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

An operationally simple procedure for the synthesis of ortho-trifluoromethoxylated aniline derivatives via a two-step sequence of O-trifluoromethylation of N-aryl-N-hydroxyacetamide followed by thermally induced intramolecular OCF3-migration is reported.

Abstract

מולקולות נושאות trifluoromethoxy קבוצה (OCF 3) לעתים קרובות להראות רצויים תכונות פרמקולוגיות וביולוגיות. עם זאת, סינתזה קלילה של תרכובות ארומטיות trifluoromethoxylated עדיין מהוות אתגר אדיר בסינתזה אורגנית. גישות מקובלות סובלות לעתים קרובות מהיקף מצע עני, או דורשות שימוש בידית קשה לרעילה ביותר, ו / או חומרים כימיים תרמית יציבה. בזאת, אנו מדווחים פרוטוקול ידידותי למשתמש לסינתזה של מתיל בנזואט 4 acetamido-3 (trifluoromethoxy) באמצעות 1-trifluoromethyl-1,2-benziodoxol-3 (1 H) -One (Togni מגיב השני). (N - (acetamido trifluoromethoxy)) טיפול תיל 4 בנזואט (N -hydroxyacetamido) (1 א) עם מגיב Togni השני בנוכחות כמות הקטליטית של קרבונט צזיום (CS 2 CO 3) בכלורופורם על RT העניק תיל 4 בנזואט (2 א). זה היה ביניים לאחר מכן להמיר לתיל מוצר הסופי 4 acetamido-3 (trifluoromethoxy) בנזואט (3 א) בnitromethane ב 120 מעלות צלזיוס. הליך זה הוא כללי ויכול להיות מיושם על הסינתזה של מגוון רחב של נגזרי אנילין -trifluoromethoxylated Ortho, אשר יכול לשמש אבני בניין סינטטי כשימושי לגילוי והפיתוח של תרופות חדשות, חומרים להגנת הצומח, וחומרים תפקודיים.

Introduction

Trifluoromethoxy קבוצה (3 OCF) הפכה השפעה עמוקה על מחקר בתחום מדעי חיים וחומרים מאז הסינתזה הראשונה של אתר trifluoromethyl בשינה 1935. 2 בשל שילוב הייחודי של גבוהה אלקטרושליליות (χ = 3.7) 3 וlipophilicity המצוין (Π x = 1.04), 4 הקבוצה trifluoromethoxy מצאה יישומים רחבים ברפואה, בחקלאות, בתעשייה ובחומרים. 5-10 עם זאת, מבוא קליל של קבוצת OCF 3 למולקולות אורגניות, במיוחד תרכובות ארומטיות, עדיין מהוות אתגר מרכזי בכימיה סינתטית.

במהלך העשורים האחרונים, מאמצים כדי לטפל באתגר זה הובילו לפיתוח של קומץ תמורות לסינתזה של Arenes trifluoromethoxylated 5-7,9-11 כוללים חילופי כלור / פלואור אלה (i) על מבשרי trichlorinated;. 1,12 -17 (Ii) deoxyfluorination של fluoroformates; 18 (iii) fluorodesulfurization חמצוני; 19-21 (iv) trifluoromethylation אלקטרופיליות של אלכוהול; 22-25 trifluoromethoxylation nucleophilic (נ); 26-30, (vi) trifluoromethoxylation תיווך מתכת מעבר של ורטים aryl וstannanes; 31 ו( vii ) Trifluoromethoxylation הרדיקלי. 32,33 עם זאת, רב של גישות אלה גם סובלים מהיקף מצע עני או דורש שימוש בחומרים כימיים רעילים ו / או תרמית יציבה מאוד. לכן, בשל חוסר שיטה כללית וידידותי למשתמש לסנתז OCF 3 תרכובות המכילים, את הפוטנציאל של קבוצת OCF 3 לא נוצל במלואו בכימיה.

כחלק מהאינטרס שלנו בתגובות trifluoromethoxylation, 34 אנו מתארים במסמך פרוטוקול שני שלבים (כלומר, -trifluoromethylation הרדיקלי O וOCF המושרה תרמית 3 -migration) לסינתזה של מתיל 4 acetamido-3 (trifluoromethoxyבנזואט) (3 א) מתיל 4 בנזואט (-hydroxyacetamido N) (1 א). האסטרטגיה היא קלה לתפעול ומתאים לסינתזה של מגוון רחב של נגזרי אנילין -trifluoromethoxylated Ortho.

Protocol

1. מבשר הכנה: סינתזה של מתיל 4 (-hydroxyacetamido N) בנזואט (1 א)

  1. הפחתה של מתיל-4 nitrobenzoate.
    1. להוסיף 5.00 גרם של מתיל-4 nitrobenzoate (27.6 mmol, 1.00 equiv), 159 מ"ג של 5% רודיום על פחמן (Rh / C, 0.300 mol% לחות יחסית), ומערבבים בר מגנטי לתוך 250 מיליליטר שתיים-מיובש בתנור בקבוק צוואר עגול התחתון (המיובש ב 150 מעלות צלזיוס במשך 18 שעות).
      אפשר לשקול את ריאגנטים תחת אווירת סביבה: הערה. עם זאת, התגובה צריכה להתבצע תחת אווירת חנקן.
    2. חבר צוואר הבקבוק אחד לחנקן / סעפת ואקום ומכסה את הצוואר האחר עם מחיצה. בצע שלושה מחזורי ואקום-מילוי (כלומר, שאיבת האוויר מהבקבוק ולהחליף את הוואקום שנוצר עם גז חנקן) כדי להחליף את האוויר בבקבוק עם גז חנקן.
    3. להוסיף 138 מיליליטר tetrahydrofuran נטול מים (THF, 0.200 M) לבקבוק התגובה באמצעות מזרק אטום. מגניב ומערבבים mixt התגובהיור ב 0 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.
    4. להוסיף 1.47 מיליליטר של מונוהידראט הידרזין dropwise (1.52 גר ', 30.4 mmol, 1.20 equiv) לתערובת התגובה ב 0 מעלות צלזיוס באמצעות מזרק אטום. צג התגובה באמצעות כרומטוגרפיה שכבה דקה (TLC). השתמש hexanes: אתיל אצטט (EtOAc) (4: 1 V / V, F R = 0.23) כeluent לפתח TLC.
    5. כאשר התיל 4 nitrobenzoate-נצרך לחלוטין, לסנן את תערובת התגובה דרך כרית קצרה של כדור ארץ diatomaceous (כלומר, Celite, 5 גר ') ב60 מיליליטר Frit משפך בוכנר באמצעות סינון ואקום. שטוף את המסנן עם EtOAc (20 מיליליטר X 3 פעמים). לרכז את התסנין בריק באמצעות מאייד סיבובי להרשות לעצמם בנזואט תיל גולמי 4 (-hydroxyamino N), המשמש ישירות ללא טיהור נוספת.
  2. הגנת אצטיל של מתיל 4 בנזואט (N -hydroxyamino)
    1. להוסיף 2.55 גרם של סודיום ביקרבונט (NaHCO 3, 30.4 mmol, 1.20 equiv), כל גולמי4 בנזואט מתיל (-hydroxyamino N) המתקבל מהשלב הקודם, ומערבבים בר לבקבוק 500 עגול תחתון-שני-צוואר מיובש בתנור מיליליטר.
    2. כובע צוואר אחד עם מחיצה ולהתחבר צוואר אחר לסעפת חנקן / ואקום. בצע שלושה מחזורי ואקום-מילוי להחליף את האוויר בבקבוק עם גז חנקן.
    3. להוסיף 138 מיליליטר אתר diethyl נטול מים (Et 2 O, 0.200 M) לבקבוק התגובה באמצעות מזרק אטום. מגניב ומערבבים תערובת התגובה ב 0 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.
    4. הכן פתרון של כלוריד אצטיל (2.17 מיליליטר, 2.39 גר ', 30.4 mmol, 1.20 equiv) בEt נטול מים 2 O (138 מיליליטר, 0.220 M). מוסיף את הפתרון לתערובת התגובה ב 0 מעלות צלזיוס באמצעות משאבת מזרק בשיעור של 10.0 מיליליטר / שעה.
    5. בסוף בנוסף, לסנן את תערובת התגובה דרך כרית קצרה של כדור ארץ diatomaceous (כלומר, Celite, 5 גר ') ב -60 מיליליטר Frit משפך בוכנר באמצעות סינון ואקום. שטוף את המסנן עם EtOAc (20 מיליליטר X 3 פעמים). להתרכזתסנין בריק באמצעות מאייד סיבובי.
    6. לטהר את המוצר הגולמי עם משחררי כרומטוגרפיה 35 הבזק טור עם hexanes: EtOAc (4: 1 עד 1: 1 (V / V)) (ו R = 0.13, hexanes: EtOAc (4: 1 (V / V)) להרשות לעצמו 5.31 גרם של מתיל 4 (-hydroxyacetamido N) בנזואט כ( 25.4 mmol, תשואת 92%) מוצקה צהובה בהירה.

2. סינתזה של מתיל 4 (N - (trifluoromethoxy) acetamido) בנזואט (2 א)

  1. להוסיף 2.00 גרם של מתיל 4 בנזואט (N -hydroxyacetamido) (1 א) (9.56 mmol, 1.00 equiv), 311 מ"ג של Cs 2 CO 3 (.956 mmol,% 10.0 mol), 3.63 גר 'של מגיב Togni השני (11.5 mmol, 1.20 equiv), ומערבבים בר מגנטי לתוך בקבוק מסביב לתחתית 250 מיליליטר מיובש בתנור בתוך תא כפפות (אווירת חנקן).
    הערה: תגובה זו יכולה להתבצע גם באמצעות טכניקות Schlenk מחוץ לתא הכפפות.
    זהירות: מגיב Togni טהור השני היא השפעה וחיכוך רגיש, להבה פתוחהים, יש להימנע ניצוצות, ו / או שחיקה. יש להשתמש בכלים רכים ומלוטשים למניפולציות. בנוסף, תערובת התגובה צריכה להיות עורר מאחורי מגן בטיחות. 36
  2. להוסיף 95.6 מיליליטר של כלורופורם יבש וdegassed (3 CHCl, 0.100 M) לבקבוק התגובה.
  3. מכסה את הבקבוק עם מחיצה ומערבבת את תערובת התגובה על 23 מעלות צלזיוס מתחת N 2 אווירה בפנים או מחוץ לתא הכפפות במשך 16 שעות.
  4. סנן את תערובת התגובה דרך משפך מסנן כדי להסיר שאריות מוצקות. לרכז את התסנין בריק באמצעות מאייד סיבובי.
  5. לטהר את המוצר הגולמי עם כרומטוגרפיה הבזק טור משחררי עם hexanes: dichloromethane (CH 2 Cl 2) (7: 3 עד 0: 1 (V / V)) (ו R = 0.44 (CH 2 Cl 2) להרשות לעצמו 2.51 גרם של מתיל 4 (N - acetamido (trifluoromethoxy)) בנזואט (9.05 mmol, תשואה של 95%).
    הערה: מגיב Togni השני היא הסכם מוכןing לנהלי ספרות 37 ומאוחסנים במקפיא תא הכפפות ב-35 מעלות צלזיוס כדי לשמור על האיכות שלה על פני תקופה ארוכה של זמן. תגובה זו היא חמצן רגיש. למרות שאפשר לשקול את כל חומרים כימיים תחת אווירת הסביבה ב RT, הסרת כל החמצן מהבקבוק התגובה היא קריטית. יבש וdegassed CHCl 3 הוכן על ידי זיקוק אותו מCAH 2 תחת אווירת חנקן ואחרי ביצוע שלושה מחזורים של הליך הקפאה-משאבה-ההפשרה.

3. סינתזה של מתיל 4 Acetamido-3-בנזואט (trifluoromethoxy) באמצעות OCF 3 -migration (3 א)

  1. להוסיף מתיל 2.51 גר '4 (N - (acetamido trifluoromethoxy)) בנזואט (9.05 mmol, 1.0 equiv), מערבבים-בר מגנטי, ו9.05 מיליליטר של מנה 2 (1.00 M) לכלי לחץ 50 מיליליטר. מכסה את הכלי עם מכסה בורג.
  2. מערבבים את תערובת התגובה ב 120 מעלות צלזיוס מאחורי המגן הבטיחות במשך 20 שעות.
    זהירות: nitromethane טהורהוא חומר נפץ, כך תערובת התגובה צריכה להיות עוררת מאחורי המגן הבטיחות.
  3. לקרר את תערובת התגובה לRT.
  4. מעבירים את תערובת התגובה לבקבוק מסביב לתחתית 100 מיליליטר.
  5. לרכז את תערובת התגובה בריק באמצעות מאייד סיבובי.
  6. לטהר את המוצר הגולמי עם כרומטוגרפיה הבזק טור משחררי עם hexanes: EtOAc (9: 1 עד 7: 3 (V / V)) (ו R = 0.51 hexanes: EtOAc (4: 1 (V / V)) להרשות לעצמו 2.13 גרם של נזואט 4 acetamido-3 מתיל (trifluoromethoxy) (7.69 mmol, 85%).
    הערה: תגובה זו יכולה להתבצע תחת אווירת סביבה. אווירת חנקן אינה נדרשה. בקבוק עגול התחתון מצויד בקבל מים יכול לשמש כמנגנון תגובה חלופי.

4. אפיון המוצרים חדשים

  1. מאפיין את כל התרכובות החדשות על ידי H 1, 13 ספקטרוסקופיה C NMR וספקטרוסקופיה ההמונית ברזולוציה גבוהה ולהשתמש 19 ספקטרוסקופיה F NMRלאפיין תרכובות המכילות אטומים פלואור. 34

תוצאות

מתיל 4 (-hydroxyacetamido N) בנזואט (1 א) היה מסונתז ב -92% תשואה מבודדת באמצעות הליך בן שני שלבים (כלומר, צמצום תיל 4-nitrobenzoate עם הידרזין באמצעות 5% Rh / C כזרז ליצירת תיל 4 ( -hydroxyamino N) בנזואט, ואחריו הגנה של אצטיל hydroxylamine וכתוצאה מכך). O- Trifluoromet...

Discussion

בשל חוסר נוהל כללי וידידותי למשתמש לסינתזה של Arenes trifluoromethoxylated, רב OCF תרכובות ארומטיות 3 המכילים הן יקרות מאוד. 34 האסטרטגיה שלנו מחליפה סובלנות קבוצה פונקציונלית רחבה ומספקת גישה קלה לArenes trifluoromethoxylated השונים. תרכובות אלו יכולות לשמש אבני בניין יקר ערך כמו לג...

Disclosures

The authors declare no competing financial interests.

Acknowledgements

אנו מכירים סטארט כספים נדיבים מאוניברסיטת מדינת ניו יורק בסטוני ברוק בתמיכה של עבודה זו. אנו מודים גם TOSOH F-טק, Inc למתננו TMSCF מגיב 3 לסינתזה של מגיב Togni השני.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
5% Rhodium on carbonAspira Scientific3008355% wt% dry loading
hydrazine monohydrateSigma-Alderich13696HMVReagent grade, 98%
Acetyl chlorideAlfa Aesar1017688798%
Sodium bicarbonateFisher Scientific134826Chemical pure
Cesium carbonateAlfa Aesar1288799.9%, metals basis
Togni Reagent IIPrepared according to the literature procedure (ref 37). Caution: Pure Togni reagent II is impact and friction sensitive, treat it with great care (see ref. 36).
TetrahydrofuranBDHBDH1149-4LGDistilled from deep purple sodium benzophenone ketyl.
Diethyl EtherFisher Scientific148221Distilled from deep purple sodium benzophenone ketyl.
ChloroformFisher Scientific141739Dried over CaH2 and distilled
nitro methaneAlfa AesarJ03z053Dried over CaSO4 and distilled
Silica gelSILICYCLE6051440-63 µm (230-400 mesh)
CiliteEMD2012040674Not acid washed

References

  1. Yagupolskii, L. M. Sintez proizvodnykh feniltriftormetilovogo efira. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 105, 100-102 (1955).
  2. Booth, H. S., Burchfield, P. E. Fluorination of halogeno methyl ethers. I. Fluorination of trichlorodimethyl ether. J. Am. Chem. Soc. 57, 2070 (1935).
  3. McClinton, M. A., McClinton, D. A. Trifluoromethylations and related reactions in organic-chemistry. Tetrahedron. 48, 6555-6666 (1992).
  4. Hansch, C., Leo, A. . Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology. , (1979).
  5. Leroux, F., Jeschke, P., Schlosser, M. Alpha-fluorinated ethers, thioethers, and amines: Anomerically biased species. Chem. Rev. 105, 827-856 (2005).
  6. Jeschke, P., Baston, E., Leroux, F. R. Alpha-fluorinated ethers as 'exotic' entity in medicinal chemistry. Mini-Rev. Med. Chem. 7, 1027-1034 (2007).
  7. Leroux, F. R., Manteau, B., Vors, J. P., Pazenok, S. Trifluoromethyl ethers - synthesis and properties of an unusual substituent. Beilstein J. Org. Chem. 4, (2008).
  8. Fantasia, S., Welch, J. M., Togni, A. Reactivity of a hypervalent iodine trifluoromethylating reagent toward THF: ring opening and formation of trifluoromethyl ethers. J. Org. Chem. 75, 1779-1782 (2010).
  9. Manteau, B., Pazenok, S., Vors, J. P., Leroux, F. R. New trends in the chemistry of alpha-fluorinated ethers, thioethers, amines and phosphines. J. Fluorine Chem. 131, 140-158 (2010).
  10. Landelle, G., Panossian, A., Leroux, F. R. Trifluoromethyl ethers and -thioethers as tools for medicinal chemistry and drug discovery. Curr. Top. Med. Chem. 14, 941-951 (2014).
  11. Liang, T., Neumann, C. N., Ritter, T. Introduction of fluorine and fluorine-containing functional groups. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 8214-8264 (2013).
  12. Yarovenko, N. N., Vasileva, A. S. A new method for the introduction of trihalomethyl groups into organic molecules. Zh. Obshch. Khim. 28, 2502-2504 (1958).
  13. Yagupols, L., Troitskaya, V. I. Synthesis of phenyl trifluoromethyl ether derivatives. Zh. Obshch. Khim. 31, 915-924 (1961).
  14. Yagupolskii, L. M., Orda, V. V. Bis(triftormetoksi I triftormetilmerkapto)-proizvodnye benzola. Zh. Obshch. Khim. 34, 1979-1984 (1964).
  15. Louw, R., Franken, P. W. Selective side-chain chlorination of methoxybenzenes. Chem Ind-London. , 127-128 (1977).
  16. Feiring, A. E. Chemistry in hydrogen-fluoride. 7. Novel synthesis of aryl trifluoromethyl ethers. J. Org. Chem. 44, 2907-2910 (1979).
  17. Salome, J., Mauger, C., Brunet, S., Schanen, V. Synthesis conditions and activity of various Lewis acids for the fluorination of trichloromethoxy-benzene by HF in liquid phase. J. Fluorine Chem. 125, 1947-1950 (2004).
  18. Sheppard, W. A. Alpha-Fluorinated Ethers. I. Aryl Fluoroalkyl Ethers. J. Org. Chem. 29, 1-11 (1964).
  19. Kuroboshi, M., Suzuki, K., Hiyama, T. Oxidative desulfurization-fluorination of xanthates - a convenient synthesis of trifluoromethyl ethers and difluoro(methylthio)methyl ethers. Tetrahedron Lett. 33, 4173-4176 (1992).
  20. Kanie, K., Tanaka, Y., Suzuki, K., Kuroboshi, M., Hiyama, T. A convenient synthesis of trifluoromethyl ethers by oxidative desulfurization-fluorination of dithio carbonates. Bull. Chem. Soc. Jpn. 73, 471-484 (2000).
  21. Kuroboshi, M., Kanie, K., Hiyama, T. Oxidative desulfurization-fluorination: A facile entry to a wide variety of organofluorine compounds leading to novel liquid-crystalline materials. Adv. Synth. Catal. 343, 235-250 (2001).
  22. Umemoto, T. Electrophilic perfluoroalkylating agents. Chem. Rev. 96, 1757-1777 (1996).
  23. Umemoto, T., Adachi, K., Ishihara, S. CF3 oxonium salts, O-(trifluoromethyl)dibenzofuranium salts: in situ synthesis, properties, and application as a real CF3+ species reagent. J. Org. Chem. 72, 6905-6917 (2007).
  24. Stanek, K., Koller, R., Togni, A. Reactivity of a 10-I-3 hypervalent iodine trifluoromethylation reagent with phenols. J. Org. Chem. 73, 7678-7685 (2008).
  25. Koller, R., et al. Zinc-mediated formation of trifluoromethyl ethers from alcohols and hypervalent iodine trifluoromethylation reagents. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 4332-4336 (2009).
  26. Trainor, G. L. The preparation of O-trifluoromethyl carbohydrates. J. Carbohydr. Chem. 4, 545-563 (1985).
  27. Nishida, M., Vij, A., Kirchmeier, R. L., Shreeve, J. M. Synthesis of polyfluoro aromatic ethers - a facile route using polyfluoroalkoxides generated from carbonyl and trimethysilyl compounds. Inorg. Chem. 34, 6085-6092 (1995).
  28. Kolomeitsev, A. A., Vorobyev, M., Gillandt, H. Versatile application of trifluoromethyl triflate. Tetrahedron Lett. 49, 449-454 (2008).
  29. Marrec, O., Billard, T., Vors, J. P., Pazenok, S., Langlois, B. R. A deeper insight into direct trifluoromethoxylation with trifluoromethyl triflate. J. Fluorine Chem. 131, 200-207 (2010).
  30. Marrec, O., Billard, T., Vors, J. P., Pazenok, S., Langlois, B. R. A new and direct trifluoromethoxylation of aliphatic substrates with 2,4-dinitro(trifluoromethoxy)benzene. Adv. Synth. Catal. 352, 2831-2837 (2010).
  31. Huang, C. H., Liang, T., Harada, S., Lee, E., Ritter, T. Silver-mediated trifluoromethoxylation of aryl stannanes and arylboronic acids. J. Am. Chem. Soc. 133, 13308-13310 (2011).
  32. Rozen, S. Selective fluorinations by reagents containing the OF group. Chem. Rev. 96, 1717-1736 (1996).
  33. Venturini, F., et al. Direct trifluoro-methoxylation of aromatics with perfluoro-methyl-hypofluorite. J. Fluorine Chem. 140, 43-48 (2012).
  34. Hojczyk, K. N., Feng, P., Zhan, C., Ngai, M. -. Y. Trifluoromethoxylation of arenes: synthesis of ortho-trifluoromethoxylated aniline derivatives by OCF3 migration. Angew. Chem. Int. Ed. 53, 14559-14563 (2014).
  35. Still, W. C., Kahn, M., Mitra, A. Rapid chromatographic technique for preparative separations with moderate Resolution. J. Org. Chem. 43, 2923-2925 (1978).
  36. Fiederling, N., Haller, J., Schramm, H. Notification about the Explosive Properties of Togni's Reagent II and One of Its Precursors. Org. Process Res. Dev. 17, 318-319 (2013).
  37. Matousek, V., Pietrasiak, E., Schwenk, R., Togni, A. One-pot synthesis of hypervalent iodine reagents for electrophilic trifluoromethylation. J. Org. Chem. 78, 6763-6768 (2013).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

107N Aryl N hydroxyacetamideHeterolyticOCF 3TrifluoromethoxylationOrtho OCF 3

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