Waiting
Login processing...

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

Chemistry

(Bcp). PF6: זרז המבוסס על נחושת מבוסס-על-ידי כללי וכללית

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

פרוטוקולים מפורטים וכלליים מוצגים לסינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6, catalyst כללי מבוסס נחושת פוטוטוריאני, ולשימוש שלה בכימיה סינתטית עבור הקטלציה הישירה של איגרות חוב C-H ב (הטרו) ארבס ורדיקלי מחזוריות של החלידים אורגניים.

Abstract

הקבוצה שלנו דיווחה לאחרונה על השימוש ב [(DPEPhos) (bcp) Cu. f6 כגון זרז נחושת מבוסס-האנטי-חמצון אשר הוכיחה יעיל כדי לקדם את ההפעלה של מגוון רחב של החלידות אורגני, כולל אלה לא הופעלו. לאחר מכן, הם יכולים להשתתף בהמרות קיצוניות שונות, כגון תגובות הפחתה ומחזוריות, כמו גם בהקיציה הישירה של מספר (הטרו) ארבס. שינויי צורה אלה מספקים גישה ישירה למגוון של מולקולות קטנות של עניין בכימיה סינתטית, כמו גם במוצרי מוצרים טבעיים פעילים ביולוגית. בסך הכל, [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 משמש זרז הפוטטורימי נוח הנראה להיות אטרקטיבי, חלופה זולה ומשלימה לתוך המדינה-of-the-art אירידיום-האמנות מבוססי מזרזים. כאן, אנו מדווחים על פרוטוקול מפורט לסינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6, כמו גם nmr ו ספקטרוסקופיות תווים, ואנו ממחישים את השימוש בכימיה סינתטית עבור הקילציה הישירה של (הטרוסקסואל) ארבס ומחזוריות קיצונית של החלידים אורגניים. במיוחד, הסדר הישיר של n-מתילפירוד עם 4-iodobenzonitrile להרשות לעצמם 4-(1-מתיל-1H-פירול-2-yl) בנזיל והמחזוריות הרדיקלית של n-בנזואיל-N-[(2-ioquinolin-3-yl) מתיל] cyanamide לממן מוצר טבעי luotonin A מפורטים. היקף והמגבלות של זרז זה המבוסס על נחושת והוא גם דנו בקצרה.

Introduction

שינויי צורה קיצוניים ידועים במשך עשורים על מנת לספק מסלולים יעילים ביותר בכימיה סינתטית, אשר משלימים לעתים קרובות להמרות המבוססות על תהליכי העתקות, האניוני או הקרום-לחץ1. בעוד מבטיח במיוחד עבור סוגים שונים של העתקות, הכימיה מבוסס רדיקלי יש כמה זמן כבר מנוצל, בעיקר בגלל הצורך של ריאגנטים רעיל מאוד אשר מגביל במידה ניכרת את האטרקטיביות שלה. יתר על כן, התהליכים הקיצוניים נחשבים מזמן לשינויים הקשורים לרמות שליטה נמוכות במונחים של regio ו/או סטריאוסלקטיביות, או המובילה לבעיות נרחבות של דימריזציה ו/או פולימריזציה.

אסטרטגיות חלופיות פותחו לאחרונה על מנת להקל על הדור ולשלוט טוב יותר על הפעילות החוזרת של מינים קיצוניים. ביניהם, מזרז פוטטוריאני הפכה לאחת השיטות החזקות ביותר שכן היא מאפשרת את הדור הנוח של המינים הקיצוניים באמצעות מתחם מגיב אור, כלומר הזרז פוטטוריאני, והקרנה קלה לעין2,3 . אור גלוי עצמו הוא אכן מסוגל לקדם את האוכלוסייה של המצב הנרגש של הזרז פוטטוריאני הופך, כתוצאה מכך, הן החזקה ביותר ואת החמצון מאשר במצב הקרקע המקביל שלה. המאפיינים הללו משפרים את החמצון הופכים תהליכי העברה חד-אלקטרונים, לא אפשריים במצב הקרקע, האפשריים בתנאים מתונים מהמדינה הנרגשת. במהלך העשור האחרון, האור הגלוי פוטטוריאני הזרז הפכה להיות טכניקה אטרקטיבית ורבת עוצמה בסינתזה אורגנית ואפשרה פיתוח של רבים העתקות בצורה יעילה וסלקטיבית מאוד מבוסס על intermediates רדיקלי שנוצר תחת תנאים בר קיימא, מתון וידידותי למשתמש.

בעוד שרוב התהליכים הפוטוריתיים שדווחו עד היום נשלטים על-ידי השימוש בזרזים אירידיום-ומבוססי-רותניום, וכן על-ידי כמה צבעים אורגניים כגון פירויום ונגזרים מסוג4, חלופות זולות עדיין מאוד מצריכות לפיתוח תהליכים משלימים של התעניינות ביישומים תעשייתיים. בהקשר זה, השימוש בזרזים המבוססים על נחושת, מופיע מושך במיוחד כאשר הם לא רק זול אלא גם לספק הזדמנויות להפעיל מגוון רחב ו/או שונה של מצעים, אשר לפיכך פותח פרספקטיבות חדשות ב "פוטטורידוקס" מזרז5,6,7,8 למרות כמה יצירות מוקדמות מבטיח שדווחו על ידי kutal9, mitani10 ו סאווג '11 קבוצות, מתחמי נחושת פוטוטיאטאייבל יש, עם זאת, רק היה משמש בקושי פוטטוריאני הזרז, כנראה בגלל ה מדינות מתרגשות קצרת-חיים לעומת הקונגנרים הרותניום והאירידיום. לאחרונה, תרומות מדהימות לאחרונה על ידי פיטרס ו-Fu 12,13,14,15, reiser16,17,18, מיכל בן 19 , 20 וקבוצות אחרות21,22,23,24,25 ברור החזירו את תשומת הלב לזרזים המבוססים על נחושת והפגינו ה פוטנציאל ייחודי.

כחלק מהאינטרס האחרון שלנו בתהליכים קיצוניים של מזרז נחושת26,27, אנו דיווחו לאחרונה על כללי ובהרחבה מבוססי נחושת מבוסס-קטליזטוריאני, [(dpephos) (bcp) Cu] PF6 (dpephos: bis [(2- דיפנילפוספאו) פנאיל; bcp: האמבטיה, אשר התברר להיות יעיל במיוחד להפעלת החלידות אורגני תחת הקרנה אור גלוי (איור 1a)28,29,30. עם הקרנה עם אור גלוי ובנוכחות של אמין כמו מבקר ההקרבה, מגוון רחב של aryl ו האלקסיל מופעל האלדוס הוכח להיות מופעל בקלות על ידי כמויות קטליטי של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 ולכן להשתתף בטרנספורמציות קיצוניות שונות, כולל הפחתות, מחזוריות והפחתה ישירה של מספר מיני באלקטרון (הטרוסקסואל) ארבס. יתר על כן, [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 הוכיחה גם מוצלחת בקידום מחזוריות דומינו רדיקלי המושרה של יאנודס ו cyanamides, מתן גישה יעילה וברורה מורכבת tri-, טטרה ומחומש חנקן הטרופיברוקלס במבני הליבה של מוצרים טבעיים שונים. אסטרטגיה זו אפשרה את הסינתזה היעילה של rosettacin luotonin A, ו deoxyvasicinone, מוצרים טבעיים המוצגים נגד סרטן, מיקרוביאלית, אנטי דלקתיות ודיכאון פעילויות. שינויי צורה אלה מומחשים באיור 1C. מתוך מעמדה מכניסטית, הפעלת פוטוגרם של החלידות אורגני עם [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 ההכנסות דרך Cu נדיר (i)/cu (אני) */cu (0) מחזור קטליטי, אשר אושרה על ידי מחקרים מכניסטיים נרחב ופוטופיסיים. בפרט, עירור של מצב הקרקע [(dpephos) (bcp) Cu] PF6 [Cu (I)] על הקרנה על ידי אור גלוי מוביל להיווצרות הקומפלקס הנרגש המתאים [(dpephos) (bcp) Cu] pf6* [Cu (i) *] אשר לאחר מכן מופחת על ידי ה אמין ההקרבה ליצור את המתאים [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 [Cu (0)] מינים. זה Cu (0) ביניים הוא הקשה מספיק כדי להפחית את הקשר פחמן-הלוגן של החלידים אורגני שונים כדי ליצור את הרדיקלים המתאימים, אשר לאחר מכן להשתתף השינויים הנ ל, יחד עם התחדשות של ההתחלה זרז (איור 1B).

בסעיף הבא, אנו מתארים תחילה את הפרוטוקול כדי לסנתז את photo, (DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 (אשר התווים nmr וספקטרוסקופיים מוצגים בסעיף תוצאות הנציג). הסינתזה היא פשוטה ונוחה במיוחד, ופשוט דורש תוספת של 1 שווה ערך של DPEPhos ו-1 שווה ערך של bcp לפתרון של הטטרקיפטאכניטריל נחושת (I) hexafluorophosphate ב dichloromethane. המבוקש [(dpephos) (bcp) Cu] PF6 מבודד אז על ידי משקעים של דיאתיל אתר ניתן להשיג בקלות בקנה מידה multigram (איור 2a). וחשוב מכך, מתחם הנחושת המבודד אינו רגיש במיוחד לחמצן ולחות, ולכן ניתן לטפל בהם ללא אמצעי זהירות ספציפיים מלבד היותו מאוחסן מהאור.

שנית, אנו מתארים את הפרוטוקולים כדי להפעיל החלידות אורגני באמצעות [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 תחת הקרנה אור גלוי על ידי התמקדות בשני שינויי צורה שונים. התגובה הראשונה היא הקטיון הישיר של N-מתילפירוד עם 4-iodoבנטניטריל באמצעות כמויות קטליטיים של [(DPEPhos) (Bcp) Cu6 כזרז פוטטוריגנטי, dicyclohexliבוטילין כמו הקורבן ואשלגן קרבונט כבסיס תחת הקרנה ב 420 nm (איור 2B). התגובה השנייה היא המחזוריות הרדיקלית של n-בנזואיל-n-[(2-ioquinolin-3-yl) מתיל) cyanamide, באמצעות זרז אותו והקרבת קורבן, אשר מחזוריות ישירות מוביל luotonin A, מוצר טבעי הצגת פעילויות מעניינות נגד סרטן (איור 2C). פרוטוקולים מפורטים ניתנים עבור שינויי הצורה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. סינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6

  1. הוסף 3.73 g (10.00 mmol) של הטטרקיטלפיטריל נחושת (I) hexafluorophosphate ו 5.39 g (10.00 mmol) של DPEPhos ל 2 למטה בקבוקון התחתון עגול מצויד בר מגנטי המהומה.
  2. להתאים את הבקבוקון התחתון עגול עם מתאם ואקום שלושה צוואר מחובר לקו ואקום קו ארגון.
  3. לפנות את הבקבוקון מתחת לוואקום. ולמלא את הארגון שלוש פעמים החליפו את מתאם שלושת הצוואר על ידי מחיצת גומי.
    הערה: ניתן לבצע את הריאקציה באוויר ביעילות מופחתת מעט (עיין בסעיף הדיונים לפרטים).
  4. הוסיפו 800 מ ל של דיכלורומתאן יבש.
    הערה: דיכלורומתאן מזוקק טרי מהעוד2. התגובה יכולה להתבצע גם בדילורומתאן רגיל (99.8%) ביעילות דומה (עיין בסעיף הדיונים לקבלת פרטים).
  5. מערבבים את תערובת התגובה עבור 2 h בחושך (בקבוקון התגובה מכוסה רדיד אלומיניום) בטמפרטורת החדר (23-25 º C) תחת אווירת ארגון.
  6. הוסף 3.60 g (10.00 mmol) של bcp לתוך הבקבוקון של 500 mL התחתון עגול מצויד בר מגנטי מעורר.
  7. להתאים את הבקבוקון התחתון עגול עם מתאם ואקום שלושה צוואר מחובר לקו ואקום קו ארגון.
  8. לפנות את הבקבוקון מתחת לוואקום. ולמלא את הארגון שלוש פעמים החליפו את מתאם שלושת הצוואר על ידי מחיצת גומי.
  9. הוסיפו 200 מ"ל של דילורומתאן יבש ובעדינות מערבבים את ההשעיה עד להשלמת הפירוק של הbcp.
  10. הוסיפו את התמיסה של bcp בדילורומתאן לתערובת הריאקציה באמצעות צינורית.
  11. מערבבים לשעה נוספת בחשיכה (בקבוקון התגובה המכוסה ברדיד אלומיניום) בטמפרטורת החדר (23-25 º C) תחת אווירת ארגון.
  12. לסנן את התערובת באמצעות כרית של celite, לשטוף עם ca. 100 ml של דיכלורומתאן ולרכז את פילטרט כדי ca. 50-100 ml תחת לחץ מופחת.
  13. הוסף את dropwise להתרכז 1 L של דיאתיל אתר באמצעות משפך תוספת עם ערבוב נמרץ כדי לגרום משקעים של הקומפלקס הרצוי.
  14. לאסוף את הזרז על ידי סינון דרך הזכוכית (בגודל נקבובית 3) ולשטוף את הזרז עם ca. 100 mL של דיאתיל אתר.
  15. יבש את הזרז צהוב בהיר תחת ואקום בטמפרטורת החדר (23-25 º C) עבור 5 שעות כדי לשחזר 10.1 g (91% תשואה) של קומפלקס נחושת.
    הערה: התפוקה של 75% הושגה כאשר התגובה בוצעה תחת האוויר באמצעות דיכלורומתאן מזוקק; תפוקה של 89% הושגה כאשר התגובה בוצעה תחת ארגון באמצעות דילורומתאן רגיל; בעת ביצוע התגובה תחת האוויר עם dichloromethane רגיל, התגובה נמצאה פחות יעילה והובילה טוהר הרבה יותר נמוך (ca 70%, כפי שמוערך על ידי 1H nmr עם תקן פנימי).
  16. אפיון [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 כפי שדווח בעבר31.

2. הסדר הישיר של N-מתילפירוד עם 4-יודובננטניטריל

  1. להוסיף 55 mg (0.05 mmol) של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6, 59 mg (0.25 ממול) של dicyclohexylisoבוטילטין (Cy2NאניBu), 138 mg (1.0 mmol) של K2CO3 ו-114 mg (0.50 ממול) של 4-Iodoבנזיל לתנור-מיובש 10 מ"ל בקבוקון.
  2. להוסיף בר המהומה מגנטי, לאטום את הבקבוקון עם מחיצת גומי, לפנות את הבקבוקון תחת ואקום ומילוי מאחור עם ארגון שלוש פעמים.
  3. הוסף 5 מ ל של acetonitrile ו 890 μL (10.00 mmol) של N-מתילפירופידיל. החלף את מחיצת הגומי על-ידי כובע בורג.
    הערה: Acetonitrile הוא מזוקק טרי מן האלה2 ו באמצעות הקפאת משאבת ההפשרה מחזורי לפני השימוש כדי להבטיח תשואות גבוהות והתחמוזציה.
  4. מערבבים את תערובת התגובה למשך 3 ימים בטמפרטורת החדר (23-25 º C) ב פוטטוריקטור תחת 420 הקרנה באורך גל nm.
    הערה: כחלופה לשימוש בפוטוטוריקטור, התגובה יכולה גם להתבצע בנוחות באמצעות רצועות נוריות כחולות או מכשיר פוטוכימיה עם מנורת LED כחולה (440 nm, 34 W). כיוונונים ניסיוניים אלה מוצגים באיור 3 (ראו תוצאות מייצגות) ודיון בתוצאות המתאימות מסופק בסעיף ' דיון '.
  5. מסננים את תערובת התגובה דרך כרית של celite, לשטוף עם ca .5 mL של דיאתיל אתר ולרכז את פילטרט בלחץ מופחת.
  6. לטהר את השאריות הגולמי על ידי כרומטוגרפיה של עמוד פלאש על סיליקה ג'ל (מערכת שלאנט נפט אתר/אטואק: 90/10).
  7. יבש את התרכובת הטהורה תחת ואקום בטמפרטורת החדר (23-25 º C) עבור 3 שעות כדי לשחזר 65 mg (72% התשואה) של הרצוי C2-arylated פירוב.
    הערה: השימוש ברצועות נוריות כחולות המוענקת 76% תשואה (69 mg) תוך שימוש במכשיר פוטוכימיה עם מנורת LED כחולה (440 nm, 34 W) המוענקת 86% תשואה (78 mg).
  8. אפיון התרכובת הטהורה כפי שדווחה בעבר32.

3. מחזוריות של n-בנזואיל-N-[(2-ioquinolin-3-yl) מתיל] cyanamide כדי luotonin A

  1. להוסיף 37 mg (0.09 mmol) של N-בנזואיל-N-[(2-iodoquinolin-3-yl) מתיל] cyanamide, 9 מ"ג (9.0 μm) של [(dpephos) (bcp) Cu] PF6, 11 מ"ג (0.04 mmol) של Cy2NאניBu ו -25 מ"ג (0.18 ממול) של K2CO3 ל תנור מיובש 7 מ"ל בקבוקון מצויד בר מגנטי מעורר.
  2. לאטום את המבחנה עם מחיצת הגומי, לפנות את הבקבוקון תחת ואקום ומילוי מאחור עם ארגון שלוש פעמים.
  3. . הוסף 2 מ ל של אספונטריל החלף את מחיצת הגומי על-ידי כובע בורג.
    הערה: באמצעות מחזורי הקפאת משאבת ההקפאה לפני השימוש כדי להבטיח תשואות גבוהות ושימוש לאחר שימוש.
  4. מערבבים את תערובת התגובה למשך 5 ימים בטמפרטורת החדר (23-25 º C) בפוטוטוריקטור תחת 420 הקרנה באורך גל nm.
  5. מסננים את תערובת התגובה דרך כרית של celite, לשטוף עם ca. 2 מ ' דיכלורומתאן ולרכז את פילטרט בלחץ מופחת.
  6. לטהר את השאריות הגולמי על ידי כרומטוגרפיה של עמוד הבזק על סיליקה ג'ל (מערכת האלואנט: נפט אתר/אטואק 60:40).
  7. יבש את התרכובת הטהורה תחת ואקום בטמפרטורת החדר (23-25 º C) עבור 3 שעות כדי לשחזר 20 מ"ג (79% תשואה) של luotonin A הרצוי.
  8. אפיון המבוקש הluotonin A כפי שדווח29בעבר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

סינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6
כפי שמוצג על-ידי הפרוטוקול המתואר בסעיף לעיל, סינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 הוא נוח במיוחד ניתן לבצע בקלות בקנה מידה multigram. ה -H ו -13הג ספקטרה מצביעים על היווצרות הקומפלקס הטהור (איור 4א, ב). הנתונים הספקטרוסקופיים תואמים לאלה שדווחו בעבר31.

מיכל בן H NMR (400 מגה-הרץ, CDCl3) δ (ppm): 7.83 (s, 2h), 7.60-7.47 (m, 12h), 7.40-7.32 (m, 2h), 7.29-7.17 (m, 8h), 7.11-6.94 (m, 18h), 2.52 (עם, 6h). מיכל בן 13 C NMR (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.

ספקטרום הקליטה והפליטה של UV/Vis הוקלטו גם הם ומוצגים באיור 4C, D. הספקטרום UV/Vis (acetonitrile, 10-4 M) מציג שתי להקות קליטת הראשי עם שני מקסימה ב 385 ננומטר ו 485 nm. ספקטרום הפליטה (acetonitrile, 10-4 M), שהושג על ידי עירור ב 445 nm, מציג מקסימום ב 535 nm.

הארטורציה באמצעות נחושת מזרז הטרוסקסואל
הדיון הישיר של N-מתילפיניטריל עם 4-iodobeles מייצג את השימוש ב [(DPEPhos) (Bcp) CU) PF6 כדי לקדם את הקילציה הישירה של אלקטרון עשיר שונים (הטרוסקסואל) ארבס תחת הקרנה אור גלוי. היקף הטרנספורמציה מתואר באיור 5. תוצאות אלה נידונות בקצרה בסעיף הבא.

באשר לאפיון של 4-(1-מתיל-1h-פירול-2-yl) בנזיל, ה- h ו- 13C nmr ספקטרום מצביעים על היווצרות של התרכובת הטהורה (איור 6א, ב). הנתונים הספקטרוסקופיים תואמים לאלה שדווחו בעבר32.

מיכל בן H NMR (400 מגה-הרץ, CDCl3) δ (ppm): 7.66 (d, J = 8.6 Hz, 2h), 7.50 (ד, j = 8.6 hz, 2h), 6.78 (app. t, j = 2.1 hz, 1h), 6.35 (Dd, j = 3.7 ו-1.8 Hz, 1h), 6.23 (Dd, j = 3.7 ו-2.7 hz, 1h), 3.71 (s, 3h). מיכל בן 13 C NMR (100 מגה-הרץ, CDCl3) δ (ppm): 137.8, 132.7, 132.3, 128.4, 125.9, 119.1, 110.8, 109.8, 108.7, 35.6.

איור 3 ממחיש את שלושת הכיוונונים הניסיוניים ששימשו בהצלחה כדי לבצע את הקילציה הישירה של (הטרוסקסואל) עם aryl החלידות תחת תנאים פוטטוריאני. התגובה ניתן לבצע במשחק פוטטוריאני עם הקרנה ב 420 ננומטר גל (איור 3a), באמצעות מסחרית כחול זמין רצועות led (איור 3ב), או באמצעות מכשיר פוטוכימיה עם מנורת LED כחולה (440 nm, 34 W) (איור 3ג). דיון קצר בשינוי היעילות בין שלושת הכיוונונים הניסיוניים ניתן בסעיף הבא.

מחזוריות הדומינו הרדיקלי והקיאנדות
המחזוריות של n-בנזואיל-n-[(2-ioquinolin-3-yl) מתיל] cyanamide כדי luotonin A נציג השימוש [(dpephos) (BCP) Cu] PF6 כדי לקדם את מחזוריות הדומינו הרדיקלי של יאנודס ו cyanamides המכיל . יחידת משנה ממוקמת כראוי מחזוריות אלה, המספקים גישה יעילה וברורה לחנקן תלת-ממדי ומחומש, הטרופיברוקלס במבני הליבה של מוצרים טבעיים שונים, מוצגים באיור 7. תוצאות אלה נידונות בקצרה בסעיף הבא.

1H ו 13ג ' nmr ספקטרה לציין את היווצרות של המוצר הטבעי טהור luotonin A (איור 8א, ב). הנתונים הספקטרוסקופיים תואמים לאלה שדווחו בעבר33.

מיכל בן H NMR (300 מגה-הרץ, CDCl3) δ (ppm): 8.49-8.41 (m, 3 H), 8.12 (d, j = 7.8 hz, 1h), 7.95 (ד, j = 7.5 hz, 1 h), 7.89-7.82 (m, 2 h), 7.71-7.66 (m, 1 h), 7.58 (t, J = 8.1 Hz, 1 H), 5.34 (s, 2 h). מיכל בן 13 C NMR (75 מגה-הרץ, CDCl3) δ (ppm): 160.8, 152.7, 151.3, 149.5 (2 ג), 134.7, 131.6, 130.8 (2 ג), 129.5, 128.9 (2 ג), 128.6, 128.0, 127.5, 126.5, 121.4, 47.4.

Figure 1
איור 1 . (Bcp). PF6 כזרז מבוסס נחושת. (א). מאפיינים כלליים של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6. (ב). מנגנון כללי להפעלת החלידות אורגניים. (ג). העתקות הנציג כולל הפחתה, הפחתת הסדר ותגובות מחזוריות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2 . סינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 ויישום בסינתזה מוצר אורגני/טבעי. (א). סינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6. (ב). הסדר הישיר של N-מתילפירול. (ג). מחזוריות רדיקלית לluotonin א. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3 . כיוונונים ניסיוניים המשמשים עבור ההחדרה הישירה של (הטרוסקסואל) ארבס תחת תנאים פוטטוריביים. (א). . פוטטוריקטור (ב). מפצלי נוריות כחולות. (ג). מכשיר פוטוכימיה ומנורת LED כחולה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4 . אפיון [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6. (א). 1H Nmr ספקטרום (cdcl3, 400 MHz, 23 ° c). (ב) 13c Nmr ספקטרום (cdcl3, 100 MHz, 23 ° צ'). (ג). ספקטרום הקליטה של UV/מול (הארגון, 23 ° c). (ד). ספקטרום פליטה (כולל הארגון, 23 ° c). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5 . . הטרוסקסואל מדבר עם ארקסיל טווח המצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6 . אפיון של 4-(1-מתיל-1H-פירול-2-yl) בנזיל. (א). 1H Nmr ספקטרום (cdcl3, 400 MHz, 23 ° c). (ב) 13c Nmr ספקטרום (cdcl3, 100 MHz, 23 ° צ'). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 7
איור 7 . מחזוריות הדומינו הרדיקלי של יאנודס וציאנאמידס. טווח המצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8 . אפיון luotonin A. (א). 1H Nmr ספקטרום (cdcl3, 300 MHz, 23 ° c). (ב) 13c nmr ספקטרום (cdcl3, 75 MHz, 23 ° c). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

סינתזה של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6
סינתזה של [(dpephos) (bcp) Cu] PF6 מבוצעת בדרך כלל באמצעות דיכלורומתאן יבש (מזוקק לפני השימוש) ו תחת ארגון כדי להבטיח את התשואה הגבוהה ביותר, טוהר והקפדה טובה. כפי שהוזכר בפרוטוקול, סינתזה של [(dpephos) (bcp) Cu6 ניתן לבצע עם דיכלורומתאן רגיל (99.8%) ו/או תחת אוויר עם יעילות משתנה. אכן, בעוד שהשימוש בדילורומתאן רגיל תחת ארגון מאפשר את אותו היעילות (89% תשואה), ביצוע התגובה עם דיכלורומתאן מזוקקים תחת האוויר רק מספק את הקומפלקס הרצוי ב 75% תשואה. לבסוף, ביצוע התגובה עם דיכלורומתאן לא מזוקקים תחת האוויר מעניקה את הקומפלקס הרצוי עם טוהר נמוך באופן ניכר (ca 70% כפי שנאמד על ידי 1H nmr באמצעות תקן פנימי). כתוצאה מכך, ניתן להסיק כי איכות הדילורומתאן בשימוש אינה בעלת השפעה חזקה על יעילות התגובה (תשואה גבוהה וטוהר), המספקת כי התגובה מתנהלת תחת ארגון. מצד שני, ביצוע התגובה תחת האוויר אינו מומלץ, כפי שהוא מעניק את הקומפלקס הרצוי עם יעילות מופחתת, אפילו יותר חשוב, עם טוהר נמוך יותר כאשר בשילוב עם דילורומאתיאן לא מזוקקים.

הארטורציה באמצעות נחושת מזרז הטרוסקסואל
כפי שמודגם באיור 5, התגובה נמצאה כללית למדי עם סדרה של פירותיים שהתקבלו באופן הוגן לתשואות טובות. לציין, aryl יודידס הוחלף עם ברומיד או boronate הם חומרי התחלה נוחה ולכן להרשות לעצמם נקודת התחלה לפונקציונליזציה נוספת ואלוריזציה של הביוקילס המתאים. הפירודים המוגנים בידי boc הוכחו גם הם בקלות עם מגוון של הורקסיל ועוד התגובה ניתן גם להאריך את הקילציה של כמה אלקטרונים בנזין עשיר טבעות כגון 2, 4, 6-mesitylene 2, 4, 6-trimethבנזין ו 1, 3- . בנזין דימתחמצן בסופו של דבר, האלקטרון מאתגרת יותר, aryl העניים ברומידס יכול לשמש גם את הביטול הישיר של N-מתילפירוף בעוד aryl ברומדים בלתי מופעל ו aryl כלורידס אינם מגיבים תחת תנאי התגובה, אשר כנראה מייצגים את ה גבלה של הליך זה. בסך הכל, תוצאות אלה מראים כי [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 ביעילות מפעילה את הקשר פחמן-הלוגן של מספר מחלידים aryl כדי לקדם את הקילציה ישירה של כמה (הטרוסקסואל) ארבס אשר צריך לשמש עודף כדי להשיג יעילות טובה. מגבלה זו היא, עם זאת, משותפת לרוב ההליכים שדווחו עד כה לקידום הטרנספורמציה זהה.

כפי שהוזכר בסעיף הפרוטוקול, הפוטוריציה הישירה של הנחושת הזאת (הטרוסקסואל) מבוצעת בעיקר באמצעות שחקן פוטוריאני עם הקרנה ב 420 ננומטר. לחילופין, השימוש פשוט יותר ובקלות יותר כיוונונים ניסיוני הוכחו גם, עם שימוש של כחול זמין מסחרית רצועות LED, כמו גם של מכשיר פוטוכימיה עם מנורת LED כחולה (440 nm, 34W). מעניין, הבדלים קטנים אך מורגש ביעילות נצפו באמצעות שלושת המכשירים האלה. בעוד השחקן photoreactor ונוריות כחולות רצועות להרשות לעצמם את המוצר הרצוי arylated בתשואות דומות (72% ו 76%, בהתאמה), המכשיר פוטוכימיה עם מנורת LED כחולה מעניקה את התשואה הגבוהה ביותר במוצר הרצוי (86%). זה כנראה בגלל כמות האור כי בעצם חודר לתוך תערובת התגובה, כפי שהוא ידוע היטב חדירה אור בפתרון המכיל מינים פוטואקטיביים הוא נמוך למדי. כתוצאה מכך, כמות הזרז פוטטוריאני המופעל למעשה בפתרון, והוא אחראי לזרז, יכול להיות גם מוגבל איכשהו ולהיות גורם מגביל. בין שלושת הכיוונונים הניסיוניים המשמשים את הקייון הישיר של N-מתילפירוב עם 4-יודובונוטריל, המכשיר פוטוכימיה עם מנורה כחולה LED בהחלט הוא האינטנסיבי ביותר, אשר מוביל את הכמות הגבוהה ביותר של מורכבות נרגש וכך, ל יעילות גבוהה יותר. שיקולים כאלה הם גם קריטיים להגדיל את תהליך הצילום המושרה, אשר ככל הנראה באופן נוח יותר ביצוע בתנאי זרימה רציפה על קשקשים גדולים34,35.

מחזוריות הדומינו הרדיקלי והקיאנדות
כפי שמודגם באיור 7, [(Dpephos) (Bcp) CU] PF6 הוכח להיות יזם יעיל תחת הקרנה האור הגלוי עבור מחזוריות הדומינו הרדיקלי של יאנודות שונים, cyanamides, מקבל tri-, טטרה או פנטציללחץ חנקן הטרולוציקלס, הוגן לתשואות טובות מסמנים זמינים בקלות, במבני הליבה של מוצרים טבעיים שונים. אסטרטגיה זו התירה את הסינתזה של rosettacin luotonin A, ו deoxyvasicinone, מוצרים טבעיים של עניין רב שיש בעלי אנטי סרטן, מיקרוביאלית, אנטי דלקתיות ותרופות נוגדות דיכאון. ראוי לציין, המחזוריות של יספרדס ו cyanamides כבר תיאר על ידי malacria באמצעות התנאים הקלאסיים יותר המבוססים על בדיל33,36, או תחת התנאים photoredox על ידי יו באמצעות הפחתת מאוד fac-Ir (ppy) 3 כמו הזרז photoredox37. בהשוואה לאותם שיטות שדווחו בעבר, המערכת החדשה המבוססת על נחושת מבוסס-על-ידי שדווח נראה חלופה אטרקטיבית כפי שהוא מספק היקף המצע דומה ותשואות תוך הימנעות השימוש של מאוד רעיל Bu3snh (Malacria) או יקר fac-Ir (ppy)3 (Yu). בסך הכל, מערכת זו הוכיחה את היעילות שלה להפעלה של שונים aryl-או אלאלאיל-הלוגן הפחמן איגרות חוב המוביל מבנים מפתח בסינתזה אורגנית, כמו גם בגילוי סמים וסינתזה המוצר הטבעי.

בסך הכל, התוצאות שנדונו לעיל להדגיש את היעילות של [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 כחלופה אירידיום-ו רותניום מבוססי פוטוזרזים. רמות דומות של יעילות ניתן להשיג עם מבוסס נחושת זרז כי הוא גם הרבה יותר קל להכין והרבה פחות יקר. סינתזה של photocatalyst מבוססי נחושת הוא בנוסף מודולרי מאוד, אשר מפעיל את הדרך לעיצוב ופיתוח של זרזים הדור השני התייחסות המגבלות העיקריות נפגשו עם [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6 (כלומר, גבוהה למדי העמסה זרז עדיין נדרש ברוב המקרים ואת חוסר יכולתו להפעיל קצת aryl ברומידס ו aryl קלורידס.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

העבודה הזאת נתמכת על ידי אוניברסיטת ליברה דה בריסל (ulb), ולInnoviris (הפרויקט photocop), והCM1202 הפעולה של ה 2014-2019-COST. H.B. מכירה באהילים הופכים את המערך החדש לחברות החקלאות (F.R.I.A.). סי. טי מכיר בעלי הכרפות דה לה רצ'רצ'ה (FNRS) עבור מלגת מחקר.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Encyclopedia of Radicals in Chemistry, Biology and Materials. Chatgilialoglu, C., Studer, A. , Chechester. (2012).
  2. Narayanam, J. M. R., Stephenson, C. R. J. Visible light photoredox catalysis: applications in organic synthesis. Chemical Society Reviews. 40, 102-113 (2011).
  3. Prier, C. K., Rankic, D. A., MacMillan, D. W. C. Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chemical Reviews. 113 (7), 5322-5363 (2013).
  4. Romero, N. A., Nicewicz, D. A. Organic Photoredox Catalysis. Chemical Reviews. 116 (17), 10075 (2016).
  5. Paria, S., Reiser, O. Copper in Photocatalysis. ChemCatChem. 6 (9), 2477-2483 (2014).
  6. Reiser, O. Shining Light on Copper: Unique Opportunities for Visible-Light-Catalyzed Atom Transfer Radical Addition Reactions and Related Processes. Accounts of Chemical Research. 49 (9), 1990-1996 (2016).
  7. Boyer, C., et al. Copper-Mediated Living Radical Polymerization (Atom Transfer Radical Polymerization and Copper(0) Mediated Polymerization): From Fundamentals to Bioapplications. Chemical Reviews. 116 (4), 1803-1949 (2016).
  8. Paria, S., Reiser, O. Visible Light and Copper Complexes: A Promising Match in Photoredox Catalysis. Visible Light Photocatalysis in Organic Chemistry. Stephenson, C. R. J., Yoon, T. P., MacMillan, D. W. C. , Wiley-VCH. 233-252 (2018).
  9. Grutsch, P. A., Kutal, C. Photobehavior of copper(I) compounds. Role of copper(I)-phosphine compounds in the photosensitized isomerization of norbornadiene. Journal of the American Chemical Society. 101 (15), 4228-4233 (1979).
  10. Mitani, M., Kato, I., Koyama, K. Photoaddition of alkyl halides to olefins catalyzed by copper(I) complexes. Journal of the American Chemical Society. 105 (22), 6719-6721 (1983).
  11. Kern, J. -M., Sauvage, J. -P. Photoassisted C-C coupling via electron transfer to benzylic halides by a bis(di-imine) copper(I) complex. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. , 546-548 (1987).
  12. Creutz, S. E., Lotito, K. J., Fu, G. C., Peters, J. C. Photoinduced Ullmann C-N coupling: demonstrating the viability of a radical pathway. Science. 338 (6107), 647-651 (2012).
  13. Kainz, Q. M., Matier, C. D., Bartoszewicz, A., Zultanski, S. L., Peters, J. C., Fu, G. C. Asymmetric copper-catalyzed C-N cross-couplings induced by visible light. Science. 351 (6274), 681-684 (2016).
  14. Matier, C. D., Schwaben, J., Peters, J. C., Fu, G. C. Copper-Catalyzed Alkylation of Aliphatic Amines Induced by Visible Light. Journal of the American Chemical Society. 139 (49), 17707-17710 (2017).
  15. He, J., Chen, C., Fu, G. C., Peters, J. C. Visible-Light-Induced, Copper-Catalyzed Three-Component Coupling of Alkyl Halides, Olefins and Trifluoromethylthiolate to Generate Trifluoromethyl Thioethers. ACS Catalysis. 8 (12), 11741-11748 (2018).
  16. Pirtsch, M., Paria, S., Matsuno, T., Isobe, H., Reiser, O. [Cu(dap)2Cl] As an Efficient Visible-Light-Driven Photoredox Catalyst in Carbon-Carbon Bond-Forming Reactions. Chemistry - A European Journal. 18 (24), 7336-7340 (2012).
  17. Paria, S., Pirtsch, M., Kais, V., Reiser, O. Visible-Light-Induced Intermolecular Atom-Transfer Radical Addition of Benzyl Halides to Olefins: Facile Synthesis of Tetrahydroquinolines. Synthesis. 45 (19), 2689-2698 (2013).
  18. Knorn, M., Rawner, T., Czerwieniec, R., Reiser, O. [Copper(phenanthroline(bisisonitrile)]+-Complexes for the Visible-Light-Mediated Atom Transfer Radical Addition and Allylation Reactions. ACS Catalysis. 5 (9), 5186-5193 (2015).
  19. Bagal, D. B., Kachkovskyi, G., Knorn, M., Rawner, T., Bhanage, B. M., Reiser, O. Trifluoromethylchlorosulfonylation of Alkenes: Evidence for an Inner-Sphere Mechanism by a Copper Phenanthroline Photoredox Catalyst. Angewandte Chemie International Edition. 54 (24), 6999-7002 (2015).
  20. Hossain, A., et al. Visible-Light-Accelerated Copper(II)-Catalyzed Regio- and Chemoselective Oxo-Azidation of Vinyl Arenes. Angewandte Chemie International Edition. 57 (27), 8288-8292 (2018).
  21. Hernandez-Perez, A. C., Vlassova, A., Collins, S. K. Toward a Visible Light Mediated Photocyclization: Cu-Based Sensitizers for the Synthesis of [5]Helicene. Organic Letters. 14 (12), 2988-2991 (2012).
  22. Baralle, A., Fensterbank, L., Goddard, J. -P., Ollivier, C. Aryl Radical Formation by Copper(I) Photocatalyzed Reduction of Diaryliodonium Salts: NMR Evidence for a CuII/CuI Mechanism. Chemistry - A European Journal. 19 (23), 10809-10813 (2013).
  23. Hernandez-Perez, A. C., Collins, S. K. A Visible-Light-Mediated Synthesis of Carbazole. Angewandte Chemie International Edition. 52 (48), 12696-12700 (2013).
  24. Tang, X. -J., Doldier, W. R. Efficient Cu-catalyzed Atom Transfer Radical Addition Reactions of Fluoroalkylsulfonyl Chlorides with Electron-Deficient Alkenes Induced by Visible Light. Angewandte Chemie International Edition. 54 (14), 4246-4249 (2015).
  25. Fumagalli, G., Rabet, P. T. G., Boyd, S., Greaney, M. F. Three-Component Azidation of Styrene-Type Double Bonds: Light-Switchable Behavior of a Copper Photoredox Catalyst. Angewandte Chemie International Edition. 54 (39), 11481-11484 (2015).
  26. Demmer, C. S., Benoit, E., Evano, G. Synthesis of Allenamides by Copper-Catalyzed Coupling of Propargylic Bromides and Nitrogen Nucleophiles. Organic Letters. 18 (6), 1438-1441 (2016).
  27. Theunissen, C., Wang, J., Evano, G. Copper-catalyzed direct alkylation of heteroarenes. Chemical Science. 8, 3465-3470 (2017).
  28. Michelet, B., Deldaele, C., Kajouj, S., Moucheron, C., Evano, G. A General Copper Catalyst for Photoredox Transformations of Organic Halides. Organic Letters. 19 (13), 3576-3579 (2017).
  29. Baguia, H., Deldaele, C., Romero, E., Michelet, B., Evano, G. Copper-Catalyzed Photoinduced Radical Domino Cyclization of Ynamides and Cyanamides: A Unified Entry to Rosettacin, Luotonin A, and Deoxyvasicinone. Synthesis. 50 (15), 3022-3030 (2018).
  30. Deldaele, C., Michelet, B., Baguia, H., Kajouj, S., Romero, E., Moucheron, C., Evano, G. A General Copper-based Photoredox Catalyst for Organic Synthesis: Scope Application in Natural Product Synthesis and Mechanistic Insights. CHIMIA. 72 (9), 621-629 (2018).
  31. Luo, S. -P., et al. Photocatalytic Water Reduction with Copper-Based Photosensitizers: A Noble-Metal-Free System. Angewandte Chemie International Edition. 52 (1), 419-423 (2013).
  32. Gryko, D. T., Vakuliuk, O., Gryko, D., Koszarna, B. Palladium-Catalyzed 2-Arylation of Pyrroles. The Journal of Organic Chemistry. 74 (24), 9517-9520 (2009).
  33. Servais, A., Azzouz, M., Lopes, D., Courilon, C., Malacria, M. Radical Cyclization of N-Acylcyanamides: Total Synthesis of Luotonin A. Angewandte Chemie International Edition. 46 (4), 576-579 (2007).
  34. Cambié, D., Bottecchia, C., Straathof, N. J. W., Hessel, V., Noël, T. Applications of Continuous-Flow Photochemistry in Organic Synthesis, Material Science, and Water Treatment. Chemical Reviews. 116 (17), 10276-10341 (2016).
  35. Straathof, N. J. W., Noël, T. Accelerating Visible-Light Photoredox Catalysis in Continuous-Flow Reactors. Visible Light Photocatalysis in Organic Chemistry. Stephenson, C. R. J., Yoon, T. P., MacMillan, D. W. C. , Wiley-VCH. 389-413 (2018).
  36. Marion, F., Courillon, C., Malacria, M. Radical Cyclization Cascade Involving Ynamides: An Original Access to Nitrogen-Containing Heterocycles. Organic Letters. 5 (26), 5095-5097 (2003).
  37. Han, Y. -Y., Jiang, H., Wang, R., Yu, S. Synthesis of Tetracyclic Quinazolinones Using a Visible-Light-Promoted Radical Cascade Approach. The Journal of Organic Chemistry. 81 (16), 7276-7281 (2016).

Tags

כימיה סוגיה 147 מזרז נחושת מזרז הפוטוריזה אור גלוי התגובות הקיצוניות הקייון של C-H מחזוריות רדיקלית מוצרים טבעיים cyanamides יונאדס luotonin A
(Bcp). PF<sub>6</sub>: זרז המבוסס על נחושת מבוסס-על-ידי כללי וכללית
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Baguia, H., Deldaele, C., Michelet,… More

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).

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