[(DPEPhos) (BCP) cu] PF6: un catalizador Photoredox general y ampliamente aplicable basado en cobre
Summary
Se presentan protocolos detallados y generales para la síntesis de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6, un catalizador photoredox basado en cobre general, y para su uso en química sintética para la arilación directa de los enlaces C-H en arenos (hetero) y radicales ciclación de haluros orgánicos.
Abstract
Nuestro grupo informó recientemente del uso de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 como un catalizador photoredox basado en cobre general que demostró ser eficiente para promover la activación de una amplia variedad de haluros orgánicos, incluyendo los no activados. Estos pueden entonces participar en varias transformaciones radicales tales como reacciones de reducción y ciclación, así como en la arilación directa de varios Arenes (hetero). Estas transformaciones proporcionan un acceso directo a una gama de moléculas pequeñas de interés en la química sintética, así como a los productos naturales biológicamente activos. En conjunto, [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 actúa como un catalizador fotororedox conveniente que parece ser una alternativa atractiva, barata y complementaria a los catalizadores fotororedox de iridio y rutenio basados en el estado de la técnica. Aquí, presentamos un protocolo detallado para la síntesis de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6, así como las caracterizaciones de NMR y espectroscópicas, e ilustramos su uso en química sintética para la arilación directa de Arenes (hetero) y ciclación radical de haluros orgánicos. En particular, la arilación directa de n-methylpyrrole con 4-yoodobenzonitrilo para permitirse 4-(1-metil-1H-Pyrrol-2-yl) Benzonitrilo y la ciclación radical de n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolina-3-yl) metil] la cianamida para permitirse el luotonin a del producto natural se detalla. El alcance y las limitaciones de este catalizador photoredox basado en cobre también se discuten brevemente.
Introduction
Las transformaciones radicales se han sabido durante décadas para proporcionar vías notablemente eficientes en la química sintética que a menudo son complementarias a las transformaciones basadas en procesos catiónicos, aniónicos o pericíclicos1. Aunque es particularmente prometedor para diversos tipos de transformaciones, la química basada en radicales ha sido infractada durante mucho tiempo, principalmente debido a la necesidad de reactivos altamente tóxicos que limitan considerablemente su atractivo. Además, los procesos radicales se han considerado durante mucho tiempo como transformaciones asociadas a niveles deficientes de control en términos de Regio y/o estereoselectividad, o que conducen a grandes problemas de dimerización y/o polimerización.
Recientemente se han desarrollado estrategias alternativas con el fin de facilitar la generación y controlar mejor la reactividad de las especies radicales. Entre ellos, la catálisis de photoredox se ha convertido en uno de los métodos más poderosos, ya que permite la generación conveniente de especies radicales utilizando un compuesto sensible a la luz, es decir, el catalizador photoredox, y la irradiación de luz visible de2,3 . La luz visible en sí misma es de hecho capaz de promover la población del estado excitado del catalizador photoredox que se convierte, consecuentemente, en un reductante y oxidante más fuerte que en su estado de tierra correspondiente. Estas propiedades mejoradas de redox hacen que los procesos de transferencia de un solo electrón, no sean factibles en el estado del suelo, sean posibles en condiciones leves desde el estado excitado. Durante la última década, la catálisis fotooredox de luz visible se ha convertido en una técnica atractiva y poderosa en la síntesis orgánica y ha permitido el desarrollo de numerosas transformaciones notablemente eficientes y selectivas basadas en intermediarios radicales genera bajo condiciones sostenibles, suaves y fáciles de usar.
Mientras que la mayoría de los procesos photoredox reportados hasta la fecha están dominados por el uso de los catalizadores photoredox basados en iridio y rutenio, así como por algunos tintes orgánicos como el pirylium y los derivados de acridinio4, las alternativas más baratas siguen siendo muy demandadas para el desarrollo de procesos complementarios de interés para aplicaciones industriales. En este sentido, el uso de catalizadores photoredox basados en cobre parece particularmente atractivo, ya que no sólo son más baratos sino que también ofrecen oportunidades para activar una gama más amplia y/o diferente de sustratos, lo que por lo tanto abre nuevas perspectivas en Catálisis photoredox5,6,7,8. A pesar de algunas obras tempranas prometedoras reportadas por los grupos Kutal9, Mitani10 y Sauvage11 , los complejos de cobre fotoactivables, sin embargo, sólo se han utilizado apenas en la catálisis photoredox, probablemente debido a su Estados excitados de corta duración comparados con sus congéneres con base de rutenio iridio. Más recientemente, notables contribuciones recientes de Peters y Fu12,13,14,15, Reiser16,17,18, 19 , 20 y otros grupos21,22,23,24,25 han traído claramente la atención a los catalizadores fotororedox a base de cobre y demostraron su potencial único.
Como parte de nuestro interés reciente en los procesos radicales catalizados por cobre26,27, recientemente hemos reportado un catalizador photoredox basado en cobre general y ampliamente aplicable, [(dpephos) (BCP) cu] PF6 (dpephos: bis [(2- difenilfoshino) fenil] éter; BCP: bathocuproine), que resultó ser particularmente eficiente para la activación de haluros orgánicos bajo irradiación de luz visible (figura 1A)28,29,30. Tras la irradiación con luz visible y en presencia de una amina como reductora de sacrificio, se demostró que una amplia gama de arilo y haluros no activados se activaban fácilmente por cantidades catalíticas de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 y por lo tanto para participar en diversas transformaciones radicales incluyendo reducciones, ciclaciones y arilación directa de varios Arenes ricos en electrones (hetero). Además, [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 también ha demostrado tener éxito en la promoción de ciclaciones de dominó radical fotoinducida de ynamides y cianamidas, proporcionando un acceso eficiente y directo a los complejos de nitrógeno Tri-, Tetra-y pentacíclico Heterociclos en las estructuras centrales de varios productos naturales. Esta estrategia permitió la síntesis eficiente de rosettacina, luotonina A, y deoxyvasicinone, productos naturales que exhiben actividades anticancerígenas, antimicrobianas, antiinflamatorias y antidepresivas. Estas transformaciones se ilustran en la figura 1C. Desde un punto de vista mecanicista, la activación fotoinducida de haluros orgánicos con [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 procede a través de un ciclo catalítico de Cu (i)/cu (i) */cu (0) raro, que ha sido confirmado por extensos estudios mecanisticos y fotofísicos. En particular, la excitación del estado del suelo [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 [Cu (I)] tras la irradiación por luz visible conduce a la formación del correspondiente complejo excitado [(dpephos) (BCP) cu] PF6* [Cu (I) *] que luego se reduce por el la amina de sacrificio para generar la correspondiente [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 [Cu (0)] especies. Este nivel intermedio Cu (0) es lo suficientemente reductivo para reducir el enlace carbono-halógeno de varios haluros orgánicos para generar los radicales correspondientes, que luego pueden participar en las transformaciones antes mencionadas, junto con la regeneración del inicio catalizador (figura 1B).
En la siguiente sección, describimos primero el protocolo para sintetizar el fotoactivable [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 (cuyas caracterizaciones de NMR y espectroscópicas se presentan en la sección de resultados representativos). La síntesis es sencilla y particularmente conveniente, y simplemente requiere la adición de 1 equivalente de DPEPhos y 1 equivalente de BCP a una solución de cobre tetrakisacetonitrilo (I) hexafluorofosfato en diclorometano. El deseado [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 se aísla por precipitación del éter dietilo y se puede obtener fácilmente en una escala multigramo (figura 2A). Es importante destacar que el complejo aislado de cobre no es particularmente sensible al oxígeno y a la humedad y, por lo tanto, se puede manejar cómodamente sin precauciones específicas, aparte de almacenarse lejos de la luz.
En segundo lugar, describimos los protocolos para activar los haluros orgánicos utilizando [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 bajo irradiación de luz visible centrándose en dos transformaciones diferentes. La primera reacción es la arilación directa de N-methylpyrrole con 4-yoodobenzonitrilo utilizando cantidades catalíticas de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 como catalizador photoredox, dicyclohexylisobutilamina como el reductante del sacrificio y el potasio carbonato como la base bajo irradiación a 420 nm (figura 2B). La segunda reacción es la ciclación radical de n-benzoyl-n-[(2-iodoquinolina-3-yl) metil] cianamida, utilizando el mismo catalizador y el sacrificio reductante, cuya ciclación conduce directamente a luotonin a, un producto natural que muestra actividades anticancerígenas interesantes (figura 2C). Se proporcionan protocolos detallados para ambas transformaciones.
Protocol
Representative Results
Discussion
Síntesis de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6
La síntesis de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 se realiza típicamente con diclorometano seco (destilado antes de su uso) y bajo argón para asegurar el mayor rendimiento, pureza y buena reproducibilidad. Como se menciona en el protocolo, la síntesis de [(DPEPhos) (BCP) cu] PF6 se puede realizar con diclorometano regular (99,8%) y/o bajo el aire con eficiencias variables. De hecho, mientras que el uso de diclorometano regular bajo argó…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Université libre de Bruxelles (ULB), la Fédération WALLONIE-BRUXELLES (ARC Consoliddator 2014-2019), Innoviris (proyecto PhotoCop), y la acción COST CM1202. H.B. reconoce el Fonds pour la formación à la Recherche dans l’Industrie et dans l’Agriculture (F.R.I.A.) para la beca de posgrado. C.T. reconoce el Fonds de la Recherche Scientifique (FNRS) para la beca de investigación.
Materials
| 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 |
Referencias
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