Synthèse efficace des benzènes polyfonctionnalisés dans l'eau par l'intermédiaire de Benzannulation de Persulfate-promotionné de ' , composés insaturés et alkynes

Résumé

Un benzannulation sans métal persulfate-favorisé de composés et d'alkynes insaturés de persulfate-promouvoir de l'eau vers la synthèse des benzènes polyfonctionnalisés sans précédent est rapporté.

Résumé

Les réactions de benzannulation représentent un protocole efficace pour transformer les blocs de construction acycliques en squelettes de benzène structurellement variés. Malgré les approches classiques et récentes à l'égard des benzènes fonctionnalisés, les méthodes sans métal d'eau demeurent un défi et représentent une occasion d'élargir encore plus l'ensemble d'outils utilisés pour synthétiser les composés de benzène polysubstitué. Ce protocole décrit une configuration expérimentale opérationnellement simple pour explorer la benzannulation des composés insaturés et des alkynes pour permettre des anneaux fonctionnels sans précédent de benzène dans des rendements élevés. Le persulfate d'ammonium est le réactif de choix et apporte des avantages notables comme stabilité et maniabilité facile. En outre, l'utilisation de l'eau comme solvant et l'absence de métaux confèrent une plus grande durabilité à la méthode. Une procédure de mise en place modifiée qui évite l'utilisation d'agents de séchage ajoute également de la commodité au protocole. La purification des produits est effectuée à l'aide d'un seul bouchon de silice. La portée du substrat est actuellement limitée aux alkynes terminales et aux composés aliphatiques insaturés.

Introduction

Les benzènes fonctionnalisés sont sans doute les précurseurs les plus utilisés en chimie organique synthétique^1,2. Ils figurent dans le courant dominant des produits pharmaceutiques, des produits naturels et des matières organiques fonctionnelles. Des approches puissantes ont été rapportées pour la construction de dérivés polysubstitués de benzène et parmi elles, les méthodes bien établies comme substitution nucléophile ou électrophilique aromatique^3,les réactions de couplage^{croisé 4} et la métalation dirigée⁵ sont des approches répandues. Néanmoins, l'application généralisée de ces stratégies peut être entravée par une portée de substrat limitée, des problèmes de réaction excessive et de regiosélectivité.

Les réactions de cyclisation de Tandem représentent une alternative très attrayante aux méthodes classiques pour la construction rapide des benzènes fonctionnalisés d'une manière atome-économique^6,7,8. Dans ce cadre, les réactions de benzannulation représentent un protocole approprié pour transformer efficacement les blocs de construction acycliques en squelettes de benzène précieux. Cette classe de réaction est une méthodologie polyvalente comportant une variété de matières premières chimiques, de mécanismes et de conditions expérimentales^9,10,11.

L'objectif de notre étude est de développer un protocole simple et pratique pour une réaction benzannulation pour générer des anneaux de benzène fonctionnalisés sans précédent. À cette fin, nous avons entrepris d'explorer une benzannulation sans métal et parvoie use d'eau utilisant des matières premières chimiques bon marché (composés insaturés et alkynes).

Plusieurs avantages par rapport aux méthodes rapportées dans la littérature peuvent être soulignés. Les transformations sans métal ont tous les attributs nécessaires pour répondre aux exigences du développement durable. Pour ne citer que quelques-uns, il n'est pas nécessaire d'éliminer les traces métalliques coûteuses et difficiles des produits désirés; les réactions sont moins sensibles à l'oxygène et à l'humidité, ce qui facilite sa manipulation et le processus global est normalement moins coûteux¹². Les sels de persulfate sont stables, faciles à manipuler et ne génèrent que du sulfate comme sous-produit, ce qui ajoute de l'élan à l'initiative de chimie verte pour minimiser la pollution des déchets¹³. L'eau est considérée comme un solvant vert approprié pour les réactions organiques : elle est non toxique, non inflammable, a une odeur très faible et est disponible à faible coût. Même les composés organiques insolubles de l'eau peuvent être employés utilisant « sur l'eau »¹⁴ suspensions aqueuses et ces protocoles synthétiques simples ont gagné l'attention croissante au cours des années.

Nos conditions de réaction optimisées et notre procédure simple de mise en place/purification donnent accès à plusieurs anneaux de benzène fonctionnalisés qui offrent une multitude d'opportunités pour une fonctionnalisation ultérieure.

Protocole

CAUTION : Consultez les fiches de données sur la sécurité des matériaux (SDM) avant l'utilisation des produits chimiques dans le présent processus. Utilisez l'équipement de protection individuelle (EPI) approprié, y compris des lunettes de sécurité, une blouse de laboratoire et des gants nitriles, car plusieurs réactifs et solvants sont toxiques, corrosifs ou inflammables. Effectuer toutes les réactions dans une hotte de fumée. Les liquides utilisés dans ce protocole sont transférés par micropipette.

1. Réaction de Benzannulation utilisant des alkynes et des composés insaturés

1. Ajouter 2,0 ml d'eau distillée dans un tube à essai de 15 ml (1 cm de diamètre) contenant une barre d'agitation. Séquentiellement, ajouter la phénylacétylène (220 l, 2,00 mmol, 2,0 equiv.), 2-cyclohexen-1-one (96,8 l, 1,00 mmol, 1,0 equiv.) et l'ammonium persulfate (1,5 mL d'une solution aqueuse fraîchement préparée 1,3 M, 2,00 mmol, 2 ev.).
2. Plafonner le tube à l'aide d'un septum en caoutchouc et y insérer une aiguille pour éviter une éventuelle accumulation de pression pendant le chauffage.
3. Placer le tube dans un bloc chauffant en aluminium sur une plaque chauffante et le chauffer à 85 oC sous un remuement vigoureux (1150 tr/min) pendant 8 h.
4. Pour suivre la progression de la réaction, prenez un 50 L-aliquot du milieu de réaction et transférez-le à une fiole conique de 1,5 ml. Ajouter 50 l'acétate d'éthyle au flacon et le secouer. Recueillir la couche supérieure organique avec un tube capillaire et l'analyser par TLC.
   REMARQUE : Les progrès de réaction sont vérifiés par TLC comparant la disparition de la tache composée insaturée à l'apparition du produit sous la lumière UV (254 nm). L'analyse de TLC est exécutée avec des plaques en verre silica-enduites et développée avec 92:8 hexanes/acétate éthyle. R_f valeurs: phénylacetylène 0,68; 2-cyclohexen-1-1 0,23; produit 3e à 0,26.
   CAUTION : Le phénylacétylène et le 2-cyclohexen-1-one sont des irritants inflammables, extrêmement toxiques et bénins. Le persulfate d'ammonium est corrosif et peut irriter les muqueuses.

2. Extraction de travail et de purification

1. Refroidir le mélange de réaction à température ambiante et ajouter l'acétate d'éthyle (1 ml) dans le tube à essai. Remuer la suspension pendant environ 1 min, puis la centrifuger à 2 336 g à température ambiante pendant 1 min. Retirez la couche supérieure organique à l'aide d'une pipette Pasteur et transférez-la sur une fiole à fond rond. Répétez cette étape deux fois.
   REMARQUE : L'étape de centrifugation évite l'utilisation d'agents de séchage et casse facilement toute émulsion éventuelle.
2. Concentrez la solution sous pression réduite à l'aide d'un évaporateur rotatif pour obtenir un pétrole brut.
3. Ajouter 55 ml d'un mélange d'hexanes/acétate d'éthyle à un rapport de 92:8 dans un Becker contenant 7,5 g de SiO₂ (taille de pore 60 , taille de 35-70 m de particules, pour la chromatographie flash). Remuer le flacon pour obtenir une boue homogène. Transférer la boue sur une colonne (40 mm de diamètre interne) et emballer la colonne en évanant le solvant. Si nécessaire, elute une fois de plus pour enlever les bulles de la phase stationnaire.
4. Dissoudre le pétrole brut dans une quantité minimale d'acétate d'éthyle, puis transférer cette solution à la colonne. En utilisant le même 55 ml d'un mélange 92:8 hexanes/acétate d'éthyle, élichez le matériau, collecte zappai les effluents de colonne dans des tubes à essai et suivant par TLC pour obtenir le produit pur désiré.
5. Concentrez la solution sous pression réduite sur un évaporateur rotatif et retirez les volatiles finaux sous vide élevé pendant au moins 1 h. Analyser un échantillon du produit purifié par ¹H et ¹³C NMR à l'aide du CDCl₃.
   CAUTION : L'acétate d'éthyle et les hexanes sont inflammables. La poudre de SiO₂ est un irritant respiratoire.

Résultats

Le benzène polysubstitué (3b, Figure 1) a été isolé comme une huile incolore (0,2741 g, 0,920 mmol, 92% de rendement) en utilisant notre protocole. La structure et la pureté peuvent être évaluées dans ^lesspectres 1 H et ¹³C NMR présentés dans la figure 2 et la figure 3. Les pics pour les protons aromatiques sur l'anneau central de benzène (8,37 et 7,72 ppm) ont été utilisés comme...

Discussion

La méthode rapportée ci-contre a été conçue pour être une configuration expérimentale très simple et douce pour la synthèse des benzènes polyfonctionnsés dans l'eau¹⁵. Dans nos conditions, nous avons pu observer d'excellents rendements pour les produits grâce à l'utilisation de persulfate d'ammonium. Une solution aqueuse de persulfate fraîchement préparée devrait être employée ; cependant, le persulfate d'ammonium solide peut également être employé sans perte de rendement. L'a...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ammonium persulfate	Vetec	276
Chloroform-D, (D, 99.8%)	Sigma Aldrich	570699-50G
2-cyclohexen-1-one >95%	Sigma Aldrich	C102814-25ML
Ethyl Acetate, 99.9%	Synth	01A1010.01.BJ	ACS
Hexanes, 98.5%	Synth	01H1007.01.BJ	ACS
Phenylacetylene 98%	Sigma Aldrich	117706-25ML
Silica Gel (SiO2)	Fluka	60738-5KG	pore size 60 Å, 35-70 μm particle size
Thin-layer chromatography plates	Macherey-Nagel	818333	0.20 mm silica gel 60 with fluorescent indicator UV254