Микроволновая печь при содействии Внутримолекулярная Dehydrogenative Дильса-Альдера реакций синтеза функционализированных Нафталины / сольватохромные Красители
Summary
Микроволновая печь при содействии внутримолекулярной dehydrogenative Дильса-Альдера (DA) реакции краткой доступ к функционализированных циклопента [<em> Б</em>] Нафталин блоков здания. Полезность этой методики доказана с помощью одного шага преобразования dehydrogenative циклоаддуктов DA в роман сольватохромные флуоресцентных красителей с помощью Бухвальд-Хартвиг катализируемой палладием кросс-сочетания реакций.
Abstract
Функционализированных нафталины применение в различных исследовательских областях, начиная от синтеза природных и биологически активных молекул в подготовке новых органических красителей. Несмотря на многочисленные стратегии, как сообщается, доступ нафталина леса, многие процедуры еще присутствуют ограничения по включению функциональность, которая, в свою очередь, сужает круг доступных субстратов. Развитие универсальных методов для прямого доступа к замещенные нафталины Поэтому весьма желательно.
Дильса-Альдера (DA) циклоприсоединения является мощным и привлекательным методом для формирования насыщенные и ненасыщенные циклические системы из легко доступных исходных материалов. Новая микроволновая помощью внутримолекулярной реакции dehydrogenative Д.А. styrenyl производные, описанные здесь порождает многообразие функционализированных циклопента [b] нафталины, которые не могут быть получены с использованием существующего метода синтезас. По сравнению с обычным отоплением, микроволновое излучение ускоряет скорость реакции, повышает урожайность, и ограничивает образование нежелательных побочных продуктов.
Полезность этого протокола дальнейшем продемонстрировано преобразование циклоаддукт DA в роман сольватохромные флуоресцентного красителя через Бухвальд-Хартвиг катализируемой палладием кросс-сочетания реакции. Флуоресцентной спектроскопии, как информативным и чувствительным аналитическим методом, играет ключевую роль в исследовании областей, включая экологические науки, медицины, фармакологии и клеточной биологии. Доступ к различным новых органических флуорофоров предоставляемых СВЧ-dehydrogenative помощью реакции DA обеспечивает дальнейшее продвижение в этих областях.
Introduction
Компактная конструкция и синтеза молекул имеет решающее значение для развития целого ряда научных направлений, которое включает лекарственные препараты, пестициды, органические красители, и многое другое 1. Дильса-Альдера (ДА) и дегидро-Дильса-Альдера (DDA) реакции являются особенно мощными инструментами в синтезе малых циклических и ароматических соединений 2-4. Кроме того, тепловые dehydrogenative реакции DA стирола диенов с алкином диенофилов обеспечивают потенциально выгодный маршрут для синтеза ароматических соединений первоначально формирования циклоаддуктов, которые могут дополнительно ароматизируется в окислительных условиях 5. За счет использования тепловых внутримолекулярные реакции dehydrogenative DA стирола диенов с алкинов, проблемы, обычно связанные с использованием стирола в качестве диенов, таких как нежелательное [2 + 2]-циклоприсоединения 5,6 и реакции полимеризации 7 и бедными региоселективность, смягчаются и нафталина соединений могут быть получены.
Тепловая реакция внутримолекулярного dehydrogenative Д.А. стиролы с алкинов не без значительных проблем. Во-первых, большинство реакций страдают от низкой урожайности, времени реакции, высокой температуры реакции 8-11. Кроме того, многие реакции не способствуют формированию эксклюзивных нафталина продукта; как нафталин и дигидронафталин производится, часто неотделимы смеси с помощью колоночной хроматографии 11,12. Тросов предшественника стирол-ynes также ограничены включить гетероатомов и / или карбонильными группами. Только один пример сообщается на весь углерод-содержащих трос, требующих условий 250 ° C аккуратным в течение 48 ч с целью получения нафталина формирования 10.
В дополнение к ограниченное разнообразие в ремнях исходных материалов, одним из самых серьезных ограничений этой методики является отсутствие функциональности переносится в обычных тепловых условиях.Алкином конца исходного материала либо незамещенным или добавляется фенил или триметилсилил (TMS) часть 8-13. В одном случае, эфир в конце алкином показано пройти dehydrogenative реакции DA, но это приводит к смеси нафталина и дигидронафталин продукции 11. Позже предложение предполагает, что TMS группа добавляется к концу алкинов является необходимым для достижения эксклюзивных формирования нафталина с высокими выходами 10. Дефицит разнообразной функциональностью сообщил тепловой dehydrogenative реакции DA существенно ограничивает потенциал этой реакции к сборке уникальных сооружений нафталина.
Стремление к изменению структуры нафталина вытекает из их функции как малые молекулы строительные блоки в нескольких научных областях, особенно органических флуоресцентных красителей 14,15. Отличное пространственное разрешение и ответов раза малых оргANIC красители для мониторинга в режиме реального времени событий 16 привело к развитию сотни коммерчески доступных флуоресцентных соединений. Многие из этих красителей нафталинов с дискретной фотофизических и химические свойства 15. Выбор флуоресцентных красителей с заданными свойствами для мониторинга отдельных функций является сложной задачей, что приводит к увеличению потребности в новых классах флуорофоров с более разнообразными фотофизические свойства. Для этого, тепловые реакции внутримолекулярного dehydrogenative Д.А. стиролы с алкинов, что позволяет диверсификации уникальный нафталина эшафот бы быть потенциально полезным в применении к разработке новых нафталин-содержащих флуоресцентные красители.
В качестве альтернативы обычным отоплением, микроволновая помощью химии является выгодным, поскольку он предлагает более равномерного нагрева химических образца, что приводит к повышению урожайности химической, быстрее скорость реакции, мягкие условия реакциис, а часто отличаются избирательностью изделий 17. Применение СВЧ-помощь по сравнению с обычными условиями отопления для внутримолекулярной реакции dehydrogenative Д.А. стиролы служит для устранения многих проблем, связанных с этой методологией за счет сокращения времени реакции от нескольких дней до нескольких минут, увеличивая ранее плохой выход, снижение температуры реакции, и предлагают более селективное образование нужного нафталина продукта. Микроволновая печь при содействии условий реакции могут быть более вероятно, чтобы облегчить включение большего разнообразия функций в нафталин продукции, которая ранее была недостижимой. Только один пример перед сообщалось использованием микроволновой помощью условия для dehydrogenative реакции DA, в которой 90% доходности как нафталин и дигидронафталин был получен всего за 15 минут при 170 ° C 12.
В этом сообщается микроволновой помощью внутримолекулярных dehydrogeродной реакции Д.А. styrenyl производных что приводит к исключительной формирования функционализированные и разнообразных продуктов нафталина в качестве лишь 30 минут, а в высоких количественных дает 18. Полезность этого протокола дальнейшего продемонстрировал один шаг преобразования нафталина продукт в новой сольватохромные флуоресцентного красителя с фотофизических свойств, которые соперничать с популярностью коммерчески доступных красителей Продан 19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Микроволновая печь-Assisted Dehydrogenative Реакция Д.А.
Внутримолекулярные реакции dehydrogenative Д.А. styrenyl предшественников микроволнового облучения (MWI) производит разнообразные структуры нафталина в высокие урожаи 71-100% и короткое время реакции, что требует всего 30 мин (рис. 1) <…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Национальный научный фонд (CHE0910597) и Национального института здоровья (P50-GM067982) за поддержку этой работы. Мы благодарны профессору Майклу Trakselis (Университет Питтсбурга) за полезные обсуждения, касающиеся флуоресцентных измерений. Мы признаем, Kristy Gogick и Робин Слоун (Университет Питтсбурга) за их помощь в сборе данных флуоресценции.
Materials
| Reagent/Material | |||
| 1,2-Dichloroethane, ACS reagent ≥99.0% | Sigma-Aldrich | 319929 | |
| SiliaPlate G TLC – glass-backed, 250 μm | Silicycle | TLG-R10011B-323 | |
| Ethyl acetate, certified ACS ≥99.5% | Fisher Scientific | E14520 | |
| Hexanes, certified ACS ≥98.5% | Fisher Scientific | H29220 | |
| Silica gel, standard grade | Sorbent Technologies | 30930M | 60 A, 40-63 μM (230 x 400 mesh) |
| RuPhos palladacycle | Strem | 46-0266 | |
| Nitrogen gas | Matheson TRIGAS | NI304 | Nitrogen 304cf, industrial |
| Lithium bis(trimethylsilyl) amide solution | Sigma-Aldrich | 225770 | 1.0 M solution in THF |
| Tetrahydrofuran anhydrous ≥99.9% | Sigma-Aldrich | 401757 | Inhibitor-free |
| Dimethylamine solution | Sigma-Aldrich | 391956 | 2.0 M solution in THF |
| Ammonium chloride | Fisher Scientific | A661-500 | |
| Sodium sulfate, anhydrous (granular) | Fisher Scientific | S421-500 | |
| Chromatography column | Chemglass | CG-1188-04 | ½ in ID x 18in E.L. |
| Cyclohexane, ≥99.0% | Fisher Scientific | C556-1 | |
| Toluene anhydrous, 99.8% | Sigma-Aldrich | 24451 | |
| 1,4-Dioxane anhydrous, 99.8% | Sigma-Aldrich | 296309 | |
| Tetrahydrofuran anhydrous, ≥99.9% | Sigma-Aldrich | 186562 | 250 ppm BHT as inhibitor |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich | 650463 | Chromasolv Plus |
| Chloroform, ≥99.8% | Fisher Scientific | C298-1 | |
| Acetonitrile anhydrous, 99.8% | Sigma-Aldrich | 271004 | |
| Dimethyl sulfoxide, ≥99.9% | Fisher Scientific | D128 | |
| Ethyl alcohol | Pharmco-AAPER | 11ACS200 | Absolute |
| Equipment | |||
| Microwave Synthesizer | Biotage | Biotage Initiator Exp | |
| Microwave Vial | Biotage | 352016 | 0.5 – 2 ml |
| Microwave Vial | Biotage | 351521 | 2 – 5 ml |
| Microwave Vial Cap | Biotage | 352298 | |
| Microwave Synthesizer | Anton Paar | Monowave 300 | |
| Microwave Vial G4 | Anton Paar | 99135 | |
| Microwave Vial Cap | Anton Paar | 88882 | |
| NMR Spectrometer | Bruker | Avance | 300 or 400 MHz |
| UV-Visible Spectrometer | PerkinElmer | Lamda 9 | |
| Spectrophotometer cell | Starna Cells | 29B-Q-10 | Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro, black wall |
| Spectrofluorometer | HORIBA Jobin Yvon | FluoroMax-3 S4 | |
| Fluorometer cell | Starna Cells | 29F-Q-10 | Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro |
Riferimenti
- Wender, P. A., Miller, B. L. Synthesis at the molecular frontier. Nature. 460, 197-201 (2009).
- Takao, K. -. i., Munakata, R., Tadano, K. -. i. Recent Advances in Natural Product Synthesis by Using Intramolecular Diels-Alder Reactions. Chem. Rev. 105 (12), 4779-4807 (2005).
- Winkler, J. D. Tandem Diels-Alder Cycloadditions in Organic Synthesis. Chem. Rev. 96 (1), 167-176 (1996).
- Wessig, P., Müller, G. The Dehydro-Diels-Alder Reaction. Chem. Rev. 108 (6), 2051-2063 (2008).
- Wagner-Jauregg, T. Thermische und photochemische Additionen von Dienophilen an Arene sowie deren Vinyloge und Hetero-Analoge; II. Synthesis. (10), 769-798 (1980).
- Ohno, H., et al. A Highly Regio- and Stereoselective Formation of Bicyclo[4.2.0]oct-5-ene Derivatives through Thermal Intramolecular [2 + 2] Cycloaddition of Allenes. J. Org. Chem. 72 (12), 4378-4389 (2007).
- Stille, J. K., Chung, D. C. Reaction of Vinylidene Cyanide with Styrene. Structure of the Cycloadduct and Copolymer. Macromolecules. 8 (1), 83-85 (1975).
- Klemm, L. H., Klemm, R. A., Santhanam, P. S., White, D. V. Intramolecular Diels-Alder reactions. VI. Synthesis of 3-hydroxymethyl-2-naphthoic acid lactones. J. Org. Chem. 36 (15), 2169-2172 (1971).
- Klemm, L. H., McGuire, T. M., Gopinath, K. W. Intramolecular Diels-Alder reactions. 10. Synthesis and cyclizations of some N-(cinnamyl and phenylpropargyl)cinnamamides and phenylpropiolamides. J. Org. Chem. 41 (15), 2571-2579 (1976).
- Ozawa, T., Kurahashi, T., Matsubara, S. Dehydrogenative Diels-Alder Reaction. Org. Lett. 13 (19), 5390-5393 (2011).
- Chackalamannil, S., et al. A facile Diels-Alder route to dihydronaphthofuranones. Tetrahedron Lett. 41 (21), 4043-4047 (2000).
- Ruijter, E., et al. Synthesis of Polycyclic Alkaloid-Type Compounds by an N-Acyliminium -Pictet-Spengler/Diels-Alder Sequence. Synlett. 2010, 2485-2489 (2010).
- Toyota, M., Terashima, S. A novel synthesis of the basic carbon framework of fredericamycin A. Promising routes for the spiro chiral center construction of the CD-ring system. Tetrahedron Lett. 30 (7), 829-832 (1989).
- de Koning, C. B., Rousseau, A. L., van Otterlo, W. A. L. Modern methods for the synthesis of substituted naphthalenes. Tetrahedron. 59 (1), 7-36 (2003).
- Johnson, I., Spence, M. T. Z. . The Molecular Probes Handbook, A Guide to Fluorescent Probes and Labeling Technologies. , 1051 (2010).
- Fernández-Suárez, M., Ting, A. Y. Fluorescent probes for super-resolution imaging in living cells. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 9 (12), 929-943 (2008).
- Kappe, O. C., Dallinger, D., Murphree, S. . Practical Microwave Synthesis for Organic Chemists. , (2009).
- Kocsis, L. S., Benedetti, E., Brummond, K. M. A Thermal Dehydrogenative Diels-Alder Reaction of Styrenes for the Concise Synthesis of Functionalized Naphthalenes. Org. Lett. 14 (17), 4430-4433 (2012).
- Benedetti, E., Kocsis, L. S., Brummond, K. M. Synthesis and Photophysical Properties of a Series of Cyclopenta[b]naphthalene Solvatochromic Fluorophores. J. Am. Chem. Soc. 134 (30), 12418-12421 (2012).
- OriginLab Corporation. . Origin 8 User Guide. , (2007).
