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  • Résumé
  • Résumé
  • Introduction
  • Protocole
  • Résultats
  • Discussion
  • Déclarations de divulgation
  • Remerciements
  • matériels
  • Références
  • Réimpressions et Autorisations

Résumé

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.

Résumé

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-63

(Ci-dessus) de la synthèse à trois composants de 1,6-cétoesters: une nouvelle classe de gelators de faible poids moléculaire.

Les liquides ioniques (ILS) ont une stabilité élevée, une faible volatilité, ininflammabilité et ont donc rendu l'attention que les médias de réaction sûrs et solvants idéaux pour le recyclage. 1-3 imidazoliums dialkyle sont un certain type de liquides ioniques qui, en présence d'une base , peut être déprotoné de rendre un carbène N-hétérocyclique (NHC). 4 Dans le domaine de organocatalyse, NHC, opérant sous les chemins de réaction distinctes, ont trouvé l'utilisation répandue dans un large éventail de réactions génériques. 5-11

Malgré cela, la connexion entre ILS et liaison CC forming NHC-catalyse est relativement inexploré. Néanmoins, NHC dérivé de ILs ont été rapportés pour catalyser les réactions de formation de liaison CC tels que la condensation de la benzoïne et le mélange réactionnel 12 à 22 Stetter Par exemple., Davis et al. Ont montré que les dérivés de LMG thiazoliums N-alkyl servent de pré-catalyseurs dans la formation de benjoin du benzaldéhyde. 12

Plus récemment, Chen et coll ce concept élargi au moyen d'un imidazolium basé IL, 1-éthyl-3-méthyl imidazolium acétate (EMIMAc), pour effectuer la condensation de la benzoïne, le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF) pour produire 5,5 '-di (hydroxyméthyl) furoin (DHMF). Étant donné que 23 ILs sont commercialement disponibles et offrent un moyen peu coûteux de générer NHC, nous nous sommes intéressés à enquêter sur ce que les autres types de réactions ILs peuvent accomplir. À cette fin, nous avons constaté que les imidazoliums dialkyle peuvent être utilisés efficacement en tant que pré-catalyseurs dans le conjugué formel additisur des aldéhydes insaturés à chalcones (figure 1) en donnant 1,6-cétoesters. L'IL plus efficace, EMIMAc, favorise une réaction très stéréosélective entre cinnamaldehyde et chalcone. La réaction se produit avec une forte préférence pour la lutte contre les diastéréo-isomère et 1,6-cétoesters peut être isolé avec des rendements allant jusqu'à 92%. 24,25,26

figure-introduction-2671
Figure 1: IL-médiée à trois composants, l'addition stéréosélective d'aldéhyde cinnamique pour la chalcone.

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Protocole

Synthèse 1. Gram-échelle de méthyle 6-oxo-3,4,6-triphenylhexanoate

  1. Sec 1-éthyl-3-méthyl acétate d'imidazolium (EMIMAc) dans un ballon à fond rond sur un évaporateur rotatif à 10 mbar, 40 ° C pendant 1 heure.
  2. Ajouter 2,1 g de EMIMAc sec et 1,0 g de 1,3-diphényl-2-propène-1-one à 100 ml ballon à fond rond équipé d'un agitateur magnétique.
  3. Ajouter 2.019 ml de methanol et 2,3 g de cinnamaldéhyde dans le ballon.
  4. A température ambiante (22 ° C) dissoudre le mélange dans 60 ml de dichlorométhane en agitant pendant 1 min.
  5. Ensuite ajouter 0,37 ml de 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undéc-7-ène (DBU) au mélange sous agitation (étape 1.4) et boucher le flacon à fond rond.
  6. Remuer avec une barre d'agitation magnétique à une vitesse de 500 tours par minute à température ambiante (22 ° C).
  7. Vérifiez achèvement de la réaction avec 1 H RMN. 24 Rechercher disparition de double liaison de la chalcone dans la zone de 7,8 ppm.
  8. Lorsque la réaction a atteint achèvement supprimer les matières volatiles sur un évaporateur rotatif à 10 mbar, 20 ° C pendant 15 min.
  9. Ajouter 50 ml de méthanol au résidu pour dissoudre le EMIMAc par agitation avec un barreau d'agitation magnétique.
  10. Retirer les solides des parois du ballon en agitant violemment avec une barre d'agitation magnétique à une vitesse de 750 tours par minute pendant 30 min. Si nécessaire, utiliser une spatule pour éliminer les matières solides restantes des murs.
  11. Filtrer le mélange sur une fritte (des tailles de pores 3).
  12. Laver avec 20 ml supplémentaires de methanol. Si le recyclage du EMIMAc on souhaite évaporer le filtrat méthanolique. (étape 2.1).
  13. Toujours sur la fritte, il faut diviser doucement le gâteau de filtration (étape 1.11) en petits morceaux avec une spatule et transférer les solides par l'intermédiaire d'un entonnoir à poudre dans un ballon à fond rond pré-pesé et sécher les solides sous vide.
  14. Peser le ballon et calculer le rendement.
  15. Analyser le produit par RMN 1 H (étape 1.7). Comparez avec les spectres déclarés. 24
titre "> 2. Le recyclage des EMIMAc

  1. Retirez les substances volatiles du mélange méthanol (1.12) de l'étape sous pression réduite de 10 mbar, à 40 ° C pendant 30 min.
  2. Analyser l'huile obtenue par RMN 1 H et 13 C RMN pour vérifier que EMIMAc est présent. 24
  3. Utilisez le EMIMAc recyclé à partir de l'étape 1.2.

3. La gélification

  1. Préparation d'une solution mère
    1. Ajouter 200 mg de 6-oxo-3,4,6-triphenylhexanoate (le produit de l'étape 1.15) et une barre d'agitation magnétique dans un flacon. Ajouter 2,0 ml de dichlorométhane pour dissoudre le cétoester. Remuer jusqu'à ce que tout soit dissous.
  2. Gélification
    1. Ajouter 50 ml d'heptane à un bêcher de 500 ml. Ajouter 1,5 ml de la solution mère à l'heptane. Remuer rapidement pour assurer un mélange adéquat et laisser reposer sans agitation à température ambiante jusqu'à ce que la gélification se produit.

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Résultats

Comme illustré ci-dessus, EMIMAc servir dans le précatalyseur addition conjuguée formel de α, β-aldéhyde insaturé de chalcones. Autres disponibles dans le commerce ILs base d'imidazolium tels que le chlorure de 1-éthyl-3-méthylimidazolium (EMIMCl) et chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium (BMIMCl) ont également été étudiés, cependant, ces réactions sont déroulées dans des rendements plus faibles indiquant que l'anion acétate peut être réactivité importante pour (ta...

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Discussion

Sur la base de l'anticorps anti configuration a déterminé par analyse aux rayons X de cétoester 3 et sur ​​l'enquête mécaniste proposé par Bode et ses collaborateurs 30 le chemin réactionnel suivant est proposé (Figure 5). Déprotonation de l'IL génère espèces NHC; le NHC réagit avec l'aldéhyde insaturé pour former l'intermédiaire Breslow Breslow I. L'intermédiaire et le chalcone réagir dans une réaction croisée benjoin pour former dièn...

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Déclarations de divulgation

The authors have nothing to disclose.

Remerciements

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

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matériels

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

Références

  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, hj Jr., 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).
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  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).
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  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. , The Royal Society of Chemistry. 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).

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