JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

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.

Abstract

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-103

סינתזת שלושה רכיבים של 1,6-ketoesters (לעיל): סוג חדש של gelators משקל המולקולרי הנמוך.

נוזלים יוניים (ILs) יש יציבות גבוהה, תנודתיות נמוכה, שאינו דליק ועל כן ניתנו תשומת לב כאמצעי תקשורת בטוחה תגובה וממסים אידיאליים למחזור. 1-3 imidazoliums dialkyl הוא סוג מסוים של נוזלים יוניים ש, בנוכחותו של בסיס , ניתן deprotonated כדי להבהיר קרבן N-הטרוציקלית (NHC). 4 בתחום organocatalysis, NHCs, הפועל תחת נתיבי תגובה שונים, מצאו שימוש נרחב במגוון רחב של תגובות גנריות. 5-11

למרות זאת, הקשר בין ILs ואג"ח CC forminז NHC-קטליזה היא יחסית לא נחקר. עם זאת, NHCs נגזר מILs דווח לזרז קשר CC יוצר תגובות כגון עיבוי בנזואין והתגובה שטטר. 12-22 לדוגמא, דייויס ואח '. הראה כי ILs נגזר מthiazoliums N-אלקיל לשמש precatalysts ב היווצרות של בנזואין מbenzaldehyde. 12

לאחרונה, חן ועמיתים לעבודה הרחיבו את המושג הזה באמצעות imidazolium IL מבוסס, אצטט imidazolium 1-אתיל-3-מתיל (EMIMAc), לבצע עיבוי בנזואין על 5-hydroxymethylfurfural (HMF) כדי ליצור 5,5 "-DI furoin (hydroxymethyl) (DHMF). 23 בהתחשב בכך שILs זמין מסחרי ומציע דרך זולה של יצירת NHCs, שהיינו מעוניין בחקירה מה סוגים אחרים של ILs תגובות יכולים לבצע. לשם כך, מצאנו כי dialkyl imidazoliums יכול לשמש ביעילות precatalysts בadditi המצומד הרשמיעל של אלדהידים לא רוויים לchalcones (איור 1) נותן 1,6-ketoesters. IL יעיל ביותר, EMIMAc, מקדם תגובת stereoselective ביותר בין cinnamaldehyde וchalcone. התגובה מתרחשת עם העדפה גבוהה -diastereomer אנטי ויכול להיות מבודדת 1,6-ketoesters בתשואות של עד 92%. 24,25,26

figure-introduction-2283
איור 1: IL-תיווך שלושה רכיבים, בנוסף stereoselective של cinnamaldehyde לchalcone.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

סינתזה 1. גרם קנה מידה של מתיל-6 אוקסו-3,4,6-triphenylhexanoate

  1. אצטט 1-אתיל-3-מתיל יבש imidazolium (EMIMAc) בבקבוק תחתון עגול במאייד סיבובי בשעת 10 mbar, 40 מעלות צלזיוס במשך שעה 1.
  2. להוסיף 2.1 גרם של EMIMAc היבש ו1.0 גרם של 1,3-2-propen diphenyl-1-אחד לבקבוק 100 מיליליטר עגול תחתון מצוידים בבוחש מגנטי.
  3. להוסיף 2.019 מיליליטר של מתנול ו -2.3 גרם של cinnamaldehyde לבקבוק.
  4. בטמפרטורת חדר (22 מעלות צלזיוס) לפזר את התערובת ב -60 מיליליטר של dichloromethane ידי ערבוב 1 דקות.
  5. בהמשך מוסיף 0.37 מיליליטר של 1.8 diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ENE (DBU) לתערובת ערבוב (שלב 1.4) ומכסה את הבקבוק התחתון העגול.
  6. מערבבים עם בר ומערבבים מגנטי במהירות של 500 סל"ד בטמפרטורת חדר (22 מעלות צלזיוס).
  7. בדוק השלמת התגובה עם 1 H NMR. 24 חפשו היעלמותו של קשר כפול של chalcone באזור 7.8 עמודים לדקה.
  8. כשהגיעה התגובה השלמה להסיר נדיפים על מאייד סיבובי בשעת 10 mbar, 20 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.
  9. הוסף 50 מיליליטר מתנול לשאריות לפזר EMIMAc על ידי ערבוב עם בר ומערבבים מגנטי.
  10. הסר את המוצקים מהקירות של הבקבוק על ידי ערבוב באלימות עם בר ומערבבים מגנטי במהירות של 750 סל"ד במשך 30 דקות. במידת צורך, להשתמש במרית כדי להסיר מוצקים שנותרו מהקירות.
  11. סנן את התערובת על frit (גודל נקבובית 3).
  12. לשטוף עם 20 מיליליטר נוסף של מתנול. אם מחזור של EMIMAc הוא רצוי להתאדות תסנין methanolic. (שלב 2.1).
  13. עדיין על frit, בעדינות לחלק את עוגת הסינון (מצעד 1.11) לחתיכות קטנות יותר עם מרית ולהעביר את המוצקים באמצעות משפך אבקה לבקבוק תחתון עגול שקל מראש ולייבש את המוצקים תחת ואקום.
  14. לשקול את הבקבוק ולחשב את התשואה.
  15. נתח את המוצר על ידי 1 H NMR (שלב 1.7). השווה עם ספקטרום דיווח. 24
כותרת "> 2. מחזור של EMIMAc

  1. הסר את נדיפים מתערובת methanolic (מצעד 1.12) תחת לחץ מופחת של 10 mbar, ב 40 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.
  2. נתח את השמן וכתוצאה מכך על ידי 1 H NMR ו- 13 NMR C כדי לבדוק שEMIMAc קיים. 24
  3. השתמש בEMIMAc הממוחזר החל מהשלב 1.2.

3. gelation

  1. הכנת פתרון מניות
    1. הוסף 200 מ"ג של מתיל-6 אוקסו-3,4,6-triphenylhexanoate (המוצר מצעד 1.15) ובר ומערבבים מגנטיים לבקבוקון. להוסיף 2.0 מיליליטר dichloromethane לפזר ketoester. מערבבים עד שהכל נמס.
  2. Gelation
    1. להוסיף 50 מיליליטר של heptane לכוס 500 מיליליטר. להוסיף 1.5 מיליליטר של פתרון המניות לheptane. מערבבים במהירות כדי להבטיח ערבוב נאות ולתת לעמוד ללא ערבוב בטמפרטורת הסביבה עד gelation מתרחשת.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

כפי שהודגם לעיל, EMIMAc לשמש precatalyst בתוספת המצומד הרשמית של α, β-אלדהיד בלתי רווי לchalcones. ILs אחר זמין מסחרי imidazolium מבוסס כגון כלוריד 1-אתיל-3-methylimidazolium (EMIMCl) וכלוריד 1-בוטיל-3-methylimidazolium (BMIMCl) גם נחקרו, לעומת זאת, התגובות האלה המשיכו בתשואות נמוכות יותר מצביעים על כך ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

בהתבסס על -configuration אנטי נקבע על ידי ניתוח רנטגן של ketoester 3 ועל החקירה מכניסטית שהוצעה על ידי בודה ועמיתים לעבודה 30 בדרך התגובה הבאה הוא הציע (איור 5). Deprotonation של IL מייצר מיני NHC; NHC מגיב עם אלדהיד בלתי רווי ליצירת Breslow ביניים I. Breslow ביניים וchalcone להגיב בתג?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

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

References

  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).
  13. Xu, L. -W., Gao, Y., Yin, J. -J., Li, L., Xia, C. -G. Efficient and mild benzoin condensation reaction catalyzed by simple 1-N-alkyl-3-methylimidazolium salts. Tetrahedron Lett. 46, 5317-5320 (2005).
  14. Jiang, F. S., Yu, H., Gao, G., Xie, R. G. Benzoin condensation in imidazolium based room-temperature ionic liquids. Chin. Chem. Lett. 16, 321-324 (2005).
  15. Estager, J., Lévêque, J. M., Turgis, R., Draye, M. Solventless and swift benzoin condensation catalyzed by 1-alkyl-3-methylimidazolium ionic liquids under microwave irradiation. J. Mol. Catal. A: Chem. 256, 261-264 (2006).
  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).
  17. Orsini, M., Chiarotto, I., Elinson, M. N., Sotgiu, G., Inesi, A. Benzoin condensation in 1,3-dialkylimidazolium ionic liquids via electrochemical generation of N-heterocyclic carbene. Electrochem. Commun. 11, 1013-1017 (2009).
  18. Dunn, M. H., Cole, M. L., Harper, J. B. Effects of an ionic liquid solvent on the synthesis of [gamma]-butyrolactones by conjugate addition using NHC organocatalysts. RSC Advances. 2, 10160-10162 (2012).
  19. Kelemen, Z., Holloczki, O., Nagy, J., Nyulaszi, L. An organocatalytic ionic liquid. Org. Biomol. Chem. 9, 5362-5364 (2011).
  20. Yu, F. -L., Zhang, R. -L., Xie, C. -X., Yu, S. -T. Synthesis of thermoregulated phase-separable triazolium ionic liquids catalysts and application for Stetter reaction. Tetrahedron. 66, 9145-9150 (2010).
  21. Aupoix, A., Vo-Thanh, G. Solvent-free synthesis of alkylthiazolium-based ionic liquids and their use as catalysts in the intramolecular Stetter reaction. Synlett. , 1915-1920 (2009).
  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

105NHCstereoselective16 ketoestergelator

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved