Waiting
Login processing...

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

Chemistry

[(DPEPhos) (bcp) cu] PF6: genel ve geniş uygulanabilir bakır bazlı Photoredox katalizörü

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

Ayrıntılı ve genel protokoller sentezlenmesi için sunulmaktadır [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6, genel bir bakır tabanlı photoredox katalizör, ve sentetik Kimya kullanımı için C-H tahvil doğrudan arylation (hetero) Arenes ve radikal Organik halides kclization.

Abstract

Grubumuz son zamanlarda kullanımını bildirdi [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 aktif olmayan olanlar da dahil olmak üzere geniş bir yelpazede organik halides, aktivasyonunu teşvik etmek için verimli kanıtlamıştır genel bir bakır tabanlı photoredox katalizör olarak. Bunlar daha sonra azalma ve siklizasyon reaksiyonlar gibi çeşitli radikal dönüşümler, yanı sıra birkaç (hetero) Arenes doğrudan arylation katılabilir. Bu dönüşümler sentetik kimya ilgi küçük moleküllerin yanı sıra biyolojik olarak aktif doğal ürünler bir dizi basit bir erişim sağlar. Tamamen, [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 , State-of-the-art İridium-ve Ruthenium tabanlı photoredox katalizörler için cazip, ucuz ve tamamlayıcı bir alternatif gibi görünen uygun bir photoredox katalizör olarak davranır. Burada, [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6' nın sentezinin yanı sıra NMR ve spektroskopik karakterizasyon için ayrıntılı bir protokol bildiriyoruz ve biz de (hetero) Arenes ve radikal cyclizasyon için sentetik kimyanın kullanımını gösteriyoruz Organik halides. Özellikle, 4-iodobenzonitrile ile N-metilpirrolün doğrudan arylation 4-(1-metil-1H-pyrrol-2-göze il) benzonitril ve n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metil radikal siklizasyon] doğal ürün luotonin A 'ya sahip siyanamid ayrıntılı olarak görülmektedir. Bu bakır bazlı photoredox katalizörün kapsamı ve sınırlamaları da kısaca tartışılmaktadır.

Introduction

Radikal dönüşümler, genellikle katyonik, anyonik veya perikiklik süreçlere dayalı dönüşümlere tamamlayıcı olan sentetik kimyanın son derece verimli yollarını sağlamak için yıllardır bilinmektedir1. Özellikle dönüşümler çeşitli türleri için umut verici olsa da, radikal bazlı Kimya ancak uzun süre istismar edilmiştir, önemli ölçüde onun çekiciliğini sınırlar yüksek toksik reaktifler için ihtiyaç nedeniyle. Dahası, radikal süreçler, Regio-ve/veya stereoselasyon açısından kötü kontrol seviyeleri ile ilişkili dönüşümler olarak uzun süre kabul edilmiştir ya da geniş dimerizasyon ve/veya polimerizasyon sorunlarına yol açan.

Nesil kolaylaştırmak ve radikal türlerin reaktivite daha iyi kontrol etmek için alternatif stratejiler son zamanlarda geliştirilmiştir. Bunlar arasında, photoredox kataliz en güçlü yöntemlerden biri haline gelmiştir gibi bir ışık duyarlı bileşik kullanarak radikal türlerin uygun nesil sağlar, yani photoredox katalizör, ve görünür ışık ışınlama2,3 . Görünür ışık kendisi gerçekten olur photoredox katalizör heyecanlı devlet nüfus teşvik edebilmek, sonuç olarak, hem daha güçlü bir azaltma ve oksidan karşılık gelen zemin durumu daha. Bu gelişmiş redoks özellikleri, heyecan verici durumdan hafif koşullar altında mümkün olmayan tek elektron transfer süreçleri, zemin durumunda uygulanabilir hale getirmek. Son on yıl içinde, görünür ışık photoredox kataliz organik sentez çekici ve güçlü bir teknik haline gelmiştir ve radikal ara dayalı sayısız son derece verimli ve seçici dönüşümler gelişmesine izin verdi sürdürülebilir, hafif ve Kullanıcı dostu koşullar altında üretilir.

Bugüne kadar çoğu photoredox süreçleri İridium ve rutinyum tabanlı photoredox Katalizörler, yanı sıra pyrylium ve acridinium türevleri4gibi bazı organik boyalar tarafından hakim olduğu bildirildi, daha ucuz alternatifler hala son derece talep edilir Endüstriyel uygulamalar için ilgi tamamlayıcı süreçlerin geliştirilmesi için. Bu bağlamda, bakır bazlı fotoredox katalizör kullanımı, özellikle daha ucuz değil, aynı zamanda daha geniş ve/veya farklı substratlar, bu nedenle yeni perspektifler açar etkinleştirmek için fırsatlar sağlamak gibi çekici görünür photoredox kataliz5,6,7,8. Kutal9, Mitani10 ve Sauvage11 grupları tarafından bildirilen bazı umut verici erken eserlerine rağmen, photoactivatable bakır kompleksleri, ancak, sadece pek çok photoredox kataliz kullanılan, muhtemelen nedeniyle onların kısa ömürlü heyecanlı Devletler onların Ruthenium ve İridium tabanlı congeners kıyasla. Daha Geçenlerde, Peters ve Fu tarafından son olağanüstü katkılar12,13,14, 15, Reiser16,17,18, 19 , 20 ve diğer gruplar21,22,23,24,25 açıkça geri bakır tabanlı photoredox katalizörler dikkat getirdi ve gösterdi onların benzersiz bir potansiyele sahiptir.

Bakır-katalizlenmiş radikal süreçlere olan son ilgimizin bir parçası olarak26,27, son zamanlarda genel ve geniş bir şekilde uygulanabilir bakır tabanlı photoredox katalizör bildirdi, [(dpephos) (bcp) cu] PF6 (dpephos: bis [(2- diphenylphosphino) phenyl; eter; BCP: bathocuproine), görünür ışık ışınlama altında organik halojenitler aktivasyonu için özellikle etkili olduğu ortaya çıktı (Şekil 1a)28,29,30. Görünür ışık ile ışınlama ve kurban azaltma olarak bir amin varlığına bağlı olarak, geniş bir yelpazede aktif olmayan aril ve alkil halojenitler, katalitik miktarlarda [(dpephos) (bcp) cu] PF6 ve bu nedenle katılmak için kolayca aktive edilmesi gösterildi indirimleri, cyclizations ve çeşitli elektron zengin (hetero) Arenes doğrudan arylation dahil olmak üzere çeşitli radikal dönüşümler. Ayrıca, [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 da, komplike Tri-, Tetra-ve pentacyclik nitrojenlere verimli ve kolay erişim sağlayan, inamik ve siyanaminlerin fotoindüklenmiş radikal Domino cyclizations teşvik başarılı kanıtlanmıştır çeşitli doğal ürünlerin temel yapılarında heteroc,. Bu strateji, antikanser, antimikrobiyal, Anti-inflamatuar ve antidepresan faaliyetleri gösteren rosettasin, luotonin A ve deokvasicinon, doğal ürünlerin verimli sentezine izin verdi. Bu dönüşümler Şekil 1C'de gösterilmektedir. Mekanik açıdan bakıldığında, [(dpephos) (bcp) cu] PF6 ile organik halojenitler 'in fotoindüklenmiş aktivasyonu, geniş mekanik ve fotofizik çalışmalar ile teyit edilen nadir bir cu (i)/cu (i) */cu (0) katalitik döngü ile ilerler. Özellikle, zemin devletin uyarılması [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 [cu (i)] görünür ışık tarafından ışınlanma üzerine karşılık gelen heyecanlı kompleks oluşumuna yol açar [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6* [cu (i) *] hangi sonra azalır kurban Amin ilgili oluşturmak için [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 [cu (0)] türler. Bu cu (0) orta, daha sonra yukarıda belirtilen dönüşümler katılabilir ilgili radikaller oluşturmak için çeşitli organik halojenitler karbon – halojen bağ azaltmak için yeterli redüktif, birlikte başlangıç rejenerasyon ile katalizör (Şekil 1B).

Aşağıdaki bölümde, ilk olarak photoactivatable [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 (NMR ve spektroskopik karakterizasyonu temsili sonuçlar bölümünde sunulan) sentezlemek için protokol açıklanmaktadır. Sentezi basit ve özellikle kullanışlı, ve sadece eklenmesini gerektirir 1 DPEPhos eşdeğer ve 1 eşdeğer bir solüsyon için bcp tetrakisacetonitrile bakır (I) diklorometthane hexafluorophosphate. İstenen [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 daha sonra dietil eter yağışıyla izole edilir ve multigram ölçekte kolayca elde edilebilir (Şekil 2a). Daha da önemlisi, izole bakır kompleksi oksijen ve neme özellikle duyarlı değildir ve bu nedenle hafif uzak saklanmaktan başka hiçbir özel önlemler ile uygun şekilde ele alınabilir.

İkincisi, biz iki farklı dönüşümler odaklanarak [(dpephos) (bcp) cu] PF6 görünür ışık ışınlama altında kullanarak organik halojenitler etkinleştirmek için protokolleri tarif. İlk reaksiyon, 4-ıodobenzonitrile ile N-methylpyrrole doğrudan arylation olan katalitik miktarlarda kullanarak [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 photoredox katalizör olarak, dicyclohexylisobutylamine olarak kurban azaltma ve potasyum 420 nm 'de ışınlama altında baz olarak karbonat (Şekil 2B). İkinci reaksiyon, n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metil] cyanamid, aynı katalizör ve kurbanlık indirgenme kullanarak radikal sistelasyon, hangi siklizasyon doğrudan luotonin bir yol açar, doğal bir ürün görüntüleme ilginç antikanser faaliyetleri (Şekil 2C). Her iki dönüşümler için ayrıntılı protokoller sağlanır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 sentezi

  1. 3,73 g (10,00 mmol) tetrakisacetonitrile bakır (ı) hexafluorophosphate ve 5,39 g (10,00 mmol) DPEPhos bir 2 L yuvarlak alt Flask bir manyetik karıştırın Bar ile donatılmış ekleyin.
  2. Bir vakum hattına ve bir argon hattına bağlı üç boyun vakum adaptörü ile yuvarlak alt Flask sığdırmak.
  3. Vakum altında flask boşaltın ve argon ile dolgu üç kez. Üç boyun vakum adaptörünü kauçuk septum ile değiştirin.
    Not: reaksiyon biraz azaltılmış verimlilik ile hava altında yapılabilir (Ayrıntılar için tartışma bölümüne bakın).
  4. 800 mL kuru dichloromethane ekleyin.
    Not: dichloromethane, CaH2' den taze damıtılır. Reaksiyon da düzenli diklorometan (% 99,8) yapılabilir benzer verimlilikle (Ayrıntılar için tartışma bölümüne bakın).
  5. Bir argon atmosferinde (23-25 º C) Oda sıcaklığında (alüminyum folyo ile kaplı reaksiyon Flask) karanlıkta 2 h için reaksiyon karışımı karıştırın.
  6. Bir manyetik karıştırın Bar ile donatılmış bir 500 mL yuvarlak alt Flask için bcp 3,60 g (10,00 mmol) ekleyin.
  7. Bir vakum hattına ve bir argon hattına bağlı üç boyun vakum adaptörü ile yuvarlak alt Flask sığdırmak.
  8. Vakum altında flask boşaltın ve argon ile dolgu üç kez. Üç boyun vakum adaptörünü kauçuk septum ile değiştirin.
  9. 200 ml kuru diklorometan ekleyin ve BCP 'nin tam dağılıncaya kadar süspansiyonu hafifçe karıştırın.
  10. Bir kanül kullanarak reaksiyon karışımından diklorometan 'de bcp çözümünü ekleyin.
  11. Bir argon atmosferi altında oda sıcaklığında (23-25 º C) karanlıkta ek bir saat için (reaksiyon Flask alüminyum folyo ile kaplı) karıştırın.
  12. Celite bir Pad ile karışım filtre, CA. 100 ml diklorometan ile yıkayın ve azaltılmış basınç altında CA. 50-100 ml için süzüntü konsantre.
  13. Bir ek huni kullanarak dietyl Eter 1 L konsantre dropwise ekleyin ve istenen kompleks yağış teşvik etmek için kuvvetli karıştırma ile.
  14. Bir Fritli cam (gözenek boyutu 3) ile filtrasyon tarafından çökelti toplamak ve dietyl eter CA. 100 ml ile çökelme yıkayın.
  15. Bakır kompleksinin 10,1 g (% 91 verim) kurtarmak için 5 h için oda sıcaklığında (23-25 º C) vakum altında parlak sarı çökelme kuru.
    Not: damıtılmış dichloromethane kullanılarak hava altında reaksiyon yapıldığında% 75 verim elde edildi; normal dichloromethane kullanılarak argon altında reaksiyon yapıldığında% 89 verim elde edildi; normal dichloromethane ile hava altında reaksiyon yaparken, reaksiyon daha az verimli bulundu ve çok daha düşük saflık yol açtı (CA 70%, tahmini olarak 1H NMR bir iç standart ile).
  16. Karakterize [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 daha önce bildirilen31.

2.4-iodobenzonitrile N-metilpirrolün doğrudan arylation

  1. Ekle 55 mg (0,05 mmol) [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6, 59 mg (0,25 mmol) dicyclohexylisobutylamine (CY2NıBu), 138 mg (1,0 mmol) K2Co3 ve 114 mg (0,50 mmol) 4-ıodobenzonitrile bir fırın-kurutulmuş 10 ml şişe.
  2. Bir manyetik karıştırın çubuk ekleyin, bir kauçuk septum ile şişe mühür, vakum altında şişe tahliye ve argon ile dolgu üç kez.
  3. 5 ml Asetonitril ve 890 μL (10,00 mmol) N-metilpyrrole ekleyin. Kauçuk septum bir vida kapağı ile değiştirin.
    Not: Asetonitril, CaH2 ' den taze distile ve yüksek verim ve yeniden Üretilebilirlik sağlamak için kullanmadan önce donma-pompa-çözme döngüleri kullanarak gaz.
  4. 420 nm dalga boyu ışınlama altında bir fotoreactor oda sıcaklığında 3 gün (23-25 º C) için reaksiyon karışımı karıştırın.
    Not: bir fotoreactor kullanımına alternatif olarak, reaksiyon da uygun mavi LED şeritler veya bir Fotokimya cihazı ile mavi ışık lambası (440 NM, 34 W) kullanılarak yapılabilir. Bu deneysel kurulumlar Şekil 3 ' te gösterilir (bkz. temsili sonuçlar) ve ilgili sonuçlar hakkında bir tartışma "tartışma" bölümünde sağlanmıştır.
  5. Celite bir Pad aracılığıyla reaksiyon karışımı filtre, dietil eter CA. 5 mL ile yıkayın ve azaltılmış basınç altında filtrat konsantre.
  6. Silika jel üzerinde flaş sütun Kromatografi tarafından ham kalıntı arındırmak (eluent sistem petrol eter/EtOAc: 90/10).
  7. Oda sıcaklığında vakum altında saf bileşik kuru (23-25 º C) için 3 h kurtarmak için 65 mg (72% verim) istenen C2-arylated pyrrole.
    Not: mavi LED şeritler kullanımı% 76 verim (69 mg) tanınırken bir Fotokimya cihazın kullanımı (440 NM, 34 W), bir Fotokimya cihaz bir% 86 verim (78 mg) tanınan.
  8. Saf bileşik daha önce bildirilen32olarak karakterize.

3. n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metil] siyanamid, luotonine bir

  1. Ekle 37 mg (0,09 mmol) n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metil] siyanamid, 9 mg (9,0 μmol) [(dpephos) (bcp) cu] PF6/6mg (0,04 mmol), Cy2Nibu ve 25 mg (0,18 mmol) K2Co3 Fırın-kurutulmuş 7 mL şişe manyetik karıştırın Bar ile donatılmıştır.
  2. Şişe kauçuk septum ile mühürleyin, vakum altında şişe tahliye ve argon ile dolgu üç kez.
  3. 2 mL Asetonitril ekleyin. Kauçuk septum bir vida kapağı ile değiştirin.
    Not: Asetonitril CaH2 distile ve yüksek verim ve reproducibility sağlamak için kullanmadan önce donma-pompa-çözme döngüleri kullanarak gaz.
  4. 420 nm dalga boyu ışınlama altında bir fotoreactor oda sıcaklığında 5 gün (23-25 º C) için reaksiyon karışımı karıştırın.
  5. Celite bir Pad ile reaksiyonunu filtre, CA. 2 ml diklorometan ile yıkayın ve azaltılmış basınç altında filtrat konsantre.
  6. Silika jel (eluent sistemi: petrol eter/EtOAc 60:40) üzerinde flaş sütun Kromatografi ile ham kalıntı arındırmak.
  7. Oda sıcaklığında vakum altında saf bileşik kuru (23-25 º C) için 3 h kurtarmak için 20 mg (79% verim) istenen luotonin A.
  8. Daha önce bildirilen29olarak istenen luotonin A karakterlendirin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

[(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 sentezi
Yukarıdaki bölümde açıklanan protokol tarafından gösterildiği gibi, sentezini [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 özellikle uygundur ve kolayca multigram ölçekte gerçekleştirilebilir. 1H ve 13C NMR Spectra saf kompleks oluşumu gösterir (Şekil 4A, B). Spektroskopik veriler daha önce bildirilen31' e karşılık gelir.

1 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 ' ü 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.

UV/VIS emilimi ve emisyon spektrumları da kaydedildi ve Şekil 4C, D'de gösterilir. UV/VIS emilim spektrumunun (Asetonitril, 10-4 M) iki ana emilim bandı ile iki maxima 385 nm ve 485 nm görüntüler. 445 nm 'de uyarma ile elde edilen emisyon spektrumunun (Asetonitril, 10-4 M), 535 nm 'de maksimum görüntüler.

Bakır-katalizör photoredox doğrudan arylation (hetero) Arenes ile aril halojenitler
4-iodobenzonitrile ile N-methylpyrrole doğrudan arylation [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 kullanımı temsilcisi görünür ışık ışınlama altında çeşitli elektron-zengin (hetero) Arenes doğrudan arylation teşvik etmektir. Dönüşüm kapsamı Şekil 5' te tasvir edilir. Bu sonuçlar kısa bir sonraki bölümde tartışılmaktadır.

4-(1-metil-1h-pyrrol-2-il) benzonitril, 1h ve 13C NMR spektrumunun karakterizasyonu için saf bileşiğin oluşumunu gösterir (Şekil 6A, B). Spektroskopik veriler daha önce bildirilen32için karşılık gelir.

1 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 ve 1,8 Hz, 1h), 6,23 (dd, j = 3,7 ve 2,7 Hz, 1h), 3,71 (s, 3H). 13 ' ü 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.

Şekil 3 , photoredox koşulları altında aril halojenitler ile (hetero) Arenes doğrudan arylation gerçekleştirmek için başarıyla kullanılan üç deneysel kurulumları gösterir. Reaksiyon, 420 nm dalga boyu (Şekil 3a), ticari olarak kullanılabilir mavi LED şeritler (Şekil 3B) kullanarak veya mavi LED lamba (440 NM, 34 W) ile bir Fotokimya cihazı kullanarak ışınlama ile bir fotoreactor gerçekleştirilebilir (Şekil 3C). Üç deneysel kurulumlar arasındaki verimlilik farkı hakkında kısa bir tartışma sonraki bölümde verilmiştir.

İniditlerin ve siyanaminlerin fotoindüklenmiş radikal Domino sistzasyonu
N-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-il) metil] cyanamid-luotonin bir siklizasyon kullanımı temsilcisi [(dpephos) (bcp) cu] PF6 iniditler ve siyanaminlerin radikal Domino siklizasyon tanıtmak için bir uygun bir şekilde yerleştirilmiş. Çeşitli doğal ürünlerin temel yapılarında Tri-, Tetra-ve pentacyclik azot heteroc, verimli ve basit bir erişim sağlayan bu cyclizations, Şekil 7' de gösterilmektedir. Bu sonuçlar kısa bir sonraki bölümde tartışılmaktadır.

1H ve 13C NMR Spectra saf doğal ürün luotonin a oluşumunu gösterir (Şekil 8a, B). Spektroskopik veriler daha önce bildirilen33için karşılık gelir.

1 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 ' ü 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
Şekil 1 . [(DPEPhos) (bcp) cu] Genel bakır bazlı photoredox katalizörü olarak PF6 . (A). [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6genel özellikleri. (B). organik halides aktivasyonu için genel mekanizma. (C). azaltma, doğrudan arylation ve siklizasyon reaksiyonları dahil olmak üzere temsilci dönüşümleri. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2 . Sentezi [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 ve uygulama organik/doğal ürün sentezi. (A). Sentezi [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6. (B). N-methylpyrrole doğrudan arylation. (C). luotonin A. için radikal siklizasyon Bu rakam daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın .

Figure 3
Şekil 3 . Photoredox koşulları altında (hetero) Arenes doğrudan arylation için kullanılan deneysel kurulumlar. (A). Mikroalglar. (B). mavi LED şeritler. (C). Fotokimya cihazı ve mavi LED lamba. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4 . [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6' nın karakterizasyonu. (A). 1H NMR spektrumlu (cdcl3, 400 MHz, 23 °c). (B). 13C NMR spektrum (cdcl3, 100 MHz, 23 °c). (C). UV/VIS emilim spektrum (Asetonitril, argon, 23 °c). (D). emisyon spektrumunu (Asetonitril, argon, 23 °c). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5 . Bakır-katalizlü photoredox doğrudan arylation (hetero) Arenes ile aril halides. Substrat kapsamı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6 . 4-(1-metil-1H-pyrrol-2-yl) benzonitril karakterizasyonu. (A). 1H NMR spektrumlu (cdcl3, 400 MHz, 23 °c). (B). 13C NMR spektrum (cdcl3, 100 MHz, 23 °c). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7 . İnkemit ve siyanaminlerin fotoindüklenmiş radikal Domino sistzasyonu. Substrat kapsamı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Figure 8
Şekil 8 . Luotonin A karakterizasyonu. (A). 1H NMR spektrumlu (cdcl3, 300 MHz, 23 °c). (B). 13C NMR spektrum (CDCl3, 75 MHz, 23 °c). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

[(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 sentezi
Sentezini [(dpephos) (bcp) cu] PF6 genellikle kuru diklorometan kullanılarak gerçekleştirilir (kullanmadan önce distile) ve Argon altında en yüksek verim sağlamak için, saflık ve iyi reproducibility. Protokolde belirtildiği gibi, [(dpephos) (bcp) cu] PF6 sentezini düzenli diklorometan (% 99,8) ile yapılabilir ve/veya hava altında değişken verimlilikler. Gerçekten de, argon altında düzenli diklorometan kullanımı aynı verimlilik (% 89 verim) elde ederken, hava altında damıtılmış diklorometan ile reaksiyon gerçekleştirme sadece bir 75% verim istenen kompleks sağlar. Son olarak, hava altında olmayan distile diklorometan ile reaksiyon gerçekleştirmek belirgin bir düşük saflık ile istenen kompleks tanıyor (CA 70% olarak tahmin 1H NMR bir iç standart kullanarak). Bunun bir sonucu olarak, kullanılan diklorometan kalitesinin reaksiyon (yüksek verim ve saflık) verimliliği üzerinde güçlü bir etkisi yoktur, reaksiyon argon altında gerçekleştirilmesinin sağlanması sonucuna varabiliriz. Öte yandan, hava altında reaksiyon gerçekleştirmek tavsiye edilmez, bu düşük verimlilik ile istenen kompleks tanıyor ve daha da önemlisi, non-distile dichloromethane ile birlikte daha düşük saflık ile.

Bakır-katalizör photoredox doğrudan arylation (hetero) Arenes ile aril halojenitler
Şekil 5' te gösterildiği gibi, reaksiyon iyi verim için adil elde edilen bir dizi 2-arylated pirol ile oldukça genel olarak bulunmuştur. Önemli, bir bromür veya bir bor ile yerine aril iyodler uygun başlangıç malzemeleri ve bu nedenle daha fazla functionalization ve ilgili biaryls Valorizasyon için bir başlangıç noktası göze. Boc korumalı pirrollerin aynı zamanda, iki, 4, 6-mesitylene, 2, 4, 6-trimethoxybenzen ve 1, 3 gibi bazı elektron zengin benzen Yüzüklerin arylation da uzatılabilir ise Arl iyodürler çeşitli ile kolayca arylated olduğu gösterildi- dimethoxybenzene. Son olarak, daha zorlu elektron-yoksul aril bromürler da N-metilpirrolün doğrudan arylation için kullanılabilir iken aktif olmayan aril bromürler ve aril klorür reaksiyon koşulları altında reaktif değildir, hangi muhtemelen temsil ana Bu yordamın sınırlama. Tamamen, bu sonuçlar göstermek [(dpephos) (bcp) cu] PF6 verimli bir şekilde büyük fazla kullanılması gereken bazı (hetero) Arenes doğrudan arylation teşvik etmek için çeşitli aril halojenitler karbon – halojen bağ aktive eder iyi verimlilik elde etmek. Bu sınırlama, ancak, çoğu yordamlar için ortak aynı dönüşümü yükseltmek Tarih bildirdi.

Protokol bölümünde belirtildiği gibi, Erl halojenitler ile bakır-katalizör photoredox doğrudan arylation (hetero) Arenes ağırlıklı olarak 420 nm 'de ışınlama ile bir fotoreactor kullanılarak gerçekleştirilir. Alternatif olarak, daha kolay ve daha kolay kullanılabilir deneysel kurulumlar kullanımı da gösterildi, ticari olarak kullanılabilir mavi LED şeritler kullanımı ile, yanı sıra mavi LED lamba (440 NM, 34W) ile bir Fotokimya cihaz. İlginç bir şekilde, bu üç cihaz kullanılarak verimlilikte küçük ama belirgin farklılıklar gözlenmiştir. Fotoreactor ve mavi LED şeritler benzer verimler (72% ve 76%, sırasıyla) istenilen arylated ürün göze iken, mavi LED lamba ile Fotokimya cihaz istenilen ürün (% 86) en yüksek verim tanıyor. Bu büyük olasılıkla aslında reaksiyon karışımı içine nüfuz eden ışık miktarı nedeniyle, aynı zamanda fotoaktif türler içeren çözüm görünür ışık penetrasyonunu oldukça düşüktür bilinmektedir. Sonuç olarak, aslında çözüm aktif olan ve kataliz sorumludur photoredox katalizör miktarı, ayrıca bir şekilde sınırlı olabilir ve sınırlama faktörü haline. 4-iodobenzonitrile ile N-metilpirrolün doğrudan arylation için kullanılan üç deneysel kurulumları arasında, mavi LED lamba ile Fotokimya cihaz kesinlikle en yoğun, hangi heyecanlı karmaşık ve böylece en yüksek miktarda yol açar, bir daha yüksek verimlilik. Bu tür hususlar da muhtemelen daha büyük ölçekler34,35sürekli akış koşulları altında daha uygun şekilde gerçekleştirilen bu tür fotoindüklenmiş süreçleri ölçeklendirmek için önemlidir.

İniditlerin ve siyanaminlerin fotoindüklenmiş radikal Domino sistzasyonu
Şekil 7' de gösterildiği gibi, [(Dpephos) (bcp) cu] PF6 , üç-, Tetra-ya da pentacyclic nitrojen olarak tanınan, çeşitli insantrik ve siyanaminlerin radikal Domino cyclizasyonu için görünür ışık ışınlarının altında etkili bir organizatör olarak gösterildi heteroc, çeşitli doğal ürünlerin temel yapılarında, hazır öncülerden iyi verim için adil olarak. Bu strateji, antikanser, antimikrobiyal, Anti-inflamatuar ve antidepresan faaliyetlere sahip büyük ilgi doğal ürünleri, rosettasin, luotonin A ve deokvasicinon sentezine izin verdi. Önemli, insiyamid ve siyanaminlerin siklizasyon zaten malacria tarafından daha klasik kalay bazlı koşullar33,36, veya altında z tarafından photoredox koşulları altında yüksek azaltıcı fac-IR (PPY) kullanarak tarif edilmiştir 3 photoredox katalizör37olarak. Daha önce bildirilen yöntemlere kıyasla, rapor ettiğimiz yeni bakır bazlı photoredox sistemi, çok toksik bu3SNH (Malacria) ya da çok zehirli bir şekilde kullanımından kaçınarak benzer substrat kapsamı ve verimleri sağladığı için cazip bir alternatif olarak görünmektedir pahalı fac-IR (PPY)3 (Yu). Genel olarak, bu sistem, organik sentezi önemli yapılara yol açan çeşitli aktive edilmemiş aryl-veya alkil-karbon-halojen bağları aktivasyonu için verimliliğini kanıtladı, yanı sıra uyuşturucu keşfi ve doğal ürün sentezi.

Tamamen, yukarıda tartışılan sonuçlar [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 verimliliğini vurgulamak İridium ve rutinyum tabanlı fotokatalysts alternatif olarak. Benzer verimlilik seviyeleri, hazırlanması çok daha kolay ve daha az pahalı bir bakır bazlı katalizör ile elde edilebilir. Bakır bazlı photocatalyst sentezi ek olarak son derece modüler, hangi ana sınırlamaları ele ikinci nesil katalizörler tasarım ve gelişimi için yol açtı [(DPEPhos) (bcp) cu] PF6 (i.e., oldukça yüksek katalizör yükleme hala çoğu durumda gerekli ve bazı aril bromürler ve aril chlorides etkinleştirmek için onun unability).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Bu çalışma Université Libre de Bruxelles (ULB), Fédération Wallonie-Bruxelles (ARC Konsolidatör 2014-2019), Innoviris (proje PhotoCop) ve MALIYET eylemi CM1202 tarafından destekleniyordu. Öğrenci, lisans bursu için Fonds 'ın a la Recherche dans l 'ındustrie et dans l 'Agriculture (F.R.I.A.) doldurabileceğini kabul eder. Tomografi, araştırma bursu için Fonds de la Recherche Scientifique (FNRS) ' i kabul eder.

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

Kimya sayı 147 bakır kataliz photoredox kataliz görünür ışık radikal reaksiyonlar C-H arylation radikal cyclization doğal ürünler siyanamid ynamides luotonin A
[(DPEPhos) (bcp) cu] PF<sub>6</sub>: genel ve geniş uygulanabilir bakır bazlı Photoredox katalizörü
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