Bereiding van 6-aminocyclohepta-2, 4-dien-1-een derivaten via tricarbonyl (tropon) ijzer
Summary
Representatieve experimentele procedures voor de toevoeging van Amine-nuclefielen aan tricarbonyl (tropone) ijzer en daaropvolgende demetallatie van de resulterende complexen worden gedetailleerd gepresenteerd.
Abstract
Aza-Michael adducten van tricarbonyl (tropone) ijzer worden gesynthetiseerd door twee verschillende methoden. Primaire alifatische amines en cyclische secundaire aminen nemen deel aan een directe Aza-Michael-reactie met tricarbonyl (tropone) ijzer onder oplosmiddelvrije condities. Minder nucleofiele aniline derivaten en meer belemmerde secundaire aminen voegen efficiënt toe aan het kationische tropone-complex dat wordt gevormd door protonatie van tricarbonyl (tropone) ijzer. Terwijl het protocol met behulp van het kationische complex is minder efficiënt in het algemeen voor de toegang tot de Aza-Michael adducten dan de directe, oplosmiddelvrije toevoeging aan het neutrale complex, het maakt het mogelijk het gebruik van een breder scala van Amine nuclefielen. Na de bescherming van het amine van het Aza-Michael adduct als een tert-butylcarbamaat, wordt het dieen uit het ijzer-tricarbonylfragment na behandeling met cerium (IV) ammoniumnitraat gedecomplexeerd om derivaten te leveren van 6- aminocyclohepta-2, 4-dien-1-een. Deze producten kunnen dienen als voorlopers van diverse verbindingen die een zeven-ring carbocyclische ring. Omdat de demetallatie bescherming van het amine als carbamaat vereist, kan de Aza-Michael adducten van secundaire amines niet worden gedecomplexed met behulp van het hier beschreven protocol.
Introduction
Structureel complexe amines die een carbocyclische ring met zeven ringen bevatten, komen vaak voor in een aantal biologisch actieve moleculen. Opmerkelijke voorbeelden zijn de tropane alkaloïden1 en verschillende leden van de Lycopodium2, daphniphyllum3, en monoterpenoid indool alkaloïde4 families. Echter, dergelijke verbindingen zijn vaak moeilijker te synthetiseren in vergelijking met verbindingen van vergelijkbare complexiteit met slechts vijf-of zes-ring ringen. Dus, we probeerden om een nieuwe weg te ontwikkelen naar dergelijke verbindingen door het hechten van diverse amine nuclefielen aan tropone5. Het resulterende adduct bevat verschillende functionele handvatten voor de daaropvolgende synthetische uitwerking op diverse complexe zeven-ringhoudende steigers die anders moeilijk toegankelijk zouden zijn.
Hoewel eerder werk met tropone6,7 suggereert dat het niet geschikt zou zijn voor een dergelijke transformatie, heeft het gerelateerde organomtaalcomplex tricarbonyl (tropone) Iron8 (1, Figuur 1) bewezen een veelzijdige synthetische bouwsteen die is gebruikt in de synthese van een aantal natuurlijke producten en complexe moleculen9,10,11,12,13. Bovendien is aangetoond dat de ongecomplexeerde dubbele binding van tricarbonyl (tropone) ijzer vergelijkbaar is met een α, β-onverzadigde keton in reacties met bijvoorbeeld dienes14,15, tetrazines16, nitril oxiden 17, diazoalkanen8,10en organokoper reagentia11. Zo hebben we ons voor ogen dat een Aza-Michael-reactie van tricarbonyl (tropone) ijzer een efficiënte toegang tot synthetisch waardevolle geamineerde tropone-derivaten zou bieden.
Eisenstadt had eerder gemeld dat, na protonatie van tricarbonyl (tropone) ijzer, het resulterende kationische complex 2 (Figuur 1) nucleofiele aanval door aniline of tert-Butylamine zou kunnen ondergaan om geamineerde derivaten te produceren van het ijzer complex tropone. 18 het synthetische potentieel van deze methode blijft echter ongerealiseerd. Er zijn inderdaad geen toevoegingen van andere amines gemeld en de demetallatie van deze producten is niet onderzocht in het verslag van Eisenstadt. We hebben dit protocol aangepast om de toevoeging van een breed scala aan amine nuclefielen aan te tonen.
We beschrijven ook een methode voor directe Aza-Michael toevoegingen aan tricarbonyl (tropone) ijzer (Figuur 2), die geen synthese van het kationische complex vereist en over het algemeen opbrengst in hogere opbrengsten in vergelijking met de eerder gerapporteerde methode. We rapporteren hierin ook een protocol voor de demetallatie van de resulterende adducts. Over het algemeen biedt dit protocol formele Aza-Michael-adducten van tropon in vier stappen van tropone (en drie stappen van het bekende ijzer complex).
Protocol
Representative Results
Discussion
Of het oplosmiddelvrije protocol met directe toevoeging aan tricarbonyl (tropone) ijzer (Figuur 2) of de indirecte methode met gebruikmaking van het overeenkomstige kationische complex als het elektrofiel (Figuur 1) moet worden gebruikt, hangt af van het amine gebruikte ondergrond. Over het algemeen is de directe additie methode de voorkeur omdat er minder stappen nodig zijn om de Aza-Michael adducten van tropon te genereren en de totale opbrengsten zij…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De donoren van het American Chemical Society Petroleum Research Fund worden erkend ter ondersteuning van dit onderzoek. Wij erkennen de Lafayette College chemie afdeling en het Lafayette College EXCEL-geleerden programma voor financiële ondersteuning.
Materials
| 10 g SNAP Ultra silica gel columns | Biotage | for automated column chromatography | |
| Acetic anhydride | Fisher Scientific | A10-500 | |
| Acetone | Fisher Scientific | A-16S-20 | for cooling baths |
| Acetonitrile-D3 | Sigma Aldrich | 366544 | |
| Benzene, anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 401765 | |
| Biotage Isolera Prime | Biotage | ISO-PSF | for automated chromatography |
| Celite; 545 Filter Aid | Fisher Scientific | C212-500 | diatomaceous earth |
| Cerium(IV) ammonium nitrate, ACS, 99+% | Alfa Aesar | 33254 | |
| Chloroform-D | Acros | 209561000 | |
| Di-tert-butyl dicarbonate, 99% | Acros | 194670250 | |
| Ethyl acetate | Fisher Scientific | E145-4 | |
| Ethyl alcohol, absolute – 200 proof | Greenfield Global | 111000200PL05 | |
| Ethyl ether anhydrous | Fisher Scientific | E138-1 | |
| Hexanes | Fisher Scientific | H302-4 | |
| iron nonacarbonyl 99% | Strem | 26-2640 | air sensitive, synonymous with diiron nonacarbonyl |
| Magnesium sulfate | Fisher Scientific | M65-500 | |
| Methanol | EMD Millipore | MX0475-1 | |
| Methylene chloride | Fisher Scientific | D37-4 | |
| MP alumina, Act. II-III acc. To Brockmann | MP Biomedicals | 4691 | for column chromatography |
| o-toluidine 98% | Sigma Aldrich | 466190 | |
| Phenethylamine 99% | Sigma Aldrich | 128945 | distill prior to use if not colorless |
| Sodium bicarbonate | Fisher Scientific | S233-500 | |
| Sodium carbonate anhydrous | Fisher Scientific | S263-500 | |
| Sodium chloride | Fisher Scientific | S271-500 | dissolved in deionized water to perpare a saturated aqueous solution |
| Sodium sulfate anhydrous | Fisher Scientific | S415-500 | |
| Sonicator | Branson | model 2510 | |
| Sulfuric acid | Fisher Scientific | A300C-212 | |
| Tetrafluoroboric acid solution, 48 wt.% | Sigma Aldrich | 207934 | aqueous solution |
| TLC Aluminium oxide 60 F254, neutral | EMD Millipore | 1.05581.0001 | for thin layer chromatography |
| Tropone 97% | Alfa Aesar | L004730-06 | Light sensitive |
References
- Pollini, G. P., Benetti, S., De Risi, C., Zanirato, V. Synthetic Approaches to Enantiomerically Pure 8-Azabicyclo[3.2.1]octane Derivatives. Chemical Reviews. 106, 2434-2454 (2006).
- Ma, X., Gang, D. R. The Lycopodium alkaloids. Natural Product Reports. 21 (6), 752 (2004).
- Kobayashi, J., Kubota, T. The Daphniphyllum alkaloids. Natural Product Reports. 26 (7), 936-962 (2009).
- Leonard, J. Recent progress in the chemistry of monoterpenoid indole alkaloids derived from secologanin. Natural Product Reports. 16, 319-338 (1999).
- Huang, Z., Phelan, Z. K., Tritt, R. L., Valent, S. D., Griffith, D. R. Formal aza-Michael additions to tropone: Addition of diverse aryl- and alkylamines to tricarbonyl(tropone)iron and [(C7H7O)Fe(CO)3]BF4. Tetrahedron Letters. 59 (37), 3432-3434 (2018).
- Pauson, P. L. Tropones and Tropolones. Chemical Reviews. 55 (1), 9-136 (1955).
- Pietra, F. Seven-Membered Conjugated Carbo-and Heterocyclic Compounds and Their Homoconjugated Analogs and Metal Complexes. Synthesis, Biosynthesis, Structure, and Reactivity. Chemical Reviews. 73 (4), 293-364 (1973).
- Johnson, B. F. G., Lewis, J., Wege, D. Transition metal carbonyl complexes derived from cycloocta-2,4,6-trienone and cyclohepta-2,4,6-trienone. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions. 1976, 1874-1880 (1976).
- Franck-Neumann, M., Brion, F., Martina, D. Friedel-Crafts acylation of tropone-irontricarbonyl. Synthesis of β-thujaplicin and β-dolabrin. Tetrahedron Letters. 19 (50), 5033-5036 (1978).
- Saha, M., Bagby, B., Nicholas, K. M. Cobalt-mediated propargylation/annelation: Total synthesis of (±)-cyclocolorenone. Tetrahedron Letters. 27 (8), 915-918 (1986).
- Yeh, M. -. C. P., Hwu, C. -. C., Ueng, C. -. H., Lue, H. -. L. Michael Addition Reactions of the Highly Functionalized Zinc-Copper Reagents RCu(CN)ZnI to (Tropone)iron Tricarbonyl Promoted by Boron Trifluoride Etherate. Organometallics. 13 (5), 1788-1794 (1994).
- Pearson, A. J., Srinivasan, K. Approaches to the synthesis of heptitol derivatives via iron-mediated stereocontrolled functionalization of cycloheptatrienone. The Journal of Organic Chemistry. 57 (14), 3965-3973 (1992).
- Soulié, J., Betzer, J. -. F., Muller, B., Lallemand, J. -. Y. General access to polyhydroxylated nortropane derivatives through hetero diels -alder cycloaddition. Tetrahedron Letters. 36 (52), 9485-9488 (1995).
- Rigby, J. H., Ogbu, C. O. Tricarbonyl(tropone)iron as a useful functionalized enone equivalent. Tetrahedron Letters. 31 (24), 3385-3388 (1990).
- Franck-Neumann, M., Martina, D. Cycloadditions de la tropone avec le cyclopentadiene synthese d’un intermediaire potentiel par utilisation de complexe metallique. Tetrahedron Letters. 18 (26), 2293-2296 (1977).
- Ban, T., Nagai, K., Miyamoto, Y., Harano, K., Yasuda, M., Kanematsu, K. Periselective cycloaddition of tricarbonyliron complexes of seven-membered unsaturated compounds with 1,2,4,5-tetrazine. Masking and activating effects of tricarbonyliron complexes. The Journal of Organic Chemistry. 47 (1), 110-116 (1982).
- Bonadeo, M., Gandolfi, R., De Micheli, C. Reactions of nitrile oxides and of 2,5-dimethyl-3,4-diphenylcyclopentadienone with tricarbonyltroponeiron and oxidation of the adducts with cerium(IV). Gazzetta Chimica Italiana. 107, 577-578 (1977).
- Eisenstadt, A. The reactivity of cycloheptadienyl-1-one iron tricarbonyl cation towards nucleophilic attack. Journal of Organometallic Chemistry. 113 (2), 147-156 (1976).
- Rosenblum, M., Watkins, J. C. Cyclopentannulation reactions with organoiron reagents. Facile construction of functionalized hydroazulenes. Journal of the American Chemical Society. 112 (17), 6316-6322 (1990).
- Pearson, A. J. . Iron Compounds in Organic Synthesis. , (1994).
- Eisenstadt, A. Fluxional behaviour of protonated substituted troponeiron tricarbonyls. Journal of Organometallic Chemistry. 97 (3), 443-451 (1975).
- Shvo, Y., Hazum, E. A Simple Method for the Disengagement of Organic Ligands from Iron Complexes. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. , 336-337 (1974).
- Thompson, D. J. Reaction of tricarbonylcyclohexadieneiron complexes with cupric chloride. Journal of Organometallic Chemistry. 108 (3), 381-383 (1976).
- Franck-Neumann, M., Heitz, M. P., Martina, D. Une methode simple de liberation des ligands organiques de leurs complexes de fer carbonyle. Tetrahedron Letters. 24 (15), 1615-1616 (1983).
- Birch, A. J., Kelly, L. F., Liepa, A. J. Lateral control of skeletal rearrangement by complexation of thebaine with Fe(CO)3. Tetrahedron Letters. 26 (4), 501-504 (1985).
- Ripoche, I., Gelas, J., Grée, D., Grée, R., Troin, Y. A new stereoselective synthesis of chiral optically pure 4-piperidones. Tetrahedron Letters. 36 (37), 6675-6678 (1995).
- Williams, I., Kariuki, B. M., Reeves, K., Cox, L. R. Stereoselective Synthesis of 2-Dienyl-Substituted Pyrrolidines Using an η4-Dienetricarbonyliron Complex as the Stereodirecting Element: Elaboration to the Pyrrolizidine Skeleton. Organic Letters. 8, 4389-4392 (2006).
- Coquerel, Y., Depres, J. -. P., Greene, A. E., Cividino, P., Court, J. Synthesis of Substituted Cycloheptadienes by Catalytic Hydrogenation of Cycloheptatrieneiron Complexes. Synthetic Communications. 31, 1291-1300 (2001).
