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

את allefination רוטניום- catalyzed של אלקנים לקוי אלקטרונים עם אצטט אלל מתואר כאן. בפרוטוקול זה, ללא שימוש באמינוקרבוניל, יש יעילות גבוהה וסטריאו - ו regioselectivity טובים, פותחים נתיב סינתטי חדש ל ( Z , E ) - שלדידינים.

Abstract

צימוד צולבות ישירה בין שני האלקנים באמצעות הפעלת ויניל CH האג"ח מייצג אסטרטגיה יעילה לסינתזה של butadienes עם אטומית גבוהה צעד הכלכלה. עם זאת, זו פונקציונליות מכוונת צולבות תגובה לא פותחה, שכן יש עדיין קבוצות בימוי מוגבל בשימוש מעשי. בפרט, כמות stoichiometric של חמצון נדרש בדרך כלל, לייצר כמות גדולה של פסולת. בשל התעניינותנו בסינתזה חדשה של 1,3-butadiene, אנו מתארים את ה- olefination המופרז של רוטניום של אלקנים חסרי אלקטרונים באמצעות אצטט אללי וללא חמצון חיצוני. התגובה של 2-phenyl acrylamide ו- allyl acetate נבחרה כתגובת מודל, ואת המוצר diene הרצוי התקבל 80% תשואה מבודדת עם stereoselectivity טוב ( Z, E / Z, Z = 88:12) בתנאים אופטימליים: Ru ( p- cymene) Cl 2 ] 2 (3% mol) ו AgSbF 6 (20% mol) ב DCE ב 110 מעלות צלזיוסאו 16 שעות. עם תנאי קטליטי אופטימיזציה ביד, נציג α - ו / או β- Acrilamides זרקו נחקרו, וכל הגיבו בצורה חלקה, ללא קשר קבוצות aliphatic או ארומטי. כמו כן, שונה Acrilamides N- substituted הוכיחו להיות מצעים טובים. יתר על כן, בדקנו את התגובה של נגזרות אליליות שונות, דבר המצביע על כך שקליציה של חמצן אצטט למתכת היא חיונית לתהליך הקטליטי. ניסויי דוטריום התבצעו גם כדי לחקור את מנגנון התגובה. רק Z- Selective H / D חילופי על acrylamide נצפו, המציין אירוע cyclometalation הפיך. בנוסף, נצפתה השפעה איזוטופית קינטית (KIE) של 3.2 במחקר האיזוטופי הבין-מולקולרי, דבר המצביע על כך שצעד המטאלציה olefinic CH מעורב כנראה בצעד הקובע.

Introduction

Butadienes מתרחשים באופן נרחב נמצאים בדרך כלל מוצרים טבעיים רבים, תרופות, ומולקולות ביו 1 . כימאים עשו מאמצים אינטנסיביים לפתח מתודולוגיה סינתטית יעילה, סלקטיבית ומעשית לסינתזה של 1,3-butadienes 2 , 3 . לאחרונה פותחו חיבורים צולבים ישירים בין שני אלקנים באמצעות הפעלה כפולה של אג"ח CH, אשר מייצגים אסטרטגיה יעילה לסינתזה של בוטאדינים, עם כלכלה אטומית וכלכלית גבוהה. ביניהם, הזיווג הצולב של פלדיום של שני אלקנים משך תשומת לב רבה, ומספק ( E, E ) - בוטאדינים מכוננים באמצעות מינים 4 , 5 אלקניל- ד . לדוגמה, הקבוצה של ליו פיתחה סינתזה של Pd- קטליזד בוטאדיאן על ידי צימוד צולבות ישירה של alkenes ו allyl אצטט ( איור 1 ומשוואה 3 ) 4 . בינתיים, צימוד פונקציונלי קבוצתית צימוד בין אלקנים בתנאי butadienes עם מעולה ( Z, E ) -ההשפעה בשל אירוע cyclometalation olefinic CH, המייצג שיטה משלימה 6 . עד כה, כמה קבוצות בימוי, כגון אנולטים, אמידים, אסטרים ופוספטים, הוכנסו בהצלחה לצימוד הצולב בין אלקנים, המספקים סדרה של 1,3-בוטאדינים יקרי ערך ופונקציונליים. יחד עם זאת, לא פותחה תגובה צימוד צולבת מכוונת, שכן יש עדיין קבוצות הפניה מוגבלת בשימוש מעשי. בפרט, כמות stoichiometric של חמצון נדרש בדרך כלל כדי לשמור על מחזור קטליטי, אשר מייצר כמות גדולה של פסולת אורגנית אורגנית. ישנן דוגמאות מוגבלות מאוד באמצעות אלקנים עשירים אלקטרונים כשותף צימוד.

Allyl אצטט ונגזרותיה היו עמוקיםהמבוצעות בתהליכים אורגניים כאלליאציה חזקה וריאגנטים של אולאפינציה, כולל צימוד צולב מזויף, אלליציה של פרידל-קרפט של זירות עשירות באלקטרון, והפעלה קטליטית של זירות לקויות אלקטרונים ( איור 1 ו משוואה 1 ) 7 . לאחרונה, קבוצת Loh פיתחה רודיום (III) -קליזציה CH אליליציה של אלקנים לקוי אלקטרונים עם אצטט allyl, יצירת 1,4-dienes ( איור 1 ו משוואה 2 ) 8 . בינתיים, קבוצת Kanai דיווחו על אלליציה CH ישיר עם אלכוהול allylic אלכוהול באמצעות Co (III) זרז 9 . מעניין, Snadon ועמיתים לעבודה גילה שיטה חדשנית המבוססת על קטליזה שיתופית לאלימה ישירה א-סימטרית של אסטרים אקסיקליים 10 . לאחרונה, קבוצת אקרמן דיווחה על מספר דוגמאות של אליליציהז זול PE, Co, ו זרזים Mn 11 . דוחות אלה עשו פריצות דרך בתגובות allelation ותגובות אולפינאציה, אך הגירה כפולה של קשרים ורגיוסלקטיביות לקויה הם בדרך כלל בלתי נמנעים ואינם נשלטים בקלות. לפיכך, פיתוח דפוסי תגובה יעילה יותר סלקטיבית של אצטט אלל לבנות מולקולות יקרות עדיין רצוי מאוד. עם התעניינותנו בסינתזה חדשה של 1,3-butadiene באמצעות olefination CH, הנחנו כי אצטט אללי יכול להיות מוצג אלליציה מכוונת של אלקנים לקוי אלקטרונים, הראשון מתן 1,4-diene. לאחר מכן, ניתן ליצור את ה- 1,3-butadiine היציב יותר תרמודינמית לאחר האיזומריזציה הנדידה של הקשר הכפול של CC 7 , ויצר את המוצר הדיאני שאי אפשר להשיג באמצעות צימוד צולב באמצעות אלקנים עשירים באלקטרון, כגון propene, כשותף צימוד 6 . כאן, אנו מדווחים על זול Ru (III) -קטליזד olefinic CH olefinatioN של acrylamides עם אצטט allyl בהעדר כל oxidant, אשר פותח מסלול סינתטי חדש ליצירתה של ( Z, E ) בוטדינים ( איור 1 ו משוואה 4 ) 13 .

Protocol

זהירות: יש לעיין בכל הגיליונות הרלוונטיים של נתוני בטיחות (MSDS) לפני השימוש. כל תגובות צימוד חוצה צריך להתבצע צלוחיות תחת אווירה ארגון אטום (1 ​​atm).

1. הכנת בוטאדינים על ידי Olefination של Acrylamides עם Allyl אצטט

  1. יבש בקבוק בורג מכסה (8 מ"ל) עם מגנטי סט מערבי תואם בתנור ב 120 מעלות צלזיוס במשך 2 שעות. מגניב את הבקבוקון חם לטמפרטורת החדר על ידי נושבת על זה עם גז אינרטי לפני השימוש.
  2. יש להשתמש באיזון אנליטי ולשקול 3.7 מ"ג (~ 3 mol, ~ 0.005 mmol) של [Ru [ p- cymene] Cl 2 ] 2 (אבקה חומה) ו- 13.7 מ"ג (20 mol, 0.04 mmol) של AgSbF 6 (לבן מוצק) לתוך בקבוקון התגובה לעיל.
    הערה: מאחר שמדובר במתודולוגיה חדשה, התגובות של צימוד הצולבות בוצעו בקנה מידה קטן להוכחת המושג להפחתת התהוות. AgSbF 6 משמש כתוסף שעשוי כלוריד מופשט לייצרקומפלקס רוטיניום קטיוני להפעלת בונד אלקטרו - צ'ילי. מלחי כסף אחרים, כגון Ag 2 CO 3 , נבדקו אף הם, אך לא זוהה מוצר. המשקל של הזרז ([Ru ( p- cymene) Cl 2 ] 2 ) אינו מדויק מאוד והוא בטווח של 3-4-3.9 מ"ג.
  3. מוסיפים 1 מ"ל של יבש 1,2-dichloroethane כדי בקבוקון התגובה.
    הערה: כמות ממס הוא גמיש 1 מ"ל של 1,2-dichloroethane הוא רק מספיק כדי לענות על הדרישה המינימלית של נפח לתגובת צימוד צולבות. עם זאת, קצת יותר (~ 0.1 מ"ל) ממס הוא גם מותר לתגובה של סולם זה. 1,2-dichloroethane היה יבש מעל מסננת מולקולרית 3 before לפני השימוש בו.
  4. השתמש איזון אנאליטי ולהוסיף acrylamide (0.2 mmol, 1.0 equiv; מוצק או שמן) על בקבוקון התגובה לעיל.
  5. השתמש מיקרו מזרק להוסיף 43 μL (0.4 mmol, 2.0 equiv) של אצטט אלל (נוזל חסר צבע) על בקבוקון התגובה לעיל.
    הערה: כאן, כמות עודפת של אצטט אלל נדרש לעכב את צימוד הומו של acrylamide ולוודא כי acrylamide מומרת במלואה. תפוקת המוצר יורדת אם מתווספים פחות אצטט אלילי (1.5 equiv). תוספת של יותר אצטט אליל (3.0 equiv) לא יכול לשפר עוד יותר את התשואה. בפועל, לא נצפה הומו-צימוד של אצטט אלל, ואת אצטט אצטט שיורית ניתן לשחזר.
  6. מכה בעדינות על בקבוקון התגובה עם גז ארגון לכסות את הבקבוקון עם מכסה בורג תואם מהר ככל האפשר.
    הערה: הבקבוקון צריך להיות מכוסה עם בורג שווי מהר ככל האפשר, כי אווירה אינרטי הוא חיוני לתגובת צימוד צולבות. עדיף לבצע את הפרוטוקול הנ"ל בתיבה כפפות.
  7. מערבבים את תערובת התגובה בטמפרטורת החדר במשך 5 דקות נוספות.
  8. מחממים את הבקבוקון התגובה ל 110 מעלות צלזיוס באמבט שמן עם ערבוב במשך 16-18 שעות.
    הערה: בדרך כלל, שינוי צבע אדום כהה הוא אינדכי התגובה מתרחשת.
  9. לאחר קירור הבקבוקון למטה, השתמש אתיל אצטט: אתר נפט (2: 1 או 1: 3) תערובות כמו ממס כדי לפתח את שכבות דקות כרומטוגרפיה (TLC) צלחות כדי לפקח על התקדמות התגובה על ידי השוואת תערובת כדי תקן acrylamide .
    הערה: בהתאם לאופי של חומרי המוצא, התגובה לא יכול להגיע להשלמה. ערכים טיפוסיים של R F של המוצרים וחומרי המוצא הם בטווח של 0.3-0.7. החומר acrylamide החל כבר נצפתה כתחנת ריצה נמוכה יותר מאשר המוצר butadiene.
  10. ממיסים את המוצר הגולמי במינימום של DCM לטעון אותו על עמוד סיליקה רטוב עם אתר נפט. להפריד את המוצר צימוד לחצות באמצעות כרומטוגרפיה עמודה באמצעות תערובת של אתיל אצטט: אתר נפט (1: 100-1: 4) כמו eluent.
    1. איסוף eluent בבקבוק נפרד, להתאדות ממס על מאייד rotator, אד מקום זה תחת ואקום גבוה עבור מינימום של 2 שעות.
    2. להשיג כ 20-50 מ"ג של המוצר לאפיון על ידי ספקטרוסקופיה תמ"ג.
      הערה: תערובת התגובה צריך להיות מיושם על כרומטוגרפיה עמודה לטיהור ישירות לאחר השלמת התגובה.

2. אפיון של Dienamides

  1. .Characterize ולהעריך את הטוהר של המוצר הסופי באמצעות 1 H ו 13 C תמ"ג ספקטרוסקופית 14 . בדרך כלל, היסט הכימי של פחמן carbonyl מופיע ליד 170 עמודים לדקה על ספקטרום 13 C תמ"ג. שלושת הפרוטונים של הקבוצה התפקודית של בוטאדין מיוצגים על ידי פסגות אופייניות ליד 6.0 ו -5.6 חל"מ.
  2. השתמש אינפרא אדום ספקטרוסקופיה 14 לזהות carbonyl אופייני CC פעמיים האג"ח שיא של המוצר diene.
  3. קביעת המסה המולקולרית של המוצר וכן לאמת את הזהות באמצעות high-ספקטרומטריית מסה ברזולוציה (HRMS) 14 .
  4. לקבוע את נקודת ההיתוך של מוצק מוצרים 14 .

תוצאות

מאמצינו התמקדו בהכנת 1,3-בוטאדינים מאקרילאמיד ואצטיל.

טבלה 1 ממחישה את אופטימיזציה של התנאים, כולל הקרנה של תוספים שונים ממיסים, באמצעות [Ru ( p- cymene) Cl 2 ] 2 כזרז. לאחר הקרנת ...

Discussion

[Ru ( p- cymene) Cl 2 ] הוא זול, נגיש בקלות, אוויר יציב, פעיל מאוד מבוססי זרז מבוסס עם סובלנות קבוצה תפקודית מעולה כי ביעילות פועלת בתנאים תגובה קלה לתת CH / CH צימוד butadiene מוצרים. מלח כסף AgSbF 6 שימש כתוסף שעשוי להפריד את הכלוריד של [Ru ( p- cymene) Cl 2 ] 2 כדי ...

Disclosures

אנו מודים בהכרת תודה הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC) (NOS 21502037, 21373073, ו 21672048), הקרן למדעי הטבע של Zhejiang Province (ZJNSF) (מס 'LY15B020008), PCSIRT (מס' IRT 1231), ו Hangzhou אוניברסיטה רגילה לתמיכה כספית. GZ מודה פרס צ'יאנג-ג'יאנג מלומד מפרובינציית ג'ה-ג'יאנג, סין.

Acknowledgements

למחברים אין מה לחשוף.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Allyl AcetateTCIA0020>98.0%(GC), 25 mL package
Dichloro(p-cymene)ruthenium(II) dimerTCID2751>95.0%(T), 5 g package
Silver hexafluoroantimonateTCIS0463>97.0%(T),  5 g package
1,2-DichloroethaneTCID0364>99.5%(GC), 500 g package
RotavaporEYELAN-1200AUse to dry solvent
Silica gelMerck107734Silica gel 60 (0.063-0.2 mm), for column chromatoraphy

References

  1. Negishi, E., et al. Recent Advances in Efficient and Selective Synthesis of Di-, Tri-, and Tetrasubstituted Alkenes via Pd-Catalyzed Alkenylation-Carbonyl Olefination Synergy. Acc Chem Res. 41 (11), 1474-1485 (2008).
  2. Maryanoff, B. E., Reitz, A. B. The Wittig olefination reaction and modifications involving phosphoryl-stabilized carbanions. Stereochemistry, mechanism, and selected synthetic aspects. Chem Rev. 89 (4), 863-927 (1989).
  3. Stille, J. K. The Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organotin Reagents with Organic Electrophiles. Angew Chem Int Ed. 25 (6), 508-524 (1986).
  4. Zhang, Y., Cui, Z., Li, Z., Liu, Z. Q. Pd(II)-Catalyzed Dehydrogenative Olefination of Vinylic C-H Bonds with Allylic Esters: General and Selective Access to Linear 1,3-Butadienes. Org Lett. 14 (7), 1838-1841 (2012).
  5. Shang, X., Liu, Z. Q. Transition metal-catalyzed Cvinyl-Cvinyl bond formation via double Cvinyl-H bond activation. Chem Soc Rev. 42 (8), 3253-3260 (2013).
  6. Hu, X. H., Yang, X. F., Loh, T. P. Selective Alkenylation and Hydroalkenylation of Enol Phosphates through Direct C-H Functionalization. Angew Chem Int Ed. 54 (51), 15535-15539 (2015).
  7. Kong, L., et al. Cobalt (III)-Catalyzed C-C Coupling of Arenes with 7-Oxabenzonorbornadiene and 2-Vinyloxirane via C-H Activation. Org Lett. 18 (15), 3802-3805 (2016).
  8. Feng, C., Feng, D., Loh, T. P. Rhodium (III)-catalyzed C-H allylation of electron-deficient alkenes with allyl acetates. Chem Commun. 51 (2), 342-345 (2015).
  9. Suzuki, Y., et al. Dehydrative Direct C-H Allylation with Allylic Alcohols under [Cp*CoIII] Catalysis. Angew Chem Int Ed. 54 (34), 9944-9947 (2015).
  10. Schwarz, K. J., Amos, J. L., Klein, J. C., Do, D. T., Snaddon, T. N. Uniting C1-Ammonium Enolates and Transition Metal Electrophiles via Cooperative Catalysis: The Direct Asymmetric α-Allylation of Aryl Acetic Acid Esters. J Am Chem Soc. 138 (16), 5214-5217 (2016).
  11. Zell, D., Bu, Q., Feldt, M., Ackermann, L. Mild C-H/C-C Activation by Z-Selective Cobalt Catalysis. Angew Chem Int Ed. 55 (26), 7408-7412 (2016).
  12. Li, J., et al. N-Acyl Amino Acid Ligands for Ruthenium(II)-Catalyzed meta-C-H tert-Alkylation with Removable Auxiliaries. J Am Chem Soc. 137 (43), 13894-13901 (2015).
  13. Li, F., Yu, C., Zhang, J., Zhong, G. Olefination of Electron-Deficient Alkenes with Allyl Acetate: Stereo- and Regioselective Access to (2Z,4E)-Dienamides. Org Lett. 18 (18), 4582-4585 (2016).
  14. Lehman, J. W. . The student's lab companion: laboratory techniques for organic chemistry: standard scale and microscale. , (2008).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

124dienamideolefinationallyl13 butadiene

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