元素镧在选择性 c-F 活化 Trifluoromethylated Benzofulvenes 中的应用提供各种 Difluoroalkenes 的访问

摘要

本协议描述了惰性气氛下元素镧的制备及其在含有 trifluoromethylated benzofulvenes 的选择性 C F 活化过程中的应用。

摘要

在 polyfluorinated 芳香分子中或在含三氟甲基基板上选择性活化一碳-氟键, 可获得具有独特含氟分子的可能性, 而其他合成通路。在各种金属中, 可以通过 C f 活化, 镧 (ln) 是良好的候选, 因为它们形成了强大的 F 型债券。镧系金属是具有氧化还原电位的强还原剂, 在约-2.3 V 的^{3 +}/中, 可与镁^{2 +}/毫克氧化还原偶的值相媲美。此外, 镧系金属具有很好的功能基团耐受性, 它们的活性可以随稀土系列的不同而变化, 使它们适合于有机和金属化转化过程中微调反应条件的合适试剂。然而, 由于他们的 oxophilicity, 镧反应容易与氧气和水, 因此需要特殊条件的储存, 处理, 准备和活化。这些因素限制了在有机合成中的广泛应用。在这里, 我们介绍了金属镝是如何使用 glovebox 和 Schlenk 技术在无水条件下进行新鲜制备的。新提交的金属与氯化铝结合, 在 trifluoromethylated benzofulvenes 启动选择性的 C F 活化。由此产生的反应中间体与 nitroalkenes 反应, 以获得一个新的 difluoroalkenes 家族。

引言

自二十世纪七十年代代末以来, 稀土金属在有机合成中已被零星使用。最初, 这些强还原剂, 其氧化还原电位在约-2.3 V 的^{3 +}/里, 主要用于桦木型的芳香化合物的减少和频哪醇偶联反应。二十世纪八十年代对稀土金属的可用性和纯度的提高, 以及开发处理空气和湿气敏感化合物的方法和设备, 导致了稀土金属的新应用。直接从 Sm 金属和 diiodoethane 或碘中广泛使用的 SmI₂的制备是镧系化学²的突破。近年来, 对镧系金属的新的反应性模式进行了描述, 例如, 烯卤化物与羰基化合物的 Barbier 型反应,包括二芳基酮⁴或酰的还原偶联反应。氯化物⁵, 选择性环丙烷化反应⁶, 和镧系金属的组合4茂金属^7,8。这些研究表明, 镧系金属具有很好的功能基团耐受性, 它们的反应能力会随稀土系列的不同而变化, 使它们成为有机转化过程中微调反应条件的合适试剂。

在40年^9、10、11的芳香和脂肪族碳氟键的活化反应中, 研究了 Organolanthanide 配合物和无机镧系盐。在 2014年, 第一次报告的 C F 活化使用元素镱金属出现¹²。它显示了 Yb 与 pentafluorobenzene 的选择性反应, 以支付 tetrafluorobenzene 和 YbF₂。最近, 我们已经表明, 各种镧系金属可以与 trifluoromethylated benzofulvenes 在氯化铝的存在, 以获得ε, difluoropentadienylmetal 络合物, 有选择地反应与广泛的醛, 以新的difluoroalkenes (图 1)¹³。结果表明, 金属镝和氯化铝的结合给出了最高的产量和最佳的选择性。我们在这里提出了这项工作的扩展使用 nitroalkenes 作为 electrophiles¹⁴, 导致 regioselectively 到一个新的类 difluoroalkenes¹⁵。

研究方案

1. Glovebox 外的起始材料的制备

1. 准备必要的设备: 用磁力搅拌棒、真空/惰性气体线 (氩或氮气) 和磁力搅拌器的烘箱干 Schlenk 管。
2. 根据文献¹³准备 trifluoromethylated benzofulvene。
3. 称量出 trifluoromethylated benzofulvene (177 毫克, 0.65 毫摩尔), 并加入一个烤箱干燥 Schlenk 管配备了磁力搅拌棒。
4. 用带有聚四氟乙烯衬垫的塑料螺钉盖关闭 Schlenk 管, 并连接至真空线。
5. 开始搅拌和应用真空干燥 benzofulvene 10 分钟。然后, 用氩/氮气释放真空, 再应用真空。重复此过程3次。最后, 用氩/氮气填充 Schlenk 管, 并紧密地关闭。
6. 把 Schlenk 管放在氩/氮气的手套盒里。

2. Glovebox 内新提交的镝金属的制备

1. 准备必要的设备: 用称量天平、金属锉、钳子、铝箔、镊子、刮刀、试管和2橡胶隔膜在氩/氮气下的手套箱。
2. 制备化学品: 金属镝和无水 AlCl₃
3. 插入 Schlenk 管与 benzofulvene, 试管和2橡胶隔膜进入 glovebox 根据您的小组的一般做法为处理 glovebox,例如,为一个小房间应用真空1分钟然后释放与氩/氮气三次。
4. 把一块铝箔放在天平上, 一张放到 glovebox 地板上的盘子上, 以便归档。
5. 在钳子的帮助下紧紧地握住镝金属, 并通过用金属锉锉来获得光亮的金属表面, 从而去除上面不活跃的层。扔掉这个金属。
   注: (1) 使用大型金属件进行归档, 避免钳和文件之间的接触, 以免污染镝金属与其他金属。(2) 对每种镧系金属使用不同的金属文件, 以避免交叉污染。(3) 废弃金属粉末应在手套箱外单独淬火, 使用 dil. HCl 溶液。
   注意: 镝与蒽醌的反应是放热的, 产生氢气, 因此在被冰浴包围的开瓶中淬火镝。
6. 准备新提交的镝金属 (82 毫克, 0.50 毫摩尔), 添加到 Schlenk 管, 并关闭管与橡胶隔膜。
7. 将无水 AlCl₃ (200 毫克, 1.5 毫摩尔) 称量成试管, 用橡胶隔膜关闭管。
8. 从手套箱中取出 Schlenk 管和试管。

3. 在 Glovebox 外启动 C F 活化反应

1. 准备必要的设备: 真空/惰性气体线 (氩或氮气), 磁性搅拌器和干2毫升注射器与针。
2. 准备化学品: 新鲜蒸馏干 THF 和碘。
3. 将 Schlenk 管夹在磁搅拌器上方的通风罩内, 并连接至真空线。在氩/氮气的正流动下打开 Schlenk 管前, 执行三次真空/惰性气体循环。启动磁力搅拌器。
4. 用 AlCl₃在通风罩中夹住试管, 在氩/氮气的正流动下通过针连接到惰性气体线。
5. 在正氩/氮气流下加入催化量的碘 (10-12 毫克) 到 Schlenk 管。
6. 用针在氩/氮气下清除干2毫升注射器
7. 服用1.5 毫升新鲜蒸馏干 THF 使用清除注射器和增加0.5 毫升到 Schlenk 管获得一个深褐色溶液 (碘的颜色在 THF)。
8. 将剩余的1.0 毫升 THF 滴到试管中, AlCl₃, 这将导致轻微的黄色溶液。
   注: 根据 AlCl₃的质量, 添加 THF 可以或多或少放热。
9. 虽然仍然温暖, 转移这个 AlCl₃解决方案从试管到 Schlenk 管使用注射器。
10. 允许反应搅拌, 直到充分消耗 benzofulvene。最初, 深褐色的颜色将消失, 给一个黄色的解决方案, 随着时间的推移将变成一个深绿色混浊的解决方案。
11. 在氩/氮的正流动下, 用毛细管将反应混合物的样品取样, 检查1小时后薄层层析 (TLC) 的反应。以石油醚为淋洗。
    注: 在薄层色板上的起始 benzofulvene 为亮黄色, 可轻易观察到其消失。

4. 添加 Nitroalkene

1. 根据文献¹⁶准备 4-methoxyphenylnitroalkene。
2. 在试管中称 4-methoxyphenylnitroalkene (90 毫克, 0.50 毫摩尔), 用橡胶塞子关闭管子, 通过针连接将其干燥在真空线上。
3. 在反应混合物中 benzofulvene 消失后 (经薄层分析证实), 在氩/氮正流动下加入干 nitroalkene Schlenk 管。反应混合物会改变颜色为黄绿色。
4. 监测反应的薄层色谱分析, 直到充分消耗的 nitroalkene (通常1小时)。以石油醚/乙酸乙酯95/5 为淋洗。

5. 检查和纯化

1. 用20毫升乙醚稀释反应混合物, 在开 Schlenk 管中用5毫升1摩尔水溶液将其淬火。
   注意: 残余镝与蒽醌的反应是放热的, 产生氢气, 这可能会导致 Schlenk 中的压力积聚。因此, 在良好的油烟罩下, 在开 Schlenk 中淬火反应。
2. 淬火后的反应, 转移到一个部位漏斗。
3. 在锥形瓶中收集有机相。用10毫升乙醚洗涤水相2次, 在锥形瓶中收集有机相。
4. 干燥的有机相超过 MgSO₄, 过滤成一个预称量瓶, 并集中在减少压力的旋转蒸发器, 以获得原油产品作为一个橙色棕油。
5. 以石油醚为淋洗, 用硅凝胶柱层析法提纯粗品, 去除非极性水解产物。增加极性高达10/1 石油醚/乙酸乙酯给新的含硝基的 difluoroalkenes。
   注意: 在长柱上执行柱层析和缓慢增加极性时, 可以将 diastereoisomers 分离, 以供分析之用。

结果

这种镧系介导的 C F 活化过程随后与 nitroalkenes 的反应, 可以方便地进入含有硝基基团的新 difluoroalkenes。图 2描述了一个看似合理的反应机制。与我们以前的工作使用醛作为 electrophiles (图 1)¹³, nitroalkenes 支付 13-disubstituted 茚产品 regioselectively。这可能是由 nitroalkene 组的较大空间体积来解释的。

讨论

该协议涉及高反应性, 空气和湿度敏感的镧系金属的工作。因此, 整个反应过程必须在干惰性气体下进行, 所有起动材料, 包括溶剂, 在使用前必须非常干净和干燥。

在购买已提交的金属方面有两个好处: (一) 采购件或锭的经济大大增加, (二) 新提交的金属由于表面钝化造成的减少而更具反应性。由储存的金属。

所述过程有两个主要的关键步骤: (i) 通过提交?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dysprosium ingot	Strem	93-6637	Store under nitrogen/argon
Anhydrous aluminum chloride	Alfa Aesar	88488	Store under nitrogen/argon
Iodine 99.5% for analysis	Across Organics	212491000
THF GPR Rectapur	VWR Chemicals	28552.324	Dried and distilled over Na/benzophenone before use
Glovebox	MBraun		Under nitrogen atmosphere