Synthese von hypervalenten Iodonium Alkinyl triflaten für die Anwendung der Gene Cyanocarbenes
Summary
Hierin wird die Synthese, Isolierung und Reaktionen von hypervalenten iodonium Alkinyl triflaten (HIATs) mit Aziden zu erzeugen cyanocarbenes beschrieben. Die Verfahren beinhalten wird luftempfindlichen und Kältemittel-Techniken, einschließlich Kältefiltration unter einer inerten Atmosphäre. Handhabung und Sicherheit der synthetisierten Verbindungen werden ebenfalls diskutiert.
Abstract
Die in diesem Artikel beschriebenen Verfahren beinhalten die Synthese und Isolierung von hypervalenten iodonium Alkinyl triflaten (HIATs) und deren Folgereaktionen mit Aziden zu cyanocarbene Zwischenprodukte bilden. Die Synthese von hypervalenten iodonium Alkinyl triflaten kann leicht sein, aber Schwierigkeiten ergeben sich aus ihrer Isolation und Reaktivität. Insbesondere die Notwendigkeit einer Filtration unter einer inerten Atmosphäre bei -45 ° C für einige HIATs verwenden erfordert besondere Sorgfalt und Ausrüstung. Einmal isoliert, kann die Verbindungen gespeichert und in Reaktionen mit Aziden zur cyanocarbene Zwischenprodukte zu bilden.
Der Beweis für cyanocarbene Erzeugung durch sichtbare Extrusion von Stickstoff sowie die Charakterisierung der Produkte, die aus OH-Insertion, Sulfoxid Komplexierung und Cyclopropanierung auftreten dargestellt. Eine Nebenreaktion des cyanocarbene Bildung ist die Erzeugung eines Vinylidenchlorid-Carben und die Bedingungen, die zur Steuerung dieses Prozesses beschrieben werden. Esauch Potenzial, eine hypervalenten iodonium Alkenyl Triflat und die Mittel der Isolation und Kontrolle seiner Generation zu bilden sind. Die OH-Insertion beinhaltet die Verwendung einer HIAT, Natriumazid oder Tetrabutylammonium Azid und Methanol als Lösungsmittel / Substrat. Das Sulfoxid Komplexierung verwendet eine HIAT, Natriumazid oder Tetrabutylammonium Azid und Dimethylsulfoxid als Lösungsmittel. Die Cyclopropanierungen kann mit oder ohne die Verwendung von Lösungsmittel durchgeführt werden. Das Azid-Quelle muss Tetrabutylammonium Azid sein, und die gezeigte Substrat ist Styrol.
Introduction
Die fortgesetzte Entwicklung von organischen Chemie hängt von der Konstruktion und Entwicklung von neuen Reaktionen. Insbesondere die Entdeckung von neuen Reaktionen, die vorher unvorstellbar Synthesewege zu ermöglichen tragen ultimative Bedeutung. Zu diesem Zweck gewünschten unserer Gruppe zu zwei Kohlenstoffatome von einem Alkin und einem Stickstoff von einem Azid in eine cyanocarbene konvertieren. 1 Diese bisher unbekannte Transformation würde für eine deutliche Steigerung in der molekularen Komplexität erlauben, da die reaktiven cyanocarbene würde schnell weiter reagieren. Der anfängliche Aufwand war es, eine nucleophile Alkin und elektrophilen Azid zu verwenden, aber effizient Triazole wurden in diesem Fall gebildet, im Gegensatz zu cyanocarbenes. 2 Mit einer Umpolung Ansatz verwendet die zweite Methode eine elektrophile und nucleophile Alkin-Azid und Produkte aus cyanocarbene Reaktionen resultieren, sind glücklicherweise in diesem Fall gebildet wird. 3. Es gibt viele Quellen von nucleophilen Azid sind jedoch elektro Alkinenviel weniger verbreitet. Die Gruppe von Klaus Banert zuvor berichtet, die Proof-of-Concept für diese Reaktion mit einem Alkinyl-Chlorid, 4, aber unsere Gruppe und die Gruppe Banert unabhängig und gleichzeitig festgestellt, dass hypervalenten iodonium Alkinyl triflaten (HIATs) sind viel besser für die Elektro Gründen der Stabilität und Reaktivität. 3,6 Wir beschreiben hier die Synthese, Isolierung und Reaktion dieser HIATs mit Verbindungen bilden und in situ reagieren, als cyanocarbenes.
Mehrere Sicherheitsvorkehrungen, bevor Sie mit diesen Experimenten fortfahren berücksichtigt werden. Einige hypervalenten iodonium Alkinyl triflaten sind instabil und zersetzen sich, irgendwann heftig, wenn sie Luft und Licht. 7 ausgesetzt, um die Zwischen cyanocarbene zu bilden, das Verfahren erfordert die Verwendung von Azid-Quellen. Azide sind explosiv und hochgiftig. 8 Proper persönlichen Schutzausrüstung sollte beim Umgang mit diesen Materialien, insbesondere zinnorganische getragen werden,und alle Manipulation der Reagenzien sollte in gut belüfteten Hauben nehmen. Die cyanocarbene ist ein leistungsfähiges und instabilen reaktiven Zwischen. Achten Sie darauf, Experimente zunächst auf kleinen Skalen durchzuführen, so dass Stickstoff Gasentwicklung steuerbar ist und diese Reaktionen in geschlossenen Systemen nicht durchzuführen. Wenn Scale-up der Reaktion erwünscht ist, empfehlen wir die Verwendung einer Schutzschild.
Die Synthese von vielen HIATs zuvor veröffentlicht worden, einschließlich der Verwendung von Zefirov Reagenz 9,10 und Koser-Reagens, 9,11 jedoch werden diese Video wird mit dem cyanophenyliodonium Triflat Reagenz 9,12 (Abbildung 1). Cyanophenyliodonium Triflat wurde auf der Grundlage einer zuvor berichteten Literatur Zubereitung angezeigt synthetisiert. 13 Das Reagenz reagiert mit Trialkyl-Zinn-modifizierten Alkinen 14, um das gewünschte Produkt zu bilden. Nachdem die HIAT synthetisiert und isoliert es mit Azid umgesetzt werden, um zu bildeneine reaktive Zwischen cyanocarbene (Abbildung 2). Es gibt verschiedene andere Verfahren, die verwendet werden können, um die Iodonium Alkine wie mit Alkinylsilanen 15 und Alkinyl Boronsäureester 16, aber das Verfahren in der Video-Synthese wurde gewählt, da nach unserer Erfahrung, es hatte eine bessere Effizienz und Ausbeute.
Unsere vorgeschlagene Mechanismus 3,5 (Fig. 3) für diese Reaktion schließt die Zugabe eines Azids Quelle zu dem β-Kohlenstoff des Alkins, wodurch ein Iod-Ylid, das Iodbenzol zersetzt und ein Vinylidenfluorid-Carben bildet. Die Vinyliden-Carben kann dann einer 1,2-Umlagerung über Migration entweder der R-Gruppe oder Azid, eine Alkinyl-Azid-leisten. Die Alkinyl-Azid-extrudiert dann Distickstoff einen cyanocarbene, die mit einem Substrat reagieren kann, zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass es die Bildung einer hypervalenten Iodonium Alkenyl Triflat-Spezies sein, abhängig von Bedingungen ist. Das Nebenprodukt ist,bei niedrigeren Temperaturen in protischen Lösungsmitteln in dem die Protonierung des Iod-Ylid ist schneller als die Umlagerung zum Alkinyl Azid bevorzugt. Eine weitere mögliche Produkt, das bei OH Einschubreaktionen auftritt, ist ein Vinylether, wo der Vinyliden-Carben vor der Umlagerung zum Alkinyl-Azid kann auftreten, gefangen. Die Neigung, diese Vinylether zu bilden, wird durch die R-Gruppe bestimmt.
Einer der Hauptvorteile dieser Reaktion ist, dass nach dem Carben reagiert, ist die resultierende Nitrilgruppe eine bequeme Handhabe für eine weitere Funktionalisierung. Viele Synthone können mit dieser Methode in Betracht gezogen werden, und verschiedene Produkte mit den gleichen Substraten gebildet werden. Controlling der Produktmischung mit Temperatur, Konzentration, und der R-Gruppe des Alkins notwendig. 3 Mit der richtigen Einblick davon, wie cyanocarbenes verhalten, zeigt das Verfahren ein brauchbares Mittel, um schnell das Hinzufügen chemischen Komplexität, eine gezielte Molekül bilden. Beispiele, wie das cyanocarbene reagiert umfassen OH Einsetzen wobei die nukleophile Sauerstoffatom des Alkohols greift das Carben und Protonentransfer auftritt, Dimethylsulfoxid Komplexierung, wobei das Carben kombiniert mit dem Schwefelatom und dem Cyclopropanierung das Carben mit einem Alken reagiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hypervalenten iodonium Alkinyl triflaten oder HIATs, gebildet und können mit Azid Quellen umgesetzt werden, um cyanocarbenes bilden. Es ist sehr wichtig, dass alle erforderlichen Vorkehrungen getroffen werden, da viele der in diesem Video gezeigt Reagenzien und Zwischenprodukte potenziell explosiven und hochgiftig sind. Obwohl die hohe Reaktivität kann gefährlich sein, wenn schlecht vorbereitet, wird in diesem Video gezeigt, dass die inhärente Reaktivität der Verbindungen können durch die Erfassung der cyanocarben…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Finanzierung für dieses Projekt aus der American Chemical Society Petroleum Research Fund (52488-DNI1) und der Universität von North Carolina in Greensboro wird dankbar anerkannt. Wir danken auch Dr. Terry Nil (UNCG) für das Ausleihen uns die entsprechende Glaswaren für diese Experimente. Video-Beratung und Bearbeitung von Aaron Glancy wird auch anerkannt.
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
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