Application des Lanthanides élémentaires dans l’Activation sélective de C-F de trifluorométhylés Benzofulvenes donnant accès à divers Difluoroalkenes

Résumé

Ce protocole décrit la préparation de lanthanides élémentaires sous atmosphère inerte et leur application dans un processus d’activation sélective C-F impliquant trifluorométhylés benzofulvenes.

Résumé

L’activation sélective d’une liaison carbone-fluor dans les molécules aromatiques polyfluorés ou dans des substrats contenant trifluorométhyl offre la possibilité d’accéder à des molécules uniques contenant du fluor, qui sont difficiles à obtenir par d’autres voies de synthèse. Parmi les différents métaux, qui peuvent subir une activation de C.-F., lanthanides (Ln) sont de bons candidats car ils forment des liens solides de Ln-F. Les métaux lanthanides sont les agents réducteurs forts avec un Ln potentiels rédox^{3 +}/Ln d’environ -2,3 V, qui est comparable à la valeur du couple redox Mg^{2 +}/Mg. En outre, les métaux lanthanides affichent une tolérance de groupe fonctionnel prometteurs et leur réactivité peut varier le long de la série des lanthanides, rendant les réactifs appropriés pour affiner les conditions de la réaction dans les transformations organiques et organométalliques. Toutefois, en raison de leur oxophilicity, lanthanides réagissent facilement avec l’oxygène et l’eau et par conséquent nécessitent des conditions particulières de stockage, manutention, préparation et activation. Ces facteurs ont limité à une utilisation plus répandue en synthèse organique. Nous présentons ci-après comment le dysprosium metal - et par analogie tous les métaux lanthanides - peut être fraîchement préparées dans des conditions anhydres, à l’aide de la boîte à gants et les techniques de Schlenk. Le métal fraîchement déposé, en combinaison avec le chlorure d’aluminium, initie l’activation sélective de C-F dans trifluorométhylés benzofulvenes. Les intermédiaires de réaction qui en résulte réagissent avec nitroalcènes pour obtenir une nouvelle famille de difluoroalkenes.

Introduction

Métaux lanthanides sont sporadiquement utilisés en synthèse organique depuis la fin des années 1970¹. Au départ, ces agents réducteurs forts, avec une Ln potentiels rédox^{3 +}/Ln d’environ -2,3 V, travaillaient principalement dans réduction de bouleau-type de composés aromatiques et pinacol réactions de couplage. Une augmentation de la disponibilité et la pureté des métaux lanthanides dans les années 1980 sur, ainsi que le développement de méthodes et d’équipement pour traiter l’air et l’humidité des composés sensibles a conduit à de nouvelles applications des métaux lanthanides. La préparation du SmI largement utilisé₂ directement à partir de métal de Sm et de diiodoethane ou d’iode est une percée en lanthanide chimie². Ces dernières années, nouveaux modes de réactivité des métaux lanthanides ont été décrits, par exemple, la réaction de Barbier-type des halogénures allyliques avec carbonyle composés³, les réactions de couplage réductif diaryl cétones⁴ ou d’acyle chlorures⁵, sélectif cyclopropanation réactions⁶et la combinaison de métaux lanthanides avec groupe métallocènes 4^7,8. Ces études ont montré que les métaux lanthanides affichent une tolérance de groupe fonctionnel prometteur et que leur réactivité peut varier le long de la série des lanthanides, rendant réactifs appropriés pour affiner les conditions de la réaction dans les transformations organiques.

Organolanthanide complexes et sels inorganiques lanthanides ont été étudiés dans les réactions d’activation C-F possédant des liaisons carbone-fluor aromatiques et aliphatiques pour plus de 40 ans^9,10,11. En 2014, le premier rapport sur l’activation de C-F à l’aide de métal de l’ytterbium élémentaire est apparu le¹². Il a montré la réaction de régiosélective de Yb avec on se permettre de p- tetrafluorobenzene et Flaviie₂. Plus récemment, nous avons montré que divers métaux lanthanides peuvent réagir avec trifluorométhylés benzofulvenes en présence de chlorure d’aluminium pour obtenir ε, ε-difluoropentadienylmetal complexes qui réagissent sélectivement avec une large gamme d’aldéhydes à nouveau difluoroalkenes (Figure 1)¹³. Il s’est avéré que la combinaison de métal le dysprosium et le chlorure d’aluminium donne les rendements les plus élevés et meilleures sélectivités. Nous présentons ci-après une extension de ce travail à l’aide de nitroalcènes électrophiles¹⁴, entraînant une nouvelle classe de difluoroalkenes¹⁵régiosélective.

Protocole

1. préparation du matériel à l’extérieur de la boîte à gants de départ

1. Préparer le matériel nécessaire : tube de Schlenk séché au four avec une agitation magnétique bar, ligne de gaz vide/inerte (argon ou l’azote) et agitateur magnétique.
2. Préparer un trifluorométhylés benzofulvene selon la littérature¹³.
3. Peser benzofulvene trifluorométhylés (177 mg, 0,65 mmol) et ajouter dans un tube de Schlenk séché au four équipé d’une barre d’agitation magnétique.
4. Fermer le tube avec un bouchon à vis en plastique avec revêtement PTFE de Schlenk et raccorder à la conduite d’aspiration.
5. Commencer en remuant et viser vide benzofulvene sec pendant 10 min. Ensuite, libérer le vide avec de l’argon/azote et appliquer de nouveau le vide. Répétez cette opération 3 fois. Enfin, remplir le tube de Schlenk avec argon/azote et fermez-le hermétiquement.
6. Prendre le métro de Schlenk sous argon/azote jusqu'à la boîte à gants.

2. préparation du métal de Dysprosium fraîchement déposée à l’intérieur de la boîte à gants

1. Préparer le matériel nécessaire : boîte à gants sous argon/azote avec pesage balance, lime en métal, pinces, papier d’aluminium, pince, spatule, tube à essai et 2 septa caoutchouc.
2. Préparer des produits chimiques : dysprosium metal et anhydre AlCl₃
3. Insérez le tube de Schlenk avec benzofulvene, un tube à essai et 2 cloisons de caoutchouc dans la boîte à gants selon la pratique générale de votre groupe pour la manipulation de la boîte à gants, appliquez par exemple, pour une petite chambre sous vide pendant 1 min puis relâchez-le à l’argon/azote trois fois.
4. Mettez un morceau de papier d’aluminium sur la balance de pesage et l’autre sur une plaque sur le plancher de la boîte à gants pour dépôt.
5. Fermement tenir le métal de dysprosium avec l’aide de pinces et enlever sa couche supérieure inactif en dépôt avec une lime en métal pour obtenir une surface métallique brillante. Jetez ce métal déposé.
   NOTE : (1) d’utiliser des gros morceaux de métal pour dépôt et évitez tout contact entre la pince et le fichier pour ne pas contaminer le métal de dysprosium avec d’autres métaux. (2) utiliser une lime en métal différente pour chaque métal lanthanide afin d’éviter la contamination croisée. (3) poudre de métal mis au rebut doit être éteint séparément à l’extérieur de la boîte à gants, à l’aide de la solution de HCl AQ. dil..
   ATTENTION : La réaction de dysprosium avec HCl AQ. est exothermique et dégage du gaz hydrogène, donc étancher le dysprosium dans un flacon ouvert entouré par bain de glace.
6. Préparer fraîchement déposée le dysprosium metal (82 mg, 0,50 mmol), ajouter dans le tube de Schlenk et fermer le tube avec un septum en caoutchouc.
7. Dans un tube à essai, peser anhydre AlCl₃ (200 mg, 1,5 mmol) et fermer le tube avec un septum en caoutchouc.
8. Enlever le tube de Schlenk et l’éprouvette de la boîte à gants.

3. démarrer la réaction d’Activation de C-F à l’extérieur de la boîte à gants

1. Préparer le matériel nécessaire : ligne de gaz vide/inerte (argon ou l’azote), agitateur magnétique et seringue sec 2 mL avec aiguille.
2. Préparer des produits chimiques : fraîchement distillée sec THF et en iode.
3. Serrer le tube de Schlenk sous une hotte au-dessus d’un agitateur magnétique et raccorder à la conduite d’aspiration. Effectuer trois cycles de gaz vide/inerte avant d’ouvrir le tube de Schlenk sous un flux positif d’argon/azote. Commencer l’agitateur magnétique.
4. Fixer le tube à essai avec AlCl₃ dans une hotte aspirante et vous connecter à la ligne de gaz inerte via une aiguille sous un flux positif d’argon/azote.
5. Ajouter une quantité catalytique d’iode (10-12 mg) dans le tube de Schlenk sous un courant d’argon/azote positif.
6. Purger une seringue sec 2 mL avec aiguille sous argon/azote
7. Prendre 1,5 mL de fraîchement distillée THF sèche à l’aide de la seringue purgée et ajouter 0,5 mL dans le tube de Schlenk pour obtenir une solution brune foncé (couleur de l’iode dans le THF).
8. Ajouter le restant de 1,0 mL de THF goutte à l’éprouvette avec AlCl₃, qui débouchera sur une solution légèrement jaune.
   Remarque : Selon la qualité de l’AlCl₃, l’ajout de THF peut être plus ou moins exothermique.
9. Quand elles sont encore tièdes, transférer cette AlCl₃ solution de l’éprouvette dans le tube de Schlenk à l’aide de la seringue.
10. Permettre la réaction de remuer jusqu'à ce que la consommation totale de benzofulvene. Au départ, la couleur brune foncé va disparaître pour donner une solution jaune, qui, au fil du temps, se tourneront vers une solution trouble verte foncée.
11. Vérifier la réaction par chromatographie sur couche mince (TLC) après 1 h en prenant un échantillon du mélange réactionnel avec un capillaire sous un flux positif d’argon/azote. Utiliser l’éther de pétrole comme éluant.
    NOTE : Le départ benzofulvene est jaune vif sur la plaque de TLC et sa disparition sont facilement observables.

4. Ajout de nitroalcène

1. Préparer 4-methoxyphenylnitroalkene d’après la littérature¹⁶.
2. Dans un tube à essai peser 4-methoxyphenylnitroalkene (90 mg, 0,50 mmol), fermer le tube avec un bouchon en caoutchouc et séchez-le sur la conduite d’aspiration via une connexion de l’aiguille.
3. Après la disparition de benzofulvene dans le mélange réactionnel (confirmé par analyse de TLC), ajouter nitroalcène sèche dans le tube de Schlenk sous un flux positif d’argon/azote. Le mélange réactionnel changera de couleur jaune-vert.
4. Surveiller la réaction par l’analyse de TLC, jusqu'à consommation complète de nitroalcène (généralement 1 heure). Utiliser l’acétate de l’éther éthylique pétrole 95/5 comme éluant.

5. bilan et purification

1. Diluer le mélange réactionnel avec 20 mL d’éther diéthylique et il étancher avec 5 mL de 1 molaire solution aqueuse d’acide chlorhydrique dans un tube de Schlenk ouvert.
   ATTENTION : La réaction de dysprosium restante avec du HCl AQ. est exothermique et dégage du gaz hydrogène, qui peut causer l’accumulation de pression dans Schlenk. Par conséquent, étancher la réaction de Schlenk ouvert sous une hotte de bonne.
2. Après la trempe la réaction, les transférer dans une ampoule à décanter.
3. Recueillir la phase organique dans une fiole conique. Laver la phase aqueuse 2 fois avec 10 mL d’éther diéthylique et recueillir la phase organique dans la fiole conique.
4. Sécher la phase organique pendant MgSO₄, filtre dans une fiole préalablement pesée et se concentrent sous pression réduite sur un évaporateur rotatif pour obtenir le produit brut comme une huile orange-brun.
5. Purifier le produit brut par chromatographie sur colonne de gel de silice commençant par l’éther de pétrole comme éluant pour retirer le produit hydrolysé non polaires. Augmentant la polarité jusqu'à acétate de l’éther éthylique de pétrole 10/1 donne la nouvelle difluoroalkenes contenant du nitro.
   Remarque : Lorsque vous effectuez la chromatographie sur colonne sur une colonne et en augmentant lentement la polarité, il est possible de séparer les diastéréoisomères aux fins d’analyse.

Résultats

Cette procédure d’activation de C-F médiée par les lanthanides, suivie par une réaction avec nitroalcènes donne facilement accès aux nouveaux difluoroalkenes contenant un groupe nitro. Un mécanisme de réaction plausible est représenté à la Figure 2. Contrairement à nos travaux antérieurs utilisant des aldéhydes comme électrophiles (Figure 1)¹³, nitroalcènes permettre la 1,3-disubstitués ...

Discussion

Ce protocole implique un travail avec les métaux de lanthanide sensible très réactifs, air et l’humidité. Par conséquent, la procédure toute réaction doit être effectuée sous gaz inerte sec, et tous les matériaux de départ, y compris les solvants, doivent être très propres et secs avant utilisation.

Il y a deux avantages pour la préparation des métaux fraîchement déposées sur l’achat de métaux déjà déposées : (i) l’achat de lingots ou de pièces est beaucoup plus ...

matériels

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