Syntese av Hypervalent jod Alkynyl Triflates for anvendelse av Generering Cyanocarbenes

Summary

Heri er beskrevet syntesen, isolasjon, og reaksjoner av hypervalent jod alkynylgrupper triflates (HIATs) med azider å generere cyanocarbenes. Fremgangsmåtene involverer luft-sensitive og cryogen teknikker, inkludert kald filtrering under en inert atmosfære. Håndtering og sikkerheten til de syntetiserte forbindelser vil også bli diskutert.

Abstract

Fremgangsmåtene som er beskrevet i denne artikkelen omfatter syntese og isolering av hypervalent jod alkynyl triflates (HIATs) og deres etterfølgende reaksjon med azider å danne cyanocarbene mellomprodukter. Syntesen av jod-tetrafluor hypervalent alkynyl triflates kan være lettvinte, men vanskeligheter stammer fra deres isolasjon og reaktivitet. Spesielt nødvendigheten av å bruke filtrering under inert atmosfære ved -45 ° C i noen HIATs krever spesiell omsorg og utstyr. Når de er isolert, kan forbindelsene lagres og anvendes i reaksjoner med azider å danne cyanocarbene mellomprodukter.

Beviset for cyanocarbene generering er vist ved synlig ekstrudering av dinitrogen samt karakterisering av produktene som oppstår fra OH innsetting, sulfoksyd kompleksdannelse, og cyclopropanation. En sidereaksjon av cyanocarbene formasjonen er genereringen av en vinyliden-carbene og forholdene for å styre denne prosess er diskutert. Det finnesogså potensiale til å danne en hypervalent jod-alkenyl-triflat, og midlene for isolasjon og kontroll av dens produksjon er gitt. Den OH innsetting reaksjonen involverer bruk av en HIAT, natriumazid eller tetrabutylammonium-azid, og metanol som løsningsmiddel / substrat. Den sulfoksyd kompleks reaksjonen bruker en HIAT, natriumazid eller tetrabutylammonium-azid, og dimetylsulfoksyd som oppløsningsmiddel. De cyclopropanations kan utføres med eller uten bruk av oppløsningsmiddel. Azidet kilden må være tetrabutylammonium-azid og substratet vist er styren.

Introduction

Den fortsatte utviklingen av organisk kjemi hengsler på design og utvikling av nye reaksjoner. Spesielt oppdagelsen av nye reaksjoner som gjør at tidligere utenkelige syntetiske ruter bære ultimate betydning. For dette formål, vår gruppe ønskelig å konvertere to karboner i en alkynet og et nitrogen i et azid i et cyanocarbene. ^Ett Dette tidligere ukjente transformasjonen ville tillate en betydelig økning i molekylær kompleksitet, siden det reaktive cyanocarbene raskt ville reagere videre. Det innledende arbeid var å bruke en nukleofil alkynet og elektrofil azid, men triazoles effektivt ble dannet i dette tilfelle i motsetning til cyanocarbenes. ^2. Ved hjelp av en umpolung tilnærming, anvender den andre metoden en elektrofil og nukleofil alkynet azid, og produkter som er framstilt cyanocarbene reaksjoner er heldigvis dannet i dette tilfellet. ^tre Det er mange kilder for nukleofil azid imidlertid elektrofile alkyner finnesmye mindre vanlig. Gruppen av Klaus Banert tidligere rapportert proof-of-concept for denne reaksjonen ved hjelp av en alkynyl-klorid, ⁴ men vår gruppe og Banert gruppen selvstendig og møtereferat bestemt at hypervalent jod alkynylgruppe triflates (HIATs) er mye bedre elektrofiler for årsakene til stabilitet og reaktivitet. ^3,6 Vi heri beskriver syntese, isolasjon, og omsetning av disse HIATs med azider til å danne og reagerer in situ som cyanocarbenes.

Forebyggende tiltak for flere bør vurderes før du fortsetter med disse eksperimentene. Noen hypervalent jod alkynyl triflates er ustabil og vil dekomponere, en gang voldsomt, når de utsettes for luft og lys. ^7. For å danne cyanocarbene mellomliggende, krever fremgangsmåten bruk av azid-kilder. Azider er eksplosiv og svært giftig. ⁸ Riktig personlig verneutstyr bør brukes ved håndtering av disse materialene, spesielt tinnorganiske,og all manipulering av de anvendte reagenser bør skje i godt ventilerte hetter. Den cyanocarbene er en kraftig og ustabil reaktiv mellomfag. Vær nøye med å utføre eksperimenter i utgangspunktet på små skalaer, slik at nitrogengass evolusjon er kontrollerbar og aldri utføre disse reaksjonene i lukkede systemer. Ved oppskalering av en reaksjon er ønsket, vi at sterkt ved bruk av et sikkerhetsskjold.

Syntesen av mange HIATs har tidligere blitt publisert inkludert bruken av Zefirov reagens ^{9,10 og} Koser 's reagens, ^9,11 imidlertid videoen blir ved hjelp av cyanophenyliodonium triflat reagenset ^9,12 (fig. 1). Cyanophenyliodonium triflat ble syntetisert basert på en tidligere rapporterte litteratur preparat vist. ^13. Reagensen reagerer med trialkyl-tinn modifiserte alkyner ¹⁴ for å danne det ønskede produkt. Etter HIAT er syntetisert og isolert kan den bli reagert med azid for å danneen reaktiv cyanocarbene mellomprodukt (figur 2). Det finnes flere andre metoder som kan brukes for å syntetisere de jod-tetrafluor alkyner slik som ved hjelp av alkynyl silaner ¹⁵ og alkynyl boronic estere ¹⁶ men metoden i video ble valgt fordi, etter vår erfaring, hadde bedre effektivitet og utbytte.

Vår foreslåtte mekanismen ^3,5 (fig. 3) for denne reaksjon omfatter tilsetning av en kilde for azid β-karbon av alkynet som derved danner en jod-ylid som brytes ned til iodbenzen og en vinyliden-carbene. Den vinyliden-carbene kan deretter gjennomgå en 1,2-omleiring via migrering av enten R-gruppen eller-azid, og ga en alkynyl-azid. Den alkynyl-azid deretter ekstruderer dinitrogen å danne en cyanocarbene som kan reagere med et substrat. Det bør bemerkes at det kan være dannelse av en hypervalent jod alkenyl triflat arter, avhengig av forholdene. Biproduktet erfavoriseres ved lavere temperaturer i protiske oppløsningsmidler, hvor den protonering av jod-ylid er raskere enn den omleiring til alkynyl-azid. En annen mulig produkt som forekommer i løpet av OH innføringsreaksjoner er en vinyl-eter, hvor den vinyliden-carbene er fanget før omleiring til alkynyl-azid kan forekomme. Tilbøyeligheten til å danne denne vinyleter er bestemt av R-gruppen.

En av de viktigste fordelene ved denne reaksjonen er at etter carbene reagerer, er det resulterende nitril-gruppen en praktisk håndtak for videre funksjonalisering. Mange synthons har en virkemåte med denne metoden, og forskjellige produkter kan bli dannet med de samme substrater. Styring av produktblandingen med temperatur, konsentrasjon, og R-gruppen av alkynet er nødvendig. ^Tre Med riktig innsikt av hvor cyanocarbenes oppfører seg, viser fremgangsmåten en levedyktig mulighet for raskt å legge til kjemisk kompleksitet for å danne en målrettet molekyl. Eksempler på hvordan cyanocarbene reagerer omfatter OH innsetting hvor den nukleofile oksygenatom av alkoholen angriper carbene og deretter protonoverføring inntreffer, dimetylsulfoksyd kompleksering, hvor carbene kombinerer med svovelatomet, og cyclopropanation hvor carbene reagerer med et alken.

Protocol

En. Syntese av Fenyl HIAT Utstyre en tørr 100 ml rundbunnet kolbe med magnetisk røreverk og har kolbe under en argonatmosfære. Klem kolbe til et stativ og plassere den i en cryogen bad av acetonitril og solid karbondioksid pellets. Merk: cryogen bør være omtrent -45 ° C. Tilsett 10 ml tørr diklormetan til den kalde kolbe og tillate løsningsmidlet å stabilisere seg til temperaturen i kryogen. Merk: Det overskytende headspace i kolben er viktig for å legge dietyleter senere å tvinge utfelli…

Representative Results

Figur 1 viser syntesen av et HIAT ved hjelp cyanophenyliodonium alkynyl triflat. Den HIAT kan deretter brukes til å generere cyanocarbenes som vil gjennomgå OH innsetting av cyclopropanation. Den OH innsetting reaksjon med Phenyl HIAT gir 2-methoxy-2-fenylacetonitril i opp til et 75% utbytte. Den cyclopropanation reaksjon med Phenyl HIAT produserer 1,2-diphenylcyclopropanecarbonitrile i opp til et utbytte på 61%. Selv om det ikke er vist i video kan dimetylsulfoksyd komplekse oppstå med cyanocarbene…

Discussion

Hypervalent jod alkynyl triflates eller HIATs, er dannet og kan bli reagert med Azide kilder for å danne cyanocarbenes. Det er svært viktig at alle nødvendige forholdsregler er tatt siden mange av reagenser og mellomprodukter som er vist i denne videoen er potensielt eksplosiv og svært giftig. Selv om den høye grad av reaktivitet kan være farlig hvis syk-fremstilt, er det vist i denne video at den iboende reaktivitet av forbindelsene kan bli brukt ved å fange de cyanocarbenes i forskjellige reaksjoner, slik som O…

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