JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Ionic liquids (ILs) mediate fast, simple and cheap access to 1,6-ketoesters in high diastereoselectivities and good yields. The reaction protocol is robust and the 1,6-ketoesters can be obtained in gram scale after a simple filtration protocol. Moreover, the 1,6-ketoesters are potent gelators in hydrocarbon solvents.

Abstract

In organic chemistry ionic liquids (ILs) have emerged as safe and recyclable reaction solvents. In the presence of a base ILs can be deprotonated to form catalytically active N-Heterocyclic Carbenes (NHCs). Here we have used ILs as precatalysts in the addition of α,β-unsaturated aldehydes to chalcones to form 1,6-ketoesters, incorporating an anti-diphenyl moiety in a highly stereoselective fashion. The reaction has a broad substrate scope and several functional groups and heteroaromatics can be integrated into the ketoester backbone in generally good yields with maintained stereoselectivity. The reaction protocol is robust and scalable. The starting materials are inexpensive and the products can be obtained after simple filtration, avoiding solvent-demanding chromatography. Furthermore, the IL can be recycled up to 5 times without any loss of reactivity. Moreover, the 1,6-ketoester end product is a potent gelator in several hydrocarbon based solvents. The method enables rapid access to and evaluation of a new class of low molecular weight gelators (LMWGs) from recyclable and inexpensive starting materials.

Introduction

figure-introduction-103

(فوق) تركيب ثلاثي مكون من 1،6-ketoesters: فئة جديدة من الاسعار المنخفضة gelators الوزن الجزيئي.

السوائل الأيونية (ILS) لديها استقرار عالية، وتقلب أسعار منخفضة، وعدم قابليتها للاشتعال، وبالتالي جعلت اهتمام وسائل الإعلام رد فعل آمنة والمذيبات مثالية لإعادة التدوير. 1-3 imidazoliums الألكيل هي نوع معين من السوائل الأيونية أنه في وجود قاعدة ، يمكن deprotonated لإصدار-N الحلقية غير المتجانسة carbene (NHC). 4 في مجال organocatalysis، NHCs، التي تعمل تحت مسارات رد فعل متميزة، وقد وجدت استخدام على نطاق واسع في مجموعة واسعة من ردود الفعل العامة. 5-11

وعلى الرغم من ذلك، فإن العلاقة بين ILS وformin السندات CCز NHC الحفز غير مستكشفة نسبيا. ومع ذلك، فقد تم الإبلاغ عن NHCs المستمدة من ILS لتحفيز CC السندات تشكيل ردود الفعل مثل التكثيف الجاوي وردود الفعل ستتر. 12-22 فعلى سبيل المثال، أظهرت ديفيس وآخرون أن ILS المستمدة من thiazoliums N-ألكيل بمثابة precatalysts في تشكيل الجاوي من بنزيلديهايد 12

في الآونة الأخيرة، وتشن وزملاء العمل توسيع هذا المفهوم باستخدام imidazolium استنادا IL، 1 إيثيل-3-الميثيل imidazolium خلات (EMIMAc)، لأداء التكثيف الجاوي على 5 hydroxymethylfurfural (HMF) لتوليد 5،5 '-di (hydroxymethyl) furoin (DHMF). 23 وبالنظر إلى أن وILS المتاحة تجاريا وتوفر وسيلة غير مكلفة لتوليد NHCs، ونحن مهتمون في التحقيق في ما أنواع أخرى من ردود الفعل ILS يمكن أن تؤدي. تحقيقا لهذه الغاية، وجدنا أن الألكيل imidazoliums يمكن أن تستخدم بكفاءة precatalysts في المترافقة additi الرسميعلى الألدهيدات غير المشبعة إلى الجالكونات (الشكل 1) إعطاء 1،6-ketoesters. وIL الأكثر كفاءة، EMIMAc، ويعزز رد فعل فراغي للغاية بين سينمالدهيد وكالكون. يحدث رد فعل مع تفضيل عالية لمكافحة -diastereomer و-ketoesters 1،6 يمكن عزل في عوائد تصل إلى 92٪. 24،25،26

figure-introduction-2480
الشكل 1: IL بوساطة ثلاثة مكونات، بالإضافة فراغي من سينمالدهيد إلى كالكون.

Protocol

1. غرام النطاق توليف الميثيل 6 أوكسو-3،4،6-triphenylhexanoate

  1. الجاف 1-ايثيل-3-الميثيل خلات imidazolium (EMIMAc) في قاع القارورة المستديرة حول المبخر الدوار في 10 ميللي بار، 40 ° C لمدة 1 ساعة.
  2. إضافة 2.1 غرام من EMIMAc الجافة و 1.0 غرام من 1،3-ثنائي-2-propen-1-واحد إلى 100 مل قارورة أسفل جولة مزودة محرك مغناطيسي.
  3. إضافة 2.019 مل من الميثانول و 2.3 غرام من سينمالدهيد إلى القارورة.
  4. في درجة حرارة الغرفة (22 ° C) حل الخليط في 60 مل من ثنائي كلورو ميثان بواسطة التحريك لمدة 1 دقيقة.
  5. بعد ذلك إضافة 0.37 مل من 1.8 diazabicyclo [5.4.0] undec-7-الشم (DBU) إلى خليط اثارة (الخطوة 1.4) وسقف أسفل القارورة المستديرة.
  6. اثارة مع شريط مغناطيسي بسرعة 500 دورة في الدقيقة في درجة حرارة الغرفة (22 ° C).
  7. تحقق الانتهاء من رد الفعل مع 1 H NMR 24 ابحث عن اختفاء الرابطة المزدوجة من كالكون في المنطقة 7.8 جزء في المليون.
  8. عندما وصلت إلى رد فعل استكمال إزالة المواد المتطايرة على المبخر الدوار في 10 ميللي بار، 20 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة.
  9. إضافة 50 مل الميثانول إلى بقايا حل EMIMAc عن طريق اثارة مع شريط مغناطيسي.
  10. إزالة المواد الصلبة من جدران القارورة عن طريق اثارة بعنف مع شريط مغناطيسي بسرعة 750 دورة في الدقيقة لمدة 30 دقيقة. إذا لزم الأمر، واستخدام ملعقة لإزالة المواد الصلبة المتبقية من الجدران.
  11. تصفية الخليط على فريت (حجم المسام 3).
  12. تغسل مع 20 مل إضافية من الميثانول. إذا كان المطلوب إعادة تدوير EMIMAc تتبخر الراشح المثيلي. (الخطوة 2.1).
  13. لا تزال على فريت، تقسيم بلطف كعكة فلتر (من الخطوة 1.11) إلى أجزاء أصغر مع ملعقة ونقل المواد الصلبة عن طريق قمع مسحوق لوزن ما قبل الجولة أسفل القارورة وتجفيف المواد الصلبة تحت فراغ.
  14. وزن القارورة وحساب العائد.
  15. تحليل المنتج من قبل 1 H NMR (الخطوة 1.7). مقارنة مع أطياف عنها. 24
عنوان "> 2. تدوير EMIMAc

  1. إزالة المواد المتطايرة من خليط المثيلي (من الخطوة 1.12) تحت ضغط منخفض من 10 ميللي بار، عند 40 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
  2. تحليل الناتج النفط بنسبة 1 H NMR و 13 C NMR للتأكد من أن EMIMAc موجود. 24
  3. استخدام EMIMAc المعاد تدويرها بدءا من الخطوة 1.2.

3. دبق

  1. إعداد محلول المخزون
    1. إضافة 200 ملغ من مادة 6 أوكسو-3،4،6-triphenylhexanoate (المنتج من الخطوة 1.15) وشريط مغناطيسي إلى قارورة. إضافة 2.0 مل ثنائي كلورو ميثان بحل ketoester. وقد حل ضجة حتى كل شيء.
  2. دبق
    1. إضافة 50 مل من هيبتان إلى كوب 500 مل. إضافة 1.5 مل من محلول المخزون إلى هيبتان. يحرك بسرعة لضمان خلط الكافي واسمحوا الوقوف دون اثارة في درجة حرارة الغرفة حتى يحدث دبق.

النتائج

كما يتضح أعلاه، EMIMAc بمثابة precatalyst في إضافة المترافقة الرسمية للα، β-غير المشبعة ألدهيد إلى الجالكونات. وتم التحقيق أيضا الأخرى المتاحة تجاريا ILS استنادا imidazolium مثل كلوريد 1-ايثيل-3-methylimidazolium (EMIMCl) وكلوريد 1-بوتيل-3-methylimidazolium (BMIMCl)، ومع ذلك، هذه التفاعلات شرع ف...

Discussion

استنادا إلى -configuration المضادة التي يحددها التحليل بالأشعة السينية ketoester 3 وعلى التحقيق الآلية التي اقترحها بوده وزملاء العمل 30 واقترح مسار التفاعل التالي (الشكل 5). نزع بروتون من IL يولد نوعا NHC. وNHC يتفاعل مع ألدهيد غير مشبعة لتشكيل بريسلو سيطة أولا بر...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We gratefully acknowledge the Swedish Research Council Formas for generous financial support.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
1-ethyl-3-methyl imidazolium acetateAldrich51053-100G-FProduced by BASF ≥90%, dried on a rotary evaporated before use (10 mBar, 40 °C, 1 hr)
CAS NUMBER: 143314-17-4
1,3-diphenyl-2-propen-1-oneAldrich11970-100G98.0%
CAS NUMBER: 94-41-7
trans-cinnamaldehyde AldrichC80687-25G99%, stored under nitrogen prior to use
CAS NUMBER: 14371-10-9
1,8-Diazobicyclo[5.4.0]undec-7-eneAldrich139009-25G98%
CAS NUMBER: 6674-22-2
MethanolSigma-Aldrich32213N-2.5Lpuriss. P.a., ACS reagent, reag. ISO, reag. Ph. Eur. ≥99.8% (GC)
CAS NUMBER: 67-56-1
DichloromethaneFischer ChemicalD/1852/17XAnalytic reagent grade, stabilized with amylene
CAS NUMBER: 9/2/1975
n-HeptaneFischer ChemicalH/0160/17XAnalytic reagent grade
CAS NUMBER: 142-82-5

References

  1. Hallett, J. P., Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids: Solvents for Synthesis and Catalysis. 2. Chem. Rev. 111, 3508-3576 (2011).
  2. Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids. Solvents for Synthesis and Catalysis. Chem. Rev. 99, 2071-2084 (1999).
  3. Vora, H. U., Wheeler, P., Rovis, T. Exploiting acyl and enol azolium intermediates via N-hetero- cyclic carbene-catalyzed reactions of α-reducible aldehydes. Adv. Synth. Catal. 354, 1617-1639 (2012).
  4. Holloczki, O., et al. Carbenes in ionic liquids. New J. Chem. 34, 3004-3009 (2010).
  5. Enders, D., Balensiefer, T. Nucleophilic Carbenes in Asymmetric Organocatalysis. Acc. Chem. Res. 37, 534-541 (2004).
  6. Enders, D., Niemeier, O., Henseler, A. Organocatalysis by N-Heterocyclic Carbenes. Chem. Rev. 107, 5606-5655 (2007).
  7. List, B. Enamine Catalysis Is a Powerful Strategy for the Catalytic Generation and Use of Carbanion Equivalents. Acc. Chem. Res. 37, 548-557 (2004).
  8. Nair, V., Bindu, S., Sreekumar, V. N-Heterocyclic carbenes: Reagents, not just ligands!. Angew. Chem. Int. Ed. 43, 5130-5135 (2004).
  9. Marion, N., Dìez-González, S., Nolan, S. P. N-Heterocyclic Carbenes as Organocatalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 46, 2988-3000 (2007).
  10. Biju, A. T., Kuhl, N., Glorius, F. Extending NHC-Catalysis: Coupling Aldehydes with Unconventional Reaction Partners. Acc. Chem. Res. 44, 1182-1195 (2011).
  11. Bugaut, X., Glorius, F. Organocatalytic umpolung: N-heterocyclic carbenes and beyond. Chem. Soc. Rev. 41, 3511-3522 (2012).
  12. Davis, h. j., Forrester, K. J. Thiazolium-ion based organic ionic liquids (OILs).1,2 Novel OILs which promote the benzoin condensation. Tetrahedron Lett. 40, 1621-1622 (1999).
  13. Xu, L. -. W., Gao, Y., Yin, J. -. J., Li, L., Xia, C. -. G. Efficient and mild benzoin condensation reaction catalyzed by simple 1-N-alkyl-3-methylimidazolium salts. Tetrahedron Lett. 46, 5317-5320 (2005).
  14. Jiang, F. S., Yu, H., Gao, G., Xie, R. G. Benzoin condensation in imidazolium based room-temperature ionic liquids. Chin. Chem. Lett. 16, 321-324 (2005).
  15. Estager, J., Lévêque, J. M., Turgis, R., Draye, M. Solventless and swift benzoin condensation catalyzed by 1-alkyl-3-methylimidazolium ionic liquids under microwave irradiation. J. Mol. Catal. A: Chem. 256, 261-264 (2006).
  16. Estager, J., Lévêque, J. -. M., Turgis, R., Draye, M. Neat benzoin condensation in recyclable room-temperature ionic liquids under ultrasonic activation. Tetrahedron Lett. 48, 755-759 (2007).
  17. Orsini, M., Chiarotto, I., Elinson, M. N., Sotgiu, G., Inesi, A. Benzoin condensation in 1,3-dialkylimidazolium ionic liquids via electrochemical generation of N-heterocyclic carbene. Electrochem. Commun. 11, 1013-1017 (2009).
  18. Dunn, M. H., Cole, M. L., Harper, J. B. Effects of an ionic liquid solvent on the synthesis of [gamma]-butyrolactones by conjugate addition using NHC organocatalysts. RSC Advances. 2, 10160-10162 (2012).
  19. Kelemen, Z., Holloczki, O., Nagy, J., Nyulaszi, L. An organocatalytic ionic liquid. Org. Biomol. Chem. 9, 5362-5364 (2011).
  20. Yu, F. -. L., Zhang, R. -. L., Xie, C. -. X., Yu, S. -. T. Synthesis of thermoregulated phase-separable triazolium ionic liquids catalysts and application for Stetter reaction. Tetrahedron. 66, 9145-9150 (2010).
  21. Aupoix, A., Vo-Thanh, G. Solvent-free synthesis of alkylthiazolium-based ionic liquids and their use as catalysts in the intramolecular Stetter reaction. Synlett. , 1915-1920 (2009).
  22. Yu, F. -. L., Jiang, J. -. J., Zhao, D. -. M., Xie, C. -. X., Yu, S. -. T. Imidazolium chiral ionic liquid derived carbene-catalyzed conjugate umpolung for synthesis of [gamma]-butyrolactones. RSC Advances. 3, 3996-4000 (2013).
  23. Liu, D., Zhang, Y., Chen, E. Y. X. Organocatalytic upgrading of the key biorefining building block by a catalytic ionic liquid and N-heterocyclic carbenes. Green Chem. 14, 2738-2746 (2012).
  24. Ta, L., Axelsson, A., Bijl, J., Haukka, M., Sundén, H. Ionic Liquids as Precatalysts in the Highly Stereoselective Conjugate Addition of α,β-Unsaturated Aldehydes to Chalcones. Chem. Eur. J. 20, 13889-13893 (2014).
  25. Nair, V., et al. Nucleophilic Heterocyclic Carbene Catalyzed Annulation of Enals to Chalcones in Methanol: A Stereoselective Synthesis of Highly Functionalized Cyclopentanes. Org. Lett. 11, 2507-2510 (2009).
  26. Ma, J., Huang, Y., Chen, R. N-Heterocyclic carbene-catalyzed (NHC) three-component domino reactions: highly stereoselective synthesis of functionalized acyclic ϵ-ketoesters. Org. Biomol. Chem. 9, 1791-1798 (2011).
  27. Domingo, L. R., Saez, J. A., Arno, M. A DFT study on the NHC catalysed Michael addition of enols to α,β-unsaturated acyl-azoliums. A base catalysed C-C bond-formation step. Org. Biomol. Chem. 12, 895-904 (2014).
  28. Kaeobamrung, J., Mahatthananchai, J., Zheng, P., Bode, J. W. An Enantioselective Claisen Rearrangement Catalyzed by N-Heterocyclic Carbenes. J. Am. Chem. Soc. 132, 8810-8812 (2010).
  29. Zweep, N., van Esch, J. H. . Functional Molecular Gels. , 1-29 (2014).
  30. Chiang, P. -. C., Kaeobamrung, J., Bode, J. W. Enantioselective, Cyclopentene-Forming Annulations via NHC-Catalyzed Benzoin−Oxy-Cope Reactions. J. Am. Chem. Soc. 129, 3520-3521 (2007).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

105 NHC 1 6 ketoester gelator

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved