Waiting
Login processing...

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

Chemistry

[(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6: общий и широко применимый медно-Фотонеортодоксальный катализатор

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

Подробные и общие протоколы представляются для синтеза [(dpeфос) (BCP) Cu] PF6, общего медно-фотосинтетического катализатора, и для его использования в синтетической химии для прямого арилирования silanization C-H облигаций в (гетеро) Аренес и радикальных циклирование органических Халидов.

Abstract

Наша группа недавно сообщила об использовании [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 в качестве общего медно-фотонеортодоксального катализатора, который доказал свою эффективность в содействии активации широкого разнообразия органических халиидов, включая неактивированные. Они могут затем участвовать в различных радикальных преобразований, таких как сокращение и циклирование реакций, а также в прямом арилирования silanization нескольких (гетеро) Аренес. Эти преобразования обеспечивают прямой доступ к целому ряду мелких молекул, представляющих интерес в синтетической химии, а также к биологически активным природным продуктам. В целом, [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 действует как удобный фотонеортодоксальный катализатор, который, как представляется, привлекательной, дешевой и дополняющей альтернативой ультрасовременных Иридиум-и рутений на основе фотоВ-и... Здесь мы сообщаем подробный протокол для синтеза [(dpeфос) (BCP) Cu] PF6, а также NMR и спектроскопические характеристики, и мы иллюстрируем его использование в синтетической химии для прямого арилирования silanization (гетеро) Аренес и радикальные циклирование органических Халидов. В частности, прямое Арилирование n-метилпирроли с 4-йодбензониритилле для того, чтобы позволить себе 4-(1-метил-1н-пиррол-2-л) бензонаритил и радикальный циклирование n-бензоил-n-[(2-йодхинолин-3-л) метил] цианамид, чтобы позволить натуральный продукт луотонин а детализированы. Кроме того, кратко обсуждаются сфера применения и ограничения этого медно-фотонеортодоксального катализатора.

Introduction

Радикальные трансформации были известны на протяжении десятилетий, чтобы обеспечить удивительно эффективные пути в синтетической химии, которые часто дополняют преобразования, основанные на катионных, анинических или перициклических процессов1. Хотя особенно перспективным для различных видов преобразований, радикальной основе химии, однако, давно недоэксплуатируется, в основном из-за необходимости высокотоксичных реагентов, которые значительно ограничивает ее привлекательность. Кроме того, радикальные процессы уже давно считаются преобразованиями, связанными с низким уровнем контроля с точки зрения регио-и/или стереоэлективности, либо ведущими к обширным димеризации и/или вопросам полимеризации.

В последнее время были разработаны альтернативные стратегии для облегчения формирования и более эффективного контроля за реакционной способностью радикальных видов. Среди них, фотоВ-визуализация катализа стала одним из самых мощных методов, как это позволяет удобное поколение радикальных видов с помощью легкого адаптивного соединения, а именно, фотоего-и видимый свет облучения2,3 . Видимый свет сам по себе действительно в состоянии содействовать населения возбужденного состояния фотоВ-и-окислительный катализатор, который становится, следовательно, как сильный редуктант и антиоксидант, чем в соответствующем состоянии земли. Эти расширенные редокс свойства сделать один электронный процесс передачи, не представляется возможным в состоянии земли, возможно в мягких условиях от возбужденного состояния. За последние десять лет, видимый свет фотообзор катализа стала привлекательной и мощной техникой в органическом синтезе и позволило развитие многочисленных удивительно эффективных и селективных преобразований на основе радикальных промежуточных созданы в условиях устойчивого, мягкого и дружественного к пользователю состояния.

Несмотря на то, что большинство фотофинансовых процессов, о которых сообщается на сегодняшний день, доминируют в применении диосиридий-и рутений на основе фотофинансовых катализаторов, а также некоторых органических красителей, таких как пирлиум и аклиний производные4, более дешевые альтернативы по-прежнему очень востребованы для развития взаимодополняющих процессов, представляющих интерес для промышленного применения. В связи с этим использование медно-фотонеортодоксальных катализаторов представляется особенно привлекательным, поскольку они не только дешевле, но и предоставляют возможности для активации более широкого и/или различного диапазона субстратов, что, таким образом, открывает новые перспективы в Фото-Окс катализа5,6,7,8. Несмотря на некоторые перспективные ранние работы, о которых сообщили Куталь9, mitani10 и Соваж11 групп, фотоактивномедные комплексы меди, однако, были едва ли использованы в фотопрактике, вероятно, из-за их Короткоживущие возбужденные состояния по сравнению с их рутений-и иридия основе соединений. Совсем недавно, недавний замечательный вклад Петерс и Фу12,13,14,15, Рейзер16,17,18, в 19 , 20 и другие группы21,22,23,24,25 явно принесли внимание на медно-основанные фотоего катализаторы и продемонстрировали уникальный потенциал.

В рамках недавнего интереса к радикальным процессам катализируемой меди26,27, мы недавно сообщали о Генеральном и широко применимом медно-фотонеортодоксальных катализаторов, [(dpeфос) (BCP) Cu] PF6 (dpeфос: BIS [(2- дифенилфосфино) фенил] эфир; bcp: бакохоглушин), который оказался особенно эффективным для активации органических халиидов при облучении видимого света (рис. 1a)28,29,30. При облучении видимым светом и в присутствии Амина в качестве жертвенного редуктора, было показано, что широкий диапазон неактивированных арил и алкила-Халидов легко активируется каталитическими суммами [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 и, следовательно, участвовать в различных радикальных преобразований, включая сокращение, циклизации и прямое арилирования silanization несколько электронно-богатых (гетеро) Аренес. Кроме того, [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 также доказал свою успешность в продвижении фотоиндуцированного радикального циклизации домино инамидес и цианимиды, обеспечивая эффективный и прямой доступ к сложному три-, тетра-и пентациклик азота гетероциклы в основных структурах различных натуральных продуктов. Эта стратегия позволила эффективно синтезировать ротсетцин, луотонин а, и дезоксивацион, натуральные продукты, которые демонстрируют противоопухолевые, противомикробные, противовоспалительные и антидепрессивное действие. Эти преобразования проиллюстрированы на рисунке 1C. С механистической точки зрения, фотоиндуцированная активация органических Халидов с [(Dpeso) (BCP) Cu] PF6 протекает через редкий каталитический цикл Cu (i)/Cu (i) */Cu (0), который был подтвержден экстенсивным механистическим и светофизическим изучением. В частности, возбуждение наземного состояния [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 [Cu (I)] при облучении видимым светом приводит к формированию соответствующего возбужденного комплекса [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6* [Cu (i) *], который затем уменьшается на Жертвенный Амин для генерации соответствующих [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 [Cu (0)] видов. Это Cu (0) промежуточный редуктивный достаточно, чтобы уменьшить углерод-галогенные связи различных органических галоидов для создания соответствующих радикалов, которые могут затем участвовать в вышеупомянутых преобразований, вместе с регенерацией начиная катализатор (Рисунок 1B).

В следующем разделе мы сначала описываем протокол для синтеза фотоактивизируемым [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 (чьи НМР и спектроскопические характеристики представлены в разделе репрезентативных результатов). Синтез прост и особенно удобен, и просто требует добавления 1 эквивалента Dpeфос и 1 эквивалента bcp к растворе тетракисаацетонириллия меди (I) гексафорофосфафосфат в дихлорметане. Желательные [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 затем изолированы от осадков из диэтилового эфира и может быть легко получен на многограммовой шкале (рис. 2a). Важно отметить, что изолированный медный комплекс не особенно чувствителен к кислороду и влаге и поэтому может быть удобно обработан без каких-либо конкретных мер предосторожности, Кроме того, чтобы храниться вдали от света.

Во-вторых, мы описываем протоколы для активации органических халиидов с использованием [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 при облучении видимого света, фокусируясь на двух различных преобразованиях. Первой реакцией является прямое Арилирование N-метилпирроли с 4-йодбензониритом с использованием каталитических количеств [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 в качестве средства фотомониторинга, дицикльгексиляламина в качестве жертвенного редуктора и калия карбонат в качестве базы при облучении на 420 Нм (Рисунок 2B). Вторая реакция является радикальным циклирование n-бензоил-N-[(2-йодхинолин-3-ил) метилцианамид, используя тот же катализатор и жертвенный редуктант, чей циклирование непосредственно приводит к луотонин, естественный продукт отображения интересная противоопухолевая деятельность (рис. 2C). Для обоих преобразований предусмотрены подробные протоколы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6

  1. Добавить 3,73 г (10,00 ммоль) тетракисаацетонириллия медь (I) гексафорофосфафосфат и 5,39 г (10,00 ммоль) из Dpeфос в 2 л круглый нижней колбе оснащен магнитной перемешать бар.
  2. Fit круглый нижний флакон с тремя шеи вакуумного адаптера подключен к вакуумной линии и аргона линии.
  3. Эвакуируйте колбу под вакуумом и Наполни с аргоном три раза. Замените три вакуумного адаптера на шею резиновой перегородкой.
    Примечание: реакция может выполняться под воздухом с несколько сниженной эффективностью (см. раздел обсуждения для подробной информации).
  4. Добавьте 800 мл сухого дихлорметана.
    Примечание: Дихлорметан свежезаваренным дистиллированной из CaH2. Реакция также может быть выполнена в обычном дихлорметане (99,8%) с аналогичной эффективностью (см. раздел обсуждения для подробностей).
  5. Перемешать реакционную смесь на 2 ч в темноте (реакционную колбу, покрытое алюминиевой фольгой) при комнатной температуре (23-25 º C) под Аргонской атмосферой.
  6. Добавить 3,60 g (10,00 ммоль) bcp в 500 мл круглый нижний колбу оснащен магнитным баром перемешать.
  7. Fit круглый нижний флакон с тремя шеи вакуумного адаптера подключен к вакуумной линии и аргона линии.
  8. Эвакуируйте колбу под вакуумом и Наполни с аргоном три раза. Замените три вакуумного адаптера на шею резиновой перегородкой.
  9. Добавьте 200 мл сухого дихлорметана и аккуратно размешайте суспензию до полного растворения bcp.
  10. Добавьте раствор bcp в дихлорметан в реакционную смесь с помощью канюли.
  11. Перемешивайте дополнительный час в темноте (реакционную колбу, покрытое алюминиевой фольгой) при комнатной температуре (23-25 º C) под Аргонской атмосферой.
  12. Фильтр смеси через площадку Celite, мыть с CA. 100 мл дихлорметана и концентрат фильтрат к CA. 50-100 mL под пониным давлением.
  13. Добавьте дровыр концентрата на 1 л диэтилового эфира с помощью сложноворонки и с энергичным перемешиванием, чтобы вызвать осадки желаемого комплекса.
  14. Сбор осадок путем фильтрации через взбитые стекла (поры размер 3) и мыть осадок с CA. 100 мл диэтилового эфира.
  15. Высушите ярко-желтый осадок под вакуумом при комнатной температуре (23-25 º C) на 5 ч для восстановления 10,1 г (91% урожайности) медного комплекса.
    Примечание: доходность 75% была получена, когда реакция была выполнена под воздухом с использованием дистиллированного дихлорметана; 89% выход был получен, когда реакция была выполнена под аргоном с использованием регулярных дихлорметана; При выполнении реакции под воздухом с регулярным дихлорметаном, реакция оказалась менее эффективной и привела к гораздо более низкой чистоте (CA 70%, как оценивается по 1г НМР с внутренним стандартом).
  16. Характеристики [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 как сообщалось ранее31.

2. прямое Арилирование N-метилпирроли с 4-йодбензонирилем

  1. Добавить 55 mg (0,05 ммоль) [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6, 59 мг (0,25 ммоль) дициклигекламина (CY2NiBu), 138 мг (1,0 ммоль) из K2CO3 и 114 mg (0,50 ммоль) 4-йодбензоницилле в духовке-высушенный 10 мл флакон.
  2. Добавить магнитную панель размешать, уплотнение флакон с резиновой перегородки, эвакуировать флакон под вакуумом и заправить с аргоном в три раза.
  3. Добавить 5 мл ацоницитрила и 890 мкл (10,00 ммоль) N-метилпирроли. Замените резиновую перегородку на винтовой шапке.
    Примечание: Ацеконитрила свежезаваренным дистиллированной из CaH2 и дегазированных использованием замораживания-насос-оттепель циклов до использования для обеспечения высоких урожаев и воспроизводимости.
  4. Размешайте реакционную смесь в течение 3 дней при комнатной температуре (23-25 º C) в фотокиноактера под облучением длиной 420 Нм.
    Примечание: в качестве альтернативы использованию фотоучастника, реакция также может быть удобно выполнена с помощью полос синего светодиода или фотохимии устройства с синей СВЕТОДИОДНОЙ лампы (440 Нм, 34 W). Эти экспериментальные установки показаны на рисунке 3 (см. репрезентативные результаты), а обсуждение их соответствующих результатов обеспечивается в разделе "обсуждение".
  5. Фильтр реакции смеси через площадку Celite, мыть с CA. 5 мл диэтилового эфира и концентрат фильтрат под понижим давлением.
  6. Очистка сырой остаток от флэш-колонки хроматографии над кварцевого геля (элюент системы нефти эфир/Этоак: 90/10).
  7. Высушите чистое соединение под вакуумом при комнатной температуре (23-25 º C) на 3 ч, чтобы восстановить 65 мг (72% урожайности) желаемого С2-arylated пирролевой.
    Примечание: использование синих светодиодов полос предоставлено 76% доходности (69 мг), а использование фотохимии устройства с синей СВЕТОДИОДНОЙ лампы (440 Нм, 34 W) предоставляется 86% доходности (78 mg).
  8. Характеризовать чистое соединение, как сообщалось ранее32.

3. циклирование of N-бензоил-N-[(2-йодхинолин-3-л) метил цианамид в луотнин а

  1. Добавить 37 mg (0,09 ммоль) N-бензоил-N-[(2-йодхинолин-3-л) метилцианамид, 9 мг (9,0 мкмоль) [(dpeфос) (BCP) Cu] PF6, 11 мг (0,04 ммоль) CY2NiBU и 25 мг (0,18 ммоль) из K2CO3 в печь-сушеные 7 мл флакон оснащен магнитным баром перемешать.
  2. Уплотнение флакон с резиновой перегородки, эвакуировать флакон под вакуумом и затычки с аргоном в три раза.
  3. Добавьте 2 мл ацоницитрила. Замените резиновую перегородку на винтовой шапке.
    Примечание: Ацеконитрила дистиллируется из CaH2 и дегазированных с использованием замораживания-насос-оттепель циклов до использования для обеспечения высоких урожаев и воспроизводимости.
  4. Размешайте реакционную смесь в течение 5 дней при комнатной температуре (23-25 º C) в фотопрактике под облучением длиной 420 Нм.
  5. Фильтр реакции смеси через площадку Celite, мыть с CA. 2 мл дихлорметана и концентрата фильтрат под понижим давлением.
  6. Очистка сырой остаток от флэш-колонки хроматографии над кварцевого геля (элюента системы: нефтяной эфир/Этоак 60:40).
  7. Высушите чистое соединение под вакуумом при комнатной температуре (23-25 º C) на 3 ч для восстановления 20 мг (79% урожайности) желанного луотонина а.
  8. Характеризуют желаемого луотонина а как сообщалось ранее29.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6
Как показано в протоколе описанного выше раздела, синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 особенно удобен и может быть легко выполнен в мультиграммовой шкале. 1H и 13C NMR спектры обозначают формирование чистого комплекса (Рисунок 4A, B). Спектроскопические данные соответствуют тем, о которых сообщалось ранее31.

1 H NMR (400 МГц, Дксл3) δ (промилле): 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 C НМР (100 МГц, Дксл3) δ (промилле): 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.

Были зарегистрированы также спектры поглощения УФ/ВИС и излучения, которые показаны на рисунке 4C, D. УФ/ВИС поглощения спектра (ацитониритил, 10-4 м) отображает две основные полосы поглощения с двумя максимумом на 385 нм и 485 Нм. Спектр излучения (ацетацитрила, 10-4 м), полученный при возбуждении при 445 Нм, отображает максимум на 535 Нм.

Медно катализированная фотодиоидная прямая Арилирование (гетеро) аренов с арылхалидами
Прямое арилирования silanization N-метилпирроль с 4-йодбензониритил является представителем использования [(dpeфос) (BCP) Cu] PF6 для содействия прямого арилирования silanization различных электронно-богатых (гетеро) Аренес под видимым светом облучения. Масштаб трансформации изображен на рисунке 5. Эти результаты кратко обсуждаются в следующем разделе.

Что касается характеризации 4-(1-метил-1н-пиррол-2-л) бензонаритил, то 1h и 13C NMR спектры указывают на формирование чистого соединения (Рисунок 6A, B). Спектроскопические данные соответствуют ранее сообщенных32.

1 H NMR (400 МГц, Дксл3) δ (промилле): 7,66 (d, j = 8,6 Гц, 2h), 7,50 (d, j = 8,6 гц, 2h), 6,78 (app. t, j = 2,1 Гц, 1h), 6,35 (DD, j = 3,7 и 1,8 Гц, 1h), 6,23 (DD, j = 3,7 и 2,7 Гц, 1h), 3,71 (s, 3h). 13 C NMR (100 МГц, Дксл3) δ (промилле): 137,8, 132,7, 132,3, 128,4, 125,9, 119,1, 110,8, 109,8, 108,7, 35,6.

На рисунке 3 показаны три экспериментальные установки, которые были успешно использованы для выполнения прямого арилирования (гетеро) аренов с арил-Халидов в условиях фотоВ. Реакция может быть выполнена в фотокиноактера с облучением на длине волны 420 Нм (Рисунок 3a), используя коммерчески доступные полоски синего светодиода (Рисунок 3B), или с помощью фотохимического устройства с синей светодиодной лампой (440 Нм, 34 W) (Рисунок 3C). В следующем разделе дается краткое обсуждение разницы в эффективности между тремя экспериментальными установками.

Фотоиндуцированные радикальные циклирование домино инамидес и цианиамиды
Циклирование n-бензоил-N-[(2-йодхинолин-3-ил) метил цианамид в луотнин а является представителем использования [(dpeфос) (BCP) Cu] PF6 для содействия радикальной домино циклирование инамидес и цианимиды, содержащие соответствующим образом размещенный йодариловый Субблок. Эти циклизации, которые обеспечивают эффективный и прямой доступ к Tri-, тетра-и пентациклик азотные гетероцикулы на основные структуры различных натуральных продуктов, показаны на рисунке 7. Эти результаты кратко обсуждаются в следующем разделе.

1H и 13C NMR спектры указывают на формирование чистого натурального продукта луотонина a (Рисунок 8a, B). Спектроскопические данные соответствуют ранее сообщенных33.

1 H NMR (300 МГц, Дксл3) δ (промилле): 8.49-8.41 (m, 3 h), 8,12 (d, j = 7,8 Гц, 1h), 7,95 (d, j = 7,5 Гц, 1 h), 7.89-7.82 (m, 2 h), 7.71-7.66 (m, 1 h), 7,58 (t, j = 8,1 Гц, 1 H), 5,34 (s, 2 h). 13 C NMR (75 МГц, Дксл3) δ (промилле): 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
Рисунок 1 . [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 в качестве общего медно-фотонеортодоксального катализатора. (A). Общие свойства [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6. (B). общий механизм активации органических халиидов. (C). репрезентивные преобразования включая уменьшение, прямое арилирования silanization и циклирование реакции. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2 . Синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 и применение в органическом/натуральному синтезе продукта. (A). Синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6. (B). прямое Арилирование N-метилпирроли. (C). радикальный циклирование к луотонин а. пожалуйста, щелкните здесь, чтобы просмотреть увеличенная версия этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3 . Экспериментальные установки, используемые для прямого арилирования (гетеро) Аренес в рамках фотоВ- (A). Фотоактёр. (B). синие светодиоды полос. (C). фотохимический аппарат и синяя светодиодный светильник. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4 . Характеристика [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6. (A). 1н НМР Спектрум (дксл3, 400 МГц, 23 °c). (B). 13C НМР Спектрум (кпсл3, 100 МГц, 23 °c). (C). УФ/ВИС спектра поглощения (ацетониритил, аргон, 23 °c). (D). спектр излучения (ацетониритил, аргон, 23 °c). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5 . Медно катализированная фотодиоидная прямая Арилирование (гетеро) аренов с арылхалидами. Области субстрата. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.

Figure 6
Рисунок 6 . Характеристика 4-(1-метил-1H-пиррол-2-л) бензониритил. (A). 1н НМР Спектрум (дксл3, 400 МГц, 23 °c). (B). 13C НМР Спектрум (кпсл3, 100 МГц, 23 °c). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.

Figure 7
Рисунок 7 . Фотоиндуцированные радикальные циклирование домино инамидес и цианиамиды. Области субстрата. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.

Figure 8
Рисунок 8 . Характеристика луотонина а. (A). 1н НМР Спектрум (дксл3, 300 МГц, 23 °c). (B). 13C NMR спектра (КСТ3, 75 МГц, 23 °c). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6
Синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 обычно выполняется с использованием сухого дихлорметана (дистиллированной до использования) и под аргоном, чтобы обеспечить высокий урожай, чистоту и хорошую воспроизводимость. Как упоминалось в протоколе, синтез [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 может быть выполнен при регулярном дихлорметане (99,8%) и/или под воздухом с переменной эффективностью. Действительно, в то время как использование регулярных дихлорметана под аргоном обеспечивает такую же эффективность (89% урожайности), выполнение реакции с дистиллированной дихлорметан под воздухом только предоставляет желаемый комплекс в 75% урожайности. Наконец, выполнение реакции с недистиллированным дихлорметаном под воздухом дает желаемый комплекс с заметно более низкой чистотой (CA 70% по оценке по 1н НМР с использованием внутреннего стандарта). Как следствие, можно заключить, что качество дихлорметана, используемого не оказывает сильного влияния на эффективность реакции (высокая урожайность и чистота), при условии, что реакция проводится под аргоном. С другой стороны, выполнение реакции под воздухом не рекомендуется, так как она дает желаемый комплекс с уменьшенное КПД и, что еще более важно, с более низкой чистотой в сочетании с недистиллированным дихлорметан.

Медно катализированная фотодиоидная прямая Арилирование (гетеро) аренов с арылхалидами
Как показано на рисунке 5, реакция была найдена довольно общей с серией 2-arylated пирролы, полученные в справедливой, чтобы хорошие урожаи. Примечательно, что арылиды, замененные бромиром или боронатом, являются удобными отправками и поэтому могут позволить себе отправную точку для дальнейшей функционализации и валоризации соответствующих biaryls. Также было показано, что защищенные с помощью БПЦ пирролы легко arylated с различными арилидов, в то время как реакция может быть также распространена на arylated некоторых электронно-богатых бензольных колец, таких как 2, 4, 6-mesitylene, 2, 4, 6-триметоксибензола и 1, 3- диметоксибензола. Наконец, более сложные электрон-бедных арил бромиды также может быть использован для прямого арилирования N-метилпирроль в то время как неактивированный арил бромидес и арил хлориды не реагируют в условиях реакции, которые, вероятно, представляют собой основные ограничения этой процедуры. В целом, эти результаты показывают, что [(dpeфос) (BCP) Cu] PF6 эффективно активирует углерод-галогенная связь нескольких арил халидес для содействия прямого арилирования silanization некоторых (гетеро) Аренес, которые должны быть использованы в большом избытке для достижения хорошей эффективности. Это ограничение, однако, является общим для большинства процедур, о которых сообщается на сегодняшний день, способствующих такой же трансформации.

Как упомянуто в разделе протокола, медно-катализированная фотогеникция прямая Арилирование (гетеро) Аренес с арилидилидами в основном выполняется с помощью фотоактера с облучением на 420 Нм. Кроме того, было продемонстрировано использование более простых и легкодоступных экспериментальных установок с использованием коммерчески доступных полос светодиодов, а также фотохимического устройства с синей СВЕТОДИОДНОЙ лампой (440 Нм, 34 Вт). Интересно, что с помощью этих трех устройств наблюдаются небольшие, но заметные отличия в эффективности. В то время как фотохимия и синие полоски светодиодов дают желаемый продукт arylated в сопоставимых урожае (72% и 76% соответственно), фотохимический прибор с синей СВЕТОДИОДНОЙ лампой обеспечивает наивысший урожай в желаемом продукте (86%). Это, скорее всего, связано с количеством света, который фактически проникает в реакционную смесь, так как хорошо известно, что видимое проникновение света в растворе, содержащем фотоактивный вид, довольно низкое. Как следствие, Количество фото, который фактически активирован в растворе, и который отвечает за катализа, также может быть как-то ограничен и становиться ограничивающим фактором. Среди трех экспериментальных установок, используемых для прямого арилирования silanization N-метилпирроль с 4-йодбензониритил, фотохимический прибор с голубой светодиодной лампой, безусловно, является наиболее интенсивным, что приводит к самым высоким количеством возбужденных комплекс и, таким образом, более высокую эффективность. Такие соображения также имеют решающее значение для наращивания таких фотоиндуцированных процессов, которые, вероятно, удобнее выполнять в условиях непрерывного расхода в больших масштабах34,35.

Фотоиндуцированные радикальные циклирование домино инамидес и цианиамиды
Как показано на рисунке 7, [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 был показан в качестве эффективного промоутера под видимым светом облучения для радикального домино циклирование различных инамидес и цианиамиды, обеспечивающим Tri-, Тетра-или пентациклик азота гетероциклы, в справедливой к хорошим выходами от легко имеющихся прекурсоров, на основных структурах различных натуральных продуктов. Эта стратегия позволила синтеза росетцин, луотнин а, и дезоксивацион, натуральные продукты, представляющие большой интерес, которые обладают противоопухолевой, антимикробной, противовоспалительной и антидепрессантов деятельности. Примечательно, что циклирование инамидес и цианимиды уже были описаны malacria с использованием более классической олова основе условий33,36, или в рамках фотоВ- 3 как фотовизуализация катализатора37. По сравнению с теми, о которых сообщалось ранее, Новая система, основанная на меди, мы сообщали о привлекательной альтернативе, так как она обеспечивает аналогичную область субстрата и дает возможность избежать использования высокотоксичных BU3SNH (Malacria) или дорогой КВС-Ир (ППИ)3 (Yu). В целом, эта система доказала свою эффективность для активации различных неактивированных арил-или алкля-углеродных-галогенных облигаций, ведущих к ключевым структурам в органическом синтезе, а также в открытии лекарственных препаратов и естественном синтезе продукта.

В целом, результаты обсуждались выше подчеркнуть эффективность [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 в качестве альтернативы иридия-и рутений на основе фотокатализаторов. Аналогичные уровни эффективности могут быть получены с медной основе катализатора, который является как гораздо легче подготовиться и намного дешевле. Синтез медного на основе фотокатализатора в дополнение очень Модульная, которая прокладывает путь для проектирования и развития второго поколения катализаторов решения основных ограничений встретился с [(Dpeфос) (BCP) Cu] PF6 (то есть, довольно высокий нагрузка катализатора по-прежнему требуется в большинстве случаев и его неумение активировать некоторые арил бромидес и арил хлориды).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана университет в Брюсселе (ULB), Федерация Уолони-Брюссель (АРК Консолидатор 2014-2019), Инновирс (проект PhotoCop), и стоимость действия CM1202. H.B. признает фон залить La образование à la Recherche данс L'infere и данс L'сельское хозяйство (Ф.Р.И.А.) для выпускников стипендий. С.Т. признает фонды научных исследований (FNRS) для исследовательских стипендий.

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

Химия выпуск 147 медь катализа фотохимический каталит видимый свет радикальные реакции C-H arylation радикальные циклирование натуральные продукты цианимиды инамидес луотонин A
[(Dpeфос) (BCP) Cu] PF<sub>6</sub>: общий и широко применимый медно-Фотонеортодоксальный катализатор
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