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要約

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.

要約

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.

概要

figure-introduction-63

（上）1,6-ケトエステルの三成分合成：低分子量ゲル化剤の新しいクラス。

イオン液体（ILS）は、高安定性、低揮発性、非可燃性を有し、従って、リサイクルのための安全な反応媒体との理想的な溶剤として注目を描画している。1-3ジアルキルイミダゾリウムイオン性液体の特定のタイプであること、塩基の存在下で、N-複素環カルベン（NHC）をレンダリングするために脱プロトン化することができる。有機触媒の分野では4、NHCSは、明確な反応経路の下で動作し、一般的な反応の広い範囲に広範囲に使用を発見した。5月11日

これにもかかわらず、イオン液体およびCC結合forminとの間の接続G-NHC触媒反応は比較的未開拓です。それにもかかわらず、イオン液体由来NHCSは、ベンゾイン縮合とSTETTER反応などの反応を形成するC-C結合を触媒することが報告されている。12-22、例えば、DavisらN-アルキルthiazoliums由来のILがでプレ触媒として機能することを示しましたベンズアルデヒドからベンゾインを形成する。12

より最近では、Chenおよび共同研究者は、ILベースイミダゾリウムを使用してこの概念を拡張し、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート（EMIMAc）、5,5 'を生成するために、5-ヒドロキシメチルフルフラール（HMF）にベンゾイン縮合を行うためにジ（ヒドロキシメチル）furoin（DHMF）。23のILは、市販されており、NHCSを生成する安価な方法を提供することを考えると、我々は反応のILの他の種類が行うことができるものを調査に興味を持っていました。この目的のために、我々は、ジアルキルイミダゾリウムを効率的に正式な共役additiでプレ触媒として使用することができることを見出しました1,6-ケトエステルを与えるカルコンに不飽和アルデヒド（ 図1）の上。最も効率的なIL、EMIMAcは、シンナムアルデヒドとカルコンの間で高度に立体選択的反応を促進します。反応は 、抗-ジアステレオマーのために高い優先的に発生し、1,6-ケトエステルは、92％までの収率で単離することができる。24,25,26

figure-introduction-1472
図1：三成分、カルコンにシンナムアルデヒドの立体選択的付加を、IL-媒介。

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プロトコル

メチル6-オキソ3,4,6- triphenylhexanoateの1グラムスケールの合成

  1. 10ミリバール、1時間、40℃でロータリーエバポレーター上で丸底フラスコ中で乾燥した1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート（EMIMAc）。
  2. 100 mlの乾燥EMIMAc 2.1gのと1.0gの1,3-ジフェニル-2-プロペン-1-オンを追加し、マグネチックスターラーを備えた丸底フラスコ。
  3. フラスコにメタノールの2.019ミリリットルとシンナムアルデヒドの2.3グラムを追加します。
  4. 室温（22℃）で1分間撹拌し、ジクロロメタン60ml中の混合物を溶解します。
  5. 続いて攪拌混合物（ステップ1.4）に1.8 mlの0.37ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン（DBU）を追加し、丸底フラスコをキャップ。
  6. 室温（22℃）で500回転の速度で磁気攪拌棒で攪拌します。
  7. 1 H-NMR。7.8 ppmの領域でカルコンの二重結合の消失のための24ルックとの反応の完了を確認してください。
  8. 反応に達したとき完成は10ミリバール、15分間20℃で回転蒸発器上で揮発性物質を除去。
  9. 磁気撹拌棒で撹拌することによりEMIMAcを溶解残渣にメタノール50mlを追加します。
  10. 30分間750回転の速度で磁気攪拌棒を激しく撹拌することにより、フラスコの壁から固形物を除去します。必要に応じて、壁から残りの固形物を除去するために、スパチュラを使用しています。
  11. フリット（孔径3）の混合物をフィルタリングします。
  12. 追加のメタノール20mlで洗浄します。 EMIMAcのリサイクルを希望する場合は、メタノールろ液を蒸発させます。 （ステップ2.1）。
  13. それでもフリットで、穏やかにスパチュラで小片に（ステップ1.11）からフィルターケーキを分割し、予め秤量した丸底フラスコに粉末漏斗を介して固体を移し、真空下で固体を乾燥させます。
  14. フラスコの重量を測定し、歩留まりを計算します。
  15. 1 H NMR（ステップ1.7）で製品を分析します。報告のスペクトルと比較してください。24
EMIMAcのタイトル "> 2。リサイクル

  1. 30分間40℃で、10ミリバールの減圧下で（ステップ1.12から）のメタノール混合物から揮発性物質を除去します。
  2. EMIMAcが存在することを確認するには、1 H NMRおよび13 C NMRによって得られた油を分析します。24
  3. ステップ1.2から始まるリサイクルEMIMAcを使用してください。

3.ゲル化

  1. ストック溶液の調製
    1. バイアルにメチル6-オキソ3,4,6- triphenylhexanoate（ステップ1.15）からの生成物および磁気撹拌棒を200mg追加します。ケトエステルを溶解させるために2.0ミリリットルのジクロロメタンを追加します。すべてが溶解するまで撹拌します。
  2. ゲル化
    1. 500ミリリットルのビーカーに50mlのヘプタンを追加します。ヘプタンにストック溶液1.5mlを加えます。十分な混合を確保し、ゲル化が起こるまで周囲温度で撹拌することなく放置する迅速に攪拌します。

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結果

上記例示したように、EMIMAcはカルコンのα、β不飽和アルデヒドの正式な共役付加における触媒前駆体としての役割を果たす。例えば1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（EMIMCl）及び1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド（BMIMCl）などの他の市販のイミダゾリウムベースのイオン液体も調べたが、酢酸アニオンがあってもよいことを示すより低い収率で進行し、これらの...

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ディスカッション

ケトエステル3のX線分析およびボード線図および共同研究者30により提案されたメカニズムの調査に決定抗 -配置に基づいて、次の反応経路は、（ 図5）を提案しています。 ILの脱プロトン化は、NHC種を生成します。 NHCは、ブレスロー中間I.ザブレスロー中間体を形成する不飽和アルデヒドと反応し、カルコンはジエンIIを形成するために、クロスベンゾイン反応で?...

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開示事項

The authors have nothing to disclose.

謝辞

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

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資料

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

参考文献

  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).

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