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Chemistry

[(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6: un catalyseur photoredox à base de cuivre général et largement applicable

Published: May 21, 2019 doi: 10.3791/59739
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1, 2, 1
1Laboratoire de Chimie Organique, Service de Chimie et PhysicoChimie Organiques, Université libre de Bruxelles (ULB), 2Laboratoire de Chimie Organique et Photochimie, Service de Chimie et PhysicoChimie Organiques, Université libre de Bruxelles (ULB)

Summary

Des protocoles détaillés et généraux sont présentés pour la synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6, un catalyseur photoredox à base de cuivre général, et pour son utilisation en chimie synthétique pour l’arylation directe des liaisons C-H dans les (hetero) Arenes et les radicaux cyclilisation des halogénures organiques.

Abstract

Notre groupe a récemment signalé l’utilisation de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 comme un catalyseur photoredox à base de cuivre général qui s’est avéré efficace pour favoriser l’activation d’une grande variété d’halogénures organiques, y compris les non-activés. Ceux-ci peuvent ensuite participer à diverses transformations radicales telles que des réactions de réduction et de cyclisation, ainsi que dans l’arylation directe de plusieurs (hetero) Arenes. Ces transformations offrent un accès direct à une gamme de petites molécules d’intérêt pour la chimie synthétique, ainsi qu’aux produits naturels biologiquement actifs. Au total, [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 agit comme un catalyseur photoredox pratique qui semble être une alternative attrayante, bon marché et complémentaire aux catalyseurs photoredox à base d’Iridium et de ruthénium à la pointe de la technologie. Ici, nous rapmettons un protocole détaillé pour la synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6, ainsi que des CARACTÉRISATIONS RMN et spectroscopiques, et nous illustrons son utilisation en chimie synthétique pour l’arylation directe des (hetero) Arenes et la cyclisation radicale de halogénures organiques. En particulier, l’arylation directe du n-méthylpyrrole avec le 4-iodobenzonitrile pour permettre le 4-(1-méthyl-1H-pyrrol-2-yl) benzonitrile et la cyclisation radicale du n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-yl) méthyl] cyanamide pour se procurer des produits naturels Luotonin A sont détaillés. La portée et les limites de ce catalyseur photoredox à base de cuivre sont également brièvement discutées.

Introduction

Des transformations radicales ont été connues depuis des décennies pour fournir des voies remarquablement efficaces dans la chimie synthétique qui sont souvent complémentaires aux transformations basées sur des processus cationiques, anioniques ou pericycliques1. Tout en étant particulièrement prometteur pour différents types de transformations, la chimie radicale a cependant longtemps été sous-exploitée, principalement en raison de la nécessité de réactifs hautement toxiques qui limitent considérablement son attrait. En outre, les processus radicaux ont longtemps été considérés comme des transformations associées à de faibles niveaux de contrôle en termes de Regio-et/ou de stéréosélectivité, ou conduisant à des problèmes de DIMERISATION et/ou de polymérisation extensive.

Des stratégies alternatives ont été développées récemment afin de faciliter la génération et de mieux contrôler la réactivité des espèces radicales. Parmi eux, la catalyse photoredox est devenue l’une des méthodes les plus puissantes car elle permet la génération commode d’espèces radicales à l’aide d’un composé sensible à la lumière, à savoir le catalyseur photoredox, et l’irradiation de la lumière visible2,3 . La lumière visible elle-même est en effet capable de promouvoir la population de l’état excité du catalyseur photoredox qui devient, par conséquent, à la fois un réducteur et un oxydant plus fort que dans son état fondamental correspondant. Ces propriétés redox améliorées font des processus de transfert à un seul électron, pas faisable dans l’état fondamental, possible dans des conditions douces de l’état excité. Au cours de la dernière décennie, la catalyse photoredox de lumière visible est devenue une technique attrayante et puissante dans la synthèse organique et a permis le développement de nombreuses transformations remarquablement efficaces et sélectives basées sur des intermédiaires radicaux produits dans des conditions durables, douces et conviviales.

Alors que la plupart des processus photoredox signalés à ce jour sont dominés par l’utilisation de catalyseurs photoredox à base d’Iridium et de ruthénium, ainsi que par certains colorants organiques tels que les dérivés du pyrylium et de l’acridinium4, des alternatives moins coûteuses sont encore très demandées pour le développement de processus complémentaires d’intérêt pour les applications industrielles. À cet égard, l’utilisation de catalyseurs photoredox à base de cuivre apparaît particulièrement attrayante car elles sont non seulement moins chères, mais offrent également des possibilités d’activer une gamme plus large et/ou différente de substrats, ce qui ouvre de nouvelles perspectives dans catalyse photoredox5,6,7,8. Malgré quelques premiers travaux prometteurs rapportés par les groupes Kutal9, Mitani10 et sauvage11 , les complexes de cuivre photoactivables n’ont cependant été que peu utilisés dans la catalyse photoredox, probablement en raison de leur états excités de courte durée par rapport à leurs congénères à base de ruthénium et d’iridium. Plus récemment, les contributions remarquables récentes de Peters et Fu12,13,14,15, Reiser16,17,18, le 19 , 20 et d’autresgroupes 21,22,23,24,25 ont clairement attiré l’attention sur les catalyseurs photoredox à base de cuivre et ont démontré leur un potentiel unique.

Dans le cadre de notre récent intérêt pour les processus radicaux catalysés par le cuivre26,27, nous avons récemment signalé un catalyseur photoredox à base de cuivre général et largement applicable, [(dpephos) (BCP) Cu] PF6 (dpephos: bis [(2- diphénylphosphino) phényl] éther; BCP: bathocuproine), qui s’est avéré particulièrement efficace pour l’activation des halogénures organiques sous irradiation de la lumière visible (figure 1a)28,29,30. Après irradiation avec la lumière visible et en présence d’une amine comme réducteur sacrificiel, une large gamme d’halogénures d’aryle et d’alkyles non activés s’est montrée facilement activée par des quantités catalytiques de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 et donc de participer dans diverses transformations radicales, y compris les réductions, les cyclisation et l’arylation directe de plusieurs riches en électrons (hetero) Arenes. En outre, [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 a également prouvé son succès à la promotion de la cyclisation radicale des radicaux photoinduits des ynamides et des cyanamides, offrant un accès efficace et direct à des complexes d’azote tri-, tétra-et pentacyclique hétérocycles aux structures centrales de divers produits naturels. Cette stratégie A permis la synthèse efficace de la rosettacine, de la luotonine A et de la désoxyvasicinone, des produits naturels qui présentent des activités anticancéreuses, antimicrobiennes, anti-inflammatoires et antidépresseurs. Ces transformations sont illustrées dans la figure 1c. D’un point de vue mécanistique, l’activation photoinduite des halogénures organiques avec le [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 passe par un cycle catalytique rare de Cu (i)/Cu (i) */Cu (0), qui a été confirmé par des études mécanistiques et photophysiques extensives. En particulier, l’excitation de l’état fondamental [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 [Cu (i)] lors de l’irradiation par la lumière visible conduit à la formation du complexe excité correspondant [(dpephos) (BCP) Cu] PF6* [Cu (i) *] qui est ensuite réduit par le amine sacrificielle pour générer les espèces correspondantes [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 [Cu (0)]. Cet intermédiaire Cu (0) est suffisamment réducteur pour réduire la liaison carbone – halogène de divers halogénures organiques afin de générer les radicaux correspondants, qui peuvent ensuite participer aux transformations susmentionnées, ainsi que la régénération du début catalyseur (figure 1b).

Dans la section suivante, nous décrivons d’abord le protocole pour synthétiser le photoactivable [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 (dont les CARACTÉRISATIONS RMN et spectroscopiques sont présentées dans la section des résultats représentatifs). La synthèse est simple et particulièrement pratique, et nécessite simplement l’addition de 1 équivalent de DPEPhos et 1 équivalent de BCP à une solution de tétrtrakisacétonitrile de cuivre (I) hexafluorophosphate dans le dichlorométhane. Le [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 désiré est ensuite isolé par précipitation de l’éther diéthylique et peut être facilement obtenu sur une échelle Multigramme (figure 2a). Il est important de noter que le complexe de cuivre isolé n’est pas particulièrement sensible à l’oxygène et à l’humidité et peut donc être manipulé de façon commode sans précautions particulières autres que d’être stocké à l’écart de la lumière.

Deuxièmement, nous décrivons les protocoles pour activer les halogénures organiques en utilisant [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 sous irradiation de la lumière visible en se concentrant sur deux transformations différentes. La première réaction est l’arylation directe du N-méthylpyrrole avec le 4-iodobenzonitrile en utilisant des quantités catalytiques de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 comme catalyseur photoredox, dicyclohexylisobutylamine comme réducteur sacrificiel et potassium carbonates comme base sous irradiation à 420 nm (figure 2b). La deuxième réaction est la cyclisation radicale du n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-yl) méthyl] cyanamide, utilisant le même catalyseur et le même réducteur sacrificiel, dont la cyclisation conduit directement à Luotonin a, un produit naturel affichant activités anticancéreuses intéressantes (Figure 2c). Des protocoles détaillés sont fournis pour les deux transformations.

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Protocol

1. synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6

  1. Ajouter 3,73 g (10,00 mmol) de tétrtrakisacétonitrile de cuivre (I) hexafluorophosphate et 5,39 g (10,00 mmol) de DPEPhos à un flacon à fond rond de 2 L muni d’une barre de remuez magnétique.
  2. Monter le flacon de fond rond avec un adaptateur de vide à trois cou relié à une ligne de vide et une ligne d’argon.
  3. Évacuer le flacon sous vide et le remblai avec de l’argon trois fois. Remplacez l’adaptateur de vide à trois cou par un septum en caoutchouc.
    Remarque: la réaction peut être effectuée sous l’air avec une efficacité légèrement réduite (voir la section de discussion pour plus de détails).
  4. Ajouter 800 mL de dichlorométhane sec.
    Nota: le dichlorométhane est fraîchement distillé à partir du CaH2. La réaction peut également être réalisée en dichlorométhane régulier (99,8%) avec une efficacité similaire (voir la section de discussion pour plus de détails).
  5. Mélanger le mélange réactionnel pendant 2 h dans l’obscurité (flacon de réaction recouvert d’une feuille d’aluminium) à température ambiante (23-25 º C) sous atmosphère d’argon.
  6. Ajouter 3,60 g (10,00 mmol) de BCP à un flacon à fond rond de 500 mL muni d’une barre de remuez magnétique.
  7. Monter le flacon de fond rond avec un adaptateur de vide à trois cou relié à une ligne de vide et une ligne d’argon.
  8. Évacuer le flacon sous vide et le remblai avec de l’argon trois fois. Remplacez l’adaptateur de vide à trois cou par un septum en caoutchouc.
  9. Ajouter 200 mL de dichlorométhane sec et remuer doucement la suspension jusqu’à dissolution complète du BCP.
  10. Ajouter la solution de BCP dans le dichlorométhane au mélange réactionnel à l’aide d’une canule.
  11. Remuer pendant une heure supplémentaire dans l’obscurité (flacon de réaction recouvert d’une feuille d’aluminium) à température ambiante (23-25 º C) sous une atmosphère d’argon.
  12. Filtrer le mélange à travers un tampon de Celite, laver avec environ 100 mL de dichlorométhane et concentrer le filtrat à env. 50-100 mL sous pression réduite.
  13. Ajouter le concentré goutte à 1 L d’éther diéthylique à l’aide d’un entonnoir d’addition et en remuant vigoureusement pour induire la précipitation du complexe désiré.
  14. Prélever le précipité par filtration à l’aide d’un verre fritté (taille des pores 3) et laver le précipité avec environ 100 mL d’éther diéthylique.
  15. Sécher le précipité jaune vif sous vide à température ambiante (23-25 º C) pendant 5 h pour récupérer 10,1 g (91% de rendement) du complexe de cuivre.
    Nota: un rendement de 75% a été obtenu lorsque la réaction a été effectuée sous l’air à l’aide de dichlorométhane distillé; un rendement de 89% a été obtenu lorsque la réaction a été réalisée sous argon à l’aide d’un dichlorométhane régulier; lors de l’exécution de la réaction sous l’air avec du dichlorométhane régulier, la réaction s’est trouvée moins efficace et a conduit à une pureté beaucoup plus faible (ca 70%, estimé par RMN de 1H avec un étalon interne).
  16. Caractériser [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 comme indiqué précédemment31.

2. arylation directe du N-méthylpyrrole avec le 4-iodobenzonitrile

  1. Ajouter 55 mg (0,05 mmol) de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6, 59 mg (0,25 mmol) de dicyclohexylisobutylamine (CY2NiBu), 138 mg (1,0 mmol) de K2co3 et 114 mg (0,50 mmol) de 4-Iodobenzonitrile dans un flacon de 10 ml séché au four.
  2. Ajouter une barre magnétique, sceller le flacon avec un septum en caoutchouc, évacuer le flacon sous vide et le remblai avec de l’argon trois fois.
  3. Ajouter 5 mL d’acétonitrile et 890 μL (10,00 mmol) de N-méthylpyrrole. Remplacez le septum en caoutchouc par un bouchon à vis.
    NOTE: l’acétonitrile est fraîchement distillé à partir de CaH2 et dégazé à l’aide de cycles gel-pompe-gel avant utilisation pour assurer des rendements élevés et une reproductibilité.
  4. Mélanger le mélange réactionnel pendant 3 jours à température ambiante (23-25 º C) dans un photoréacteur sous irradiation de longueur d’onde de 420 nm.
    Remarque: à titre d’alternative à l’utilisation d’un photoréacteur, la réaction peut également être réalisée en utilisant des bandes de LEDs bleues ou un dispositif photochimique avec une lampe LED bleue (440 nm, 34 W). Ces configurations expérimentales sont illustrées à la figure 3 (voir les résultats représentatifs) et une discussion sur leurs résultats respectifs est fournie dans la section «discussion».
  5. Filtrer le mélange réactionnel à travers un tampon de Celite, laver avec environ 5 mL d’éther diéthylique et concentrer le filtrat sous pression réduite.
  6. Purifier le résidu brut par chromatographie sur colonne Flash sur gel de silice (système éluent éther de pétrole/EtOAc: 90/10).
  7. Sécher le composé pur sous vide à température ambiante (23-25 º C) pendant 3 h pour récupérer 65 mg (72% de rendement) du pyrrole C2-arylaté désiré.
    NOTE: l’utilisation de bandes de LEDs bleues a permis un rendement de 76% (69 mg) tandis que l’utilisation d’un dispositif photochimique avec une lampe LED bleue (440 nm, 34 W) a donné un rendement de 86% (78 mg).
  8. Caractériser le composé pur comme indiqué précédemment32.

3. cyclisation du n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-yl) méthyl] cyanamide à Luotonin A

  1. Ajouter 37 mg (0,09 mmol) de n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-yl) méthyl] cyanamide, 9 mg (9,0 μmol) de [(dpephos) (BCP) Cu] PF6, 11 mg (0,04 mmol) de CY2Nibu et 25 mg (0,18 mmol) de K2co3 à un flacon de 7 mL séché au four et muni d’une barre de remuez magnétique.
  2. Sceller le flacon avec un septum en caoutchouc, évacuer le flacon sous vide et le remblai avec de l’argon trois fois.
  3. Ajouter 2 mL d’acétonitrile. Remplacez le septum en caoutchouc par un bouchon à vis.
    NOTE: l’acétonitrile est distillé à partir de CaH2 et dégazé à l’aide de cycles gel-pompe-gel avant utilisation pour assurer des rendements élevés et une reproductibilité.
  4. Mélanger le mélange réactionnel pendant 5 jours à température ambiante (23-25 º C) dans un photoréacteur sous irradiation de longueur d’onde de 420 nm.
  5. Filtrer le mélange réactionnel à travers un tampon de Celite, laver avec environ 2 mL de dichlorométhane et concentrer le filtrat sous pression réduite.
  6. Purifier le résidu brut par chromatographie sur colonne Flash sur gel de silice (système éluent: éther de pétrole/EtOAc 60:40).
  7. Sécher le composé pur sous vide à température ambiante (23-25 º C) pendant 3 h pour récupérer 20 mg (79% de rendement) de la luotonine A désirée.
  8. Caractériser la luotonine A souhaitée comme indiqué précédemment29.

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Representative Results

Synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6
Comme le montre le protocole décrit dans la section ci-dessus, la synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 est particulièrement pratique et peut être facilement réalisée sur une échelle multigramme. Les spectres RMN 1H et 13C indiquent la formation du complexe pur (figure 4A, B). Les données spectroscopiques correspondent à celles rapportées antérieurement31.

le premier RMN du H (400 MHz, CDCl 3) δ (ppm): 7,83 (s, 2H),2, 15-7(m, 12h), 7h43 (m, 2H), 6, 8-72 (m, 8h), 7.11-5 (m, 18h), 2,52 (s, 6H). le 13 RMN du C (100 MHz, CDCl3) δ (ppm): 158,5, 150,3, 144,0, 136,5, 133,9, 133,1, 133,0, 132,9, 132,5, 132,2, 132,0, 131,7, 130,1, 129,6, 129,5, 129,2, 128,7, 128,7, 128,6, 125,8, 125,8, 125,5, 125,4, 120,4, 27,5.

Les spectres d’absorption UV/vis et d’émission ont également été enregistrés et sont illustrés à la figure 4C, D. Le spectre d’absorption UV/vis (acétonitrile, 10-4 M) présente deux bandes d’absorption principales avec deux maxima à 385 nm et 485 nm. Le spectre d’émission (acétonitrile, 10-4 M), obtenu par excitation à 445 nm, affiche un maximum à 535 nm.

Arylation directe photoredox catalysée par le cuivre de (hetero) Arenes avec des halogénures d’aryle
L’arylation directe du N-méthylpyrrole avec le 4-iodobenzonitrile est représentative de l’utilisation de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 pour favoriser l’arylation directe de divers (hétéroo) Arenes riches en électrons sous irradiation de la lumière visible. La portée de la transformation est représentée à la figure 5. Ces résultats sont brièvement discutés dans la section suivante.

Quant à la caractérisation du 4-(1-méthyl-1h-pyrrol-2-yl) benzonitrile, les spectres RMN 1h et 13C indiquent la formation du composé pur (figure 6A, B). Les données spectroscopiques correspondent à celles rapportées antérieurement32.

le premier H RMN (400 MHz, CDCl3) δ (ppm): 7,66 (d, j = 8,6 Hz, 2H), 7,50 (d, j = 8,6 Hz, 2H), 6,78 (app. t, j = 2,1 Hz, 1H), 6,35 (DD, j = 3,7 et 1,8 Hz, 1H), 6,23 (DD, j = 3,7 et 2,7 Hz, 1H), 3,71 (s, 3H). le 13 RMN du C (100 MHz, CDCl3) δ (ppm): 137,8, 132,7, 132,3, 128,4, 125,9, 119,1, 110,8, 109,8, 108,7, 35,6.

La figure 3 illustre les trois configurations expérimentales qui ont été utilisées avec succès pour effectuer l’arylation directe des (hetero) Arenes avec des halogénures d’aryle dans des conditions photoredox. La réaction peut être effectuée dans un photoréacteur avec irradiation à 420 nm de longueur d’onde (figure 3a), en utilisant des bandes de LEDs bleues disponibles dans le commerce (figure 3B), ou en utilisant un dispositif photochimique avec une lampe LED bleue (440 nm, 34 W) (Figure 3C). Une brève discussion sur la différence d’efficacité entre les trois configurations expérimentales est donnée dans la section suivante.

Cyclilisation radicale de radicaux photoinduits des ynamides et des cyanamides
La cyclisation de la n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-yl) méthyl] cyanamide à la luotonine a est représentative de l’utilisation de [(dpephos) (BCP) Cu] PF6 pour favoriser la cyclisation radicale de Domino des ynamides et des cyanamides contenant un sous-unité iodoaryl convenablement placée. Ces cyclisation, qui fournissent un accès efficace et direct aux hétérocycles de l’azote tri-, tétra et pentacyclique aux structures centrales de divers produits naturels, sont présentés à la figure 7. Ces résultats sont brièvement discutés dans la section suivante.

Les spectres RMN 1H et 13C indiquent la formation du produit naturel pur Luotonin A (figure 8a, B). Les données spectroscopiques correspondent à celles rapportées antérieurement33.

le premier H RMN (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): (m, 3 h), 8,12 (d, j = 7,8 Hz, 1H), 7,95 (d, j = 7,5 Hz, 1 h), 7, 7-7 (m, 2 h), 4, 20 (m, 1 h), 7,58 (t, j = 8,1 Hz, 1 H), 5,34 (s, 2 h). le 13 RMN du C (75 MHz, CDCl3) δ (ppm): 160,8, 152,7, 151,3, 149,5 (2 c), 134,7, 131,6, 130,8 (2 c), 129,5, 128,9 (2 c), 128,6, 128,0, 127,5, 126,5, 121,4, 47,4.

Figure 1
Figure 1 . [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 en tant que catalyseur photoredox à base de cuivre général. (A). Propriétés générales de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6. (B). mécanisme général pour l’activation des halogénures organiques. (C). transformations représentatives, y compris la réduction, l’arylation directe et les réactions de cyclisation. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2
La figure 2 . Synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 et application dans la synthèse des produits organiques/naturels. (A). Synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6. (B). arylation directe du N-méthylpyrrole. (C). cyclisation radicale à Luotonin a. s’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3
Figure 3 . Configurations expérimentales utilisées pour l’arylation directe des (hetero) Arenes dans des conditions photoredox. (A). Photoréacteur. (B). bandes LED bleues. (C). appareil de photochimie et lampe LED bleue. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4
Figure 4 . Caractérisation de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6. (A). 1H spectre RMN (cdcl3, 400 MHz, 23 ° c). (B). 13C spectre RMN (cdcl3, 100 MHz, 23 ° c). (C). spectre d’absorption UV/vis (acétonitrile, argon, 23 ° c). (D). spectre d’émission (acétonitrile, argon, 23 ° c). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5
Figure 5 . Arylation directe photoredox catalysée par le cuivre de (hetero) Arenes avec des halogénures d’aryle. Portée du substrat. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 6
Figure 6 . Caractérisation du 4-(1-méthyl-1H-pyrrol-2-yl) benzonitrile. (A). 1H spectre RMN (cdcl3, 400 MHz, 23 ° c). (B). 13C spectre RMN (cdcl3, 100 MHz, 23 ° c). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 7
Figure 7 . Cyclilisation radicale des radicaux photoinduits des ynamides et des cyanamides. Portée du substrat. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 8
Figure 8 . Caractérisation de la luotonine A. (A). 1H spectre RMN (cdcl3, 300 MHz, 23 ° c). (B). spectre RMN du 13C (CdCl3, 75 MHz, 23 ° c). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

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Discussion

Synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6
La synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 est généralement réalisée à l’aide de dichlorométhane sec (distillé avant utilisation) et sous argon pour assurer le plus haut rendement, la pureté et une bonne reproductibilité. Comme indiqué dans le protocole, la synthèse de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 peut être réalisée avec du dichlorométhane régulier (99,8%) et/ou sous l’air avec des efficacités variables. En effet, alors que l’utilisation de dichlorométhane régulier sous l’argon offrait la même efficacité (rendement de 89%), l’exécution de la réaction avec le dichlorométhane distillé sous l’air ne fournit que le complexe désiré dans un rendement de 75%. Enfin, l’exécution de la réaction avec le dichlorométhane non distillé sous l’air offre le complexe désiré avec une pureté nettement inférieure (ca 70% selon les estimations par RMN de 1H en utilisant un étalon interne). En conséquence, on peut conclure que la qualité du dichlorométhane utilisé n’a pas un impact fort sur l’efficacité de la réaction (rendement élevé et pureté), à condition que la réaction soit menée sous l’argon. D’autre part, l’exécution de la réaction sous l’air n’est pas recommandée, car elle offre le complexe désiré avec une efficacité réduite et, encore plus important, avec une plus faible pureté lorsqu’il est combiné avec du dichlorométhane non distillé.

Arylation directe photoredox catalysée par le cuivre de (hetero) Arenes avec des halogénures d’aryle
Comme l’illustre la figure 5, on a trouvé que la réaction était plutôt générale avec une série de pyrroles 2-arylées obtenues dans des rendements justes à bons. Il convient de noter que les iodures d’aryles substitués par un bromure ou un boronate sont des matériaux de départ pratiques et donc un point de départ pour la fonctionnalisation et la valorisation des biaryles correspondants. On a également montré que les pyrroles protégés par la BDC étaient facilement arylés avec une variété d’iodures d’aryles, alors que la réaction pouvait également être étendue à l’arylation de certains anneaux benzéniques riches en électrons tels que le 2, 4, 6-mésiylène, le 2, 4, 6-triméthoxybenzène et le 2,3- diméthoxybenzène. Enfin, on pourrait aussi utiliser des bromures d’aryles moins exigeantes en électrons pour l’arylation directe du N-méthylpyrrole, alors que les bromures d’aryle non activées et les chlorures d’aryle ne sont pas réactifs dans les conditions de réaction, qui représentent probablement la principale limitation de cette procédure. Au total, ces résultats montrent que [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 active efficacement la liaison carbone – halogène de plusieurs halogénures d’aryle pour favoriser l’arylation directe de certains (hetero) Arenes qui doivent être utilisés en grand excès pour obtenir une bonne efficacité. Cette limitation est toutefois commune à la plupart des procédures signalées à ce jour pour promouvoir la même transformation.

Comme indiqué dans la section du protocole, l’arylation directe du photoredox catalysée par le cuivre des (hetero) Arenes avec les halogénures d’aryle est principalement réalisée à l’aide d’un photoréacteur avec irradiation à 420 nm. Alternativement, l’utilisation de configurations expérimentales plus simples et plus facilement disponibles a également été démontrée, avec l’utilisation de bandes de LEDS bleues disponibles dans le commerce, ainsi que d’un dispositif de photochimie avec une lampe LED bleue (440 nm, 34W). Fait intéressant, petites mais notables différences d’efficacité sont observées en utilisant ces trois dispositifs. Alors que les bandes de photoréacteur et de LED bleues offrent le produit arylated désiré dans des rendements comparables (72% et 76% respectivement), le dispositif de photochimie avec une lampe LED bleue offre le rendement le plus élevé dans le produit désiré (86%). Cela est probablement dû à la quantité de lumière qui pénètre réellement dans le mélange de réaction, car il est bien connu que la pénétration de la lumière visible dans la solution contenant des espèces photoactives est assez faible. En conséquence, la quantité de catalyseur photoredox qui est effectivement activé en solution, et qui est responsable de la catalyse, peut également être en quelque sorte limitée et devenir le facteur limitant. Parmi les trois configurations expérimentales utilisées pour l’arylation directe du N-méthylpyrrole avec le 4-iodobenzonitrile, le dispositif de photochimie avec une lampe LED bleue est certainement le plus intense, ce qui conduit à la plus grande quantité de complexe excité et donc, à un rendement plus élevé. De telles considérations sont également cruciales pour l’intensification de ces processus photoinduits qui sont probablement plus commodément exécutés dans des conditions de débit continu sur de plus grandes échelles34,35.

Cyclilisation radicale de radicaux photoinduits des ynamides et des cyanamides
Comme illustré à la figure 7, [(Dpephos) (BCP) Cu] PF6 s’est révélé être un promoteur efficace sous irradiation de la lumière visible pour la cyclisation radicale de Domino de divers ynamides et cyanamides, offrant un tri-, Tetra-ou pentacyclique azote hétérocycles, dans les rendements justes à bons des précurseurs facilement disponibles, aux structures centrales de divers produits naturels. Cette stratégie A permis la synthèse de la rosettacine, de la luotonine A et de la désoxyvasicinone, des produits naturels d’un grand intérêt qui possèdent des activités anticancéreuses, antimicrobiennes, anti-inflammatoires et antidépresseurs. Il convient de noter que la cyclisation des ynamides et des cyanamides a déjà été décrite par Malacria en utilisant des conditions plus classiques à base d’étain33,36, ou sous des conditions photoredox par Yu en utilisant le FAC-IR très réducteur (PPY) 3 comme catalyseur photoredox37. Par rapport aux méthodes précédemment rapportées, le nouveau système photoredox à base de cuivre que nous avons rapporté semble être une alternative intéressante car il fournit une portée et des rendements similaires tout en évitant l’utilisation de bu3SNH (Malacria) hautement toxique ou cher FAC-IR (PPY)3 (Yu). Dans l’ensemble, ce système a prouvé son efficacité pour l’activation de diverses liaisons aryl-ou alkyl-carbone-halogènes non activées conduisant à des structures clés dans la synthèse organique, ainsi que dans la découverte de médicaments et la synthèse des produits naturels.

Au total, les résultats discutés ci-dessus soulignent l’efficacité de [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 comme alternative aux photocatalyseurs à base d’Iridium et de ruthénium. Des niveaux d’efficacité similaires peuvent être obtenus avec un catalyseur à base de cuivre qui est à la fois beaucoup plus facile à préparer et beaucoup moins coûteux. La synthèse du PHOTOCATALYSEUR à base de cuivre est en outre hautement modulaire, ce qui ouvre la voie à la conception et au développement de catalyseurs de deuxième génération répondant aux principales limitations rencontrées avec [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 (c.-à-d., le niveau assez élevé le chargement du catalyseur est encore nécessaire dans la plupart des cas et son inaptitude à activer certains bromures d’aryles et des chlorures d’aryle).

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été appuyé par l’Université libre de Bruxelles (ULB), la Fédération Wallonie-Bruxelles (ARC Consolidator 2014-2019), Innoviris (projet PhotoCop) et le COST action CM1202. La béatitude salue le Fonds pour la formation à la recherche dans l’industrie et dans l’agriculture (F.R.I.A.) pour la bourse des diplômés. Le CT reconnaît le Fonds de la recherche scientifique (FNRS) pour les bourses de recherche.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Material
Bathocuproine (bcp) Acros 161340010
Acetonitrile, 99.9+ Acros 326811000
Celite 545 Acros 349670025
Bis[(2-diphenylphosphino)phenyl] ether (DPEphos) Acros 383370050
Calcium hydride Acros C/1620/48
Dichloromethane, 99.8% Fisher Chemical D/1852/25
Dietyl ether, >= 99% Fisher Chemical D/2400/MS21
Ethyl acetate Fisher Chemical E/0900/25
N-Methylpyrrole, 99% Sigma Aldrich M78801
4-Iodobenzonitrile, 98% Combi-Blocks OR-3151
Petroleum ether (40-60 °) Fisher Chemical P/1760/25
Potassium carbonate, anhydrous Fisher Chemical P/4120/60
Tetrakisacetonitrile copper(I) hexafluorophosphate, 97% Sigma Aldrich 346276
Equipment
1H and 13C NMR spectrometer Bruker Avance 300 Spectrometer
1H and 13C NMR spectrometer Varian VNMRS 400 Spectrometer
420 nm light tubes Luzchem LZC-420
Blue LEDs lamp Kessil H150-Blue
Blue LEDs strips Eglo 92065
Photochemistry Device PhotoRedOx Box Hepatochem HCK1006-01-016
Photoreactor Luzchem CCP-4V
Spectrofluorimeter Shimadzu RF-5301PC
UV/Vis spectrometer Perkin Elmer Lambda 40

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Chimie numéro 147 catalyse du cuivre catalyse photoredox lumière visible réactions radicales arylation C-H cyclisation radicale produits naturels cyanamides ynamides Luotonin A
[(DPEPhos) (BCP) Cu] PF<sub>6</sub>: un catalyseur photoredox à base de cuivre général et largement applicable
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Baguia, H., Deldaele, C., Michelet, B., Beaudelot, J., Theunissen, C., Moucheron, C., Evano, G. [(DPEPhos)(bcp)Cu]PF6: A General and Broadly Applicable Copper-Based Photoredox Catalyst. J. Vis. Exp. (147), e59739, doi:10.3791/59739 (2019).

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