Effiziente Synthese von polyfunktionalisierten Benzolen im Wasser durch Persulfat geförderte Benzannulation von ungesättigten Verbindungen und Alkyne
Summary
Es wird eine persulfatgeförderte metallfreie Benzannulation von ungesättigten Verbindungen und Alkyne in Wasser zur Synthese von noch nie dagewesenen polyfunktionalisierten Benzolen berichtet.
Abstract
Benzannulationsreaktionen stellen ein wirksames Protokoll zur Umwandlung azyklischer Bausteine in strukturabwechslungsreiche Benzolskelette dar. Trotz klassischer und neuerer Ansätze in Richtung funktionalisierter Benzole bleibt in Wasser metallfreie Methoden eine Herausforderung und stellt eine Chance dar, den Werkzeugsatz zur Synthese von polysubstituierten Benzolverbindungen noch weiter zu erweitern. Dieses Protokoll beschreibt einen operativ einfachen Versuchsaufbau, um die Benzannulation von ungesättigten Verbindungen und Alkynen zu untersuchen, um sich beispiellose funktionalisierte Benzolringe in hohen Erträgen zu leisten. Ammoniumpersulfat ist das Reagenz der Wahl und bringt bemerkenswerte Vorteile wie Stabilität und einfache Handhabung. Darüber hinaus vermitteln die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel und das Fehlen von Metallen der Methode mehr Nachhaltigkeit. Ein modifiziertes Aufarbeitungsverfahren, das den Einsatz von Trocknungsmitteln vermeidet, erhöht auch den Komfort des Protokolls. Die Reinigung der Produkte erfolgt nur mit einem Stöpsel aus Kieselsäure. Der Substratbereich ist derzeit auf terminale Alkyne und ungesättigte aliphatische Verbindungen beschränkt.
Introduction
Funktionalisierte Benzole sind wohl die am häufigsten verwendeten Vorläufer stoffe in der synthetischen organischen Chemie1,2. Sie sind im Mainstream von Pharmazeutika, Naturprodukten und funktionellen organischen Materialien. Es wurden leistungsfähige Ansätze für den Bau von polysubstituierten Benzolderivaten berichtet, und unter ihnen sind etablierte Methoden wie aromatische nucleophile oder elektrophile Substitution3, Kreuzkopplungsreaktionen4 und gerichtete Metallierung5 weit verbreitete Ansätze. Dennoch kann die weit verbreitete Anwendung dieser Strategien durch begrenzten Substratumfang, Überreaktion und Regioselektivität behindert werden.
Tandem-Zyklusreaktionen stellen eine sehr attraktive Alternative zu klassischen Methoden zum schnellen Bau funktionalisierter Benzole in atomökonomischer Weise6,7,8dar. In diesem Rahmen stellen Benzanulationsreaktionen ein geeignetes Protokoll dar, um azyklische Bausteine effektiv in wertvolle Benzolskelette umzuwandeln. Diese Reaktionsklasse ist eine vielseitige Methodik mit einer Vielzahl von chemischen Rohstoffen, Mechanismen und experimentellen Bedingungen9,10,11.
Ziel unserer Studie ist es, ein einfaches und praktisches Protokoll für eine Benzanulationsreaktion zu entwickeln, um noch nie dagewesene funktionalisierte Benzolringe zu erzeugen. Zu diesem Zweck haben wir uns auf den Weg gemacht, um eine metallfreie, persulfatvermittelte Benzannulation in Wasser zu erforschen, die billige chemische Rohstoffe verwendet .
Es lassen sich mehrere Vorteile gegenüber den in der Literatur berichteten Methoden aufarbeiten. Metallfreie Transformationen haben alle notwendigen Eigenschaften, um die Anforderungen an eine nachhaltige Entwicklung zu erfüllen. Um nur wenige zu nennen: Es besteht keine Notwendigkeit für eine kostspielige und herausfordernde Entfernung von Metallspuren aus den gewünschten Produkten; die Reaktionen sind weniger empfindlich auf Sauerstoff und Feuchtigkeit, was seine Manipulation erleichtert und der gesamte Prozess ist normalerweise weniger teuer12. Persulfatsalze sind stabil, leicht zu handhaben und erzeugen nur Sulfat als Nebenprodukt, wodurch die Initiative für grüne Chemie zur Minimierung der Abfallverschmutzung13mit Schwung gefördert wird. Wasser gilt als geeignetes grünes Lösungsmittel für organische Reaktionen: Es ist ungiftig, nicht brennbar, hat einen sehr niedrigen Geruch und ist kostengünstig erhältlich. Auch wasserunlösliche organische Verbindungen können mit “auf Wasser”14 wässrige Suspensionen eingesetzt werden und diese einfachen synthetischen Protokolle haben im Laufe der Jahre immer mehr Aufmerksamkeit gewonnen.
Unsere optimierten Reaktionsbedingungen und das einfache Arbeits-/Reinigungsverfahren bieten Zugang zu mehreren funktionalisierten Benzolringen, die eine Fülle von Möglichkeiten zur weiteren Funktionalisierung bieten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier beschriebene Methode wurde als sehr einfaches und mildes Versuchswerk für die Synthese von polyfunktionalisierten Benzolen in Wasser15konzipiert. Unter unseren Bedingungen konnten wir durch den Einsatz von Ammoniumpersulfat hervorragende Erträge für die Produkte beobachten. Es sollte eine frisch zubereitete persulfatöse Lösung verwendet werden; Feste ammoniumpersulfat können jedoch auch ohne Ertragseinbußen eingesetzt werden. Die Aufmerksamkeit auf die Temperatur des Reaktionsmediu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Fundaéo de Amparo é Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP, Sao Paulo, Brasilien) für die finanzielle Unterstützung (Grant FAPESP 2017/18400-6). Diese Studie wurde zum Teil durch den Coordenao de Aperfeiéoamento de Pessoal de Nével Superior – Brasil (CAPES) – Finanzkodex 001 finanziert.
Materials
| Ammonium persulfate | Vetec | 276 | |
| Chloroform-D, (D, 99.8%) | Sigma Aldrich | 570699-50G | |
| 2-cyclohexen-1-one >95% | Sigma Aldrich | C102814-25ML | |
| Ethyl Acetate, 99.9% | Synth | 01A1010.01.BJ | ACS |
| Hexanes, 98.5% | Synth | 01H1007.01.BJ | ACS |
| Phenylacetylene 98% | Sigma Aldrich | 117706-25ML | |
| Silica Gel (SiO2) | Fluka | 60738-5KG | pore size 60 Å, 35-70 μm particle size |
| Thin-layer chromatography plates | Macherey-Nagel | 818333 | 0.20 mm silica gel 60 with fluorescent indicator UV254 |
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