Syntese af hypervalente iodonium Alkynyl Triflater om anvendelse af Generering Cyanocarbenes

Summary

Heri beskrives syntese, isolation og reaktioner hypervalente iodonium alkynylgrupper triflater (HIATs) med azider at generere cyanocarbenes. Procedurerne kan indebære air-sensitive og kryogene teknikker, herunder kold filtrering under en inert atmosfære. Håndtering og sikkerheden af ​​de syntetiserede forbindelser vil også blive drøftet.

Abstract

De er beskrevet i denne artikel, procedurer indebærer syntese og isolering af hypervalente iodonium alkynylestere triflater (HIATs) og deres efterfølgende reaktioner med azider at danne cyanocarbene mellemprodukter. Syntesen af ​​hypervalente iodonium alkynylrester triflater kan være letkøbt, men problemer skyldes deres isolation og reaktivitet. Især nødvendigheden af ​​at bruge filtrering under indifferent atmosfære ved -45 ° C i nogle HIATs kræver særlig omhu og udstyr. Når det er isoleret, kan forbindelserne opbevares og anvendes i reaktioner med azider til dannelse cyanocarbene mellemprodukter.

Beviserne for cyanocarbene generation er vist ved synlig ekstrudering af dinitrogen samt karakteriseringen af ​​produkter, der opstår blandt OH insertion sulfoxid kompleksdannelse og cyclopropanering. En sidereaktion af cyanocarbene dannelse er frembringelsen af ​​en vinylidenchlorid-carben og betingelserne for at kontrollere denne proces er diskuteret. Der erogså potentiale til at danne en hypervalente iodonium alkenyl triflate og midlerne til isolation og kontrol af sin generations leveres. OH indsættelse reaktion involverer anvendelse af en HIAT natriumazid eller tetrabutylammonium-azid og methanol som opløsningsmiddel / substrat. Sulfoxidet kompleksdannelse reaktion anvender en HIAT natriumazid eller tetrabutylammonium-azid og dimethylsulfoxid som opløsningsmiddel. De cyclopropanations kan udføres med eller uden anvendelse af opløsningsmiddel. Den azidkilde skal være tetrabutylammonium azid og substratet er vist, er styren.

Introduction

Den fortsatte udvikling af organisk kemi hængsler på design og udvikling af nye reaktioner. Især opdagelsen af ​​nye reaktioner, der giver tidligere utænkelige syntetiske ruterne ultimativ betydning. Mod herpå vores gruppe ønskede at konvertere to carbonatomer i en alkyn og en kvælstof af en azid i en cyanocarbene. ¹ Dette hidtil ukendte transformation ville give mulighed for en betydelig stigning i molekylær kompleksitet, da den reaktive cyanocarbene hurtigt ville reagere yderligere. Den oprindelige indsats var at bruge en nukleofil alkyn og elektrofil azid, men triazoler blev effektivt dannes i denne sag i modsætning til cyanocarbenes. ^2. Ved hjælp af en umpolung tilgang, den anden metode bruger en elektrofil alkyn og nukleofile azid og produkter fra cyanocarbene reaktioner er heldigvis dannet i dette tilfælde. ^3. Der er mange kilder til nukleofil azid dog elektrofile alkyner erlangt mindre udbredt. Den gruppe af Klaus Banert tidligere rapporteret proof-of-concept for denne reaktion ved hjælp af en alkynyl-chlorid, ^4, men vores gruppe og Banert gruppen selvstændigt og samtidigt besluttet, at hypervalente iodonium alkynylgruppe triflater (HIATs) er meget bedre elektrofiler for årsagerne til Stabilitet og reaktivitet. ^3,6 Vi heri beskriver syntese, isolation og reaktion på disse HIATs med azider til at danne og reagere in situ som cyanocarbenes.

Bør overvejes flere sikkerhedsforanstaltninger, før du fortsætter med disse eksperimenter. Nogle hypervalente iodonium alkynylrester triflater er ustabile og vil nedbrydes, engang voldsomt, når de udsættes for luft og lys. ^7. At danne cyanocarbene mellemliggende proceduren kræver brug af azid kilder. Azider er eksplosive og meget giftig. ⁸ Korrekt personlige værnemidler skal anvendes ved håndtering af disse materialer, især organisk tin,og al manipulation af reagenser skal finde sted i ordentligt ventilerede hætter. Den cyanocarbene er en kraftfuld og ustabil reaktivt mellemprodukt. Vær omhyggelig med at udføre eksperimenter i første omgang på små skalaer, så kvælstof gasudvikling er styrbar og aldrig udføre disse reaktioner i lukkede systemer. Hvis der ønskes opskalering af reaktionen, anbefaler vi brug af et sikkerhedsskjold.

Syntesen af mange HIATs har tidligere været offentliggjort, herunder anvendelse af Zefirov reagens ^{9,10 og} Kosers reagens, ^9,11 imidlertid denne video vil bruge cyanophenyliodonium triflat reagens ^9,12 (Figur 1). Cyanophenyliodonium triflat blev syntetiseret baseret på en tidligere rapporteret litteratur præparat vist. ^13. Reagenset reagerer med trialkyl-tin modificerede alkyner ¹⁴ til dannelse af det ønskede produkt. Efter HIAT syntetiseres og isoleres det kan omsættes med azid til dannelse afet reaktivt cyanocarbene mellemprodukt (figur 2). Der er adskillige andre metoder, der kan anvendes til at syntetisere iodonium alkyner såsom anvendelse alkynylgrupper silaner ¹⁵ og alkynylgrupper boronestere ¹⁶ men metoden i video er valgt, fordi vores erfaring, det havde bedre effektivitet og udbytte.

Vores foreslåede mekanisme ^3,5 (figur 3) for denne reaktion involverer tilsætning af et azid kilde til β-carbonatomet af alkyn, hvorved der dannes et iod-ylid som nedbrydes iodbenzen og vinyliden-carben. Den vinyliden-carben kan derefter gennemgå en 1,2-omlejring via migration af enten R-gruppe eller natriumazid til opnåelse af en alkynyl-azid. Alkynyl-azid derefter ekstruderer dinitrogen til dannelse af en cyanocarbene der kan reagere med et substrat. Det skal bemærkes, at der kan være dannelsen af ​​en hypervalente iodonium alkenyl triflat arter, afhængigt af betingelserne. Biproduktet erbegunstiget ved lavere temperaturer i protiske opløsningsmidler, hvor protonering af iod-ylid er hurtigere end omlejringen til alkynyl azid. En anden mulig produkt, der opstår i løbet af OH indsættelse reaktioner er en vinylether, hvor vinylidenchlorid-carben er fanget inden omlejring til alkynyl-azid kan forekomme. Tilbøjeligheden til at danne denne vinylether bestemmes af R-gruppen.

En af de vigtigste fordele ved denne reaktion er, at efter carben reagerer den resulterende nitril-gruppen er en praktisk håndtag til yderligere funktionalisering. Mange synthoner kan forudses med denne metode, og forskellige produkter kan dannes med de samme substrater. Styring af produktblandingen med temperatur, koncentration og R-gruppen af alkyn er nødvendig. ^3. Med korrekt indsigt på hvordan cyanocarbenes opfører fremgangsmåden viser et anvendeligt middel til hurtigt at tilføje kemiske kompleksitet til at danne en målrettet molekyle. Eksempler på, hvordan cyanocarbene reagerer omfatter OH indsættelse hvor det nukleofile oxygenatom af alkoholen angriber carben og proton overdragelsen finder sted, dimethylsulfoxid kompleksdannelse, hvor carben kombinerer med svovlatom, og cyclopropanering hvor carben reagerer med en alken.

Protocol

1.. Syntese af Phenyl HIAT Udstyre en tør 100 ml rundbundet kolbe med en magnetomrører og har kolbe under en argonatmosfære. Spænd kolben til et stativ, og læg det i en cryogen bad af acetonitril og fast kuldioxid pellets. Bemærk: kryogen skal være ca -45 ° C. Der tilsættes 10 ml tør dichlormethan til den kolde kolben og lad opløsningsmidlet ækvilibrere til temperaturen af ​​det kryogene. Bemærk: Det overskydende headspace i kolben er vigtig for at tilføje diethylether senere at tv…

Representative Results

Figur 1 illustrerer syntesen af et HIAT ved hjælp cyanophenyliodonium alkynyl triflat. Den HIAT kan derefter bruges til at generere cyanocarbenes der underkastes OH indsættelse af cyclopropanering. OH indsættelse reaktion med Phenyl HIAT producerer 2-methoxy-2-phenylacetonitril i op til et udbytte på 75%. Den cyclopropanering reaktion med Phenyl HIAT producerer 1,2-diphenylcyclopropanecarbonitrile i op til et udbytte på 61%. Selvom det ikke er påvist i videoen, kan dimethylsulfoxid kompleksdannels…

Discussion

Hypervalente iodonium alkynyl triflater eller HIATs dannes og kan omsættes med azidgrupper kilder til dannelse cyanocarbenes. Det er meget vigtigt, at der træffes alle nødvendige forholdsregler, da mange af de reagenser og mellemprodukter vist i denne video er potentielt eksplosive og meget giftig. Selv om den høje reaktivitet kan være farligt, hvis dårligt forberedt, er det vist i denne video, at den iboende reaktivitet af de forbindelser, kan udnyttes ved at opfange de cyanocarbenes i forskellige reaktioner sås…

Materials

			Reagent
Phenyl acetylene	Acros	AC152461000
Tri-n-butyltin chloride	Acros	139351000
Lithium bis(trimethysilyl)amide	Acros	347701000
Iodobenzene diacetate	Acros	176560250
Trimethylsilyl cyanide	Aldrich	212849	Extremely toxic. Handle this chemical only in an adequately ventilated hood with extreme caution.
Trimethylsilyl triflate	Alfa Aesar	A12535
Sodium Azide	Sigma-Aldrich	S8032	Shock sensitive.
Tetrabutylammonium azide	Aldrich	651664	If possible, store and handle in a glovebox due to this compound’s hygroscopic nature.
1-Heptyne	Acros	223460250
Styrene	Aldrich	240869
			[header]
			Material
Rotary Evaporator (Hei-VAP)	Heidolph	517-61000-01-0
Glovebox	MBRAUN	UL-018