מיקרוגל בסיוע תגובות Dehydrogenative intramolecular דילס-Alder לסינתזה של Naphthalenes הפונקציונלי / צבעי Solvatochromic

Summary

dehydrogenative intramolecular מיקרוגל בסיוע דילס-Alder תגובות (DA) לספק גישה תמציתית לcyclopenta הפונקציונלי [ ב] אובניים בניין נפתלין. התועלת של מתודולוגיה זו באה לידי ביטוי בגיור צעד אחד מcycloadducts DA dehydrogenative לצבעי ניאון solvatochromic רומן באמצעות תגובות וכוואלד-הרטוויג פלדיום catalyzed-צימוד צולב.

Abstract

naphthalenes הפונקציונלי יש יישומים במגוון רחב של תחומי מחקר החל הסינתזה של מולקולות טבעיות או פעילות מבחינה ביולוגית להכנת צבעים אורגניים חדשים. למרות אסטרטגיות רבות כבר דיווחו לגשת פיגומי נפתלין, הליכים רבים עדיין מציגים מגבלות במונחים של פונקציונליות שילוב, אשר בתורו מצמצם את הטווח של מצעים זמינים. פיתוח השיטות מגוונות לגישה ישירה לnaphthalenes החליף לכן רצוי מאוד.

תגובת דילס-Alder (DA) cycloaddition היא שיטה חזקה ואטרקטיבית להקמת מערכות טבעת רוויות ולא רוויות מחומרי מוצא זמינים ונגישים. תגובה חדשה מיקרוגל בסיוע intramolecular dehydrogenative DA של נגזרי styrenyl מתואר כאן מייצרת מגוון cyclopenta הפונקציונלי [b] naphthalenes שלא ניתן היה שהוכן באמצעות שיטה סינטתית קיימותs. בהשוואה לחימום קונבנציונלי, קרינת מיקרוגל מאיצה שיעורי תגובה, משפרת את התשואות, ומגבילה את היווצרות תוצרי לוואי בלתי רצויים.

התועלת של פרוטוקול זה היא ביטוי נוסף בהמרה של cycloadduct התובע לצבע פלואורסצנטי solvatochromic רומן באמצעות קטליזאטור פלדיום תגובת וכוואלד-הרטוויג-צימוד. קרינת ספקטרוסקופיה, כשיטה אנליטית אינפורמטיבי ורגישה, ממלא תפקיד מרכזי בתחומי מחקר, כוללים מדעי הסביבה, רפואה, רוקחות, ביולוגיה תאית. גישה למגוון רחב של fluorophores האורגני החדש שמספק את תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע מאפשרת להתקדמות נוספת בתחומים אלה.

Introduction

עיצוב מולקולה קטנה וסינתזה הוא קריטי לפיתוח של מגוון רחב של תחומים מדעיים, הכוללים תרופות, חומרי הדברה, צבעים אורגניים, ועוד רבי ^1. דילס-Alder (DA) וdehydro-דילס-Alder תגובות (DDA) הם כלים חזקים במיוחד בסינתזה של מחזורי קטנים ותרכובות ארומטיות ^2-4. בנוסף, תגובות תרמיות dehydrogenative DA של dienes סטירן עם dienophiles alkyne לספק מסלול פוטנציאל מועיל לסינתזה של תרכובות ארומטיות בתחילה על ידי יצירת cycloadducts שתוכל להמשיך ולבשם בתנאי חמצונים ^5. על ידי העסקת תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של dienes סטירן עם alkynes, הבעיות קשורות בדרך כלל עם סטירן ניצול כdiene, כגון לא רצויות [2 + 2] cycloaddition ^5,6 ותגובות פולימריזציה ⁷ ורגיוסלקטיביות העניה, הקלה ובנפטלין תרכובות יכול להיות שנוצר.

תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של סטירנים עם alkynes היא לא בלי בעיות ניכרות. ראשית, רוב התגובות סובלות מתשואות נמוכות, זמני תגובה ארוכים, וטמפרטורות גבוהות תגובה ^8-11. בנוסף, תגובות רבות לא לקדם היווצרות בלעדית של מוצר הנפטלין; הן הנפטלין וdihydronaphthalene מיוצרים, לעתים כתערובת בלתי נפרדת של כרומטוגרפיה עמודה ^11,12. את הרצועות של מבשר סטירן ynes גם מוגבלות לכוללות moieties קרבוניל heteroatoms ו / או. רק דוגמה אחת היא דיווחה לכל רצועה מכילה פחמן, הדורשת תנאים של 250 מעלות צלזיוס במשך 48 שעות מסודרות על מנת לקבל היווצרות הנפטלין ^10.

בנוסף למגוון מצומצם בתוך הרצועות של חומרי המוצא, אחד מהאילוצים החמורים ביותר של מתודולוגיה זו היא החוסר פונקציונלי הנסבל בתנאים התרמיים הקונבנציונליים.התחנה הסופית alkyne של חומר הגלם היא unsubstituted או צורפה פניל או trimethylsilyl מחצית (TMS) ^8-13. במקרה אחד, אסתר בתחנה הסופית alkyne מוצגת לעבור את תגובת תובע dehydrogenative, אבל זה תוצאות תערובת של מוצרי dihydronaphthalene נפטלין ^ו11. הצעה אחרת מצביעה על כך שקבוצת TMS תצורף לתחנה הסופית alkyne היא הכרחית כדי להשיג היווצרות נפטלין בלעדית בתשואות גבוהות ^10. המחסור פונקציונלי מגוונים דיווח לתגובות DA dehydrogenative תרמיות מגביל מאוד את הפוטנציאל של התגובה הזאת לכיוון ההרכבה של מבני נפתלין ייחודיים.

הרצון לשינוי במבני נפתלין נובע מתפקידם כאבני בניין מולקולה קטנים בכמה תחומים מדעיים, צבעי ניאון אורגניים במיוחד ^14,15. רזולוציה מרחבית מעולה ותגובה פעמים של org הקטןצבעי anic לניטור ¹⁶ אירועים בזמן אמת הובילו לפיתוח של מאת תרכובות ניאון זמינות מסחרי. רבים מהצבעים האלה הם naphthalenes בעלי תכונות בדידות photophysical וכימיות ^15. בחירת צבעי ניאון עם מאפיינים ספציפיים כדי לפקח על פונקציות בודדות היא מאתגרת, מה שמוביל לצורך הולך וגובר לסוגים חדשים של fluorophores בעלי תכונות photophysical מגוונות יותר. לשם כך, תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של סטירנים עם alkynes המאפשרת גיוון של נפטלין פיגום ייחודי תהיה פוטנציאל מועילה עם יישום לפיתוח צבעים חדשים המכילים נפטלין-ניאון.

כחלופה לחימום קונבנציונלי, כימית המיקרוגל בסיוע יש יתרון משום שהיא מציעה חימום אחיד יותר של המדגם הכימי, מה שמוביל לתשואות גבוהות יותר כימיות, שיעורי תגובה מהירות יותר, מצב תגובה מתונה יותרזה, ולעתים קרובות סלקטיביות שונה של מוצרים ^17. העסקת תנאי חימום סיוע-מיקרוגל לעומת קונבנציונליים לתגובת תובע dehydrogenative intramolecular של סטירנים משמשת לחסל רב מהבעיות הקשורות במתודולוגיה זו על ידי צמצום זמן תגובה מימים לדקות, הגדלת תשואות העבר עניות, הפחתת טמפרטורות תגובה, ומציע היווצרות סלקטיבית יותר של המוצר הרצוי הנפטלין. תנאי תגובת מיקרוגל בסיוע יכולים להיות גם סיכוי גבוהים יותר כדי להקל על שילוב של מגוון רחב יותר של המוצרים פונקציונליים לנפתלין שהיה בעבר בלתי ניתן להשגה. רק דוגמה אחת לפני שדווחה ניצול תנאי מיקרוגל בסיוע לתגובת תובע dehydrogenative שבתשואה של 90% והן נפטלין dihydronaphthalene הושגה בקטן כמו 15 דקות ב 170 מעלות צלזיוס ^12.

מסמך זה הוא דיווח dehydroge intramolecular מיקרוגל בסיועתגובת תובע יליד נגזרי styrenyl שמובילים להיווצרות הבלעדית של מוצרי נפתלין פונקציונליים ומגוונים בקטן כמו 30 דקות וב ¹⁸ לתשואות גבוהות כמותיים. התועלת של פרוטוקול זה באה לידי הביטוי גם על ידי המרה של צעד אחד של מוצר נפטלין לצבע רומן solvatochromic ניאון עם מאפייני photophysical שמתחרה של צבע Prodan הזמין מסחרי הפופולרי ^19.

Protocol

1. תגובת התובע Dehydrogenative מיקרוגל בסיוע

1. הוסף הנגזר-כלורו-סטירן סעיף (0.045 גרם, 0.18 mmol) וdichloroethane 1,2 (3 מ"ל) לבקבוקון 2-5 מיליליטר מיקרוגל קרינה מצוידת בבר מערבבים כדי ליצור פתרון M 0.060. ריכוז זה משמש כי ריכוזים גבוהים יותר יובילו להיווצרות של מוצרים לא רצויים.
2. הכיסוי או בקבוקון קרינת המיקרוגל ולמקם אותו בחלל סינתיסייזר המיקרוגל.
3. להקרין את הפתרון ב 180 מעלות צלזיוס במשך 200 דקות עם ערבוב ועם זמן המתנה קבועה ב. זמן ההמתנה הוא כמה זמן הקרנה תתרחש בטמפרטורה המיועדת. תערובת התגובה תהפוך זהובה. זמני תגובה ארוכות יותר אינם מזיקים לתשואה של התגובה.
4. לאשר את תגובתו מלאה של כרומטוגרפיה שכבה דקה (TLC) מעסיקה 5% אתיל יצטט / הקסאן כeluent. דמיינו צלחת TLC עם אור האולטרה סגול וpermanganate אשלגן כתם. _ו ר של reactant והמוצר הם 0.2 ו -0.25 בהתאמה.
5. להעביר את התגובה לבקבוקון נצנץ באמצעות 1 מ"ל של 1,2-dichloroethane לשטוף את בקבוקון תגובת המיקרוגל. כתוצאה מכך כ 3 מ"ל של תמיסה בבקבוקון הנצנץ.
6. לרכז את התוכן של בקבוקון הנצנץ תחת לחץ מופחת ב 40 ° C באמצעות מאייד סיבובי (10-30 מ"מ כספי). אידוי של הממס ידרוש 5-10 דקות, ו45 מ"ג של שמן חום גולמי יושג. הנפט הגולמי הוא יציב וניתן לאחסן עד אינסוף ללא פירוק.
7. לטהר את הנפט הגולמי על ידי סינון דרך פיפטה של ​​ג'ל סיליקה עם 5% אתיל יצטט / hexanes כeluent לרכוש 41 מ"ג של נפטלין כמוצק לבנה.
8. לאשר את זהותו של המוצר על ידי H ¹ תהודה המגנטית הגרעינית (NMR) ספקטרוסקופיה באמצעות כלורופורם deuterated ₍₃ CDCl) כממס. לספקטרומטר 300 MHz NMR, ספקטרום ¹ H NMR של הנפטלין הוא כדלקמן: 7.80 (ד, J = 1.8 הרץ, 1H), 7.72 (ד, י = 9.0 הרץ, 1H), 7.70 (s, 1H), 7.38 (dd, J = 1.8, 9.0 הרץ, 1H), 3.07 (t, J = 7.1 הרץ , 4H), 2.66 (s, 3H), 2.18 (p, J = 7.1 הרץ, 2H) לדקה.

2. בוכוואלד-הרטוויג פלדיום-קטליזאטור תגובה חוצת צימוד

1. הוסף RuPhos palladacycle (3 מ"ג, 0.004 mmol) לבקבוקון תנור מיובש 0.5-2 מ"ל Biotage מיקרוגל קרינה מצוידת בבר מערבבים וכובע הבקבוקון.
2. לפנות ולמלא את הבקבוקון עם חנקן שלוש פעמים כשנקבו את הפקק של מכסה עם מחט מד קטן. לאחר ההקאה של הבקבוקון מלא, להוציא את המחט. בקבוקון קרינת המיקרוגל יפעל כצינור אטום במהלך התגובה, ואת התוצאות הטובות ביותר מתקבלות כאשר אוויר מינימאלי קיים בכלי התגובה.
3. דרך המחיצה, להוסיף אמיד ליתיום bis (trimethylsilyl) (0.32 מ"ל של תמיסה 1.0 מ 'בTHF, 0.32 mmol) באמצעות מזרק עם הערבוב. הפתרון יהפוך לאדום.
4. לאחר הערבוב במשך 2-10 דקות, להוסיף נפטלין (0.038 גרם,0.16 mmol) ב0.3 מ"ל נטול מי tetrahydrofuran (THF) באמצעות מזרק. THF נוסף (עד 0.2 מ"ל) ניתן להשתמש כדי לפזר הנפטלין באופן מלא.
5. אחרי 2-10 דקות של ערבוב, מוסיף dimethylamine (0.12 מ"ל של תמיסת 2.0 M בTHF, 0.24 mmol) באמצעות מזרק ולהנמיך את כלי תגובה לחומם מראש ° C אמבט שמן 85.
6. מחמם את תערובת תגובה ל3 שעות על 85 מעלות צלזיוס, או עד שהתגובה היא להשלים עד TLC. תגובת התערובת תהיה חום כהה בצבע. לTLC, לנצל 20% אתיל יצטט / hexanes כeluent, ולדמיין את הצלחת וכתוצאה עם אור האולטרה סגול וpermanganate אשלגן כתם. _ו ר של מגיב והמוצר הם 0.5 ו -0.4, בהתאמה.
7. לקרר תגובה לטמפרטורת חדר, הסר את מכסה הבקבוקון, ולהרוות את התגובה בתמיסה מימית אמוניום כלוריד רוויה (10 מ"ל).
8. באמצעות משפך separatory 60 מ"ל, להפריד את השכבה המימית מהשכבה האורגנית. חלץ את השכבה המימית שלוש פעמים באתיל יצטטו (12 מ"ל).
9. שלב את השכבות האורגניות במשפך separatory ולשטוף פעם אחת עם מי מלח (15 מ"ל).
10. ייבש את השכבות האורגניות המשולבות מעל נתרן גופרתי למשך 10 דקות, ולאחר מכן להסיר נתרן הגופרתי ידי סינון הכביד.
11. שימוש במאייד סיבובי, לרכז את פתרון כתוצאה תחת לחץ מופחת של 30 ° C (10-30 מ"מ כספי). אידוי של הממס ידרוש 5-10 דקות, ושמן חום גולמי יושג.
12. לטהר את המוצר הגולמי על ידי כרומטוגרפיה עמודת סיליקה ג'ל עם עמודת 1.5 סנטימטר כרומטוגרפיה ואתיל יצטט 5% / hexanes כeluent. הצבע יתקבל כ27 מ"ג של מוצק צהובה.
13. לאשר את זהותו של המוצר על ידי H ¹ NMR ספקטרוסקופיה באמצעות ₃ CDCl כממס. ל400 MHz NMR ספקטרומטר, ספקטרום ¹ H NMR לצבע כפי שבצע: 7.64 (ד, י = 9.0 הרץ, 1H), 7.56 (s, 1H), 7.11 (dd, J = 2.5, 9.0 הרץ, 1H ), 6.87 (ד, י = 2.5 הרץ, 1H), 3.02 (s, 6H), 3.02-2.87 (מ ', 4H), 2.65 (s, 3H), 2.12 (p, J = 7.3 הרץ, 2H) לדקה.

3. הכנת פתרון דיי ללימודי Photophysical

1. העברת 1 מ"ג של הצבע לתוך בקבוק נקי ויבש 10 מיליליטר נפח ולדלל את הנפח עם dichloromethane (DCM) להשיג פתרון 0.4 x 10 ^-3 M מלאי של הצבע.
2. העברת 253 μl מפתרון המנייה לבקבוק מיליליטר נפח 10 שניות ולדלל את הנפח עם DCM להכין פתרון 10 x 1 ^-5 מ 'של הצבע. פתרון זה ישמש לאיסוף UV-VIS ואת נתוני קרינה עבור לצבוע את שניהם.

4. ספקטרוסקופיה קליטה-UV לעין

1. מלא שני תאי ספקטרופוטומטר קוורץ עם DCM. אלה הם דוגמאות ריקות. למקם אותם לתוך חלל ספקטרופוטומטר UV-Vis. אין לגעת במשטחים האופטיים של התא. טפל בתאים בחלק העליון של לוחות הצד שאינו עומדים בפני הציר האופטי.
2. הגדר את הפרמטרים אינסטרומנטליות לרוחב חריץ 2 ושיעור רכישה של 480 ננומטר / min. בחר שם לדוגמה ובחר טווח רכישה 600-200 ננומטר.
3. איסוף ספקטרום הרקע, להסיר את תא הדגימה מהמכשיר, רוקנו אותו, ולשטוף עם כמה חלקים של פתרון 1 x 10 ^-5 M לצבוע לפני המילוי. הימנע גדש את התא. לפני ההכנסה חזרה תא המדגם לתוך המחזיק, לנגב היטב את החלונות הסלולריים עם רקמת עדשה נקיה.
4. אסוף את ספקטרום הספיגה של המדגם. הקליטה המרבית שנצפה ב377 ננומטר.
5. זהירות לנקות את תאי ספקטרופוטומטר קוורץ במים, אצטון, אתנול ולפני הפעלת ניתוחי קליטת UV-Vis על דוגמאות אחרות.
6. השתמש בתוכנת Excel או מקור לתכנן ולנתח את הנתונים שנאספו.

5. פלואורסצנטי פליטת ספקטרוסקופיה

1. מלא תא fluorometer קוורץ עם פתרון 1 x 10 ^-5 M לצבוע ולמקם אותו לתוך spectrofluorometאה. יש להימנע ממגע עור עם המשטחים האופטיים של התא.
2. הגדר את הפרמטרים האינסטרומנטליים: אורך גל עירור ב334 ננומטר, רוחב חריץ 2, שיעור רכישה של 0.1 ננומטר / שני, מגוון רכישה 390-750 ננומטר. לגזור על מסנן 390 ננומטר יש צורך להסיר את האור מפוזר ממקור הפליטה.
3. אסוף את ספקטרום פליטת הקרינה של המדגם. הפליטה המרבית פלואורסצנטי הוא ציין ב510 ננומטר.
4. נקה את תא קוורץ fluorometer עם מים, אצטון, אתנול ולפני הפעלת ניתוח קרינה בדוגמאות אחרות.
5. השתמש בתוכנת Excel או מקור לתכנן ולנתח את הנתונים שנאספו.

תוצאות

קרינת מיקרוגל (MWI) של נגזרי styrenyl ב180 ° C בתוצאות cyclopenta המלא [b] היווצרות נפטלין קטן כמו 30 דקות ובתשואות גבוהות לכמותיים (איור 1) ^18. תוצר לוואי הוא לא dihydronaphthalene נצפה, ועל ידי H NMR ספקטרוסקופיה ¹ המוצרים מופיעים טהורים ללא צורך בטיהור נוספת לאח...

Discussion

תגובת תובע Dehydrogenative מיקרוגל-Assisted

תגובת intramolecular dehydrogenative DA של מבשרי styrenyl ידי הקרנת מיקרוגל (MWI) מייצרת מבני נפתלין מגוונים בתשואות גבוהות של 71-100% וזמני תגובה קצרים, שדורשת קצת כמו 30 דקות (איור 1) ^18. ההיבט הקשה ביותר של בי?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reagent/Material
1,2-Dichlor–thane, ACS reagent ≥99.0%	Sigma-Aldrich	319929
SiliaPlate G TLC - glass-backed, 250 μm	Silicycle	TLG-R10011B-323
Ethyl acetate, certified ACS ≥99.5%	Fisher Scientific	E14520
Hexanes, certified ACS ≥98.5%	Fisher Scientific	H29220
Silica gel, standard grade	Sorbent Technologies	30930M	60 A, 40-63 μM (230 x 400 mesh)
RuPhos palladacycle	Strem	46-0266
Nitrogen gas	Matheson TRIGAS	NI304	Nitrogen 304cf, industrial
Lithium bis(trimethylsilyl) amide solution	Sigma-Aldrich	225770	1.0 M solution in THF
Tetrahydrofuran anhydrous ≥99.9%	Sigma-Aldrich	401757	Inhibitor-free
Dimethylamine solution	Sigma-Aldrich	391956	2.0 M solution in THF
Ammonium chloride	Fisher Scientific	A661-500
Sodium sulfate, anhydrous (granular)	Fisher Scientific	S421-500
Chromatography column	Chemglass	CG-1188-04	½ in ID x 18in E.L.
Cyclohexane, ≥99.0%	Fisher Scientific	C556-1
Toluene anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	24451
1,4-Dioxane anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	296309
Tetrahydrofuran anhydrous, ≥99.9%	Sigma-Aldrich	186562	250 ppm BHT as inhibitor
Dichloromethane	Sigma-Aldrich	650463	Chromasolv Plus
Chloroform, ≥99.8%	Fisher Scientific	C298-1
Acetonitrile anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	271004
Dimethyl sulfoxide, ≥99.9%	Fisher Scientific	D128
Ethyl alcohol	Pharmco-AAPER	11ACS200	Absolute
Equipment
Microwave Synthesizer	Biotage	Biotage Initiator Exp
Microwave Vial	Biotage	352016	0.5 – 2 ml
Microwave Vial	Biotage	351521	2 – 5 ml
Microwave Vial Cap	Biotage	352298
Microwave Synthesizer	Anton Paar	Monowave 300
Microwave Vial G4	Anton Paar	99135
Microwave Vial Cap	Anton Paar	88882
NMR Spectrometer	Bruker	Avance	300 or 400 MHz
UV-Visible Spectrometer	PerkinElmer	Lamda 9
Spectrophotometer cell	Starna Cells	29B-Q-10	Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro, black wall
Spectrofluorometer	HORIBA Jobin Yvon	FluoroMax-3 S4
Fluorometer cell	Starna Cells	29F-Q-10	Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro