Facile Préparation de (2<em&gt; Z</em&gt;, 4<em&gt; E</em&gt;) - Dienamides par l&#39;oléfination d&#39;alkènes déficients en électrons avec l&#39;acétate d&#39;allyle

Résumé

L'oléfination catalysée par du ruthénium d'alcènes déficients en électrons avec de l'acétate d'allyle est décrite ici. En utilisant l'aminocarbonyl en tant que groupe directeur, ce protocole externe sans oxydant a une efficacité élevée et une bonne stéréo et régiosélectivité, ouvrant une nouvelle voie de synthèse aux squelettes ( Z , E ) -butadiène.

Résumé

Le couplage croisé direct entre deux alcènes via l' activation des liaisons CH vinyliques représente une stratégie efficace pour la synthèse de butadiènes à forte économie atomique et échelonnée. Cependant, cette réaction de couplage croisée dirigée par fonctionnalité n'a pas été développée, car il existe encore des groupes directeurs limités dans une utilisation pratique. En particulier, une quantité stoechiométrique d'oxydant est généralement requise, produisant une grande quantité de déchets. En raison de notre intérêt pour la nouvelle synthèse de 1,3-butadiène, nous décrivons l'oléfination catalysée par du ruthénium d'alcènes déficients en électrons en utilisant de l'acétate d'allyle et sans oxydant externe. La réaction du 2-phénylacrylamide et de l'acétate d'allyle a été choisie comme une réaction de modèle, et le produit diénique souhaité a été obtenu avec 80% de rendement isolé avec une bonne stéréosélectivité ( Z, E / Z, Z = 88:12) dans des conditions optimales: [ Ru ( p -cymène) Cl ₂ ] ₂ (3% en moles) et AgSbF ₆ (20% en moles) dans l'ETCD à 110 ° C fOu 16 h. Avec les conditions catalytiques optimisées à la main, des acrylamides représentatifs d' acides α et / ou β ont été étudiés, et tous ont réagi en douceur, indépendamment des groupes aliphatiques ou aromatiques. En outre, les acrylamides N- substitués différemment se sont révélés être de bons substrats. De plus, nous avons examiné la réactivité de différentes dérivés allytiques, suggérant que la chélation de l'acétate d'oxygène au métal est cruciale pour le processus catalytique. Des expériences marquées par le deutérium ont également été menées pour étudier le mécanisme de réaction. Seuls les échanges H / D sélectifs en Z sur l'acrylamide ont été observés, ce qui indique un événement de cyclométallisation réversible. En outre, un effet isotopique cinétique (KIE) de 3,2 a été observé dans l'étude isotopique intermoleculaire, ce qui suggère que l'étape de métallisation de CH oléfinique est probablement impliquée dans l'étape de détermination de la vitesse.

Introduction

Les butadiènes sont largement présents et se retrouvent généralement dans de nombreux produits naturels, médicaments et molécules bioactives ¹ . Les chimistes se sont efforcés d'élaborer une méthodologie de synthèse efficace, sélective et pratique pour la synthèse des 1,3-butadiènes ^{2 , 3} _. Récemment, des couplages directs entre deux alcènes via une double activation de liaison CH vinylique ont été développés, ce qui représente une stratégie efficace pour la synthèse de butadiènes, avec une économie atomique et progressive élevée. Parmi eux, le couplage croisé catalysé au palladium de deux alcènes a attiré beaucoup d'attention, fournissant des butadiènes configurés ( E, E ) via des espèces d'alcényle-Pd ^{4 , 5} . Par exemple, le groupe de Liu a développé une synthèse de butadiène catalysée par Pd par couplage croisé direct d'alcènes et d'acétate d'allyle ( figure 1 et l' équation 3 ) ⁴ . Pendant ce temps, le couplage transversal dirigé par groupe fonctionnel entre alcènes a fourni des butadiènes avec une excellente ( Z, E ) -stéoselectivité due à l'événement de cyclométallisation CH oléfinique, représentant une méthode complémentaire ⁶ . À ce jour, certains groupes directeurs, tels que les énolates, les amides, les esters et les phosphates, ont été introduits avec succès dans le couplage croisé entre les alcènes, fournissant une série de 1,3-butadiènes valables et fonctionnalisés. Cependant, la réaction de couplage croisé dirigé n'a pas été développée, car il existe encore des groupes directeurs limités dans une utilisation pratique. En particulier, une quantité stoechiométrique d'oxydant est généralement nécessaire pour maintenir le cycle catalytique, ce qui produit une grande quantité de déchets organiques et inorganiques. Il existe des exemples très limités utilisant des alcènes riches en électrons en tant que partenaire de couplage.

L'acétate d'allyle et ses dérivés ont été profondémentNvestigés dans les transformations organiques comme des réactifs puissants d'allylation et d'oléfination, y compris le couplage croisé catalysé, l'allylation de Friedel-Crafts d'arènes riches en électrons et l'activation catalytique de CH d'arènes déficients en électrons ( figure 1 et équation 1 ) ⁷ . Plus récemment, le groupe Loh a développé une allylation de CH catalysée par du rhodium (III) d'alcènes déficients en électrons avec des acétates d'allyle, créant des 1,4-diènes ( figure 1 et équation 2 ) ⁸ . Pendant ce temps, le groupe Kanai a rapporté une allylation CH déshydratante directe avec des alcools allyliques en utilisant un catalyseur Co (III) ⁹ . Fait intéressant, Snaddon et ses collègues ont révélé une nouvelle méthode coopérative à base de catalyse pour l' α -allylation asymétrique directe des esters acycliques ¹⁰ . Très récemment, le groupe Ackermann a rapporté plusieurs exemples d'allylationG catalyseurs peu coûteux Fe, Co et Mn ¹¹ . Ces rapports ont fait des percées dans les réactions d'allylation et d'oléfination, mais la migration de double liaison et la régiosélectivité médiocre sont habituellement inévitables et ne sont pas facilement contrôlées. Par conséquent, le développement de modèles de réaction plus efficaces et sélectifs d'acétates d'allyle pour construire des molécules précieuses est encore hautement souhaitable. Avec notre intérêt pour une nouvelle synthèse de 1,3-butadiène par oléfination CH, nous avons supposé que l'acétate d'allyle pourrait être introduit dans l'allylation dirigée d'alcènes déficients en électrons, en fournissant d'abord le 1,4-diène. Ensuite, le 1,3-butadiène plus thermodynamiquement stable pourrait être formé après l'isomérisation migratoire de la double liaison CC ⁷ , formant le produit diénique qui ne peut être obtenu par couplage croisé en utilisant des alcènes riches en électrons, tels que le propène, en tant que partenaire de couplage ⁶ . Ici, nous signalons une oléfinition de liaison CH oléfinique Ru (III) peu coûteuseN d'acrylamides avec des acétates d'allyle en l'absence de tout oxydant, ce qui ouvre une nouvelle voie de synthèse pour la création de ( Z, E ) -butadiènes ( figure 1 et équation 4 ) ¹³ .

Protocole

Attention: veuillez consulter toutes les fiches signalétiques pertinentes (fiche signalétique) avant utilisation. Toutes les réactions de couplage croisé doivent être effectuées dans des flacons sous atmosphère d'argon scellée (1 atm).

1. Préparation de butadiènes par oléfination d'acrylamides avec de l'acétate d'allyle

1. Sécher un flacon à vis (8 mL) avec une barre d'agitation magnétique compatible dans un four à 120 ° C pendant plus de 2 h. Refroidir le flacon chaud à température ambiante en le soufflant avec du gaz inerte avant utilisation.
2. Utilisez un équilibre analytique et pesez 3,7 mg (~ 3% en moles, ~ 0,005 mmol) de [Ru ( p -cymène) Cl ₂ ] ₂ (poudre brune) et 13,7 mg (20% en moles, 0,04 mmol) d'AgSbF ₆ (blanc Solide) dans le flacon de réaction ci-dessus.
   NOTE: Étant donné qu'il s'agit d'une nouvelle méthodologie, les réactions de couplage croisé ont été effectuées à petite échelle pour la preuve de concept afin de réduire la formation de déchets. AgSbF ₆ est utilisé comme additif qui peut abstrait le chlorure générer unComplexe cationique de ruthénium pour l'activation électrophile de la liaison CH ¹³ . D'autres sels d'argent, tels que Ag ₂ CO ₃ , ont également été testés, mais aucun produit n'a été détecté. Le poids du catalyseur ([Ru ( p -cymène) Cl ₂ ] ₂ ) n'est pas très précis et se situe dans la gamme de 3,4 à 3,9 mg.
3. Ajouter 1 mL de 1,2-dichloroéthane sec au flacon de réaction.
   REMARQUE: La quantité de solvant est souple - 1 ml de 1,2-dichloroéthane est assez suffisant pour satisfaire aux exigences minimales de volume pour la réaction de couplage croisé. Cependant, un peu plus (~ 0,1 ml) de solvant est également autorisé pour une réaction de cette échelle. Le 1,2-dichloroéthane a été séché sur un tamis moléculaire 3-before avant son utilisation.
4. Utiliser un bilan analytique et ajouter de l'acrylamide (0,2 mmol, 1,0 équivalent, solide ou huile) au flacon de réaction ci-dessus.
5. Utilisez une micro-seringue pour ajouter 43 μL (0,4 mmol, 2,0 équivalents) d'acétate d'allyle (un liquide incolore) au flacon de réaction ci-dessus.
   NOTE: Ici, une quantité excessive d'acétate d'allyle est nécessaire pour inhiber l'homo-couplage de l'acrylamide et pour s'assurer que l'acrylamide est complètement converti. Le rendement du produit diminue si l'on ajoute moins d'acétate d'allyle (1,5 équivalent). L'addition de plus d'acétate d'allyle (3,0 équivalents) ne peut pas encore améliorer le rendement. En pratique, il n'y a pas d'homo-couplage observé d'acétate d'allyle, et l'acétate d'allyle résiduel pourrait être récupéré.
6. Soule doucement sur le flacon de réaction avec du gaz argon et recouvrez le flacon avec un bouchon à vis compatible le plus rapidement possible.
   REMARQUE: Le flacon doit être recouvert d'un bouchon à vis le plus rapidement possible car une atmosphère inerte est cruciale pour la réaction de couplage croisé. Il est préférable d'effectuer le protocole ci-dessus dans une boîte à gants.
7. Mélanger le mélange réactionnel à température ambiante pendant 5 minutes supplémentaires.
8. Chauffer le flacon de réaction à 110 ° C dans un bain d'huile sous agitation pendant 16-18 h.
   REMARQUE: En général, un changement de couleur sur le rouge foncé est un indQue la réaction se déroule.
9. Après avoir refroidi le flacon vers le bas, utiliser des mélanges d'acétate d'éthyle: éther de pétrole (2: 1 ou 1: 3) comme solvant pour développer des plaques de Chromatographie sur couche mince (TLC) pour surveiller l'évolution de la réaction en comparant le mélange à un étalon d'acrylamide .
   NOTE: Selon la nature des matières premières, la réaction peut ne pas être terminée. Les valeurs _Rf typiques des produits et des matériaux de départ se situent entre 0,3 et 0,7. Le matériau de départ d'acrylamide a été observé comme un point de course inférieur que le produit de butadiène.
10. Dissoudre le produit brut dans un minimum de DCM et le charger sur une colonne de silice humide avec de l'éther de pétrole. Séparer le produit de couplage croisé par Chromatographie sur colonne en utilisant comme éluant un mélange d'acétate d'éthyle: éther de pétrole (1: 100 à 1: 4).
    1. Recueillir l'éluant dans un flacon séparé, évaporer le solvant sur un évaporateur rotatif, unD le placer sous vide poussé pendant au moins 2 h.
    2. Obtenez environ 20 à 50 mg de produit pour la caractérisation par spectroscopie RMN.
       REMARQUE: Le mélange réactionnel doit être appliqué à la Chromatographie sur colonne pour purification directement après la fin de la réaction.

2. Caractérisation de Dienamides

1. . Caractériser et évaluer la pureté du produit final en utilisant la spectroscopie RMN ¹ H et ¹³ C ¹⁴ . Typiquement, le décalage chimique du carbone carbonylé apparaît près de 170 ppm sur le spectre RMN 13C. Les trois protons sp ² du groupe fonctionnel butadiène sont représentés par des pics caractéristiques près de 6,0 et 5,6 ppm.
2. Utilisez la spectroscopie infrarouge ¹⁴ pour identifier le pic carbonyl et CC double-liaison caractéristique du produit diénique.
3. Déterminer la masse moléculaire du produit et valider davantage l'identité à l'aide de haute-Spectrométrie de masse de résolution (SGRH) ¹⁴ .
4. Déterminer le point de fusion des produits solides ¹⁴ .

Résultats

Nos efforts ont porté sur la préparation du 1,3-butadiène à partir de l'acrylamide et de l'acétate d'allyle.

Le tableau 1 illustre l'optimisation des conditions, y compris le criblage de divers additifs et solvants, en utilisant [le Ru ( p -cymène) Cl ₂ ] ₂ comme catalyseur. Après avoir sélectionné une série de solvants représentatifs, nous avons été ...

Discussion

[Ru ( p -cymene) Cl ₂ ] ₂ est un catalyseur bon marché, facilement accessible, stable à l'air et très actif à base de Ru, avec une excellente tolérance de groupe fonctionnel qui fonctionne efficacement dans des conditions de réaction douces pour donner des produits de butadiène couplant CH / CH. Le sel d'argent AgSbF _{6 a} été utilisé comme additif qui peut aboutir le chlorure de [Ru ( p -cymène) Cl ₂ ] ₂ pour générer un complexe...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Allyl Acetate	TCI	A0020	>98.0%(GC), 25 mL package
Dichloro(p-cymene)ruthenium(II) dimer	TCI	D2751	>95.0%(T), 5 g package
Silver hexafluoroantimonate	TCI	S0463	>97.0%(T),  5 g package
1,2-Dichloroethane	TCI	D0364	>99.5%(GC), 500 g package
Rotavapor	EYELA	N-1200A	Use to dry solvent
Silica gel	Merck	107734	Silica gel 60 (0.063-0.2 mm), for column chromatoraphy