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

במסמך זה, אנחנו מדווחים סינתזה של התגבשות של 3.5-lutidine N -תחמוצת מייבשים על-ידי פרוטוקול פשוט השונה מזה של הסינתזה הקלאסית של פירידין N-תחמוצת. פרוטוקול זה מנצל חומר המוצא שונה, כרוך בפחות זמן התגובה להניב solvated סופרא מולקולרית מבנה חדש, אשר מתגבשת תחת אידוי איטי.

Abstract

הסינתזה של 3.5-lutidine N -תחמוצת מייבשים, 1, הושג בתוואי סינתזה של 2-אמינו-פירידין-3.5-חומצה dicarboxylic. Ochiai לראשונה למטרות המתודולוגיה שאינו מוחלף pyridines בשנת 1957 בתהליך 12 שעות, אבל קריסטלים מתאימים רנטגן לא התקבלו. הטבעת שהוחלפו המשמשים את המתודולוגיה המוצגת כאן בבירור השפיע על התוספת של מולקולות המים לתוך היחידה אסימטרי, אשר מקנה חוזק נוקלאופילי שונים 1. מתחם קריסטל מתאימים 1 הרנטגן היה אפשרי עקב ייצוב מטען שלילי חמצן על ידי הנוכחות של שתי מולקולות מים איפה אטומי המימן תורמים מטען חיובי לזירה; מולקולות מים כאלה משמשים גם כדי לבנות את האינטראקציה סופרא מולקולרית. מולקולות hydrated ייתכן שהמערכת אלקליין אליה ניתן להגיע על-ידי התאמת רמת ה-pH עד 10. חשוב, שהוחלפו מתיל זוגי הטבעת של זמן תגובה של 5 שעות, הופכת שיטה תכליתיות ועם רחב יותר יישומים כימיים עבור הוספות טבעת בעתיד.

Introduction

כיום, מדענים ברחבי העולם יש כבר להשקיע משאבים לתוך הפיתוח של מסלולים סינטטיים חדשים עבור functionalization של קבוצות ארומטי, אשר ידועים תגובתיות נמוכה הקדמי בנוסף לתגובות1,2, 3. פירידין, שבה אטום חנקן מחליף אטום פחמן, מתנות כימיים תגובתיות דומה כדי אנלוגי טבעות מורכב אך ורק אטומי פחמן3, זה בדרך כלל עובר החלפת מנגנון במקום תוספת. N-תחמוצות הם ייחודיים על ידי הנוכחות של קשר תורם בין חנקן וחמצן הנוצרת על-ידי החפיפה של זוג אלקטרונים nonbonding על החנקן עם אורביטל ריק על אטום חמצן3. במיוחד, פירידין N-תחמוצות הם בסיסים לואיס, כי moiety N-O שלהם עשוי לשמש תורם אלקטרון, הם עשויים לשלב עם חומצות לואיס ויוצרים את זוגות חומצה בסיס לואיס המתאימים. מאפיין זה יש תוצאה כימי, חיוני כי היא יכולה להגדיל את nucleophilicity חומצות לואיס לכיוון electrophiles פוטנציאליים, ובכך לאפשר להם להגיב בתנאים שבהם התגובה היה מתרחש בדרך כלל לא. כנראה הוא השימוש הנפוץ ביותר של תרכובות כגון בתגובות חמצון שונים הם צריכים להתנהג כמו חמצון4. פירידין N-תחמוצות ורבים נגזרותיהן טבעת-functionalized הם חוזרים ונשנים מולקולות פעילים ביולוגית סוכנים תרופתי5, התפלגות מרחבית ברורה על ידי כלים שונים ספקטרוסקופיות הקימה עבור חלק מהם6,7. במחקר על הצמדת קבוצות שונות לזירה פירידין, המדענים בחנו מתודולוגיות שונות כדי לייצר שיטה קלה, המקובלת, מאחר isoxazolines דורשת כמות קטליטי של בסיס כגון DBU רותחים קסילן לטופס 6- שהוחלפו-2-aminopyridine N-תחמוצות8,9. מגוון נגזרות פירידין הומרו שלהם המתאימים N-תחמוצות בנוכחות כמות קטליטי של מנגן tetrakis(2,6-diclorophenyl) אצטט פורפירין, אמוניום CH2Cl2/CH3 CN8,10. Pyridines אחרים הם מחומצן כדי שלהם תחמוצות באמצעות2O H2 בנוכחות כמויות קטליטי methyltrioxorhenium8,11, או על ידי התוספת של עודף dimethyldioxirane CH2Cl2 ב-0 מעלות צלזיוס, מה שמוביל המקביל N-תחמוצות8,12,13,14. Bis מי חמצן (trimethylsilyl) בנוכחות trioxorhenium CH2Cl2 שימש לסינתזה של פירידין N-תחמוצות8,11. הסינתזה של aminopyridine N-תחמוצות acylation המצריכות שימוש (peroxomonosulfuric חומצה של קארו) היה גם דיווח8. למרות זאת, המתודולוגיה דיווחו כאן, אשר משתמשת חלק המתודולוגיה שדווחו על ידי Ochiai1, מספק תוצאות טובות מאוד עם השימוש של ריאגנטים זול ונגיש, H2O2 ו חומצה אצטית. אימון זה מתאים יותר לשימוש בהכנות בקנה מידה גדול שפועלים על אמינים שלישוני הוא מייצר תשואות טובות בתגובה הדורשת רק 30% מימן על-חמצני, חומצה אצטית בטמפרטורה בין 70-80 ° C, היא משתמשת תהליך טיהור זה זמין במעבדות סינתזה רוב כמו, זיקוק, ללא שימוש זרז או ריאגנטים יקר יותר1. הספרות מדווחת מתודולוגיות אחרים גם לעתים קרובות כרוך מסגרות זמן מ h 10-24, טמפרטורות מעל 100 ° C 4,8, התשואה של גבישים בנוי היטב עבור רנטגן ניתוחים לעתים נדירות דווח.

כתגובה, derivates שונים N -תחמוצת משמשים כדי שלמאחה להפעיל את הטבעת lutidine, או דרך נוקלאופילי או electrophilic. הגורם נוקלאופילי או electrophilic מושפע את substituents. עם טבעת פירידין להיות הקבוצות פורש אלקטרון, הגורם העיקרי הוא אופייניים נוקלאופילית של1. חינם N-תחמוצת תרכובות מבודדים לעיתים רחוקות כגבשושיות מתאימים לניתוח רנטגן בשל החיוב מאותרים בזירה ארומטי. עם זאת, הגורם יוצרות הוא קריטי כדי לייצב את צפיפות שלילי של חמצן15.

Protocol

1. התגובה

  1. מקום בשכונה fume של הבקבוק נפתח עגול 100 מ עם 0.5 חומצה אצטית mol (29.8 מ"ל) ולהוסיף 0.051 mol (5.82 מ"ל) של 3.5-dimethylpyridine ו 5 מ של2O H2 (35%). שמור את התגובה תערובת תחת ערבוב מגנטי קבוע, בטמפרטורה הפנימית של 80 מעלות צלזיוס במשך 5 שעות.
  2. לאחר זמן תגובה, מגניב את הבקבוק עד 24 ° C עם קרח (do לא חושפים חומצת חומץ גזי לקרח), וחבר אותו ליחידת זיקוק ואקום גבוה למשך 90-120 דקות כדי להסיר את עודף חומצה אצטית.
    התראה: אל תשתמש חומר חם. המתן עד כלי הזכוכית מגיע לטמפרטורה לניהול. זה גם למנוע ואדים הזנת העליון של יחידת זיקוק.
  3. להוסיף לגלידה (10 מ"ל) פעמיים כדי להבטיח הסרת עקבות של חומצה אצטית, לרכז את התערובת הרבה ככל האפשר.

2. basicity התאמה, חילוץ

  1. מתמוססים במים דו-distillated המוצר צמיגה ושקופה מבודד ולהשתמש נגד משתנה כדי להתאים את ה-pH עד 10 עם טהור מוצק נה2CO3.
  2. מניחים בזהירות את הפתרון משפך ההפרדה 250 מ ל ולחלץ אותו 5 פעמים עם 250 מ של CHCl3 כדי לשפר את התשואה. לשחזר את השכבה אורגני וזה יבש מעל נה מלא2אז4 למשך 30 דקות מקסימום, אשר יכיל את המוצר. במידת הצורך, לחלץ מחדש את פאזה מימית עם הכמות הרצויה של CHCl3.
    התראה: CHCl3 עלול לגרום לנמנום וסחרחורות; להתמודד עם טיפול ובתוך ברדס fume.
  3. הסר הממס תחת לחץ מופחת עם יחידת זיקוק ואקום גבוה, עד היווצרות של בז ברור מאוד היגרוסקופי גבישי אבקה (70%).

3. תהליך התגבשות

  1. להמיס 4.3 גר' אבקת גבישי ב 50 מ של דיאתיל אתר כיתה קר גבוה שבוצעו כרומטוגרפיה נוזלית (HPLC). מסנן ואקום הפתרון כדי להסיר את עקבות של חומר המוצא מוצק או אפילו אבק. שופכים את פילטרט של תוך כוס, צלחת פטרי, עוזבים אותו להאט להתאדות ב 4 ° C במקרר מעבדה.
  2. ודא כי לאחר יומיים, גבישי חסר צבע ברור מתקבלים. ואז למדוד נקודת ההיתוך, אשר צריכה להיות בטווח של ק' 310-311

4. ניתוח של 3.5-Lutidine N -תחמוצת Dehydrate

  1. הסר את הגבישים שנוצרו, צורת מנסרתיים וחסר צבע, על ידי שפייה מהקירות של הבקבוק לצורך ניתוח רנטגן נוסף. אם לא מיד, שמור את הקריסטלים דיאתיל אתר כדי להימנע קריסטל לחות.
  2. להמיס 0.010 g של 3.5-lutidine N -תחמוצת מייבשים ב- 0.4 מ של CDCl3 לבצע NMR H1 וניתוח13 C כדי להוכיח את יעילותו של ההליך.

תוצאות

הפרוטוקול הוא למעשה הרחבה של הטכניקה של Ochiai1. עם זאת, טמפרטורה נמוכה יותר, פחות זמן מוחלים. שיטה פשוטה זו יכול לשמש כדי להשיג ליגנד רב-תכליתי, אשר הוא פירידין שהוחלפו N-תחמוצת derivate. כדי לאשר את היווצרות 1, NMR 1H וניתוח 13C הם העדיפו כדי לבדו...

Discussion

פרוטוקול המובאת כאן היא שיטה המקובלת ליצור קישור אטום חמצן אטום חנקן של 3.5-lutidine כאמצעי functionalization סובסטרטים. טכניקה זו היא גם וותיקה להניב רנטגן מתאימים גבישים יבשים (איור 5, תמונות שצולמו במצלמת Sony DSC-HX300 Cyber-shot). עד כמה אנו מודאגים, דוחות לא רבים תיארו את הייצור של גבישים כאלה

Disclosures

כל המחברים מצהירים ללא ניגוד אינטרסים.

Acknowledgements

העבודה הנוכחית היא נתמכה על ידי Vicerrectoría דה Investigación y Estudios Posgrado דה BUAP, Divulgation של המדע, מספר פרויקטים REOY-NAT14, 15, 16-G. HEAS-NAT17. RMG תודה CONACyT (מקסיקו) עבור מלגה 417887.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3,5-lutidineSigma-AldrichL4206-500ML
Glacial acetic acidFermont3015
Hidrogen peroxide (35%)Sigma-Aldrich349887-500ML
Na2CO3 anhydrousProductos Químicos Monterrey1792
Na2SO4 anhydrousAlfa reactivos25051-C
CHCl3Fermont6205
Ethyl eterMercury ChemistQME0309
Distilled waterComercializadora Química Poblananot-existent

References

  1. Ochiai, E. Recent Japanese work on the chemistry of pyridine 1-oxide and related compounds. J. Org. Chem. 18 (5), 534-551 (1953).
  2. Solomons, T. W. G. . Organic Chemistry 2nd Edition. , 1110 (1976).
  3. Albini, A., Pietra, S. . Heterocyclic N-Oxides. , 328 (1991).
  4. Koukal, P., Ulc, J., Necas, D., Kotora, Heterocyclic N.-Oxides. Topics in Heterocyclic Chemistry. 53, 29-58 (2017).
  5. Wen-Man, Z., Jian-Jun, D., Xu, J., Jun, X., Huan-Jian, X. Visible-Light-Induced C2 alkylation of pyridine N.-oxides. J. Org. Chem. 82 (4), 2059-2066 (2017).
  6. Merino García, M. R., Ríos-Merino, F. J., Bernès, S., Reyes-Ortega, Y. Crystal structure of 3,5-dimethylpyridine N-oxide dihydrate. Acta Cryst. 72 (12), 1687-1690 (2016).
  7. Sarma, R., Karmakar, A., Baruah, J. B. N-Oxides in Metal-Containing Multicomponent Molecular Complexes. Inorg. Chem. 47 (3), 763-765 (2008).
  8. Youssif, S. Recent trends in the chemistry of pyridine N-oxides. ARKIVOC. 2001, 242-268 (2001).
  9. Chucholowski, A. W., Uhlendorf, S. Base catalyzed rearrangement of 5-cyanomethyl-2-isoxazolines; novel pathway for the formation of 2-aminopyridine N-oxides. Tetrahedron Lett. 31 (14), 1949-1952 (1990).
  10. Thellend, A., Battioni, P., Sanderson, W., Mansuy, D. Oxidation of N-Heterocycles by H2O2 Catalyzed by a Mn-Porphyrin: An Easy Access to N-Oxides Under Mild Conditions. Synthesis. 1997 (12), 1387-1388 (1997).
  11. Copéret, C., Adolfson, H., Tinh-Alfredo, V. K. h., Yudin, A. K., Sharpless, K. B. A simple and Efficient Method for the Preparation of Pyridine N-Oxides. J. Org. Chem. 63 (5), 1740-1741 (1998).
  12. Ferrer, M., Sánchez-Baeza, F., Messeguer, A. On the preparation of amine N-oxides by using dioxiranes. Tetrahedron. 53 (46), 15877-15888 (1997).
  13. Adam, W., Briviba, K., Duschek, F., Golsch, D., Kiefer, W., Sies, H. Formation of singlet oxygen in the deoxygenation of heteroarene N-oxides by dimethyldioxirane. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1995 (18), 1831-1832 (1995).
  14. Murray, R. W., Singh, M. A Facile One-Step Synthesis of C-Arylnitrones Using Dimethyldioxirane. J.Org.Chem. 55 (9), 2954-2957 (1990).
  15. Kim, S. W., Um, T., Shin, S. Brønsted acid-catalyzed α-halogenation of ynamides from halogenated solvents and pyridine-N-oxides. Chem. Commun. 53 (18), 2733-2736 (2017).
  16. Campeau, L., Rousseaux, R., Fagnou, K. A solution to the 2-pyridyl organometallic cross-coupling problem: regioselective catalytic direct arylation of pyridine N-oxides. J. Am. Chem. Soc. 127 (51), 18020-18021 (2005).
  17. Gang, L., et al. Metal-free methylation of a pyridine N-oxide C-H bond by using peroxides. Org. Biomol. Chem. 13 (46), 11184-11188 (2015).
  18. May, D., Nyman, M. J., Hampden-Smith, E. N., Duesler, Synthesis, characterization, and reactivity of group 12 metal thiocarboxylates M(SOCR)2Lut2[M) Cd, Zn; R ) CH3, C(CH3)3; Lut ) 3,5-Dimethylpyridine (Lutidine)]. Inorg. Chem. 36 (10), 2218-2224 (1997).
  19. Cho, S. H., Hwang, S. J., Chang, S. Palladium-Catalyzed C-H Functionalization of Pyridine N-Oxides: Highly Selective Alkenylation and Direct Arylation with Unactivated Arenes. J. Am. Chem. Soc. 130 (29), 9254-9256 (2008).
  20. Ide, Y., et al. Spin-crossover between high-spin (S = 5/2) and low-spin (S = 1/2) states in six-coordinate iron(III) porphyrin complexes having two pyridine-N. oxide derivatives. Dalton Trans. 46 (1), 242-249 (2017).
  21. Drago, R. S. . Physical Methods in Chemistry. , 750 (1977).
  22. Cervantes-Mejía, V., et al. Branched Polyamines Functionalized with Proposed Reaction Pathways Based on 1H-NMR, Atomic Absorption and IR Spectroscopies. American Journal of Analytical Chemistry. 5 (16), 1090-1101 (2014).
  23. Huheey, J. E., Keiter, E. A., Keiter, R. L. . Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4th Edition. , 1023 (1997).
  24. Rigaku, . CrysAlisPRO. , (2013).
  25. Sheldrick, G. M. SHELXT - Integrated space-group and crystal-structure determination. Acta Cryst. 71 (1), 3-8 (2015).
  26. Sheldrick, G. M. Crystal structure refinement with SHELXL. Acta Cryst. 71 (1), 3-8 (2015).
  27. Sheldrick, G. M. A short history of SHELX. Acta Cryst. 64 (1), 112-122 (2008).
  28. Macrae, C. F., et al. Mercury CSD 2.0 - new features for the visualization and investigation of crystal structures. J. Appl. Cryst. 41 (2), 466-470 (2008).
  29. . . ChemBioDraw Ultra 13. , (2013).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

134lutidines

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