шленка условия (инертные условия, атмосфере аргона) не требовалось, но реакция трубка должна быть герметичны. Каталитические вид был инактивирован путем воздействия воздуха. Но это легко можно регенерировать после промывкой в ​​атмосфере азота или аргона. Кроме того, порядок добавления реагентов и реактивов был несущественный. Развертывание α-неразветвленные альдегиды привели к частичному образованию соответствующих acetales (2А, 2В и 2р, таблица 1). В большинстве других случаев диолы были изоlated с превосходными выходами.

Развертывание кетонов значительно расширен объем продукта этого метода (табл. 2). Незначительный рост загрузки катализатора (10% мол) был обязан получением соответствующего 1,2-диолов - S в хорошо количественными выходами. Опять же, нет симметричные диолы не были сформированы в этих условиях реакции.

Схема 1
Схема 1. Retropinacol / кросс-пинакон реакция тетрафенилэтана-1 ,2-диола с ацетоном.

Схема 2
Схема 2 Retropinacol / кросс-пинакон реакция 2,3-дифенил-диметил-тартрата с isobutyralde.Гайд.

Таблица 1
Таблица 1. Retropinacol / кросс-пинакола реакции сочетания с альдегидами.

Таблица 2
Таблица 2. Retropinacol / кросс-пинакола реакции сочетания с кетонов.

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

Общее уменьшение времени реакции и повышения урожайности наблюдается по развертыванию обогащенных электронами карбонильных соединений (ср. запись 3 с 17, таблица 1 или въезда 19 с 13, таблица 2). Кроме того, в реакции кетонов с объемными заместителями снижение урожайности наблюдается в сравнимых условиях (ср. запись 12 с 11, таблица 2).

Хотя широкий спектр карбонильных соединений могут быть применены в этом новом способе, различные диолы отправной геминальные запросить оптимизацию условий реакции. Это особенно верно для функционализированных 1,2-диолов. Чтобы продемонстрировать это, мы протестировали 2,3-дифенил-диметил-тартрат (6) В качестве альтернативы исходное соединение при аналогичных условиях реакции. При увеличении количества триэтилхлорсилан retropinacol / кросс-соединение пинакон диметилового тартрата 6 может быть достигнуто дажес энолизируемым альдегидов (изобутиральдегид) (схема 2).

На основе этой простой расширением этой новой методологии, предполагается, что описанный retropinacol / кросс-соединение пинакон концепция может быть обобщена на синтеза других несимметрично вицинальных 1,2-диолов, например, в полного синтеза природных продуктов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют каких конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Авторы благодарят Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bayer Pharma AG, Chemtura Organometallics GmbH Bergkamen, Bayer Services GmbH, BASF AG, и Sasol GmbH за финансовую поддержку.

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 / кросс-пинакола реакции сочетания - Каталитический Доступ к 1,2-несимметричных диодов
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