סינתזה של Hypervalent Iodonium Alkynyl Triflates ליישום של יצירת Cyanocarbenes
Summary
במסמך מתואר סינתזה, בידוד, ותגובות של hypervalent iodonium alkynyl triflates (HIATs) עם azides ליצור cyanocarbenes. ההליכים יהיו כרוכים בטכניקות אוויר רגישות וcryogen, כולל סינון קר תחת אווירת אינרטי. טיפול ובטיחות של התרכובות המסונתזת יהיה גם דנו.
Abstract
ההליכים המתוארים במאמר זה כרוך בסינתזה ובידוד של hypervalent iodonium alkynyl triflates (HIATs) והתגובות הבאות שלהם עם azides כדי ליצור ביניים cyanocarbene. הסינתזה של triflates alkynyl iodonium hypervalent יכולה להיות קלילה, אך קשיים נובעים מהבידוד והתגובה שלהם. בפרט, את הצורך להשתמש בסינון תחת אווירת אינרטי ב-C ° -45 עבור חלק HIATs דורש טיפול וציוד מיוחדים. מבודד פעם אחת, יכולות להיות מאוחסנות והתרכובות המשמשות בתגובות עם azides כדי ליצור ביניים cyanocarbene.
הראיות לדור cyanocarbene מוצגת על ידי שחול גלוי של dinitrogen כמו גם האפיון של מוצרים המתרחשים מהכנסת OH, complexation sulfoxide, וציקלופרופנציה. תגובת הצד השני של היווצרות cyanocarbene היא הדור של vinylidene-קרבן והתנאים כדי לשלוט בתהליך זה הם דנו. ישגם פוטנציאל ליצירת triflate alkenyl iodonium hypervalent ואמצעי הבידוד והבקרה של הדור שלה מסופק. תגובת הכנסת OH כרוכה בשימוש בחיאט, אזיד הנתרן או אזיד tetrabutylammonium, ומתנול כממס / מצע. תגובת complexation sulfoxide משתמשת חיאט, אזיד הנתרן או אזיד tetrabutylammonium, וsulfoxide דימתיל כממס. ניתן לבצע cyclopropanations עם או בלי השימוש בממס. המקור אזיד חייבת להיות אזיד tetrabutylammonium ואת המצע שמוצג הוא סטירן.
Introduction
האבולוציה המתמשכת של כימיה אורגנית תלויה בעיצוב והפיתוח של תגובות חדשות. בפרט, הגילוי של תגובות חדשות, המאפשרות מסלולים סינטטיים בלתי נתפסים בעבר לשאת משמעות אולטימטיבית. למען מטרה זו, הקבוצה שלנו רצויה להמיר שני פחמנים של alkyne וחנקן של אזיד לcyanocarbene. 1 שינוי ידוע קודם לכן זה היה מאפשר לגידול משמעותי במורכבות מולקולרית מאז cyanocarbene תגובתי הייתי במהירות להגיב נוסף. המאמץ הראשוני היה להשתמש alkyne nucleophilic ויזיד electrophilic, אבל triazoles נוצרו ביעילות במקרה זה בניגוד לcyanocarbenes. 2 באמצעות גישת umpolung, השיטה השנייה משתמשת אזיד alkyne וnucleophilic electrophilic ומוצרים הנובעים מתגובות cyanocarbene הם למרבה המזל נוצר במקרה זה. 3 ישנם מקורות רבים של אזיד nucleophilic, לעומת זאת, alkynes electrophilic הםהרבה פחות נפוצה. הקבוצה של קלאוס Banert שדווחה בעבר את ההוכחה של קונספט לתגובה זו באמצעות alkynyl-כלוריד, 4, אבל הקבוצה שלנו וקבוצת Banert באופן עצמאי ועכשווי נקבע כי hypervalent iodonium alkynyl triflates (HIATs) הוא electrophiles הרבה יותר טוב מהסיבות של יציבות ותגובתיות. 3,6 במסמך זה מתארים את הסינתזה, הבידוד, והתגובה של HIATs אלה עם azides כדי ליצור ולהגיב באתרו כcyanocarbenes.
אמצעי בטיחות כמה יש לשקול לפני שתמשיך עם ניסויים אלה. triflates alkynyl iodonium hypervalent חלקם לא יציבים ומתפרק, מתישהו באלימות, כאשר הם נחשפים לאוויר והאור. 7 כדי ליצור את cyanocarbene ביניים, ההליך דורש שימוש במקורות אזיד. Azides חומר נפץ ורעיל ביותר. 8 בציוד מגן אישי נכון צריך להיות משוחק בעת טיפול בחומרים אלה, במיוחד organotin,וכל המניפולציה של חומרים כימיים צריכה להתבצע בברדסים מאווררים כראוי. Cyanocarbene הוא ביניים תגובתי חזקים ויציבים. תשמור על עצמך לבצע ניסויים בתחילה בקני מידה קטנות כל כך שהאבולוציה גז חנקן היא לשליטה ולא לבצע את התגובות האלה במערכות סגורות. אם סולם למעלה של התגובה הוא רצוי, אנחנו ממליצים בחום על השימוש במגן בטיחות.
הסינתזה של HIATs רבים כבר פורסמה בעבר כולל את השימוש של המגיב של Zefirov 9,10, והמגיב של Koser, 9,11 עם זאת, הסרטון הזה יהיה באמצעות מגיב triflate cyanophenyliodonium 9,12 (איור 1). triflate Cyanophenyliodonium היה מסונתז המבוססת על הכנת ספרות שדווחה בעבר מוצג. 13 מגיב מגיבה עם alkynes הותאם trialkyl פח 14 כדי ליצור את המוצר הרצוי. לאחר חיאט הוא מסונתז ומבודד ניתן הגיב אותו עם אזיד לטופסתגובת cyanocarbene ביניים (איור 2). ישנן מספר שיטות אחרות שניתן להשתמש בם כדי לסנתז alkynes iodonium כגון שימוש silanes alkynyl 15 ואסטרים boronic alkynyl 16 אבל השיטה בסרטון נבחרה בגלל, בניסיון שלנו, שהיה לו יעילות ותשואה טובות יותר.
3,5 הציע המנגנון (איור 3) לתגובה זו כרוך בתוספת של מקור אזיד לβ-הפחם של alkyne, וכך יוצר iodo-ylide שמתפרק לiodobenzene וvinylidene-קרבן. Vinylidene-הקרבן אז יכול לעבור 1,2-התארגנות באמצעות הגירה של או R-הקבוצה או אזיד להרשות לעצמם alkynyl-אזיד. Alkynyl-אזיד אז extrudes dinitrogen כדי ליצור cyanocarbene שיכול להגיב עם מצע. יצוין, כי לא יכולה להיות היווצרות של מיני triflate alkenyl iodonium hypervalent, בהתאם לתנאים. תוצר הלוואי הואהעדיף בטמפרטורות נמוכות יותר בממסי protic בי protonation של iodo-ylide הוא מהיר יותר מאשר התארגנות ליזיד alkynyl. עוד מוצר אפשרי המתרחש במהלך תגובות הכנסת OH הוא אתר שבו ויניל vinylidene-הקרבן נלכד לפני התארגנות לalkynyl-אזיד יכול להתרחש. הנטייה ליצירת אתר ויניל זה נקבעה על ידי קבוצת המחקר.
אחד היתרונות העיקריים של התגובה הזו היא שאחרי הקרבן מגיב, קבוצת nitrile התוצאה היא ידית נוחה לfunctionalization נוסף. יכול להיות שחזה synthons רבים עם שיטה זו ויכול להיווצר מוצרים שונים עם אותו מצעים. שליטה על התערובת של המוצר עם טמפרטורה, ריכוז, וקבוצת המחקר של alkyne היא הכרחית. 3 עם תובנה נכונה על איך cyanocarbenes להתנהג, השיטה מציגה אמצעי קיימא להוספת מהירות מורכבות כימית ליצירת מולקולה ממוקדת. דוגמאות לאופן שבו cyanocarbenמגיב דואר כולל החדרת OH שבו אטום חמצן nucleophilic של האלכוהול תוקף את הקרבן ולאחר מכן העברת פרוטון מתרחשת, complexation sulfoxide דימתיל, שבו הקרבן משלב עם אטום הגופרית, וציקלופרופנציה בי הקרבן מגיב עם אלקן.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hypervalent iodonium alkynyl triflates, או HIATs, נוצרים וניתן הגיב עם מקורות אזיד כדי ליצור cyanocarbenes. חשוב מאוד שכל אמצעי הזהירות הנדרשת נלקחות מאז רבים של חומרים כימיים וחומרי ביניים שמוצגים בסרטון הזה הם נפיצים ורעילים ביותר. למרות הרמה הגבוהה של תגובתיות יכולה להיות מסוכנת אם מוכנה חו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מימון לפרויקט זה מהאגודה האמריקנית לכימיה נפט קרן המחקר (52,488-DNI1) ואוניברסיטת צפון קרוליינה בגרינסבורו הוא הודה בהכרת תודה. כמו כן אנו מודים לד"ר טרי הנילוס (UNCG) עבור השאלה לנו כלי הזכוכית המתאימות לניסויים אלה. ייעוץ ועריכת וידאו על ידי אהרון Glancy הוא גם הודה.
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 |
References
- Hyatt, I. F. D., Meza-Aviña, M. E., Croatt, M. P. Alkynes & Azides: Not Just for Click Reactions. Synlett. 23 (20), 2869-2874 (2012).
- Meza-Aviña, M. E., Patel, M. K., Lee, C. B., Dietz, T. J., Croatt, M. P. Selective Formation of 1,5-Substituted Sulfonyl Triazoles Using Acetylides and Sulfonyl Azides. Organic Letters. 13 (12), 2984-2987 (2011).
- Hyatt, I. F. D., Croatt, M. P. Reactions of Hypervalent Iodonium Alkynyl Triflates with Azides: Generation of Cyanocarbenes. Angewandte Chemie International Edition. 51 (30), 7511-7514 (2012).
- Banert, K., Hagedorn, M., Wutke, J., Ecorchard, P., Schaarschmidt, D., Lang, H. Elusive ethynyl azides: trapping by 1,3-dipolar cycloaddition and decomposition to cyanocarbenes. Chemical Communications. 46 (23), 4058-4060 (2010).
- Koumbis, A., Kyzas, C., Savva, A., Varvolis, A. Formation of New Alkynyl(phenyl)iodonium Salts and Their Use in the Synthesis of Phenylsulfonyl Indenes and Acetylenes. Molecules. 10 (10), 1340-1350 (2005).
- Banert, K., Arnold, R., Hagedorn, M., Thoss, P., Auer, A. A. 1-Azido-1-Alkynes: Synthesis and Spectroscopic Characterization of Azidoacetylene. Angewandte Chemie International Edition. 51 (30), 7515-7518 (2012).
- Zhdankin, V. V., Stang, P. J. Chemistry of Polyvalent Iodine. Chemical Reviews. 108 (12), 5299-5358 (2008).
- Bräse, S., Banert, K. . Organic Azides – Syntheses and Applications. , (1002).
- Stang, P. J. Alkynyl- and Alkenyl(phenyl)iodonium Compounds. Angewandte Chemie International Edition. 31 (3), 274-285 (2003).
- Hembre, R. T., Scott, C. P., Norton, J. R. Conversion of olefins to ditriflates by μ-oxobis[(trifluoromethanesulfonato)(phenyl)iodine. Journal of Organic Chemistry. 52 (16), 3650-3654 (1987).
- Stang, P. J., Surber, B. W., Chen, Z., Roberts, K. A., Anderson, A. G. Acetylenic Esters. Preparation and Mechanism of Formation of Alkynyl Tosylates and Mesylates via Tricoordinate Iodonium Species. Journal of the American Chemical Society. 109 (1), 228-235 (1987).
- Zhdankin, V. V., Crittell, C. M., Stang, P. J., Zefirov, N. S. A general approach to unsymmetrical tricoordinate iodinanes: Single step preparation of mixed iodosobenzene sulfonates Phl(X)OSO2R, via reaction of iodosobenzene with Me3SiX. Tetrahedron Letters. 31 (34), 4821-4824 (1990).
- Lee, H., Jung, Y., Yoon, Y., Kim, B. G., Kim, Y. Angularly Fused Triquinanes from Linear Substrates through Trimethylenemethane Diyl [2 + 3] Cycloaddition Reaction. Organic Letters. 12 (11), 2672-2674 (2010).
- Beauchard, A., Phillips, V. A., Lloyd, M. D., Threadgill, M. D. Synthesis of 2-(4-carboxybutenyl)- and 2-(4-carboxybutynyl)-cyclopentene-1-carboxamides. Tetrahedron. 65 (39), 8176-8184 (2009).
- Kitamura, T. An Alternative Synthesis of Alkynyl(phenyl)iodonium Triflates Using (Diacetoxyiodo)benzene and Alkynylsilanes. Synthesis. 10, 1416 (1998).
- Bouma, M. J., Olofsson, B. General One-Pot Synthesis of Alkynyliodonium Salts and Alkynyl Benziodoxolones from Aryl Iodides. Chemistry A European Journal. 18, 14242 (2012).
- Williamson, B. L., Stang, P. J., Preparation Arif, A. M. Molecular Structure, and Diels-Alder Cycloaddition Chemistry of β-Functionalized Alkynyl(phenyl)iodonium Salts. Journal of the American Chemical Society. 115 (7), 2590-2597 (1993).
