Anwendung der elementaren Lanthanoide bei der selektiven C-F-Aktivierung von Trifluormethylierten Benzofulvenes bietet Zugang zu verschiedenen Difluoroalkenes

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt die Vorbereitung der elementaren Lanthanoide unter inerter Atmosphäre und ihre Anwendung in einen selektiven C-F-Aktivierung mit trifluormethylierten Benzofulvenes.

Zusammenfassung

Die selektive Aktivierung eine Kohlenstoff-Fluor-Bindung in Polyfluorinated aromatischen Molekülen oder in trifluormethyl-haltigen Substraten bietet die Möglichkeit des Zugriffs auf einzigartige Fluor-haltige Moleküle, die schwer durch andere zu erhalten sind synthetischen Wege. Unter den verschiedenen Metallen, die C-F-Aktivierung unterzogen werden können, sind Lanthanoide (Ln) gute Kandidaten, da sie starke Ln-F-Bindungen bilden. Lanthanid Metalle sind starke Reduktionsmittel mit einer Redox Potenzial Ln^{3 +}/Ln von ca. -2,3 V, das ist vergleichbar mit dem Wert des Mg^{2 +}die /Mg Redox-Paares. Darüber hinaus lanthanid Metalle zeigen eine viel versprechende Funktionsgruppe Toleranz und ihre Reaktivität kann entlang der lanthanid-Serie, so dass sie geeignete Reagenzien für die Feinabstimmung Reaktionsbedingungen in organischen und metallorganischen Transformationen variieren. Jedoch aufgrund ihrer Oxophilicity Lanthanoide reagieren leicht mit Wasser und Sauerstoff und erfordern daher besondere Bedingungen für die Lagerung, Handhabung, Zubereitung und Aktivierung. Diese Faktoren haben einen verstärkten Einsatz in der organischen Synthese beschränkt. Hier präsentieren wir Ihnen, wie Dysprosium, Metall- und Analog alle lanthanid-Metalle - frisch zubereitet werden unter wasserfreien Bedingungen Glovebox und Schlenk Techniken. Das frisch eingereichte Metall in Kombination mit Aluminiumchlorid, initiiert die selektive Aktivierung der C-F in trifluormethylierten Benzofulvenes. Die daraus resultierende Reaktion Vermittler reagieren mit Nitroalkenes, eine neue Familie von Difluoroalkenes zu erhalten.

Einleitung

Seit den späten 1970er Jahren¹wurden sporadisch lanthanid Metalle in der organischen Synthese verwendet. Anfangs waren diese starke Reduktionsmittel mit einer Redox Potenzial Ln^{3 +}/Ln von ca. -2,3 V, vor allem in Birke-Typ Reduktion von Aromaten und Pinacol Koppelung Reaktionen beschäftigt. Eine erhöhte Verfügbarkeit und Reinheit der lanthanid Metalle aus den 1980er-Jahren sowie die Entwicklung von Methoden und Ausrüstung für Luft und Feuchtigkeit empfindlich Verbindungen handhaben führte zu Neuanmeldungen lanthanid Metalle. Die Vorbereitung des weit verbreiteten SmI₂ direkt von Sm Metall und Diiodoethane oder Jod war ein Durchbruch in der lanthanid Chemie². In den letzten Jahren neue Reaktivität Muster lanthanid Metalle sind beschrieben worden, zum Beispiel die Barbier-Art Reaktion des allylic Halogenide mit Carbonyl Verbindungen³, die reduktive KUPPLUNGSREAKTIONEN, die Diaryl Ketone⁴ oder acyl Chloride⁵, selektive Cyclopropanation Reaktionen⁶und die Kombination der lanthanid Metalle mit den Gruppe 4 Metallocenen^7,8. Diese Studien zeigten, dass lanthanid Metalle eine vielversprechende Funktionsgruppe Toleranz zeigen, ihre Reaktivität entlang der Lanthanoid-Serie, damit geeignete Reagenzien für die Feinabstimmung Reaktionsbedingungen in organische Veränderungen variieren kann.

Organolanthanide-komplexe und anorganischen lanthanid-Salze sind in C-F-Aktivierung-Reaktionen mit aromatischen und aliphatischen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen für über 40 Jahre^9,10,11untersucht worden. Im Jahr 2014 erschien der erste Bericht über C-F-Aktivierung unter Verwendung des elementaren Ytterbium Metall¹². Es zeigte die Regioselective Reaktion von Yb mit Pentafluorobenzene p- Tetrafluorobenzene und YbF₂leisten. Vor kurzem haben wir gezeigt, dass verschiedene lanthanid Metalle reagieren können, mit trifluormethylierten Benzofulvenes in Gegenwart von Aluminiumchlorid ε, ε-Difluoropentadienylmetal-komplexe zu erhalten, die selektiv mit einer breiten Palette von Aldehyden, neu reagierte Difluoroalkenes (Abbildung 1)¹³. Es stellte sich heraus, dass die Kombination von Dysprosium Metall und Aluminiumchlorid gab die höchste Erträge und beste Selektivitäten. Hier präsentieren wir eine Erweiterung dieser Arbeit mit Nitroalkenes als Electrophiles¹⁴, führt Regioselectively zu einer neuen Klasse von Difluoroalkenes¹⁵.

Protokoll

1. Vorbereitung des Ausgangsmaterials außerhalb der Glovebox

1. Notwendige Ausrüstung vorbereiten: Ofen getrocknet Schlenk Rohr mit einem magnetischen Stir Bar, Vakuum/Inertgas-Linie (Argon oder Stickstoff) und Magnetrührer.
2. Trifluormethylierten Benzofulvene nach der Literatur¹³vorzubereiten.
3. Trifluormethylierten Benzofulvene (177 mg, 0,65 Mmol) wiegen Sie ab und fügen Sie in einem Ofen getrocknet Schlenk Rohr mit einer magnetischen Stir Bar ausgestattet.
4. Verschließen Sie das Schlenk-Röhrchen mit einem Kunststoff Schraubverschluss mit PTFE-Liner und Vakuumleitung an.
5. Start rühren und trockene Benzofulvene für 10 min Vakuum zuweisen. Dann lassen Sie das Vakuum mit Argon/Stickstoff und wenden Sie das Vakuum wieder an. Wiederholen Sie diesen Vorgang 3-Mal. Zu guter Letzt die Schlenk-Röhrchen mit Argon/Stickstoff füllen und dicht schließen.
6. Nehmen Sie das Schlenk-Rohr unter Argon/Stickstoff im Handschuhfach.

2. Vorbereitung des frisch eingereichten Dysprosium Metall in das Handschuhfach

1. Notwendige Ausrüstung vorbereiten: Handschuhfach unter Argon/Stickstoff mit mit einem Gewicht von Gleichgewicht, Metallfeile, Zangen, Aluminiumfolie, Zange, Spatel, Reagenzglas und 2 Kautschuk Septen.
2. Bereiten Sie Chemikalien: Dysprosium Metall und wasserfreien AlCl₃
3. Einfügen-Schlenk-Röhre mit Benzofulvene, ein Reagenzglas und 2 Kautschuk Septen in das Handschuhfach nach Ihrer Gruppe allgemeine Praxis für den Umgang mit der Glovebox, gelten z. B. für eine kleine Kammer Vakuum für 1 min dann Release mit Argon/Stickstoff dreimal.
4. Legen Sie ein Stück Alufolie auf die Waage Waage und einer auf einen Teller, auf dem Glovebox Boden für die Einreichung.
5. Fest halten Sie das Dysprosium Metall mit Hilfe von Zangen und seine inaktiv Oberschicht durch Feilen mit einer Metallfeile, eine glänzende Metalloberfläche zu erhalten. Entsorgen Sie dieses eingereichte Metall.
   Hinweis: (1) verwenden Sie große Metallteile für die Einreichung und vermeiden Sie den Kontakt zwischen den Zangen und die Datei nicht zu verunreinigen das Dysprosium Metall mit anderen Metallen. (2) verwenden Sie eine andere Metall-Datei für jedes lanthanid-Metall um Kreuzkontaminationen zu vermeiden. (3) abgelegten Metallpulver sollten separat außerhalb der Glove-Box, mit DIL w.l.-HCl-Lösung abgeschreckt werden.
   Achtung: Die Reaktion von Dysprosium mit w.l HCl ist exotherm und produziert Wasserstoffgas, daher stillen Dysprosium in einem offenen Kolben Eisbad umgeben.
6. Bereiten Sie frisch eingereichten Dysprosium Metall (82 mg, 0,50 Mmol), Schlenk Rohr hinzu, und schließen Sie den Schlauch mit einer gummiseptum.
7. Wiegen von wasserfreiem AlCl₃ (200 mg, 1,5 Mmol) in ein Reagenzglas und das Röhrchen mit einem gummiseptum verschließen.
8. Entfernen Sie das Schlenk-Rohr und das Reagenzglas aus dem Handschuhfach.

(3) C-F-Aktivierung Anlaufruck außerhalb der Glovebox

1. Notwendige Ausrüstung vorbereiten: Vakuum/Inertgas-Linie (Argon oder Stickstoff), Magnetrührer und trockenen 2 mL Spritze mit Nadel.
2. Bereiten Sie Chemikalien: frisch destilliert, trockenem THF und Jod.
3. Klemmen Sie das Schlenk-Rohr in einer Abzugshaube über ein Magnetrührer und verbinden mit der Vakuumleitung. Führen Sie drei Zyklen von Vakuum/inert Gas vor dem Öffnen der Schlenk Rohr unter einen positiven Energiefluss Argon/Stickstoff. Starten Sie den Magnetrührer.
4. Klemmen Sie das Reagenzglas mit AlCl₃ in einer Dampfhaube und verbinden mit der Inertgas-Linie über eine Nadel unter einen positiven Energiefluss Argon/Stickstoff.
5. Das Schlenk-Rohr unter einem positiven Argon/Stickstoff-Fluss eine katalytische Menge an Jod (10-12 mg) hinzufügen.
6. Löschen einer trockenen 2 mL-Spritze mit Nadel unter Argon/Stickstoff
7. Nehmen Sie 1,5 mL frisch destillierten trockenem THF mit der gelöschten Spritze und 0,5 mL der Schlenk Röhre um eine dunkelbraune Lösung (Farbe von Jod in THF) zu erhalten.
8. Fügen Sie die restliche 1,0 mL THF tropfenweise in das Teströhrchen mit AlCl₃, die auf eine leicht gelbliche Lösung führen wird.
   Hinweis: Abhängig von der Qualität von AlCl₃, kann die Zugabe von THF mehr oder weniger exotherm sein.
9. Während noch warm, übertragen Sie diese AlCl₃ Lösung aus dem Reagenzglas am Schlenk-Rohr mit der Spritze.
10. Lassen Sie die Reaktion auf bis zum vollständigen Verbrauch des Benzofulvene rühren. Zunächst wird die dunkelbraune Farbe verschwinden, um eine gelbe Lösung geben, die im Laufe der Zeit eine dunkle grüne trübe Lösung zuwenden wird.
11. Überprüfen Sie die Reaktion durch Dünnschichtchromatographie (TLC) nach 1 h durch Entnahme einer Probe des Reaktionsgemisches mit einer Kapillare unter einen positiven Energiefluss Argon/Stickstoff. Verwenden Sie Petrolether als Laufmittel.
    Hinweis: Der Start Benzofulvene ist hellgelb auf TLC Platte und ihr verschwinden leicht beobachtet werden kann.

(4) Zugabe von Nitroalkene

1. 4-Methoxyphenylnitroalkene nach der Literatur¹⁶vorzubereiten.
2. In einem Reagenzglas 4-Methoxyphenylnitroalkene (90 mg, 0,50 Mmol) wiegen Sie ab, verschließen Sie das Röhrchen mit einem Gummistopfen und trocknen Sie ihn auf die Vakuumleitung über eine Nadel-Verbindung.
3. Fügen Sie nach verschwinden der Benzofulvene in das Reaktionsgemisch (bestätigt durch TLC-Analyse) trockene Nitroalkene Schlenk-Rohr unter einen positiven Energiefluss Argon/Stickstoff hinzu. Das Reaktionsgemisch ändert Farbe, gelb-grün.
4. Überwachen Sie die Reaktion von TLC Analyse bis zum vollständigen Verbrauch des Nitroalkene (in der Regel 1 Stunde). Verwenden Sie Petroleum Äther/Ethylacetat 95/5 als Laufmittel.

(5) Aufarbeitung und Reinigung

1. Das Reaktionsgemisch mit 20 mL Diethylether zu verdünnen und mit 5 mL 1 molare wässrige Lösung von Salzsäure in ein offenes Rohr Schlenk zu stillen.
   Achtung: Die Reaktion der anderen Dysprosium mit w.l HCl ist exotherm und produziert Wasserstoffgas, das Druckaufbau im Schlenk verursachen. Daher die Reaktion im offenen Schlenk unter einem guten Abzug zu stillen.
2. Nach dem abschrecken der Reaktions auf einen separatory Trichter übertragen.
3. Sammeln Sie die organische Phase in einem konischen Kolben. Waschen der wässrigen Phase 2 Mal mit 10 mL Diethylether und die organische Phase in den konischen Kolben zu sammeln.
4. Die organische Phase über MgSO₄, Filter in einer vorgewogene Flasche, trocken und unter vermindertem Druck auf einen drehverdampfer das Rohprodukt als Orange-braune Öl zu konzentrieren.
5. Reinigen Sie das Rohprodukt durch Säulenchromatographie Silikagel beginnend mit Petrolether als Laufmittel unpolaren hydrolysiertes Produkt entfernen. Erhöhung der Polarität bis zu gibt 10/1 Petroleum Äther/Ethylacetat die neue Nitro-haltigen Difluoroalkenes.
   Hinweis: Bei der Säulenchromatographie auf einer langen Spalte und durch langsame Steigerung der Polarität ist es möglich, die Diastereoisomers zu Analysezwecken zu trennen.

Ergebnisse

Diese lanthanid-vermittelten C-F Aktivierungsverfahren gefolgt durch Reaktion mit Nitroalkenes sieht leicht Zugang zu neuen Difluoroalkenes mit einer Nitro-Gruppe. Ein plausible Reaktionsmechanismus ist in Abbildung 2dargestellt. Im Gegensatz zu unserer bisherigen Arbeit mit Aldehyde Electrophiles (Abbildung 1)¹³leisten Nitroalkenes 1,3-zweifach-Indene Produkte Regioselectively. Dies kann durch die größe...

Diskussion

Dieses Protokoll beinhaltet die Arbeit mit hochreaktiven, Luft und Feuchtigkeit empfindlich lanthanid-Metallen. Daher die ganze Reaktion Verfahren muss unter trockenem Inertgas durchgeführt werden, und alle Ausgangsstoffe, Lösungsmittel, einschließlich müssen sehr sauber und vor Gebrauch getrocknet sein.

Es gibt zwei Vorteile für die Zubereitung von frisch eingereichten Metalle über den Kauf von bereits eingereichten Metalle: (i) der Kauf von Stücken oder Barren ist wesentlich wirtschaf...

Materialien

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