[(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6: en generell og bredt gjeldende kobber-baserte Photoredox Catalyst

Summary

Detaljerte og generelle protokoller er presentert for syntese av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆, en generell kobber-baserte photoredox katalysator, og for bruk i syntetisk kjemi for direkte Arylering av C-H obligasjoner i (hetero) Arenes og radikale syklisering av organiske halogenider.

Abstract

Vår gruppe har nylig rapportert bruk av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ som en generell kobber-baserte photoredox katalysator som viste seg effektiv for å fremme aktiveringen av et bredt utvalg av organiske halogenider, inkludert unactivated seg. Disse kan deretter delta i ulike radikale transformasjoner som reduksjon og syklisering reaksjoner, så vel som i direkte arylering av flere (hetero) Arenes. Disse transformasjoner gir en enkel tilgang til en rekke små molekyler av interesse i syntetisk kjemi, samt biologisk aktive naturlige produkter. Til sammen [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ fungerer som en praktisk photoredox katalysator som synes å være et attraktivt, billig og utfyllende alternativ til de State-of-the-art Iridium-og ruthenium-baserte photoredox katalysatorer. Her rapporterer vi en detaljert protokoll for syntese av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆, samt NMR og spektroskopiske characterizations, og vi illustrerer bruken i syntetisk kjemi for direkte arylering av (hetero) Arenes og radikale syklisering av organiske halogenider. Spesielt direkte arylering av N-methylpyrrole med 4-iodobenzonitrile råd til 4-(1-metyl-1H-pyrrol-2-YL) benzonitrile og radikale syklisering av n-benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3-YL) methyl] cyanamide å ha råd til naturlig produkt luotonin A er detaljert. Omfanget og begrensningene av denne kobber-baserte photoredox katalysator er også kort diskutert.

Introduction

Radikale transformasjoner har vært kjent i flere ti år å gi bemerkelsesverdig effektive trasé i syntetisk kjemi som ofte komplementære til transformasjoner basert på kationiske, anioniske eller pericyclic prosesser¹. Mens spesielt lovende for ulike typer transformasjoner, radikal-basert kjemi har imidlertid lenge vært underexploited, hovedsakelig på grunn av behovet for svært giftige reagenser som betydelig begrenser sin attraktivitet. Videre har radikale prosesser lenge vært betraktet som transformasjoner forbundet med dårlige nivåer av kontroll i form av Regio-og/eller stereoselectivity, eller fører til omfattende dimerization og/eller polymerisering problemer.

Alternative strategier har nylig blitt utviklet for å lette generasjonen og bedre kontroll reaktivitet av radikale arter. Blant dem, photoredox katalyse har blitt en av de mektigste metodene som det tillater praktisk generering av radikale arter ved hjelp av en lys-responsive sammensatte, nemlig photoredox katalysator, og synlig lys bestråling^2,3 . Synlig lys i seg selv er faktisk i stand til å fremme befolkningen i opphisset tilstand av photoredox katalysator som blir følgelig både en sterkere redusere og oksiderende enn i sin tilsvarende bakken tilstand. Disse forbedrede Redox egenskaper gjør enkelt-elektron overføringsprosesser, ikke gjennomførbart i bakke tilstand, mulig under milde forhold fra opphisset tilstand. I løpet av det siste tiåret har synlig lys photoredox katalyse blitt en attraktiv og kraftig teknikk i økologisk syntese og har tillatt utviklingen av en rekke bemerkelsesverdig effektive og selektive transformasjoner basert på radikale mellom produkter utviklet under bærekraftige, milde og brukervennlige forhold.

Mens de fleste photoredox prosesser rapportert hittil er dominert av bruk av Iridium-og ruthenium-baserte photoredox katalysatorer, samt av noen organiske fargestoffer som pyrylium og acridinium derivater⁴, billigere alternativer er fortsatt svært etterspurt for utvikling av komplementære prosesser av interesse for industrielle applikasjoner. I denne forbindelse, bruk av kobber-baserte photoredox katalysatorer synes spesielt tiltalende som de er ikke bare billigere, men også gi muligheter til å aktivere et bredere og/eller ulike spekter av underlag, som derfor åpner nye perspektiver i photoredox katalyse^5,6,^7,8. Til tross for noen lovende tidlige verker rapportert av Kutal⁹, Mitani¹⁰ og Sauvage¹¹ grupper, har photoactivatable kobber komplekser imidlertid bare vært knapt brukt i photoredox katalyse, sannsynligvis på grunn av deres kortvarig spente tilstander sammenlignet med deres ruthenium-og Iridium-baserte kongenere. Mer nylig, nylig bemerkelsesverdige bidrag av Peters og Fu^12,13,14,15, reiser^{16,17,18, 19} andre priser ^{, 20} og andre grupper^{21,22,23,24,25} har klart brakt oppmerksomhet tilbake til kobber-baserte photoredox katalysatorer og demonstrerte deres unikt potensial.

Som en del av vår nylige interesse for kobber-katalysert radikale prosesser^26,27, vi har nylig rapportert en generell og bredt gjeldende kobber-baserte photoredox katalysator, [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ (DPEPhos: BIS [(2- diphenylphosphino) fenyl] Eter; BCP: bathocuproine), som viste seg å være spesielt effektiv for aktivering av organisk halogenider under synlig lys bestråling (figur 1a)^28,29,30. Ved bestråling med synlig lys og i nærvær av et amin som offer redusere, et bredt spekter av unactivated aryl og alkyl halogenider ble vist å være lett aktiveres av katalysator mengder [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ og derfor å delta i ulike radikale transformasjoner inkludert reduksjoner, cyclizations og direkte arylering av flere elektron-rik (hetero) Arenes. Videre [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ har også vist seg vellykket på å fremme photoinduced radikale Domino cyclizations av ynamides og cyanamides, noe som gir en effektiv og enkel tilgang til komplekse Tri-, Tetra-og pentacyclic nitrogen heterocycles i kjernen strukturer av ulike naturlige produkter. Denne strategien tillot effektiv syntese av rosettacin, luotonin A, og deoxyvasicinone, naturlige produkter som viser anticancer, antimikrobielle, anti-inflammatorisk og antidepressant aktiviteter. Disse transformasjoner er illustrert i figur 1C. Fra et mekanistisk synspunkt, photoinduced aktivering av organiske halogenider med [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ fortsetter gjennom en sjelden Cu (i)/Cu (i) */Cu (0) katalysator, som har blitt bekreftet av omfattende mekanistisk og photophysical studier. Spesielt eksitasjon av grunntilstanden [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ [Cu (I)] ved bestråling av synlig lys fører til dannelsen av den tilsvarende spent kompleks [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆* [Cu (I) *] som deretter reduseres med offer Amin for å generere tilsvarende [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ [Cu (0)] arter. Dette Cu (0) middels er reductive nok til å redusere karbon-halogen bånd av ulike organiske halogenider å generere tilsvarende radikaler, som deretter kan delta i de nevnte transformasjoner, sammen med regenerering av Start katalysator (figur 1B).

I den følgende delen beskriver vi først protokollen for å syntetisere photoactivatable [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ (hvis NMR og spektroskopiske characterizations er presentert i delen representative resultater). Syntesen er enkel og spesielt praktisk, og krever ganske enkelt tillegg av 1 ekvivalent med DPEPhos og 1 tilsvarende BCP til en løsning av tetrakisacetonitrile kobber (I) heksafluorfosfat i diklormetan. Ønsket [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ blir deretter isolert av nedbør fra dietyl Eter og kan lett fås på en multigram skala (figur 2a). Viktigere er det isolerte kobber komplekset ikke spesielt følsom for oksygen og fuktighet, og kan derfor enkelt håndteres med ingen spesielle forholdsregler annet enn å bli lagret vekk fra lys.

Dernest beskriver vi protokollene for å aktivere organiske halogenider ved hjelp av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ under synlig lys bestråling ved å fokusere på to forskjellige transformasjoner. Den første reaksjonen er den direkte arylering av N-methylpyrrole med 4-iodobenzonitrile ved hjelp av katalysatorer (DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ som photoredox katalysator, dicyclohexylisobutylamine som offer redusere og kalium som base under bestråling ved 420 NM (fig.2b). Den andre reaksjonen er den radikale syklisering av N-benzoyl-n-[(2-iodoquinolin-3-YL) metyl] cyanamide, med samme katalysator og offer redusere, hvis syklisering direkte fører til luotonin a, et naturlig produkt som viser interessante anticancer aktiviteter (figur 2C). Det finnes detaljerte protokoller for begge transformasjoner.

Protocol

1. syntese av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 Tilsett 3,73 g (10,00 mmol) av tetrakisacetonitrile kobber (I) heksafluorfosfat og 5,39 g (10,00 mmol) av DPEPhos til en 2 L rund bunn kolbe utstyrt med en magnetisk røre bar. Monter den runde bunnen kolbe med en tre hals vakuum adapter koblet til en vakuum linje og en Argon linje. Evakuere flasken under vakuum og tilbakefylling med Argon tre ganger. Skru inn de tre hals vakuum adapteren med en gummi septum.Merk: reaksjonen kan utføres …

Representative Results

Syntese av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6Som vist av protokollen beskrevet i ovennevnte delen, syntesen av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF6 er spesielt praktisk og kan enkelt utføres på en multigram skala. 1H og 13C NMR Spectra indikere dannelse av det rene komplekset (Figur 4A, B). De spektroskopiske dataene tilsvarer de som tidligere ble rapportert31. 1 den a…

Discussion

Syntese av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆
Syntesen av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ utføres vanligvis ved hjelp av tørr diklormetan (destillert før bruk) og under Argon for å sikre høyest utbytte, renhet og god reproduserbarhet. Som nevnt i protokollen, syntesen av [(DPEPhos) (BCP) Cu] PF₆ kan utføres med vanlig diklormetan (99,8%) og/eller under luft med variabel effektivitet. Faktisk, mens bruk av vanlige diklormetan under Argon gis samme effektivitet (89% yield), utføre…

Materials

Material
Bathocuproine (bcp)	Acros	161340010
Acetonitrile, 99.9+	Acros	326811000
Celite 545	Acros	349670025
Bis[(2-diphenylphosphino)phenyl] ether (DPEphos)	Acros	383370050
Calcium hydride	Acros	C/1620/48
Dichloromethane, 99.8%	Fisher Chemical	D/1852/25
Dietyl ether, >= 99%	Fisher Chemical	D/2400/MS21
Ethyl acetate	Fisher Chemical	E/0900/25
N-Methylpyrrole, 99%	Sigma Aldrich	M78801
4-Iodobenzonitrile, 98%	Combi-Blocks	OR-3151
Petroleum ether (40-60 °)	Fisher Chemical	P/1760/25
Potassium carbonate, anhydrous	Fisher Chemical	P/4120/60
Tetrakisacetonitrile copper(I) hexafluorophosphate, 97%	Sigma Aldrich	346276
Equipment
1H and 13C NMR spectrometer	Bruker	Avance 300 Spectrometer
1H and 13C NMR spectrometer	Varian	VNMRS 400 Spectrometer
420 nm light tubes	Luzchem	LZC-420
Blue LEDs lamp	Kessil	H150-Blue
Blue LEDs strips	Eglo	92065
Photochemistry Device PhotoRedOx Box	Hepatochem	HCK1006-01-016
Photoreactor	Luzchem	CCP-4V
Spectrofluorimeter	Shimadzu	RF-5301PC
UV/Vis spectrometer	Perkin Elmer	Lambda 40