Abstract
כאן אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה של שני קרבנים מעוטרים קרבוניל מובחנים. ניתן להכין שני קרבנים באמצעות נהלים כמעט זהים בכמויות בקנה מידה רבות גרם. המטרה של כתב היד הזה היא בבירור פירוט כיצד לטפל ולהכין קרבנים הייחודיים אלה באופן שכימאי סינטטי של כל רמת מיומנות יכול לעבוד איתם. שני קרבנים המתוארים הם diamidocarbene (DAC, קרבן 1) וmonoamidoaminocarbene (MAAC 2). קרבנים אלו הם מאוד אלקטרון לקוי וכמו פרופילי תגובתיות תצוגה כך שהם לא טיפוסיים של קרבנים N-הטרוציקליות מסורתיים יותר. בנוסף, שני קרבנים אלו נבדלים רק באופי אלקטרופיליות ולא פרמטרים סטרית שלהם, מה שהופך אותם אידיאליים ללימוד איך קרבן תגובתיות השפעת האלקטרוניקה. כדי להדגים את התופעה הזאת, אנחנו גם המתארים את ההפעלה של זרחן לבן (P 4) באמצעות קרבנים אלה. בהתאם לcarbenדואר משמש, יכולים להיות מבודדת שתי תרכובות המכיל זרחן שונים מאוד. כאשר DAC 1 משמש, טריס phosphane (phosphaalkenyl) יכול להיות מבודד כמוצר הבלעדי. למרבה הפלא עם זאת, כאשר MAAC 2 מתווסף ל4 P בתנאי תגובה זהים, allotrope P 8 בלתי צפוי, הנתמך ע"י קרבן של זרחן מבודד באופן בלעדי. מחקרים מכניסטית להוכיח כי P 8 צורות allotrope זה נתמך קרבן באמצעות [2 + 2] dimerization cycloaddition של diphosphene חולף שנלכד על ידי טיפול עם 2,3-דימתיל-1,3-ניטריל.
Introduction
קרבנים יציבים צמחו כמגיבים בכל מקום בקטליזה הומוגנית 1, organocatalysis 2, מדע חומרי 3,4, ולאחרונה כימיה קבוצה העיקרית 5-9. בהקשר של זה האחרון, קרבנים יציבים לאחרונה נעשו שימוש בהפעלה וfunctionalization של זרחן לבן (P 4) 5-9. היכולת להמיר ישירות P 4 לתרכובות זרחן אורגניות הפכה מטרת מחקר אקטואלית במאמץ לפתח שיטות "ירוקות" שלעקוף את השימוש של מבשרי זרחן כלור או oxychlorinated. למרות השימוש הנרחב שלהם, ההכנה והטיפול בקרבנים ותרכובות תגובתי כגון 4 P יכולים להיות משימה מרתיעה. מסיבה זו, יש לנו כתב יד זה כדי לספק פרוטוקול ברור ותמציתי שיאפשר כימאים סינטטיים של כל הרמות המיומנות כדי לסנתז ולתפעל שני ג היציב מאוד ייחודיarbenes. בנוסף, ההפעלה של P 4 באמצעות קרבנים המתוארים היא מפורטת.
במסמך זה אנו פירוט פרוטוקול לסינתזה של שני קרבנים קרבוניל אלקטרון חסר מעוטרים. בחרנו קרבנים אלה מפני שהם שונים רק בתכונות אלקטרופיליות, ולא פרמטרים סטרית שלהם, מה שהופך אותם אידיאליים ללימוד ההשפעות של אלקטרוניקה קרבן על תגובתיות. חשיבותה של אלקטרוניקה קרבן עם תגובתיות לגבי מודגמת על ידי שתי תרכובות דומות של -carbene הנוסחה הכללית קרבן-P 2 שדווחו על ידי ברטרנד ורובינסון 5,8. נגזר של ברטרנד P 2 נתמך על ידי שני קרבן אמינו אלקיל המחזורי ligands (CAAC), והוא מבחינה מבנית, photophysically, ושונה אלקטרוכימי מהמתחם של רובינסון שהוא שבר P 2 נתמך על ידי שני קרבנים N-הטרוציקליות (NHCs) 5,8. ואכן, P של ברטרנד 2 10.
בהתבסס על המחקרים שתוארו לעיל, אנו החלנו להתעניין בלימודי ההפעלה של P 4 באמצעות קרבנים diamido- וmonoamidoamino אלקטרופיליות ביותר כדי לקבוע אם allotropes-התייצב קרבן רומן של זרחן יכול להיות מוכן. אנחנו התמקדנו בdiamidocarbene (DAC) 1, וקרבן monoamidoamino (MAAC) 2 אשר נבדלים רק בelectrophilicities שלהם לinterrogאכלתי מה תפקיד אלקטרוניקה קרבן לשחק בP 4 הפעלה. מעניין כאשר נעשה שימוש בDAC אלקטרופיליות יותר, phosphane טריס (phosphaalkenyl) (3) יכול להיות מבודד כמוצר הבלעדי, ואילו כאשר MAAC משמש, ניתן להשיג allotrope-התייצב קרבן P 8 (4) 11. אנחנו גם נחקרו המנגנון ליצירה (4), ומצאנו כי הוא נוצר באמצעות תגובת dimerization cylcoaddition [2 + 2] של diphosphene חולף. קיומו של diphosphene זו אושר על ידי לכידתו עם 2,3-דימתיל-1,3-ניטריל לרהט [4 + 2] adduct cycloaddition 5. הפרוטוקול לסינתזת קרבנים מעוטר קרבוניל אלה וP המקביל 4 התרכובות מופעלות מתואר במסמך זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
.1 סינתזה של Diamidocarbene (מתחם 1)
- חבר 100 מ"ל בקבוק Schlenk המיובש בתנור לסעפת ואקום גבוה ביצועים, לפנותו ולשטוף עם חנקן. להוסיף בר ומערבב לבקבוק והכובע עם מחיצת גומי. לשקול את N, N'-dimesitylformamidine 12 (1.5 גרם, 5.35 מילימול) ולהוסיף אותו לבקבוק בזמן שטיפה עם חנקן.
- להוסיף (באמצעות מזרקים יבשים, deoxygenated) 30 מ"ל של יבש, degassed dichloromethane (DCM) ואחריו triethylamine (1.1 מ"ל, 8.0 מילימול, 1.5 equiv.). לקרר את הפתרון שהתקבל ל0 מעלות צלזיוס באמבט קרח.
- הוספת dropwise (דרך יבש, מזרק deoxygenated) dichloride dimethylmalonyl (0.75 מ"ל, 5.60 equiv מילימול, 1.05.) לפתרון המקורר. עם בנוסף, מאפשר הפתרון ללעורר ב 0 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 באווירה של חנקן. ברגע שהפתרון עורר עבור שעה 1, להסיר את כל החומרים נדיפים תחת ואקום.
- להוסיף תערובת ממס של hexanes היבש, degassed: DCM (2: 1 על ידי נפח,24 מ"ל נפח כולל) לשאריות בבקבוק התגובה. בוא triturate התערובת עבור 10 דקות.
- בינתיים, לצרף צינור מסנן מצויד בfrit זכוכית הנקבוביות בינוני לחלק העליון של 100 מ"ל בקבוק Schlenk המיובש בתנור (ראה איור 1). לצינור המסנן, להוסיף מספיק Celite המיובש בתנור כדי ליצור התוספת מסנן כ -2 סנטימטרים. לאטום את צינור המסנן עם מחיצת גומי, ולמשוך את הוואקום, במערכת על ידי הצמדת בקבוק Schlenk לסעפת הוואקום.
איור הרכבה מנגנון 1 סינון להסרת [HNEt 3] [Cl] ממבשרי קרבן 1-HCl ו2-HCl. מנגנון זה משמש גם כדי להסיר NaCl נוצר במהלך הסינתזה של קרבנים 1 ו -2. - הרכבה מנגנון סינון להסרת [HNEt 3] [Cl] ממבשרי קרבן 1-HCl ו2-HCl. מנגנון זה הוא גם אותנוהעורך להסיר NaCl נוצר במהלך הסינתזה של קרבנים 1 ו -2.
- ברגע שמנגנון הסינון כבר התאסף והוא תחת ואקום, להעביר את ההשעיה הלבנה בבקבוק התגובה באמצעות צינורית לתוך צינור המסנן. הקפד למשוך ואקום מעת לעת על בקבוק Schlenk האוסף כדי להבטיח שכל פתרון מסננים דרך Celite.
- שטוף את Celite על ידי הוספת תערובת ממס של hexanes היבש, degassed: DCM (2: 1, נפח, נפח 18 מ"ל בסך הכל) באמצעות מזרק דרך מחיצת הגומי. שוב, מעת לעת למשוך ואקום בבקבוק Schlenk האוסף כדי להבטיח שכל פתרון מסננים דרך Celite.
- נתק את אוסף בקבוק Schlenk מצינור המסנן תחת שטף של חנקן, ואז לאטום את בקבוק Schlenk אוסף עם פקק זכוכית. הסר את כל הממס מהבקבוק Schlenk האוסף תחת ואקום להרשות לעצמו המבשר לdiamidocarbene 1 (1-HCl) כאבקה לבנה רגישה אוויר / לחות בכ 92תשואת% (2.04 ז). המוצר יכול להיות מאומת על ידי H 1 ו13 ספקטרוסקופיה C NMR (CDCl 3) 13,14. העברת מתחם 1-HCl לתוך תא הכפפות לאחסון לפני השלב הבא.
- כדי להכין את diamidocarbene 1, להעביר ראשון 100 מ"ל בקבוק Schlenk המיובש בתנור מצויד בבר ומערבב ופקק זכוכית לתוך תא הכפפות מלא חנקן.
- לשקול את מבשר הקרבן 1-HCl (g 0.600, 1.45 מילימול) וhexamethyldisilazide נתרן (NaHMDS, 0.267 גרם, 1.46 מילימול) ולמקם את שני המוצקים לתוך בקבוק Schlenk.
- הוספת בנזן יבש, degassed (25 מ"ל) לשני מוצקים בבקבוק Schlenk ולאחר מכן פקק הבקבוק. בשלב זה, את בקבוק Schlenk ניתן להסיר את תא ההכפפות.
- מערבבים את הפתרון של הקרבן ב RT למשך 30 דקות. לאורך כל התגובה, הפתרון יהפוך לצבע צהוב כתום עכור. במהלך תקופה זו, הקים מנגנון סינון דומה לזה שתואר לעיל (באמצעות i 1תקע NCH של Celite) לסינתזה של 1-HCl.
- סנן את פתרון הקרבן (כדי להסיר זירז NaCl) כפי שתואר עבור המבשר 1-HCl. ברגע שהפתרון סונן, להסיר את כל נדיפים באמצעות ואקום להרשות לעצמו הקרבן הגולמי 1 כאבקה צהובה כתומה. בהמשך לטהר קרבן 1 על ידי שטיפה טוב עם hexanes הקר (~ 10 מ"ל) להרשות לעצמו מתחם אנליטי טהור כמו אוויר / אבקה לבנה רגישה לחות בכ 85 תשואת% (0.462 ז). ודא את המוצר על ידי H 1 ו13 C NMR ספקטרוסקופיה (C 6 D 6) 13.
.2 סינתזה של Monoamidocarbene (מתחם 2)
- חבר 250 מ"ל בקבוק Schlenk המיובש בתנור לסעפת ואקום גבוה ביצועים, לפנותו ולשטוף עם חנקן. להוסיף בר ומערבב לבקבוק והכובע עם מחיצת גומי. לשקול את N, N'-dimesitylformamidine (3.00 גרם, 10.70 מילימול) ולהוסיף אותו לבקבוק בזמן שטיפה עם חנקן.
- להוסיף (viיבש מזרקים deoxygenated,) 125 מ"ל של יבש, degassed DCM אחרי triethylamine (2.25 מ"ל, 16.05 מילימול, 1.5 equiv.). לקרר את הפתרון שהתקבל ל0 מעלות צלזיוס באמבט קרח.
- הוספת dropwise (באמצעות מזרק יבש, deoxygenated) כלוריד 3-chloropivaloyl (1.54 מ"ל, 11.77 מילימול, 1.1 equiv.) לפתרון המקורר. עם בנוסף, מאפשר הפתרון ללעורר ב 0 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות תחת אווירה של חנקן. לאחר מכן לחמם בהדרגה את הפתרון לRT, ולאחר מכן להסיר את כל החומרים נדיפים תחת ואקום. לאחר הממס מוסר, שאריות מוצקות לבנה תישאר.
- הוספת טולואן (200 מ"ל) ללבן מלא ולאפשר ההשעיה לtriturate עבור שעה 1. לאחר מכן לסנן את התערובת על התוספת 1 אינץ של Celite באמצעות זכוכית נקבוביות בינונית fritted משפך בוכנר.
- מעבירים את פתרון טולואן בבקבוק תחתון 500 מ"ל עגול מצויד בבר ומערבב. חבר הקבל ריפלוקס לבקבוק ולחמם את הפתרון לריפלוקס (110 מעלות צלזיוס) במשך 16 שעות. מעל גourse של התגובה, משקע לבן יהווה.
- לאחר 16 שעות מאפשרים ההשעיה להתקרר לRT. במהלך תקופה זו, מוצק יותר תהיה להאיץ מהפתרון. לאסוף המוצק באמצעות סינון ואקום ולשטוף מוצקים עם טולואן הקר (3 x 20 מ"ל).
- ייבש את הוואקום שהושג לבן המוצק באמצעות להרשות לעצמו המבשר לmonoamidocarbene 2 (2-HCl) כאבקה לבנה יציבה אוויר בכ 91 תשואת% (3.32 ז). המוצר יכול להיות מאומת על ידי H 1 ו13 ספקטרוסקופיה C NMR (CDCl 3) 15. העברת מתחם 2-HCl לתוך תא הכפפות לאחסון לפני השלב הבא.
- כדי להכין את monoamidocarbene 2, להעביר ראשון 100 מ"ל בקבוק Schlenk המיובש בתנור מצויד בבר ומערבב ופקק זכוכית לתוך תא הכפפות מלא חנקן.
- לשקול את מבשר קרבן 2-HCl (g 0.500, 1.25 מילימול) וNaHMDS (0.241 גרם, 1.32 מילימול) ולמקם את שני המוצקים לתוך בקבוק Schlenk.
- הוספה יבשה, degassedבנזן (45 מ"ל) לשני מוצקים בבקבוק Schlenk ולאחר מכן פקק הבקבוק. בשלב זה, את בקבוק Schlenk ניתן להסיר את תא ההכפפות.
- מערבבים את הפתרון של הקרבן ב RT למשך 30 דקות. במהלך התגובה, הפתרון יהפוך לצבע צהוב עכור. בינתיים, הקים מנגנון סינון דומה לזה שתואר לעיל לסינתזה של 1-HCl באמצעות תקע 1 אינץ של Celite.
- סנן את פתרון הקרבן (כדי להסיר זירז NaCl) כפי שתואר לקרבן .1 לאחר הפתרון סונן, להסיר את כל נדיפים באמצעות ואקום להרשות לעצמו קרבן הגולמי 2 כאבקה שיזוף. בהמשך לטהר קרבן 2 על ידי שטיפה המוצקה שוב ושוב עם פנטן להרשות לעצמו מתחם אנליטי טהור כמו אוויר / אבקה לבנה רגישה לחות בכ 62 תשואת% (0.309 ז). ודא את המוצר על ידי H 1 ו13 C NMR ספקטרוסקופיה (C 6 D 6) 15.
.3 סינתזהשל טריס phosphane (phosphaalkenyl) (מתחם 3)
הצהרת זהירות: זרחן הלבן הוא מאוד מהירויות התלקחות, כמו גם רעיל ויש לטפל בזהירות בתא כפפות בכל הזדמנות אפשרית.
- כדי להפוך טריס (phosphaalkenyl) phosphane (מתחם 3), לשקול את diamidocarbene 1 (0.100 גרם, 0.266 מילימול, 3 equiv.) וזרחן לבן (P 4, 0.011 גרם, 0.089 מילימול, equiv 1.) פנימי של חנקן תא כפפות מלאות באורות כבוי. כבה את האורות כפי שרבים במעבדה במהלך כמה צעדים הראשונים אלה כP 4 הוא רגישים לאור.
- הוסף שני מוצקים לבקבוקון זכוכית 20 מ"ל שעטוף ברדיד אלומיניום. הוספת אתר יבש, degassed diethyl (Et 2 O, 10 מ"ל) למוצקים ולאחר מכן מכסה את הבקבוקון. מערבבים את התערובת בחושך לשעה 2. במהלך התגובה, משקע אדום כתום בהיר יהווה.
- לבודד את אדום המוצק באמצעות סינון באמצעות זכוכית נקבוביות 10 מ"ל בינונית fritted משפך בוכנר. שטוף הדואר אדום מוצקים עם Et 2 O (4 x 5 מ"ל) ולאחר מכן לייבש אותו תחת ואקום להרשות לעצמו מתחם 3 כתרכובת יציבה אוויר אנליטי טהורה בתשואה של כ 82%, 0.092 גרם (המבוסס על P 4). ודא את המוצר על ידי H 1 ויום 31 בספקטרוסקופיה NMR P (D 6 6 C) 11.
.4 סינתזה של P 8 allotrope התייצב-קרבן (מתחם 4)
- שיטה
- כדי להפוך allotrope-התייצב קרבן P 8 (מתחם 4), לשקול את monoamidocarbene 2 (0.100 גרם, 0.276 מילימול, 3 equiv.) וP 4 (11.4 מ"ג, 0.092 מילימול, equiv 1.) בתוך כפפה מלא חנקן תיבה עם האורות כבויה. כבה את האורות כפי שרבים במעבדה במהלך כמה צעדים הראשונים אלה כP 4 הוא רגישים לאור.
- הוסף שני מוצקים לבקבוקון זכוכית 20 מ"ל שעטוף ברדיד אלומיניום. הוספת אתר יבש, degassed diethyl (Et 2 O, 10 מ"ל) למוצקים ולאחר מכן מכסה את הבקבוקון. עלתוספת של האתר, הצבע הירוק הכהה החולף במהירות משתנה לכתום בהיר. מערבבים את התערובת בחושך לשעה 2. במהלך התגובה, משקע כתום בהיר יהווה.
- לבודד את מוצק הכתום באמצעות סינון באמצעות זכוכית נקבוביות 10 מ"ל בינונית fritted משפך בוכנר. שטוף את מוצק כתום עם Et 2 O (4 x 2 מ"ל) ולאחר מכן לייבש אותו תחת ואקום להרשות לעצמו מתחם 4 וכתרכובת יציבה אוויר אנליטי טהורה בתשואה של כ 51%, 39.5 מ"ג (המבוסס על P 4). ודא את המוצר על ידי H 1 וספקטרוסקופיה ביום 31 בP NMR (THF-D8) 11.
- שיטה ב '
- monoamidocarbene לשקול את 2 (0.100 גרם, 0.276 מילימול, 2 equiv.) וP 4 (17.1 מ"ג, 0.138 equiv מילימול, 1.) בתוך תא הכפפות מלא חנקן עם האורות כבויים. כבה את האורות כפי שרבים במעבדה במהלך כמה צעדים הראשונים אלה כP 4 הוא רגישים לאור.
- הוסף שני מוצקים לזכוכית 20 מ"ל באמצעותl שעטוף ברדיד אלומיניום. הוספת hexanes היבש, degassed (10 מ"ל) למוצקים ולאחר מכן מכסה את הבקבוקון. עם התוספת של האתר, הצבע הירוק הכהה החולף במהירות משתנה לכתום בהיר. מערבבים את התערובת בחושך לשעה 2. במהלך התגובה, משקע כתום בהיר יהווה.
- לבודד את מוצקה הכתום באמצעות סינון באמצעות 10 מ"ל זכוכית נקבוביות בינונית fritted משפך יכנר, ולאחר מכן לייבש אותו תחת ואקום להרשות לעצמו מתחם 4 וכתרכובת יציבה אוויר אנליטי טהורה בתשואה של כ 75%, 87.7 מ"ג (המבוסס על P 4). ודא את המוצר על ידי H 1 וספקטרוסקופיה NMR P ביום 31 ב( THF-D8). 11
.5 השמנת diphosphene חלוף E -1,2-BIS (phosphaalkenyl) באמצעות [4 + 2] cycloaddition: סינתזה של מתחם 5
- כדי להכין תרכובת 5, לשקול את monoamidocarbene 2 (0.300 גרם, .828 מילימול, 2 equiv.) וP 4 (51.3 מ"ג, 0.414 מילימול, equiv 1.) ספטמברarately בתוך תא הכפפות מלא חנקן עם האורות כבוי. כבה את האורות כפי שרבים במעבדה במהלך כמה צעדים הראשונים אלה כP 4 הוא רגישים לאור.
- הוסף את P 4 לבקבוקון זכוכית 20 מ"ל, ולאחר מכן להוסיף hexanes היבש, degassed (18 מ"ל) לבקבוקון. לאחר מכן, להוסיף 2,3-דימתיל 1,3-ניטריל-(2 מ"ל) להשעית P 4 בhexanes.
- בעוד ההשעיה הקסאן / P 4 מעוררת במהירות, להוסיף הקרבן 2 כמוצק בחלק אחד. ההשעיה באופן מיידי תהפוך לצהובה בהיר. על פני תקופה של כ -10 דקות, כל המוצקים יתמוססו ואחריו המשקעים של בהיר מוצק צהוב. בשלב זה, לתת לסערת ההשעיה למשך 4 שעות.
- לאחר 4 שעות, לבודד את מוצקה הצהוב באמצעות סינון באמצעות 10 מ"ל זכוכית נקבוביות בינונית fritted משפך בוכנר. מוצק צהוב זה מתחם 5 (> טוהר 90% על ידי שני H 1 וNMR ביום 31 בP). לרכז את פתרון supernatant הצהוב ליובשולשלב את השאריות צהובות עם מוצק צהוב מסונן.
- כדי לטהר את המתחם 5, recrystallize המוצקים הצהובים בשילוב מ1: DCM 3 (לפי נפח): פתרון hexanes (נפח 12 מ"ל בסך הכל) ב-30 ° C במקפיא בO תא הכפפות / N. הליך זה יעניק 5 גבישים כאנליטי טהורים אוויר יציבים צהובים בתשואה של כ 71%, 0.301 גרם (המבוסס על P 4). ודא את המוצר על ידי H 1 ויום 31 בספקטרוסקופיה NMR P (D 6 6 C) 11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
היכולת לבודד טריס phosphane (phosphaalkenyl) כגון 3 או -allotrope P 8 (4) מזרחן לבן מסתמכת על השימוש בקרבן אלקטרופיליות להפעיל P 4 ארבעון 11,16. לכן, זה קריטי כדי להכין קרבנים עם π-חומציות מוגברת, ועל ידי electrophilicity הארכה. איור 2 ממחיש את הסינתזה של מבשר קרבן 1 HCl וdeprotonation הבא שלה להרשות לעצמם diamidocarbene 1 13. הסינתזה של diamidocarbene 1 יכולה להיות מושלמת ביום אחד (כ 6 שעות מההתחלה ועד הסוף), והקרבן יכול להיות מבודד כאבקה לבנה ב72% תשואה כוללת.
על ידי הסרת אחד moieties קרבוניל מהקרבן 1, π-החומציות של diamidocarbene ניתן מוחלשת. כדי לבצע משימה זו, monoamidocarbene 2 יכול להיות מוכן באופן דומה לקרבן כלוריד 1 באמצעות 3-chloropivaloyl וN, -dimesitylformamidine 15. איור 3 'N מתאר את הסינתזה של 2 אשר יכול להתבצע בכשני ימים. Monoamidocarbene החופשי יכול להיות מבודד כאבקה לבנה ב56% תשואה כוללת.
בעמודים = "תמיד"> 
איור 3 סינתזה של monoamidocarbene 2 על ידי צימוד N, -dimesitylformamidine 'N לכלוריד 3-chloropivaloyl. עד כה היו מספר דיווחים על כך שפרט ההפעלה של זרחן לבן באמצעות קרבנים יציבים. במחקרים אלה, זה הוכח היטב כי המאפיינים האלקטרוניים של קרבנים ישירות למשול את זהותו של מוצר זרחן הופעל 5. כדי להדגים את התופעה הזאת, קרבנים 1 ו -2, אשר נבדלים רק בelectrophilicities המיוחסים להם, יכולים לשמש כדי להפעיל P 4 להרשות לעצמם מוצרים שונים מאוד. כאשר diamidocarbene אלקטרופיליות יותר 1 משמש, טריס phosphane (phosphaalkenyl) (3) יכול להיות מוכן כמו אדום מוצק ב82 תשואת% (
איור 4 סינתזה של טריס (phosphaalkenyl) phosphane 3 וallotrope P 8-התייצב קרבן 4 החל מקרבנים 1 ו -2, בהתאמה (Mes = 2,4,6 (CH 3) 3 C 6 H 2).
מנגנון היה יחסי הציבורoposed להיווצרות תרכובות 3 ו -4 (איור 5) שמתארת כיצד electrophilicities השונה של קרבנים 1 ו -2 השפעות התגובה עם P 4. עבור שניהם קרבנים, ביניים zwitterionic, שכולל שני הליגנדים קרבן מתואמים הוצע כיוצרים בתחילה על הפעלה של ארבעון P 4. כאשר diamidocarbene אלקטרופיליות יותר 1 משמש, ביניים הוא מספיק nucleophilic להוסיף ל-orbital p הריק של מולקולה שלישית של 1, סופו של דבר וכתוצאה מכך ההיווצרות של טריס phosphane (phosphaalkenyl) 3 עד B ביניים. עם זאת, כאשר הקרבן פחות אלקטרופיליות 2 משמש, הוא לא מספיק nucleophilic להוסיף מולקולה שלישית של 2 C ביניים diphosphene ליניארי. ביניים C ולאחר מכן במהירות עובר [2 + 2] cycloaddition-dimerization להרשות לעצמם P 8 -allotrope .4 מוצע כי C ביניים הוא מקור הצבע הירוק הכהה שנצפה בסינתזה של 4. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5 מוצע מנגנון ליצירת תרכובות 3 ו -4. ההיווצרות של C ביניים diphosphene המשוער אומתה על ידי לכידה עם 2,3-דימתיל-1,3-ניטריל להרשות לעצמו מתחם
איור 6 סינתזה של תרכובת 5 על ידי לכידת C ביניים עם 2,3-דימתיל-1,3-ניטריל (Mes = 2,4,6 (CH 3) 3 C 6 H 2). כדי להדגים את יעילותן של השיטות סינתטיות הללו, אנו מספקים ספקטרום NMR H 1 לקרבנים 1 ו2, כמו גם ביום 31 בספקטרום P NMR לתרכובות 3, 4, ו -5 (ראה איורים 7-11, בהתאמה). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 7 1 H NMR (C 6 D 6) של 1 DAC שהוכן באמצעות הפרוטוקול המתואר.
אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 8 1 H NMR (C 6 D 6) של MAAC 2 הוכן באמצעות הפרוטוקול המתואר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 9 ביום 31 בP NMR (C 6 D 6) של 3 הוכן באמצעות הפרוטוקול המתואר.
אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 11. 31 בP NMR (C 6 D 6) של 5 הוכן באמצעות הפרוטוקול המתואר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הליך פשוט ליצירת קרבנים המעוטר קרבוניל והיישום שלהם בהפעלה של זרחן לבן מוצג כאן. השלבים הקריטיים בפרוטוקול לסינתזת קרבנים הם: (א) לוודא שכל הממסים הם יבשים כראוי לפני השימוש, (ב) לוודא התוספת של כלורידים חומצה לformamidine נעשה לאט מאוד, (ג) אם Celite הוא לא בתנור יבש למשך תקופה מינימאלית של שעה 12 ב180 ° C, הידרוליזה של -HCl 1, כמו גם קרבנים 1 ו -2 מתרחשים. בחלק מהמקרים, זרחן הלבן יהיה להמיר לזרחן האדום. לתגובות הפעלת P 4, קיים הכרח כי התגובות להתנהל בחושך או בכלי תגובה עטוף בנייר אלומיניום, כדי להבטיח שזרחן הלבן אינו ממיר לזרחן האדום.
אין מגבלות עיקריות של הטכניקות המתוארות במסמך זה, ואכן שיטות אלה עשויות להיותpplied לסינתזה העתידית של קרבנים אחרים. יתרון משמעותי אחד לאופן עריכת קרבנים תארו הוא הניצול של NaHMDS כבסיס לdeprotonation של תרכובות 1 -HCl ו2 -HCl. NaHMDS מותאם היטב לדור של קרבנים כפי שהוא מסיס בפחמימנים ארומטיים בי הרוב המכריע של קרבנים הם יציבים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2,4,6-Trimethylaniline | Alfa Aesar | AAA13049-0E | 98% |
| Triethylorthoformate | Alfa Aesar | AAA13587 | 98% |
| Dimethylmalonyl dichloride | TCI | D2723 | >98% |
| 3-Chloro-pivaloyl chloride | Aldrich | 225703-25G | 98% |
| Triethylamine | Alfa Aesar | AAA12646 | Stored over dried, activated 3 Å molecular sieves |
| Celite™ 545 | EMD | CX0574-3D | Oven-dried at 180 °C for a minimum of 12 hr |
| Sodium hexamethyldisilazide | Across | 200014-462 | 95+% |
| 2,3-Dimethyl-1,3-butadiene | Alfa Aesar | AAAL04207-09 | 98% |
| Dichloromethane | EMD | DX0835-5 | Purified through solvent purification system, or standard methods |
| Tetrahydrofuran | Mallinckrodt | 8498-09 | Purified through solvent purification system, or standard methods |
| Hexanes | EMD | HX0299-3 | Purified through solvent purification system, or standard methods |
| Benzene | EMD | BX0220-5 | Purified through solvent purification system, or standard methods |
| Toluene | BDH | 1151-19L | Purified through solvent purification system, or standard methods |
| White phosphorus | Generously donated from the Texas A&M chemistry store room. | Purified through sublimation and transferred directly into a glovebox while under vacuum in the sublimator |
References
- Díez-González, S., Marion, N., Nolan, S. P. N-Heterocyclic Carbenes in Late Transition Metal Catalysis. Chem. Rev. 109, 3612-3676 (2009).
- Enders, D., Niemeier, O., Henseler, A. Organocatalysis by N-Heterocyclic Carbenes. Chem. Rev. 107, 5606-5655 (2007).
- Boydston, A. J., Williams, K. A., Bielawski, C. W. A Modular Approach to Main-Chain Organometallic Polymers. J. Am. Chem. Soc. 127, 12496-12497 (2005).
- Kamplain, J. W., Bielawski, C. W. Dynamic covalent polymers based upon carbene dimerization. Chem. Commun. , 1727-1729 (2006).
- Back, O., Kuchenbeiser, G., Donnadieu, B., Bertrand, G. Nonmetal-Mediated Fragmentation of P4: Isolation of P1and P2Bis(carbene). 48, Int. Ed, Adducts. Angew. Chem.. 5530-5533 (2009).
- Masuda, J. D., Schoeller, W. W., Donnadieu, B., Bertrand, G. Carbene Activation of P4 and Subsequent Derivatization. 46, Int. ed, Angew. Chem.. 7052-7055 (2007).
- Masuda, J. D., Schoeller, W. W., Donnadieu, B., Bertrand, G. NHC-Mediated Aggregation of P4: Isolation of a P12 Cluster. J. Am. Chem. Soc. 129, 14180-14181 (2007).
- Wang, Y., et al. Carbene-Stabilized Diphosphorus. J. Am. Chem. Soc. 130, 14970-14971 (1021).
- Wang, Y., et al. Carbene-Stabilized Parent Phosphinidene Organometallics. 29, 4778-4780 (2010).
- Back, O., Donnadieu, B., Parameswaran, P., Frenking, G., Bertrand, G. Isolation of crystalline carbene-stabilized P2-radical cations and P2-dications. Nature Chemistry. 2, 369-373 (2010).
- Dorsey, C. L., Squires, B. M., Hudnall, T. W. Isolation of a Neutral P8 Cluster by [2+2] Cycloaddition of a Diphosphene Facilitated by Carbene Activation of White Phosphorus. 52, Int. Ed, Angew. Chem.. 4462-4465 (2013).
- Kuhn, K. M., Grubbs, R. H. A Facile Preparation of Imidazolinium Chlorides. Org. Lett. 10, 2075-2077 (2008).
- Hudnall, T. W., Moerdyk, J. P., Bielawski, C. W. Ammonia N-H activation by a N,N'-diamidocarbene. Chem. Commun. 46, 4288-4290 (2010).
- Lugan, N., Lavigne, G. Reprogramming of a Malonic N-Heterocyclic Carbene: A Simple Backbone Modification with Dramatic Consequences on the Ligand's Donor Properties. Eur. J. Inorg. Chem. 3, 361-365 (2010).
- Blake, G. A., Moerdyk, J. P., Bielawski, C. W. Tuning the Electronic Properties of Carbenes: A Systematic Comparison of Neighboring Amino versus Amido Groups. Organometallics. 31, 3373-3378 (2012).
- Martin, C. D., Weinstein, C. M., Moore, C. E., Rheingold, A. L., Bertrand, G. Exploring the reactivity of white phosphorus with electrophilic carbenes: synthesis of a P4 cage and P8 clusters. Chem. Commun. 49, 4486-4488 (2013).
