Sintesi di hypervalent iodonio Alchinile triflati per l'applicazione di Generazione Cyanocarbenes

Summary

Qui viene descritta la sintesi, l'isolamento, e le reazioni di hypervalent iodonio alchinilici triflati (HIATs) con azidi per generare cyanocarbenes. Le procedure comporteranno tecniche aria sensibili e criogeno, incluse filtraggio a freddo sotto atmosfera inerte. Saranno inoltre discussi manipolazione e la sicurezza dei composti sintetizzati.

Abstract

Le procedure descritte in questo articolo riguardano la sintesi e l'isolamento di hypervalent iodonio alchinilici triflati (HIATs) e loro successive reazioni con azidi per formare intermedi cyanocarbene. La sintesi di hypervalent iodonio triflati alchinilici può essere facile, ma le difficoltà derivano dal loro isolamento e reattività. In particolare, la necessità di utilizzare filtrazione sotto atmosfera inerte a -45 ° C per alcuni HIATs richiede particolare cura e attrezzature. Una volta isolati, i composti possono essere memorizzati e utilizzati in reazioni con azidi per formare intermedi cyanocarbene.

L'evidenza di generazione cyanocarbene è indicato per estrusione visibile di diazoto e la caratterizzazione dei prodotti che si verificano dall'inserzione, OH, complessazione solfossido e ciclopropanazione. Una reazione secondaria di formazione cyanocarbene è la generazione di un vinilidene-carbene e le condizioni per controllare questo processo sono discussi. C'èanche potenziale di formare un alchenile triflato hypervalent iodonio e mezzi di isolamento e di controllo della sua generazione sono forniti. La reazione di inserimento OH comporta l'uso di un HIAT, sodio azide o tetrabutilammonio azide, e metanolo come solvente / substrato. La reazione solfossido complessazione utilizza un HIAT, sodio azide o tetrabutilammonio azide, e dimetilsolfossido come solvente. Le cyclopropanations possono essere effettuate con o senza l'uso di solventi. La fonte azide deve essere azide tetrabutilammonio e il substrato indicato è lo stirene.

Introduction

La continua evoluzione della chimica organica perno sulla progettazione e sviluppo di nuove reazioni. In particolare, la scoperta di nuove reazioni che consentono vie sintetiche inimmaginabili bear significato ultimo. A tal fine, il gruppo desiderato per convertire due atomi di carbonio di un alchino e un azoto di una azide in un cyanocarbene. ¹ Questa trasformazione precedentemente sconosciuto consentirebbe un significativo aumento della complessità molecolare poiché il cyanocarbene reattiva sarebbe rapidamente reagire ulteriormente. Lo sforzo iniziale era di utilizzare un alchino nucleofila ed elettrofila azide, ma triazoli stati efficacemente formata in questo caso invece di cyanocarbenes. ² Usando un approccio umpolung, il secondo metodo utilizza un azide e alchino nucleofila elettrofila e prodotti risultanti da reazioni cyanocarbene sono fortunatamente formata in questo caso. ³ Ci sono molte fonti di azide nucleofila, tuttavia, alchini elettrofili sonomolto meno comune. Il gruppo di Klaus Banert precedentemente segnalato il proof-of-concept per questa reazione utilizzando un alchinile-cloruro, ⁴ ma il nostro gruppo e il gruppo Banert indipendentemente e contemporaneamente ha stabilito che hypervalent iodonio alchinilico triflati (HIATs) sono elettrofili molto meglio per i motivi di stabilità e reattività. ^3,6 Noi qui descrivono la sintesi, l'isolamento e la reazione di questi HIATs con azidi di formare e reagire in situ come cyanocarbenes.

Diversi precauzioni di sicurezza devono essere considerati prima di procedere con questi esperimenti. Alcuni triflati alchinilici hypervalent iodonio sono instabili e si decompongono, a volte violentemente, quando esposto all'aria e alla luce. ⁷ Per formare il cyanocarbene intermedio, la procedura richiede l'utilizzo di fonti azide. Azidi sono esplosivi e altamente tossico. ⁸ corretto equipaggiamento di protezione personale devono essere indossati quando si maneggia questi materiali, in particolare organostannici,e tutti manipolazione dei reagenti dovrebbe avvenire nelle cappe adeguatamente ventilati. Il cyanocarbene è un potente e instabile intermedio reattivo. Fare attenzione ad eseguire esperimenti inizialmente su piccole scale in modo che l'evoluzione azoto è controllabile e mai eseguire queste reazioni in sistemi chiusi. Se si desidera scale-up della reazione, si consiglia fortemente l'uso di uno schermo di sicurezza.

La sintesi di molti HIATs essere stata precedentemente pubblicata compreso l'uso di reagente di Zefirov ^9,10, e il reagente di Koser, ^9,11 tuttavia, questo video userà il cyanophenyliodonium triflato reagente ^9,12 (Figura 1). Cyanophenyliodonium triflato è stato sintetizzato sulla base di una preparazione letteratura precedentemente riportato visualizzato. ¹³ Il reagente reagisce con trialchil-stagno alchini modificati ¹⁴ per formare il prodotto desiderato. Dopo il HIAT è sintetizzato e isolato può essere fatto reagire con azide per formareun reattivo cyanocarbene intermedio (Figura 2). Ci sono molti altri metodi che possono essere utilizzati per sintetizzare i alchini iodonio come l'utilizzo di silani alchinile ¹⁵ e alchinile esteri boronici ¹⁶ ma il metodo nel video è stato scelto perché, nella nostra esperienza, è meglio che l'efficienza e la resa.

Il nostro meccanismo proposto ^3,5 (Figura 3) per questa reazione con l'aggiunta di una fonte azide alla β-carbonio del alchino, formando così una iodo-ylide che si decompone a iodobenzene e un vinilidene-carbene. Il vinilidene-carbene può quindi subire un 1,2-riarrangiamento attraverso la migrazione di una R-gruppo o azide di permettersi un alchinilico-azide. Il alchinile-azide poi estrude diazoto per formare un cyanocarbene che può reagire con un substrato. Va notato che non ci può essere la formazione di un hypervalent iodonio alchenile triflato specie, a seconda delle condizioni. Il sottoprodotto èfavorita a temperature più basse in solventi protici cui la protonazione del iodo-ylide è più veloce del riarrangiamento al azide alchinile. Un altro possibile prodotto che si verifica durante reazioni di inserzione OH è un vinil etere dove il vinilidene-carbene è intrappolato prima della ridisposizione alla può verificarsi alchinile-azide. La propensione a formare questa vinil etere è determinato dal gruppo R.

Uno dei principali vantaggi di questa reazione è che dopo la carbene reagisce, il gruppo nitrile risultante è una comoda maniglia per ulteriore funzionalizzazione. Molti sintoni possono essere immaginate con questo metodo e diversi prodotti possono essere formati con gli stessi substrati. Controllare la miscela di prodotto con la temperatura, la concentrazione e il gruppo R del alchino è necessario. ³ Con una corretta comprensione di come si comportano cyanocarbenes, il metodo mostra uno strumento efficace per aggiungere rapidamente complessità chimica per formare una molecola bersaglio. Esempi di come il cyanocarbene reagisce includono inserimento OH in cui l'atomo di ossigeno nucleofilo dell'alcool attacca il carbene e poi si verifica trasferimento di protoni, dimetilsolfossido complessazione, dove il carbene combina con l'atomo di zolfo, e dove il ciclopropanazione carbene reagisce con un alchene.

Protocol

1. Sintesi di Phenyl HIAT Attrezzare un Pallone da 100 ml a fondo rotondo secco con un agitatore magnetico e hanno il matraccio sotto atmosfera di argon. Fissare il pallone a un supporto e posizionarlo in un bagno cryogen di acetonitrile e anidride carbonica solida pellet. Nota: Il cryogen dovrebbe essere di circa -45 ° C. Aggiungere 10 ml di diclorometano anidro al pallone freddo e che il solvente raggiunga la temperatura del criogeno. Nota: Lo spazio di testa eccesso nel pallone è importante per…

Representative Results

La Figura 1 illustra la sintesi di un HIAT utilizzando cyanophenyliodonium alchinile triflato. Il HIAT può quindi essere utilizzato per generare cyanocarbenes che saranno sottoposti OH inserimento di ciclopropanazione. La reazione inserimento OH con Phenyl HIAT produce 2-metossi-2-phenylacetonitrile fino a una resa del 75%. La reazione ciclopropanazione con Phenyl HIAT produce 1,2-diphenylcyclopropanecarbonitrile fino a una resa del 61%. Anche se non mostrato nel video, dimetilsolfossido complessazione…

Discussion

Hypervalent iodonio alchinile triflati, o HIATs, si formano e possono essere fatti reagire con fonti di azide per formare cyanocarbenes. E 'molto importante che siano adottate tutte le precauzioni necessarie, poiché molti dei reagenti e intermedi mostrati in questo video sono potenzialmente esplosiva e altamente tossico. Nonostante l'elevato livello di reattività può essere pericoloso se mal preparata, è mostrato in questo video che la reattività intrinseca dei composti può essere sfruttata catturando le c…

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