[(DPEPhos) (bcp) Cu] PF6: Ein allgemeiner und im Breitem anwendbarer kopierbarer Photoredox Catalyst

Zusammenfassung

Detaillierte und allgemeine Protokolle werden für die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆, einem allgemeinen kopfbasierten Photoredox-Katalysator, und für seinen Einsatz in der synthetischen Chemie für die direkte Arylierung von C-H-Bindungen in (hetero) Arenen und Radikalen präsentiert. Radfahrerfahren von organischen Haloden.

Zusammenfassung

Unsere Gruppe berichtete kürzlich über die Verwendung von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ als allgemeiner Kupfer-basierter Photoredox-Katalysator, der sich als effizient erwies, um die Aktivierung einer Vielzahl von organischen Haliden, einschließlich unaktivierter, zu fördern. Diese können dann an verschiedenen radikalen Transformationen wie Reduktions-und Radfahrerreaktionen sowie an der direkten Arylierung mehrerer (hetero) Arenen teilnehmen. Diese Transformationen ermöglichen einen einfachen Zugang zu einer Reihe von kleinen Molekülen, die für die synthetische Chemie von Interesse sind, sowie zu biologisch aktiven Naturprodukten. Insgesamt fungiert [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ als bequemer Photoredox-Katalysator, der eine attraktive, billige und komplementäre Alternative zu den hochmodernen iridium-und ruthenium-basierten Photoredox-Katalysatoren zu sein scheint. Hier berichten wir über ein detailliertes Protokoll für die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆, sowie NMR und spektroskopische Charakterisierungen, und wir illustrieren ihre Verwendung in der synthetischen Chemie für die direkte Arylierung von (hetero) Arenen und radikale Radfahrern von Organische Halden. Insbesondere Die direkte Arylierung von N-MethylpyrRolle mit 4-Iodobenzonitril, um 4-(1-Methyl-1H-Pyrrol-2-yl) Benzonitril und die radikale Radfahrerei von N-Benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3- Zyanamid, um sich das Naturprodukt Luotonin A zu leisten, sind detailliert. Auch der Umfang und die Grenzen dieses kopfbasierten Photoredox-Katalysators werden kurz diskutiert.

Einleitung

Radikale Transformationen sind seit Jahrzehnten bekannt, um bemerkenswert effiziente Wege in der synthetischen Chemie zu bieten, die sich oft durch Veränderungen ergänzen, die auf kationischen, anionischen oder perzyklischen Prozessen basieren 1. Obwohl die radikal-basierte Chemie für verschiedene Arten von Transformationen besonders vielversprechend ist, ist sie lange nicht ausgebeutet worden, vor allem wegen des Bedarfs an hochgiftigen Reagenzien, die ihre Attraktivität erheblich einschränken. Darüber hinaus werden radikale Prozesse seit langem als Transformationen betrachtet, die mit einem schlechten Kontrollniveau in Bezug auf die Regio-and/oder Stereoselektivität in Verbindung gebracht werden, oder die zu umfangreichen Problemen der Verdilemmerisierung und/oder der Polymerisation führen.

In jüngster Zeit wurden alternative Strategien entwickelt, um die Erzeugung und bessere Kontrolle der Reaktivität radikaler Arten zu erleichtern. Unter ihnen ist die Photoredox-Katalyse zu einer der leistungsfähigsten Methoden geworden, da sie die bequeme Erzeugung radikaler Arten mit einer lichtreagierenden Verbindung ermöglicht, nämlich dem Photoredox-Katalysator und der sichtbaren Lichtbestrahlung 2,3 . Sichtbares Licht selbst ist in der Tat in der Lage, die Bevölkerung des angeregten Zustandes des Photoredox-Katalysators zu fördern, der folglich sowohl zu einem stärkeren Reduktions-als auch zu einem oxidativen als in seinem entsprechenden Bodenzustand wird. Diese verbesserten Redoxeigenschaften ermöglichen unter milden Bedingungen aus dem angeregten Zustand nicht realisierte Einzel-Elektronen-Übertragungsprozesse. In den letzten zehn Jahren hat sich die sichtbare Lichtphotoredox-Katalyse zu einer attraktiven und leistungsfähigen Technik in der organischen Synthese entwickelt und die Entwicklung zahlreicher bemerkenswert effizienter und selektiver Transformationen ermöglicht, die auf radikalen Zwischenprodukten basieren. Unter nachhaltigen, milden und benutzerfreundlichen Bedingungen.

Während die meisten bisher gemeldeten Photoredox-Prozesse durch den Einsatz von Iridium-und Ruthenium-Katalysatoren sowie von einigen organischen Farbstoffen wie Pyrylium-und Acridinium-Derivaten 4dominiert werden, sind immer noch preiswertere Alternativen gefragt. Für die Entwicklung komplementärer Prozesse, die für industrielle Anwendungen von Interesse sind. In diesem Zusammenhang erscheint der Einsatz von kopfbasierten Photoredox-Katalysatoren besonders reizvoll, da sie nicht nur billiger sind, sondern auch Möglichkeiten bieten, ein breiteres und ein anderes Substratspektrum zu aktivieren, was neue Perspektiven eröffnet. Photoredox-Katalyse^5,6,7,8. Trotz vielversprechender früherer Arbeiten, die von den Gruppen^{Kutal 9}, Mitani 10 und Sauvage 11^berichtet wurden, wurden fotoaktivierbare Kupferkomplexe jedoch nur in der Photoredox-Katalyse kaum genutzt, wahrscheinlich wegen ihrer Wir sind in der Lage, die auf dem Spiel zu lebenden Staaten zu sein. In jüngerer Zeit wurden in jüngerer Zeit bemerkenswerte Beiträge von Peters und Fu^12,13^{,14, 15,}Reiser 16^,17,18 , ^{19 , 20} und andere Gruppen^{21,22, 23,24, 25haben} deutlich auf Kupferphotoredox-Katalysatoren aufmerksam gemacht und ihre Einmaliges Potenzial.

Im Rahmen unseres jüngsten Interesses an kupferkatalysierten radikalen Prozessen²⁶, 27 haben wir kürzlich einen allgemeinen und allgemein anwendbaren Kupferphotoredox-Katalysator gemeldet, [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ (DPEPhos: bis[(2- Diphenylphosphino) Phenyl] Äther; Bcp: Bathocuproine), die sich als besonders effizient für die Aktivierung von organischen Haloden unter sichtbarerLichtbestrahlung herausstellte (Abbildung 1A)^28,29,30. Bei der Bestrahlung mit sichtbarem Licht und in Anwesenheit eines Amins als Opferreduktionsmittel zeigte sich, dass eine breite Palette von unaktivierten Aryl-und Alkylhaliden durch katalytische Mengen von [(DPEPhos) (bcp) Cu 6 leicht aktiviert werden konnte und somit daran teilnimmt. In verschiedenen radikalen Transformationen, einschließlich Reduktionen, Radfahrern und direkter Arylierung mehrerer elektronreicher (hetero) Arenen. Darüber hinaus hat sich [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ auch bei der Förderung von fotoinduzierten radikalen Dominozyklizyklen von ynamiden und cyanamiden bewährt und bietet einen effizienten und unkomplizierten Zugang zu komplexen Tri-, Tetra-und Pentacyclic-Stickstoff. Heterozyklen an den Kernstrukturen verschiedener Naturprodukte. Diese Strategie ermöglichte die effiziente Synthese von Rosettin, Luotonin A und Deoxyvasicinon, Naturprodukten, die antikantiklere, antimikrobielle, entzündungshemmende und antidepressive Aktivitäten aufweisen. Diese Transformationen sind in Abbildung 1Cdargestellt. Mechanistisch gesehen verläuft die fotoinduzierte Aktivierung von organischen Haliden mit [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ durch einen seltenen Cu(I)/Cu(I)*/Cu(0) Katalysator, der durch umfangreiche mechanistische und photophysikalische Studien bestätigt wurde. Insbesondere Anregung des Bodenzustandes [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ [Cu (I)] bei Bestrahlung durch sichtbares Licht führt zu der Bildung des entsprechenden angeregten Komplexes [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆* [Cu (I) *], der dann durch die Opferamin zur Erzeugung der entsprechenden ((DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ [Cu-0)]-Arten. Diese C> 0)-Zwischenstufe ist reduktiv genug, um die Kohlenstoff-– Halogenbindung verschiedener organischer Haloden zu reduzieren, um die entsprechenden Radikale zu erzeugen, die dann an den genannten Transformationen teilnehmen können, zusammen mit der Regeneration des beginnenden Katalysator(Abbildung 1B).

Im Folgenden beschreiben wir zunächst das Protokoll zur Synthese des photoaktivierbaren [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ (dessen NMR und spektroskopische Charakterisierungen im Abschnitt repräsentative Ergebnisse dargestellt werden). Die Synthese ist einfach und besonders bequem, und erfordert einfach die Zugabe von 1 Äquivalent von DPEPhos und 1 Äquivalent von bcp zu einer Lösung von tetrakisacetonitril Kupfer (I) hexafluorophosphat in Dichlormethan. Die gewünschte [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ wird dann durch Niederschlag von Diethyläther isoliert und kann leicht auf einer Multigramskala bezogen werden (Abbildung 2A). Wichtig ist, dass der isolierte Kupferkomplex nicht besonders empfindlich auf Sauerstoff und Feuchtigkeit reagiert und somit ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen bequem behandelt werden kann, außer vom Licht entfernt.

Zweitens beschreiben wir die Protokolle zur Aktivierung von organischen Haloden mit [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ unter sichtbarer Lichtbestrahlung, indem wir uns auf zwei verschiedene Transformationen konzentrieren. Die erste Reaktion ist die direkte Arylierung von N-Methylpyrrole mit 4-Jodobenzonitril mit katalytischen Mengen von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ als photoredox-Katalysator, Wörterbuch, das als Opferredukt und Kalium gilt Karbonat als Basis unter Bestrahlung bei 420 nm (Abbildung 2B). Die zweite Reaktion ist die radikale Radfahrerei von N-Benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3-yl) Methyl] Methyl] Methyl], wobei der gleiche Katalysator und die gleiche Opferreduktion verwendet wird, deren Radfahrbahn direkt zu Luotonin A führt, einem Naturprodukt, das Interessante Betätigungstätigkeit (Abbildung 2C). Für beide Transformationen sind detaillierte Protokolle vorgesehen.

Protokoll

1. Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆

1. 3,73 g (10,00 mmol) von Tetraketonitrile Kupfer (I) Hexafluorophosphat und 5,39 g (10,39 mmol) von DPEPhos zu einer 2 L-Rundbodenflasche mit einem magnetischen Rührbalken.
2. Die runde Bodenflasche mit einem Drei-Hals-Vakuumadapter, der mit einer Vakuumlinie und einer Argonlinie verbunden ist, anrichten.
3. Die Flasche unter Vakuum evakuieren und mit Argon dreimal füllen. Ersetzen Sie den Drei-Hals Vakuumadapter durch ein Gummi-Septum.
   Hinweis: Die Reaktion kann unter Luft mit leicht reduzierter Effizienz durchgeführt werden (siehe Diskussionsbereich für Details).
4. 800 ml Trockendichlormethan dazugeben.
   NOTE: Dichlormethan wird frisch aus CaH₂destilliert. Die Reaktion kann auch in regelmäßigem Dichlormethan (99,8%) durchgeführt werden. Mit ähnlicher Effizienz (siehe Diskussionsbereich für Details).
5. Das Reaktionsgemisch 2 Stunden in der Dunkelheit (Reaktionsflasche mit Aluminiumfolie bedeckt) bei Raumtemperatur (23-25 ° C) unter einer Argon-Atmosphäre umrühren.
6. Eine 500 mL runde Bodenflasche, die mit einem magnetischen Rührstab ausgestattet ist, um eine 500 mL runde Bodenflasche zu verlegen, die mit einem magnetischen Rührbalken ausgestattet ist, wird mit 3,60 g (10,00 mmol) bcp versehen.
7. Die runde Bodenflasche mit einem Drei-Hals-Vakuumadapter, der mit einer Vakuumlinie und einer Argonlinie verbunden ist, anrichten.
8. Die Flasche unter Vakuum evakuieren und mit Argon dreimal füllen. Ersetzen Sie den Drei-Hals Vakuumadapter durch ein Gummi-Septum.
9. 200 ml trockenes Dichlormethan dazugeben und die Aufhängung vorsichtig umrühren, bis die Bcp vollständig aufgelöst ist.
10. Mit einer Kanüle die Lösung von bcp in Dichlormethan in das Reaktionsgemisch geben.
11. Bei Raumtemperatur (23-25 ° C) bei Raumtemperatur (23-25 ° C) unter einer Argon-Atmosphäre eine zusätzliche Stunde in der Dunkelheit umrühren (Reaktionsflasche mit Alufolie bedeckt).
12. Filtern Sie das Gemisch durch ein Pad aus Celit, waschen Sie mit ca. 100 ml Dichlormethan und konzentrieren Sie das Filtrat auf ca. 50-100 mL unter reduziertem Druck.
13. Das Konzentrat mit einem Zusatztrichter und mit kräftiger Rührung auf 1 L Diethyläther geben, um Niederschlag des gewünschten Komplexes zu verursachen.
14. Sammeln Sie den Niederschlag durch Filtration durch ein frittiertes Glas (Porengröße 3) und waschen Sie den Niederschlag mit ca. 100 ml Diethyläther.
15. Trocknen Sie den leuchtend gelben Niederschlag unter Vakuum bei Raumtemperatur (23-25 ° C) für 5 h, um 10,1 g (91% Ertrag) des Kupferkomplexes zu erholen.
    Hinweis: Bei der Operation unter Luft mit destilliertem Dichlormethan wurde ein Ertrag von 75% erzielt; Bei der Durchführung der Reaktion unter Argon mit regelmäßigem Dichlormethan wurde eine Ausbeute von 89% erzielt; Bei der Durchführung der Reaktion unter Luft mit regelmäßigem Dichlormethan wurde festgestellt, dass die Reaktion weniger effizient war und zu einer deutlich geringeren Reinheit führte (ca. 70%, wie von 1 H NMR mit internem Standard ^geschätzt).
16. Charakterisieren [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF_6, wie bereits^{berichtet 31}.

2. Direkte Arylation von N-Methylpyrrole mit 4-Jodobenzonitril

1. Fügen Sie 55 mg (0,05 mmol) von [(DPEPhos) (bcp) Cu]PF 6, 59 mg (0,25 mmol) von Dicyclohexylisobutylamin(Cy₂N i Bu), 138 mg (1,0 mmol) von K 2 CO 3 und 114 mg (0,50 mmol) von 4-Jodobenzonitril bis zu einer ofengetrockneten 10 mL Vial.
2. Einen magnetischen Rührbalken dazugeben, die Ampulle mit einem Gummi-Septum versiegeln, die Ampulle unter Vakuum evakuieren und dreimal mit Argon füllen.
3. 5 ml Acetonitril und 890 μL (10,00 mmol) N-Methylpyrrole hinzufügen. Ersetzen Sie das Gummi-Septum durch eine Schraubkappe.
   Hinweis: Acetonitril wird frisch aus CaH₂ destilliert und vor dem Einsatz mit Gefrierpumpen und Tauwürfen entgannt, um hohe Erträge und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
4. Das Reaktionsgemisch 3 Tage lang bei Raumtemperatur (23-25 ° C) in einem Fotoreaktor unter 420 nm Wellenlängen-Bestrahlung umrühren.
   Hinweis: Als Alternative zum Einsatz eines Fotoreaktors kann die Reaktion auch bequem mit blauen LEDs oder einem Photochemie-Gerät mit blauer LED-Lampe (440 nm, 34 W) durchgeführt werden. Diese Versuchsaufbauten werden in Abbildung 3 (siehe Repräsentationsergebnisse) gezeigt und eine Diskussion über die jeweiligen Ergebnisse wird im Bereich "Diskussion" angeboten.
5. Filtern Sie das Reaktionsgemisch durch ein Pad aus Celit, waschen Sie mit ca. 5 ml Diethyläther und konzentrieren Sie das Filtrat unter reduziertem Druck.
6. Die Rohreste durch Blitzsäulen-Chromatographie über das Kieselgel reinigen (Eluent-System petroleum ether/EtOAc: 90/10).
7. Trocknen Sie die reine Verbindung unter Vakuum bei Raumtemperatur (23-25 ° C) für 3 Stunden, um 65 mg (72% Ertrag) der gewünschten C2-arylierte Pyrrolle zu erhalten.
   Hinweis: Der Einsatz von blauen LEDs ergab einen Ertrag von 76% (69 mg), während der Einsatz eines Photochemie-Gerätes mit blauer LED-Lampe (440 nm, 34 W) einen Ertrag von 86% (78 mg) erbrachte.
8. Charakterisieren Sie die reine Verbindung, wie bereits^{berichtet 32}.

3. Cyclization von N-Benzoyl-N-[(2-iodoquinolin-3-yl) Methyl] Cyanamid zu Lupo A

1. 37 mg (0,09 mmol) von N-Benzoyl-N-[(2-Iodoquinolin-3-yl) Methyl] Cyanamid hinzufügen, 9 mg (9,0 μmol) von [(DPEPhos) (bcp)Cu] PF_6,11mg (0,04 mmol) von Cy2 NiBu und 25 mg (0,18 mmol) von K 2 CO₃ zu einem Ofengetrocknete 7 mL Vial mit einem magnetischen Rührbügel.
2. Die Ampulle mit einem Gummi-Septum versiegelt, die Ampulle unter Vakuum evakuieren und mit Argon dreimal füllen.
3. 2 ml Acetonitril hinzufügen. Ersetzen Sie das Gummi-Septum durch eine Schraubkappe.
   Hinweis: Acetonitril wird aus CaH₂ destilliert und vor der Anwendung mit Gefrierpumpen entwehrt, um hohe Erträge und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.
4. Das Reaktionsgemisch 5 Tage bei Raumtemperatur (23-25 ° C) in einem Fotoreaktor unter 420 nm Wellenlängen-Bestrahlung umrühren.
5. Das Reaktionsgemisch durch ein Cellithit filtern, mit ca. 2 ml Dichlormethan waschen und das Filtrat unter reduziertem Druck konzentrieren.
6. Die Rohreste durch Blitzsäulen-Chromatographie über Kieselgel reinigen (Eluten-System: Petroleum-Äther/EtOAc 60:40).
7. Trocknen Sie die reine Verbindung unter Vakuum bei Raumtemperatur (23-25 ° C) für 3 Stunden, um 20 mg (79% Ertrag) des gewünschten Luotonins A zu erholen.
8. Charakterisieren Sie das gewünschte Luponin A, wie bereits berichtet²⁹.

Ergebnisse

Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆
Wie aus dem Protokoll hervorgeht, ist die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF 6 besonders praktisch und kann leicht auf einer Multigramm-Skala_{durchgeführt} werden. Die NMR-Spektren 1 H und ¹³C weisen auf die Bildung des reinen Komplexes hin (Abbildung 4A, B). Die spektroskopischen Daten entsprechen denen zuvor gemeldeten³¹.

Diskussion

Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆
Die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ wird in der Regel mit trockenem Dichlormethan (destilliert vor der Verwendung) und unter Argon durchgeführt, um den höchsten Ertrag, Reinheit und eine gute Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Wie im Protokoll erwähnt, kann die Synthese von [(DPEPhos) (bcp) Cu] PF₆ mit regelmäßigem Dichlormethan (99,8%) durchgeführt werden. An/oder unter Luft mit variabler Effizienz. Während die Ver...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
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