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Chemistry

[(DPEPhos) (BCP) cu] PF6: un catalizzatore di Photoredox a base di rame generale e ampiamente applicabile

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

Protocolli dettagliati e generali sono presentati per la sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6, un catalizzatore di fotoredox a base di rame generale, e per il suo uso in chimica sintetica per l'arilazione diretta di legami C-H in (Hetero) Arenes e radicali la ciclizzazione di alogenuri organici.

Abstract

Il nostro gruppo ha recentemente riferito l'uso di [(dpephos) (BCP) cu] PF6 come catalizzatore di foto-ossidoriduttiva a base di rame che si è rivelato efficace per promuovere l'attivazione di un'ampia varietà di alogenuri organici, compresi quelli non attivati. Questi possono quindi partecipare a varie trasformazioni radicali come la riduzione e le reazioni di ciclizzazione, così come nella arilazione diretta di diversi (Hetero) Arenes. Queste trasformazioni forniscono un accesso diretto a una gamma di piccole molecole di interesse nella chimica sintetica, nonché a prodotti naturali biologicamente attivi. Complessivamente, [(dpephos) (BCP) cu] PF6 agisce come un comodo catalizzatore foto-ossidoriduttiva che sembra essere un'alternativa attraente, economica e complementare ai catalizzatori di fotoredox a base di Iridium e rutenio. Qui, riportiamo un protocollo dettagliato per la sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6, così come NMR e le caratterizzazioni spettroscopiche, e ne illustriamo il suo uso nella chimica sintetica per l'arilazione diretta di (Hetero) Arenes e la ciclizzazione radicale di alogenuri organici. In particolare, l'arilazione diretta di n-metilpirrolo con 4-iodobenzonitrile per permettersi 4-(1-metil-1H-pirrol-2-il) benzonitrile e la ciclizzazione radicale di n-benzoil-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metile] cyanamide per permettersi naturale prodotto luotonin a sono dettagliati. Anche la portata e le limitazioni di questo catalizzatore fotoredox a base di rame sono brevemente discusse.

Introduction

Le trasformazioni radicali sono conosciute da decenni per fornire percorsi straordinariamente efficienti nella chimica sintetica che sono spesso complementari alle trasformazioni basate su processi cationici, anionici o pericicliche1. Pur essendo particolarmente promettente per vari tipi di trasformazioni, la chimica basata sui radicali è stata da tempo sottosfruttata, soprattutto a causa della necessità di reagenti altamente tossici che ne limitano considerevolmente l'attrattiva. Inoltre, i processi radicali sono stati da tempo considerati come trasformazioni associate a livelli di controllo scarsi in termini di Regio-e/o stereoselettività, o che portano a problemi di dimerizzazione e/o polimerizzazione estesi.

Sono state recentemente sviluppate strategie alternative per facilitare la generazione e controllare meglio la reattività delle specie radicali. Tra questi, la catalisi foto-ossidoriduttiva è diventata uno dei metodi più potenti in quanto consente la generazione conveniente di specie radicali utilizzando un composto reattivo alla luce, vale a dire il catalizzatore foto-ossidoriduttiva, e la luce visibile irradiazione2,3 . La luce visibile stessa è infatti in grado di promuovere la popolazione dello stato eccitato del catalizzatore fotoredox che diventa, di conseguenza, sia un più forte riducente e ossidante che nel suo stato di terra corrispondente. Queste proprietà redox migliorate rendono i processi di trasferimento a singolo elettrone, non fattibile nello stato di terra, possibili in condizioni miti dallo stato eccitato. Negli ultimi dieci anni, la catalisi della luce visibile fotoredox è diventata una tecnica attraente e potente nella sintesi organica e ha permesso lo sviluppo di numerose trasformazioni straordinariamente efficienti e selettive basate su intermedi radicali generati in condizioni sostenibili, miti e di facile utilizzo.

Mentre la maggior parte dei processi fotoredox segnalati fino ad oggi sono dominati dall'uso di catalizzatori di fotoredox a base di Iridium e rutenio, così come da alcuni coloranti organici come il pyrylium e i derivati di acridinio4, le alternative più economiche sono ancora molto richieste per lo sviluppo di processi complementari di interesse per le applicazioni industriali. A questo proposito, l'uso di catalizzatori di fotoredox a base di rame appare particolarmente attraente in quanto non solo sono più economici, ma offrono anche l'opportunità di attivare una gamma più ampia e/o diversa di substrati, che quindi apre nuove prospettive in catalisi fotoredox5,6,7,8. Nonostante alcuni promettenti primi lavori segnalati dal Kutal9, Mitani10 e Sauvage11 gruppi, complessi di rame fotoattivabili, tuttavia, sono stati solo scarsamente utilizzati nella catalisi fotoredox, molto probabilmente a causa della loro stati eccitati di breve durata rispetto ai loro congeniti a base di rutenio e di iridio. Più recentemente, i recenti notevoli contributi di Peters e fu12,13,14,15, Reiser16,17,18, 19 anni di , 20 e altri gruppi21,22,23,24,25 hanno chiaramente portato l'attenzione ai catalizzatori a base di rame fotoredox e hanno dimostrato la loro un potenziale unico.

Come parte del nostro recente interesse nei processi radicali catalizzati di rame26,27, abbiamo recentemente riferito un catalizzatore fotoredox a base di rame generale e ampiamente applicabile, [(dpephos) (BCP) cu] PF6 (dpephos: bis [(2- fenilfosfina) fenil] etere; BCP: bathocuproine), che si è rivelato particolarmente efficiente per l'attivazione di alogenuri organici sotto irraggiamento della luce visibile (Figura 1a)28,29,30. In caso di irradiazione con luce visibile e in presenza di un'ammina come reductant sacrificale, è stato dimostrato che un'ampia gamma di alogenuri di arile e alchilici non attivati è stata facilmente attivata da quantità catalitiche di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 e quindi a partecipare in varie trasformazioni radicali tra cui riduzioni, ciconazioni e arilazione diretta di diversi elettroni ricchi (Hetero) Arenes. Inoltre, [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 ha anche dimostrato di essere riuscito a promuovere le cicazioni di Domino radicale fotoindotta di ynamides e cyanamides, fornendo un accesso efficiente e diretto a Tri-, Tetra-e azoto pentaciclico complesso eterocicli alle strutture di base di vari prodotti naturali. Questa strategia ha permesso la sintesi efficace di rosettacina, luotonina a, e deoxyvasicinone, prodotti naturali che presentano attività anticancro, antimicrobica, anti-infiammatorie e antidepressivi. Queste trasformazioni sono illustrate nella Figura 1C. Dal punto di vista meccanicistico, l'attivazione fotoindotta degli alogenuri organici con [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 procede attraverso un ciclo catalitico raro cu (i)/cu (i) */cu (0), che è stato confermato da ampi studi meccanicistici e fotofisici. In particolare, l'eccitazione dello stato del suolo [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 [Cu (i)] al momento dell'irradiazione da parte della luce visibile conduce alla formazione del corrispondente complesso eccitato [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6* [Cu (i) *] che viene poi ridotto dal ammina sacrificale per generare le corrispondenti specie [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 [Cu (0)]. Questo intermedio cu (0) è abbastanza riduttivo per ridurre il legame carbonio-alogeno di vari alogenuri organici per generare i corrispondenti radicali, che possono poi partecipare alle suddette trasformazioni, insieme con la rigenerazione della partenza catalizzatore (Figura 1B).

Nella sezione seguente, descriviamo per prima cosa il protocollo per sintetizzare il fotoactivatable [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 (le cui NMR e le caratterizzazioni spettroscopiche sono presentate nella sezione dei risultati rappresentativi). La sintesi è semplice e particolarmente conveniente, e richiede semplicemente l'aggiunta di 1 equivalente di DPEPhos e 1 equivalente di bcp a una soluzione di rame tetrakisacetonitrile (I) Esafluorofosfato in diclorometano. Il desiderato [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 viene quindi isolato per precipitazione dall'etere dietilico e può essere facilmente ottenuto su una scala Multigram (Figura 2a). È importante sottolineare che il complesso di rame isolato non è particolarmente sensibile all'ossigeno e all'umidità e può quindi essere comodamente manipolato senza precauzioni specifiche, oltre a essere conservato lontano dalla luce.

In secondo luogo, descriviamo i protocolli per attivare alogenuri organici utilizzando [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 sotto irraggiamento della luce visibile concentrandosi su due diverse trasformazioni. La prima reazione è l'arilazione diretta di N-metilpirrolo con 4-iodobenzonitrile utilizzando una quantità catalitica di [(dpephos) (BCP) cu] PF6 come fotoredox catalizzatore, dicyclohexylisobutylamine come il riducente sacrificale e potassio carbonato come base sotto irradiazione a 420 Nm (Figura 2B). La seconda reazione è la ciclizzazione radicale di n-benzoil-n-[(2-iodoquinolin-3-yl) metile] cianamide, utilizzando lo stesso catalizzatore e reductant sacrificale, la cui ciclizzazione conduce direttamente a luotonina a, un prodotto naturale che Mostra attività antitumorali interessanti (Figura 2C). Sono disponibili protocolli dettagliati per entrambe le trasformazioni.

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Protocol

1. sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6

  1. Aggiungere 3,73 g (10,00 mmol) di rame tetrakisacetonitrile (I) Esafluorofosfato e 5,39 g (10,00 mmol) di DPEPhos a un pallone a fondo rotondo da 2 L dotato di una barra magnetica di agitazione.
  2. Montare il pallone di fondo rotondo con un adattatore per vuoto a tre colli collegato a una linea di vuoto e una linea di argon.
  3. Evacuare il pallone sotto vuoto e riempire con argon tre volte. Sostituire l'adattatore per vuoto a tre colli con un setto di gomma.
    Nota: la reazione può essere eseguita in aria con un'efficienza leggermente ridotta (vedere la sezione di discussione per i dettagli).
  4. Aggiungere 800 mL di diclorometano secco.
    Nota: il diclorometano è appena distillato da CaH2. La reazione può essere eseguita anche in diclorometano regolare (99,8%) con un'efficienza simile (vedere la sezione discussione per i dettagli).
  5. Mescolare la miscela di reazione per 2 h al buio (pallone di reazione rivestito con foglio di alluminio) a temperatura ambiente (23-25 º C) sotto un'atmosfera di argon.
  6. Aggiungere 3,60 g (10,00 mmol) di bcp a un pallone a fondo rotondo da 500 mL dotato di una barra magnetica per mescolare.
  7. Montare il pallone di fondo rotondo con un adattatore per vuoto a tre colli collegato a una linea di vuoto e una linea di argon.
  8. Evacuare il pallone sotto vuoto e riempire con argon tre volte. Sostituire l'adattatore per vuoto a tre colli con un setto di gomma.
  9. Aggiungere 200 mL di diclorometano secco e mescolare delicatamente la sospensione fino alla completa dissoluzione del BCP.
  10. Aggiungere la soluzione di bcp nel diclorometano alla miscela di reazione utilizzando una cannula.
  11. Mescolare per un'ora aggiuntiva al buio (pallone di reazione ricoperto di lamina di alluminio) a temperatura ambiente (23-25 º C) sotto un'atmosfera di argon.
  12. Filtrare la miscela attraverso un tampone di Celite, lavare con circa 100 mL di diclorometano e concentrare il filtrato a circa 50-100 mL in pressione ridotta.
  13. Aggiungere il concentrato contagocce a 1 L di etere dietilico utilizzando un imbuto di addizione e con vigoroso agitazione per indurre la precipitazione del complesso desiderato.
  14. Raccogliere il precipitato mediante filtrazione attraverso un vetro sinterizzato (dimensione dei pori 3) e lavare il precipitato con circa 100 ml di etere dietilico.
  15. Asciugare il precipitato giallo brillante sotto vuoto a temperatura ambiente (23-25 º C) per 5 h per recuperare 10,1 g (resa del 91%) del complesso di rame.
    Nota: una resa del 75% è stata ottenuta quando la reazione è stata eseguita sotto aria utilizzando diclorometano distillato; una resa del 89% è stata ottenuta quando la reazione è stata eseguita sotto argon usando il diclorometano regolare; Quando si esegue la reazione in aria con diclorometano regolare, la reazione è risultata essere meno efficiente e ha portato a una purezza molto inferiore (CA 70%, come stimato da 1H NMR con uno standard interno).
  16. Caratterizzare [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 come riportato in precedenza31.

2. arilazione diretta di N-metilpirrolo con 4-iodobenzonitrile

  1. Aggiungere 55 mg (0,05 mmol) di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6, 59 mg (0,25 mmol) di dicyclohexylisobutylamine (CY2NiBu), 138 mg (1,0 mmol) di K2Co3 e 114 mg (0,50 mmol) di 4-iodobenzonitrile in un flaconcino da 10 ml essiccato al forno.
  2. Aggiungere una barretta di agitazione magnetica, sigillare il flaconcino con un setto di gomma, evacuare il flaconcino sotto vuoto e riempire con argon tre volte.
  3. Aggiungere 5 mL di acetonitrile e 890 μL (10,00 mmol) di N-metilpirrolo. Sostituire il setto di gomma con un tappo a vite.
    Nota: l'acetonitrile è appena distillato da CaH2 e degassaggio utilizzando cicli di congelamento-pompa-scongelamento prima dell'uso per garantire rese elevate e riproducibilità.
  4. Mescolare la miscela di reazione per 3 giorni a temperatura ambiente (23-25 º C) in un fotoreattore sotto 420 Nm di irraggiamento della lunghezza d'onda.
    Nota: in alternativa all'uso di un fotoreattore, la reazione può anche essere comodamente eseguita utilizzando strisce LED blu o un dispositivo fotochimico con una lampada LED blu (440 Nm, 34 W). Queste configurazioni sperimentali sono mostrate nella Figura 3 (vedere i risultati rappresentativi) e una discussione sui loro rispettivi risultati è fornita nella sezione "discussione".
  5. Filtrare la miscela di reazione attraverso un tampone di Celite, lavare con circa 5 mL di etere dietilico e concentrare il filtrato sotto pressione ridotta.
  6. Purificare il residuo grezzo mediante cromatografia a colonna Flash su gel di silice (sistema eluente etere di petrolio/EtOAc: 90/10).
  7. Asciugare il composto puro sotto vuoto a temperatura ambiente (23-25 º C) per 3 h per recuperare 65 mg (72% di resa) del pirrolo C2-arylated desiderato.
    Nota: l'uso di strisce LED blu ha offerto un 76% di rendimento (69 mg) mentre l'uso di un dispositivo fotochimico con una lampada a LED blu (440 Nm, 34 W) ha offerto una resa del 86% (78 mg).
  8. Caratterizzano il composto puro come riportato in precedenza32.

3. ciclizzazione di n-benzoil-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metile] cianamide a luotonina a

  1. Aggiungere 37 mg (0,09 mmol) di n-benzoil-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metile] cianamide, 9 mg (9,0 μmol) di [(dpephos) (BCP) cu] PF6, 11 mg (0,04 mmol) diCY 2NiBu e 25 mg (0,18 mmol) di K2Co3 a un flaconcino da 7 mL essiccato al forno dotato di un agitbar magnetico.
  2. Sigillare il flaconcino con un setto di gomma, evacuare il flaconcino sotto vuoto e riempire con argon tre volte.
  3. Aggiungere 2 mL di acetonitrile. Sostituire il setto di gomma con un tappo a vite.
    Nota: acetonitrile è distillato da CAH2 e degassato utilizzando cicli di congelamento-pompa-scongelamento prima dell'uso per garantire rese elevate e riproducibilità.
  4. Mescolare la miscela di reazione per 5 giorni a temperatura ambiente (23-25 º C) in un fotoreattore sotto 420 Nm di irraggiamento della lunghezza d'onda.
  5. Filtrare la miscela di reazione attraverso un tampone di Celite, lavare con circa 2 mL di diclorometano e concentrare il filtrato sotto pressione ridotta.
  6. Purificare il residuo grezzo mediante cromatografia a colonna Flash su gel di silice (sistema eluente: etere di petrolio/EtOAc 60:40).
  7. Asciugare il composto puro sotto vuoto a temperatura ambiente (23-25 º C) per 3 h per recuperare 20 mg (79% di resa) del luotonin a desiderato.
  8. Caratterizzare il luotonin a desiderato come precedentemente riportato29.

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Representative Results

Sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6
Come mostrato dal protocollo descritto nella sezione precedente, la sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 è particolarmente conveniente e può essere facilmente eseguita su una scala multigrammo. Gli spettri 1H e 13C NMR indicano la formazione del complesso puro (Figura 4A, B). I dati spettroscopici corrispondono a quelli riportati in precedenza31.

1 il H NMR (400 MHz, 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 (s, 6h). 13 anni di 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, 27,5.

Anche gli spettri di assorbimento e di emissione UV/Vis sono stati registrati e sono mostrati nella Figura 4C, D. Lo spettro di assorbimento UV/Vis (acetonitrile, 10-4 M) Mostra due bande di assorbimento principali con due maxima a 385 nm e 485 nm. Lo spettro di emissione (acetonitrile, 10-4 M), ottenuto per eccitazione a 445 nm, Mostra un massimo a 535 Nm.

Rame-catalizzato fotoredox diretta arilazione di (Hetero) Arenes con alogenuri di arile
L'arilazione diretta di N-metilpirrolo con 4-iodobenzonitrile è rappresentativa dell'uso di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 per promuovere l'arilazione diretta di varie Arenes ricche di elettroni (Hetero) sotto l'irraggiamento della luce visibile. L'ambito della trasformazione è raffigurato nella Figura 5. Questi risultati sono brevemente discussi nella sezione successiva.

Per quanto per la caratterizzazione di 4-(1-metil-1H-pyrrol-2-yl) benzonitrile, gli spettri 1h e 13C NMR indicano la formazione del composto puro (Figura 6A, B). I dati spettroscopici corrispondono a quelli segnalati in precedenza32.

1 il H NMR (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 e 1,8 Hz, 1h), 6,23 (DD, j = 3,7 e 2,7 Hz, 1h), 3,71 (s, 3h). 13 anni di C NMR (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.

Figura 3 illustra le tre configurazioni sperimentali che sono stati utilizzati con successo per eseguire l'arilazione diretta di (Hetero) Arenes con alogenuri di arile in condizioni di fotoredox. La reazione può essere eseguita in un fotoreattore con irradiazione a 420 Nm di lunghezza d'onda (Figura 3a), utilizzando strisce LED blu disponibili in commercio (Figura 3B), o utilizzando un dispositivo fotochimico con una lampada LED blu (440 Nm, 34 W) (Figura 3C). Una breve discussione sulla differenza di efficienza tra le tre configurazioni sperimentali è data nella sezione successiva.

Fotoindotta radicale ciclizzazione Domino di ynamides e calciocianamide
La ciclizzazione di n-benzoil-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metile] cianamide a luotonina a è rappresentativa dell'uso di [(dpephos) (BCP) cu] PF6 per promuovere la ciclizzazione radicale di ynamides e calciocianamide contenente un sottounità iodoarile opportunamente posizionata. Queste cicatrici, che forniscono un accesso efficiente e diretto agli eterocicli di azoto Tri-, Tetra-e pentaciclici nelle strutture di base di vari prodotti naturali, sono mostrate nella Figura 7. Questi risultati sono brevemente discussi nella sezione successiva.

Gli spettri 1H e 13C NMR indicano la formazione del prodotto naturale puro luotonin a (Figura 8a, B). I dati spettroscopici corrispondono a quelli segnalati in precedenza33.

1 il H NMR (300 MHz, CDCl3) δ (ppm): 8.49-8.41 (m, 3 h), 8,12 (d, j = 7,8 Hz, 1h), 7,95 (d, 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). 13 anni di C NMR (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
Figura 1 . [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 come catalizzatore generale a base di rame fotoredox. (A). Proprietà generali di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6. (B). meccanismo generale per l'attivazione di alogenuri organici. (C). trasformazioni rappresentative tra cui riduzione, arilazione diretta e reazioni di ciclizzazione. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Figure 2
Figura 2 . Sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 e applicazione nella sintesi organica/naturale del prodotto. (A). Sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6. (B). arilazione diretta di N-metilpirrolo. (C). la ciclizzazione radicale a luotonina a. fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3 . Configurazioni sperimentali utilizzate per l'arilazione diretta di (Hetero) Arenes in condizioni di fotoredox. (A). Fotoreattore. (B). strisce LED blu. (C). dispositivo fotochimico e lampada LED blu. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Figure 4
Figura 4 . Caratterizzazione di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6. (A). 1H NMR Spectrum (cdcl3, 400 MHz, 23 ° c). (B). 13c NMR Spectrum (cdcl3, 100 MHz, 23 ° c). (C). spettro di assorbimento UV/Vis (acetonitrile, argon, 23 ° c). (D). spettro di emissione (acetonitrile, argon, 23 ° c). Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Figure 5
Figura 5 . Rame-catalizzato fotoredox diretta arilazione di (Hetero) Arenes con alogenuri di arile. Ambito del substrato. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Figure 6
Figura 6 . Caratterizzazione di 4-(1-metil-1H-pirrol-2-yl) benzonitrile. (A). 1H NMR Spectrum (cdcl3, 400 MHz, 23 ° c). (B). 13c NMR Spectrum (cdcl3, 100 MHz, 23 ° c). Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Figure 7
Figura 7 . Fotoindotta radicale ciclizzazione Domino di ynamides e cyanamides. Ambito del substrato. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Figure 8
Figura 8 . Caratterizzazione di luotonin a. (A). 1H NMR Spectrum (cdcl3, 300 MHz, 23 ° c). (B). spettro 13c NMR (CDCL3, 75 MHz, 23 ° c). Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

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Discussion

Sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6
La sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 viene tipicamente eseguita utilizzando il diclorometano secco (distillato prima dell'uso) e sotto l'argon per garantire la massima resa, purezza e buona riproducibilità. Come menzionato nel protocollo, la sintesi di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 può essere eseguita con il diclorometano regolare (99,8%) e/o sott'aria con efficienze variabili. Infatti, mentre l'uso di diclorometano regolare sotto l'argon ha offerto la stessa efficienza (89% di rendimento), eseguire la reazione con il diclorometano distillato in aria fornisce solo il complesso desiderato in una resa del 75%. Infine, l'esecuzione della reazione con il diclorometano non distillato sotto aria offre il complesso desiderato con una purezza notevolmente inferiore (CA 70% come stimato da 1H NMR utilizzando uno standard interno). Di conseguenza, si può concludere che la qualità del diclorometano utilizzato non ha un forte impatto sull'efficienza della reazione (alta resa e purezza), purché la reazione sia condotta sotto l'argon. D'altra parte, eseguire la reazione in aria non è raccomandato, in quanto offre il complesso desiderato con efficienza ridotta e, ancora più importante, con minore purezza quando combinato con diclorometano non distillato.

Rame-catalizzato fotoredox diretta arilazione di (Hetero) Arenes con alogenuri di arile
Come illustrato nella Figura 5, la reazione è risultata essere piuttosto generale con una serie di 2-arilati i pirrolici ottenuti in rendimenti equi e buoni. Degno di nota, aril ioduri sostituiti con un bromuro o un boronato sono materiali di partenza conveniente e quindi permettersi un punto di partenza per ulteriore funzionalizzazione e valorizzazione dei corrispondenti biaryls. I i pirrolici protetti da BOC hanno anche dimostrato di essere prontamente arilati con una varietà di ioduro di arile, mentre la reazione potrebbe anche essere estesa all'arilazione di alcuni anelli di benzene ricchi di elettroni come 2, 4, 6-mesitylene, 2, 4, 6-trimetossibenzene e 1, 3- di dimetossbenzene. Infine, i bromidi arilici più impegnativi per l'elettrone potrebbero essere utilizzati anche per l'arilazione diretta di N-metilpirrolo, mentre i bromidi di arile non attivati e i cloruri di arile non sono reattivi nelle condizioni di reazione, che probabilmente rappresentano il principale limitazione di questa procedura. Complessivamente, questi risultati dimostrano che [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 attiva in modo efficiente il legame carbonio-alogeno di diversi alogenuri di arile per promuovere l'arilazione diretta di alcuni (Hetero) Arenes che devono essere utilizzati in grande eccesso per ottenere una buona efficienza. Questa limitazione è, tuttavia, comune alla maggior parte delle procedure segnalate finora promuovendo la stessa trasformazione.

Come accennato nella sezione del protocollo, l'arilazione diretta di fotoredox catalizzato di rame di (Hetero) Arenes con alogenuri di arile viene eseguita principalmente utilizzando un fotoreattore con irradiazione a 420 Nm. In alternativa, è stato dimostrato anche l'uso di configurazioni sperimentali più semplici e prontamente disponibili, con l'uso di strisce LED blu disponibili in commercio, nonché di un dispositivo fotochimico con una lampada LED blu (440 Nm, 34W). È interessante notare che, piccole ma notevoli differenze di efficienza sono osservate utilizzando questi tre dispositivi. Mentre il fotoreattore e strisce LED blu permettersi il prodotto arilato desiderato in rendimenti comparabili (72% e 76%, rispettivamente), il dispositivo fotochimica con una lampada a LED blu offre la massima resa nel prodotto desiderato (86%). Questo è probabilmente dovuto alla quantità di luce che penetra effettivamente nella miscela di reazione, poiché è ben noto che la penetrazione della luce visibile in soluzione contenente specie fotoattive è piuttosto bassa. Di conseguenza, la quantità di catalizzatore fotoredox che viene effettivamente attivato in soluzione, e che è responsabile della catalisi, può anche essere in qualche modo limitata e diventare il fattore limitante. Tra le tre configurazioni sperimentali utilizzate per l'arilazione diretta di N-metilpirrolo con 4-iodobenzonitrile, il dispositivo fotochimico con una lampada a LED blu è certamente il più intenso, che porta alla più alta quantità di complesso eccitato e quindi, ad un maggiore efficienza. Tali considerazioni sono anche critiche per la scalabilità di tali processi fotoindotti che sono probabilmente più convenientemente eseguiti in condizioni di flusso continuo su scale più grandi34,35.

Fotoindotta radicale ciclizzazione Domino di ynamides e calciocianamide
Come illustrato nella Figura 7, [(Dpephos) (BCP) cu] PF6 è stato dimostrato essere un promotore efficace sotto irraggiamento luce visibile per la ciclizzazione radicale Domino di vari ynamides e cyanamides, offrendo Tri-, Tetra-o azoto pentaciclico eterocicli, a rendimenti equi e buoni dai precursori prontamente disponibili, alle strutture di base di vari prodotti naturali. Questa strategia ha permesso la sintesi di rosettacina, luotonina a, e deoxyvasicinone, prodotti naturali di grande interesse che possiedono attività anticancro, antimicrobico, anti-infiammatori e antidepressivi. Degno di nota, la ciclizzazione di ynamides e calciocianamide era già stata descritta da malacria utilizzando più classiche condizioni a base di stagno33,36, o in condizioni di foto-ossidoriduttiva da Yu utilizzando il fac-IR altamente riducente (ppy) 3 come foto-ossidoriduttiva Catalyst37. Rispetto a quelli precedentemente segnalati, il nuovo sistema di fotoredox a base di rame che abbiamo segnalato sembra essere un'alternativa attraente in quanto fornisce un ambito di substrato e rendimenti simili, evitando l'uso di Bu3SNH (malacria) altamente tossico o costoso fac-IR (ppy)3 (Yu). Nel complesso, questo sistema ha dimostrato la sua efficienza per l'attivazione di vari legami Aryl-o alchilici-alogeni non attivati che portano a strutture chiave nella sintesi organica, così come nella scoperta di farmaci e sintesi di prodotti naturali.

Complessivamente, i risultati discussi sopra evidenziano l'efficienza di [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 come alternativa ai fotocatalizzatori a base di Iridium e rutenio. Livelli simili di efficienza possono essere ottenuti con un catalizzatore a base di rame che è molto più facile da preparare e molto meno costoso. La sintesi del fotocatalizzatore a base di rame è inoltre altamente modulare, che spiana la strada per la progettazione e lo sviluppo di catalizzatori di seconda generazione affrontando le principali limitazioni incontrate con [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 (cioè, il piuttosto alto carico catalizzatore ancora necessario nella maggior parte dei casi e la sua inabilità di attivare alcuni bromidi arile e cloruri di arile).

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto dall'Université Libre de Bruxelles (ULB), dalla Fédération Wallonie-Bruxelles (ARC Consolidator 2014-2019), Innoviris (progetto PhotoCop), e dall'azione COST CM1202. La beatitudine riconosce il Fonds pour la formation à la recherche dans l'industrie et dans l'Agriculture (F.R.I.A.) per la borsa di laurea. La TAC riconosce il Fonds de la recherche scientifique (FNRS) per la borsa di ricerca.

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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[(DPEPhos) (BCP) cu] PF<sub>6</sub>: un catalizzatore di Photoredox a base di rame generale e ampiamente applicabile
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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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