Yöntem makalesi

Kolay Hazırlık (2 Z 4 E) - Alil Asetat ile Elektronuz Alkenlerin Olefinasyonu ile Dienamidler

DOI:

10.3791/55766

⸱

21 Haziran 2017

 ,  ,  ,  ,  , 
1College of Materials, Chemistry and Chemical Engineering, Hangzhou Normal University, 2Shijiazhuang Mechanized Infantry Academy

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elektron yetersiz alkenlerin allil asetat ile rutenyum katalizli olefinasyonu burada tarif edilmiştir. Bir yönlendirici grup olarak aminokarbonil kullanılarak, bu dış oksidan içermeyen protokol, ( Z , E ) -butadien iskeletlerine yeni bir sentetik yol açan yüksek verimlilik ve iyi stereo- ve bölgesel seçiciliğe sahiptir.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Vinil CH bağ aktivasyonu yoluyla iki alken arasındaki doğrudan çapraz bağlanma, yüksek atomik ve adım ekonomisine sahip butadienlerin sentezi için etkili bir strateji oluşturmaktadır. Bununla birlikte, işlevselliğe yönelik bu çapraz bağlanma reaksiyonu geliştirilmemiştir çünkü pratik kullanımda halen sınırlı yönlendirme grupları bulunmaktadır. Özellikle, büyük miktarlarda atık üreten, genellikle stoikiometrik bir oksidan miktarı gereklidir. Yeni 1,3-bütadien sentezine olan ilgimizden ötürü, elektron yetersiz alkenlerin allil asetat ve dış oksidan içermeyen rutenyumla katalize edilmiş olefinasyonunu tarif ederiz. 2-fenil akrilamid ve allil asetat reaksiyonu bir model reaksiyon olarak seçildi ve istenen dien ürünü optimal koşullar altında iyi stereoseçebilirlik ( Z, E / Z, Z = 88:12) ile% 80 izole verimle elde edildi: 110 ºC'de DCE içinde Ru ( p- simen) Cl2] 2 (% 3 mol) ve AgSbF6 (% 20 mol)Veya 16 saat. Elde edilen optimum katalitik koşullarla, temsil eden α - ve / veya β - ikameli akrilamitler araştırıldı ve alifatik veya aromatik gruplara bakılmaksızın sorunsuz bir şekilde reaksiyona girdi. Ayrıca, farklı N -ikameli akrilamidlerin iyi substratlar olduğu kanıtlanmıştır. Üstelik, farklı alil türevlerinin reaktivitesini inceledik ve asetat oksijenin metale kenetlenmesinin katalitik süreç için çok önemli olduğunu düşündürdü. Reaksiyon mekanizmasını araştırmak için döteryum etiketli deneyler de yapıldı. Akrilamid üzerinde sadece Z- seçmeli H / D değişimleri gözlemlenerek, tersinir bir siklometalizasyon olayı belirlenmiştir. Ek olarak, molekül içi izotop çalışmasında 3.2'lik bir kinetik izotop etkisi (KIE) gözlendi ve olefinik CH metalasyon adımının muhtemelen hız belirleme adımında yer aldığını düşündürdü.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Butadienes yaygın olarak görülür ve çoğu doğal ürünler, ilaçlar ve biyoaktif moleküller 1'de bulunur . Kimyagerler, 1,3-butadien 2 , 3 sentezi için etkili, seçici ve pratik bir sentetik metodoloji geliştirmek için yoğun çaba sarfettiler . Son zamanlarda, çift vinilik CH bağ aktivasyonu yoluyla iki alken arasındaki direkt çapraz bağlar geliştirildi, bu da bütadien sentezi için yüksek bir atomik ve basamaklı ekonomi ile etkili bir strateji olduğunu gösteriyor. Bunların arasında, iki alkenin paladyum katalizli çapraz bağlanması dikkat çekti ve alkenil-Pd türü 4 , 5 yoluyla ( E, E ) konfigüre bütadiyenler sağladı. Örneğin, Liu'nun grubu, alkenlerin ve alil asetatın doğrudan çapraz bağlanmasıyla bir Pd-katalizli bütadien sentezi geliştirdi ( Şekil 1 ve Denklem 3 ) 4 . Bu arada, alkenler arasındaki fonksiyonel grup yönlendirmeli çapraz bağlama, tamamlayıcı bir yöntem olan 6 olefinik CH siklometalasyon olayından dolayı mükemmel ( Z, E ) -stereoselektifliğe sahip butadienleri sağladı. Bugüne kadar, enolatlar, amidler, esterler ve fosfatlar gibi bazı yönlendirme grupları, bir dizi değerli ve fonksiyonel 1,3-bütadien temin eden alkenler arasındaki çapraz bağlamaya başarıyla dahil edildi. Bununla birlikte, direkt pratik kullanımda sınırlı yönlendirme grupları olduğundan, yönetilen çapraz bağlanma reaksiyonu geliştirilmemiştir. Özellikle, büyük oranda organik ve inorganik atıklar üreten katalitik döngüyü korumak için stoikiometrik bir oksidan miktarı genellikle gereklidir. Elektron zengin alkenleri kuplaj ortak olarak kullanan çok sınırlı örnekler var.

Alil asetat ve türevleri derinden iKatalizör çapraz bağlama, elektron zengin arenlerin Friedel-Crafts allilasyonu ve elektron yetersiz arenlerin katalitik CH harekete geçirilmesi ( Şekil 1 ve Denklem 1 ) de dahil olmak üzere güçlü alilasyon ve olefinleştirme reaktifleri olarak organik dönüşümler üzerinde incelenmiştir. Daha yakın bir zamanda, Loh grubu, allyl asetatlar ile elektron yetersiz alkenlerin rodyum (III) katalizli bir CH alilasyonunu geliştirdi ve 1,4-dienler oluşturdu ( Şekil 1 ve Denklem 2 ). Bu arada, Kanai grubu, bir Co (III) katalizörü 9 kullanarak allil alkoller ile dehidratif bir doğrudan CH allilasyonunu bildirdi. İlginçtir ki, Snaddon ve arkadaşları, asiklik esterlerin doğrudan asimetrik α- alalanımı için yeni bir kooperatif kataliz bazlı yöntem açıkladı 10 . Çok yakın bir tarihte, Ackermann grubu birkaç yeni alilasyon örneğini bildirmişti.G ucuz Fe, Co ve Mn katalizörleri 11 içerir . Bu raporlar, alilasyon ve olefinasyon reaksiyonlarında atılımlar yapmış, ancak çift bağ göçü ve zayıf rejim seçiciliği genellikle kaçınılmaz ve kolayca kontrol edilemiyor. Bu nedenle, değerli molekülleri oluşturmak için allil asetatların daha etkin ve seçici reaksiyon modelleri geliştirilmesi halen çok arzu edilmektedir. CH olefinasyon yoluyla yeni 1,3-butadien sentezine olan ilgimiz ile, allil asetatın önce 1,4-dien veren elektron yetersiz alkenlerin yönlendirilmiş allyrasyonuna katılabileceğini varsaydık. Daha sonra, CC çift bağı 7'nin göç izomerleşmesinden sonra, termodinamik açıdan daha kararlı 1,3-butadien oluşabilir; bu, propen gibi elektronca zengin alkenlerin, kuplaj ortağı olarak çapraz bağlanmasıyla elde edilemeyen dien ürününün oluşturulmasıyla oluşabilir 6 . Burada ucuz bir Ru (III) katalizli olefinik CH bağ olefinatiN, ( Z, E ) -butadienlerin ( Şekil 1 ve Denklem 4 ) oluşturulması için yeni bir sentetik yol açan herhangi bir oksidan yokluğunda allil asetatlarla akrilamid'lerin birleşmesidir 13 .

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dikkat: Kullanmadan önce lütfen ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formlarına (MSDS) başvurun. Tüm çapraz bağlanma reaksiyonları, kapalı bir argon atmosferi altında (1 atm) şişelerde yapılmalıdır.

1. Allyl Asetat ile Akrilamidlerin Olefinasyonu ile Butadienlerin Hazırlanması

  1. Uyumlu bir manyetik karıştırma çubuğuna sahip vidalı kapaklı bir şişeyi (8 mL) 120 ° C'de fırında 2 saatten fazla kurutun. Kullanmadan önce ateşli flakonu üfleyerek oda sıcaklığına soğutun.
  2. Analitik bir balans kullanın ve 3.7 mg (~ 3 mol%, 0.005 mmol) [Ru ( p- simen) Cl2] 2 (kahverengi toz) ve 13.7 mg (% 20 mol, 0.04 mmol) AgSbF6 Katı) yukarıdaki reaksiyon şişesine ilave edin.
    NOT: Bu yeni bir metodolojidir, çapraz kuplaj reaksiyonları atık oluşumunu azaltmak için konsept ispatı için küçük bir ölçekte yapılmıştır. AgSbF 6 , bir klorürü oluşturmak üzere klorürü soyabilen bir katkı maddesi olarak kullanılır.Elektrofilik CH bağ aktivasyonu için katyonik rutenyum kompleksi 13 . Ag2C03 gibi diğer gümüş tuzları da test edilmiştir, ancak ürün saptanmamıştır. Katalizörün ağırlığı ([Ru ( p- simen) Cl2] 2 ) çok doğru değildir ve 3.4-3.9 mg aralığındadır.
  3. Reaksiyon şişesine 1 mL kuru 1,2-dikloroetan ilave edin.
    NOT: Çözücü miktarı esnektir-1 mL 1,2-dikloroetan, çapraz bağlanma reaksiyonu için minimum hacim hacmini karşılamak için yeterlidir. Bununla birlikte, bu ölçeğin reaksiyonu için biraz daha (~ 0.1 mL) çözücü de izin verilir. 1,2-dikloroetan, kullanımdan önce 3-A'lik bir moleküler elek üzerinde kurutulmuştur.
  4. Analitik bir balans kullanın ve yukarıdaki reaksiyon şişesine akrilamit (0,2 mmol, 1.0 eşdeğer katı veya yağ) ekleyin.
  5. 43 μL (0.4 mmol, 2.0 eşdeğer) allil asetat (renksiz bir sıvı) eklemek için bir mikro-şırınga kullanın.
    NOT: Burada, akrilamidin homo-eşlenmesini engellemek ve akrilamidin tamamen dönüştürülmesini sağlamak için aşırı miktarda allil asetata ihtiyaç duyulmaktadır. Daha az alil asetat (1.5 eşdeğer) eklendiğinde, ürün verimi düşer. Daha fazla alil asetat (3.0 eşdeğer) ilavesi, verimi daha da iyileştiremez. Uygulamada, allil asetatın homo-birleşimi gözlemlenmemiştir ve kalan alil asetat geri kazanılabilir.
  6. Reaksiyon şişesini argon gazı ile hafifçe üfleyin ve şişeyi mümkün olan en kısa sürede uyumlu bir vidalı kapakla örtün.
    NOT: Flakon mümkün olduğunca çabuk bir vidalı kapakla örtülmelidir çünkü çapraz bağlanma reaksiyonu için atıl bir atmosfer önemlidir. Yukarıdaki protokolü bir eldiven kutusunda yapmak daha iyidir.
  7. Reaksiyon karışımını ilave bir 5 dakika boyunca oda sıcaklığında karıştırın.
  8. Reaksiyon şişesini bir yağ banyosu içinde 16-18 saat karıştırarak 110 ° C'ye ısıtın.
    NOT: Genellikle, koyu kırmızıya renk değişikliği indBu reaksiyonun gerçekleştiği anlamına gelir.
  9. Şişeyi soğuttuktan sonra, çözeltinin etil asetat: petrol eteri (2: 1 veya 1: 3) karışımlarını kullanarak karışımın bir akrilamit standardıyla karşılaştırılarak reaksiyonun ilerlemesini izlemek için ince tabakalı kromatografi (TLC) plakaları geliştirin .
    NOT: Başlangıç ​​materyalinin niteliğine bağlı olarak, reaksiyon tamamlanmayabilir. Ürünlerin ve başlangıç ​​malzemelerinin tipik Rf değerleri 0,3-0,7 aralığındadır. Akrilamid başlangıç ​​malzemesi bütadien ürününden daha düşük bir çalışma noktası olarak gözlemlenmiştir.
  10. Ham ürünü en az DCM'de eritin ve onu petrol eteri ile ıslak bir silika sütunun üzerine koyun. Çapraz bağlayıcı ürün , eluent olarak bir etil asetat: petrol eteri (1: 100 ila 1: 4) karışımı kullanılarak kolon kromatografisiyle ayrılır.
    1. Ayrıştırıcıyı ayrı bir şişe içerisinde toplayın, çözücüyü bir döner buharlaştırıcıda buharlaştırın veD 2 saat boyunca yüksek vakum altına yerleştirin.
    2. NMR spektroskopisi ile karakterizasyon için yaklaşık 20-50 mg ürün elde edin.
      NOT: Tepkime karışımı doğrudan reaksiyon tamamlandıktan sonra saflaştırma için sütun kromatografisine uygulanmalıdır.

2. Dienamidlerin Karakterizasyonu

  1. 1 H ve 13 C NMR spektroskopisini kullanarak nihai ürünün saflığını karakterize edin ve değerlendirin 14 . Tipik olarak, karbonil karbonun kimyasal kayması 13 C NMR spektrumunda 170 ppm civarında gözükmektedir. Butadien fonksiyonel grubunun üç sp 2 protonu 6.0 ve 5.6 ppm civarında karakteristik pikler ile temsil edilmektedir.
  2. Dien ürününün karakteristik karbonil ve CC çift bağ pikini tanımlamak için kızılötesi spektroskopiyi 14 kullanın.
  3. Ürünün moleküler kütlesini belirleyin ve yüksek tayf kullanılarak kimliğini doğrulayın.Çözünürlüklü Kütle Spektrometresi (HRMS) 14 .
  4. Katı ürünlerin erime noktalarını belirleyin 14 .

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Çalışmalarımız akrilamid ve allil asetattan 1,3-bütadien'in hazırlanması üzerine yoğunlaştı.

Tablo 1 , katalizör olarak [Ru ( p- simen) Cl2] 2 kullanılarak çeşitli katkı maddelerinin ve çözücülerin taranması da dahil olmak üzere, koşulların optimizasyonunu göstermektedir. Bir dizi temsilci çözücüyü taradıktan sonra, ürün veriminin% 80'e iyi bir seçicilik ( Z, E / Z, Z = 88...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

[Ru ( p- simen) Cl2] 2 , CH / CH eşleşme bütadien ürünlerini vermek için hafif reaksiyon koşullarında etkili bir şekilde çalışan mükemmel işlevsel grup toleranslı, ucuz, kolay erişilebilir, hava-kararlı ve yüksek aktif Ru bazlı bir katalizördür. Gümüş tuz AgSbF 6 , aşağıdaki CH bağ aktivasyonu için katyonik bir rutenyum kompleksi üretmek üzere [Ru ( p- simen) Cl2] 2'nin kloridini soyutlayan bir katkı maddesi olarak kullanıldı. Bununla birlikte, sadece çapraz bağlanm...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zhejiang Eyaleti Doğal Bilimler Vakfı (ZJNSF) (No. LY15B020008), PCSIRT (No. IRT 1231) ve Hangzhou (Çin) Ulusal Doğal Bilim Vakfı (NSFC) (No 21502037, 21373073 ve 21672048) Mali destek Normal Üniversitesi. GZ, Çin'in Zhejiang Eyaletinden bir Qianjiang Edebiyat ödülünü onayladı.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Alil AsetatTCIA0020>98.0%(GC), 25 mL paket
Dikloro(p-simen)rutenyum(II) dimerTCID2751>95.0%(T), 5 g paket
Gümüş heksafloroantimonatTCIS0463>97.0%(T),  5 g paket
1,2-DikloroetanTCID0364>99.5%(GC), 500 g paket
RotavaporEYELAN-1200ASolvent
Silika jelMerck107734Silika jel 60'ı (0.063-0.2 mm) kurutmak için kolon kromaterapisi için
kullanın

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Negishi, E., et al. Recent Advances in Efficient and Selective Synthesis of Di-, Tri-, and Tetrasubstituted Alkenes via Pd-Catalyzed Alkenylation-Carbonyl Olefination Synergy. Acc Chem Res. 41 (11), 1474-1485 (2008).
  2. Maryanoff, B. E., Reitz, A. B. The Wittig olefination reaction and modifications involving phosphoryl-stabilized carbanions. Stereochemistry, mechanism, and selected synthetic aspects. Chem Rev. 89 (4), 863-927 (1989).
  3. Stille, J. K. The Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organotin Reagents with Organic Electrophiles. Angew Chem Int Ed. 25 (6), 508-524 (1986).
  4. Zhang, Y., Cui, Z., Li, Z., Liu, Z. Q. Pd(II)-Catalyzed Dehydrogenative Olefination of Vinylic C-H Bonds with Allylic Esters: General and Selective Access to Linear 1,3-Butadienes. Org Lett. 14 (7), 1838-1841 (2012).
  5. Shang, X., Liu, Z. Q. Transition metal-catalyzed Cvinyl-Cvinyl bond formation via double Cvinyl-H bond activation. Chem Soc Rev. 42 (8), 3253-3260 (2013).
  6. Hu, X. H., Yang, X. F., Loh, T. P. Selective Alkenylation and Hydroalkenylation of Enol Phosphates through Direct C-H Functionalization. Angew Chem Int Ed. 54 (51), 15535-15539 (2015).
  7. Kong, L., et al. Cobalt (III)-Catalyzed C-C Coupling of Arenes with 7-Oxabenzonorbornadiene and 2-Vinyloxirane via C-H Activation. Org Lett. 18 (15), 3802-3805 (2016).
  8. Feng, C., Feng, D., Loh, T. P. Rhodium (III)-catalyzed C-H allylation of electron-deficient alkenes with allyl acetates. Chem Commun. 51 (2), 342-345 (2015).
  9. Suzuki, Y., et al. Dehydrative Direct C-H Allylation with Allylic Alcohols under [Cp*CoIII] Catalysis. Angew Chem Int Ed. 54 (34), 9944-9947 (2015).
  10. Schwarz, K. J., Amos, J. L., Klein, J. C., Do, D. T., Snaddon, T. N. Uniting C1-Ammonium Enolates and Transition Metal Electrophiles via Cooperative Catalysis: The Direct Asymmetric α-Allylation of Aryl Acetic Acid Esters. J Am Chem Soc. 138 (16), 5214-5217 (2016).
  11. Zell, D., Bu, Q., Feldt, M., Ackermann, L. Mild C-H/C-C Activation by Z-Selective Cobalt Catalysis. Angew Chem Int Ed. 55 (26), 7408-7412 (2016).
  12. Li, J., et al. N-Acyl Amino Acid Ligands for Ruthenium(II)-Catalyzed meta-C-H tert-Alkylation with Removable Auxiliaries. J Am Chem Soc. 137 (43), 13894-13901 (2015).
  13. Li, F., Yu, C., Zhang, J., Zhong, G. Olefination of Electron-Deficient Alkenes with Allyl Acetate: Stereo- and Regioselective Access to (2Z,4E)-Dienamides. Org Lett. 18 (18), 4582-4585 (2016).
  14. Lehman, J. W. The student's lab companion: laboratory techniques for organic chemistry: standard scale and microscale. , Pearson College Div. (2008).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Rutenyum Katalizli OlefinasyonZ E B tadien SenteziC H Ba AktivasyonuKolon Kromatografisince Tabaka KromatografisiD teryum Etiketli DeneylerKinetik zotop EtkisiSiklometalasyon Olay

İlgili makaleler