작용 Naphthalenes / Solvatochromic의 염료의 합성을위한 전자 레인지를 이용한 분자 Dehydrogenative Diels-앨더 반응

요약

전자 레인지를 이용한 분자 dehydrogenative Diels-앨더 (DA) 반응 작용 cyclopenta에 간결한 액세스를 제공 [ B] 나프탈렌의 빌딩 블록. 이 방법의 유틸리티는 Buchwald-Hartwig 팔라듐 - 촉매 크로스 커플 링 반응을 통해 소설 solvatochromic 형광 염료로 dehydrogenative DA의 cycloadducts 중 하나 단계 변환에 의해 증명된다.

초록

작용 naphthalenes 자연이나 생물학적 활성 분자의 합성에서 새로운 유기 염료의 준비에 이르기까지 다양한 연구 분야의 다양한 응용 프로그램을 수 있습니다. 다양한 전략 나프탈렌 공사장 공중 발판에 액세스 할보고되었습니다 있지만, 많은 절차가 계속 회전에서 사용할 기판의 범위를 좁혀 통합 기능의 측면에서 한계를 제시한다. 대체 naphthalenes에 직접 액세스 할 수 있도록 다양한 방법의 개발은 따라서 매우 바람직하다.

Diels-앨더 (DA) cycloaddition 반응이 즉시 사용할 수 출발 물질의 포화 및 불포화 링 시스템의 형성을위한 강력하고 매력적인 방법입니다. styrenyl 파생 상품의 새로운 전자 레인지를 이용한 분자 dehydrogenative DA 반응이 여기에 작용 cyclopenta의 다양한 생성 설명 [B] 기존의 합성 방법을 사용하여 준비 할 수 없습니다 naphthaleness입니다. 기존 난방에 비해, 전자 조사는 반응 속도를 가속화 수율을 향상하고, 원치 않는 부산물의 형성을 제한합니다.

이 프로토콜의 유틸리티는 더 Buchwald-Hartwig 팔라듐 - 촉매 크로스 커플 링 반응을 통해 소설 solvatochromic 형광 염료로 DA의 cycloadduct의 전환에 의해 증명된다. 형광 분광법은 유익하고 중요한 분석 기술로, 환경 과학, 의학, 약학 및 세포 생물학 등의 연구 분야에서 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다. 전자 레인지를 이용한 dehydrogenative DA 반응에 의해 제공하는 유기 fluorophores의 다양한 액세스는 이러한 분야에서 더 발전 할 수 있습니다.

서문

작은 분자 설계 및 합성 의약품, 살충제, 유기 염료, ¹ 많은이 포함되어 과학 분야의 범위의 개발에 중요합니다. Diels-앨더 (DA)와 dehydro-Diels-앨더 (DDA) 반응은 작은 고리과 아로마 화합물 ^2-4 합성 특히 강력한 도구입니다. 또한, alkyne dienophiles과 스티렌 dienes의 열 dehydrogenative DA 반응은 처음에 더 산화 조건 ^5에서 aromatize 수 있습니다 cycloadducts을 형성하여 방향족 화합물의 합성에 잠재적으로 유익한 경로를 제공합니다. alkynes과 스티렌 dienes의 열 분자 dehydrogenative DA 반응을 채용함으로써, 문제가 일반적으로 바람직하지 않은 [2 + 2] cycloaddition ^5,6 및 중합 반응 ⁷ 가난한 regioselectivity, 완화하고 나프탈렌 화합물로 디엔로 활용 스티렌과 관련된 생성 할 수 있습니다.

alkynes와 styrenes의 열 분자 dehydrogenative DA 반응은 상당한 문제없이되지 않습니다. 첫째, 대부분의 반응은 낮은 수율, 긴 반응 시간, 높은 반응 온도 ^8-11로 고통 받고 있습니다. 또한 많은 반응은 나프탈렌 제품의 독점 형성을 촉진하지 않는, 나프탈렌과 dihydronaphthalene 모두 생산, 종종 칼럼 크로마토 그래피 ^11,12에 의해 분리 혼합물로. 전구체 스티렌 - ynes의 tethers은 이종 원자 및 / 또는 카르 보닐 moieties을 포함하도록 제한됩니다. 하나의 예제는 250 조건을 필요로 모든 탄소 함유 테 더링에 대해보고하고 있습니다 ° C 나프탈렌 형성 ⁽¹⁰⁾ 얻기 위해 48 시간을위한 스트레이트로.

시작 물질의 tethers 내에서 제한된 다양한 또한이 방법의 가장 심각한 제약 중 하나는 종래의 온도 조건 하에서 용납 기능이 없다는 것입니다.출발 물질의 alkyne 터미널이 중 unsubstituted 또는 페닐 또는 trimethylsilyl (TMS) 잔기 ^8-13으로 추가됩니다. 하나의 인스턴스에서, alkyne 터미널에서 에스테르는 dehydrogenative DA 반응을 받게 표시하지만, 나프탈렌과 dihydronaphthalene 제품 ^(11)의 혼합이 발생합니다.합니다 나중에 제안 alkyne 말단에 추가 TMS 그룹은 높은 수율 ¹⁰ 전용 나프탈렌 형성을 달성 할 필요가 있습니다 것을 제안합니다. 열 dehydrogenative DA 반응에 대해보고 다양한 기능의 결핍은 심각한 독특한 나프탈렌 구조의 조립 방향이 반응의 가능성을 제한합니다.

나프탈렌 구조의 변화에 대한 열망은 여러 과학 분야, 특히 유기 형광 염료 ^14,15의 작은 분자 빌딩 블록으로서의 기능 때문이다. 작은 ORG의 우수한 공간 해상도와 반응 시간실시간 이벤트 ^(16)을 모니터링하기위한 anic 염료는 상업적으로 이용 가능한 형광 화합물의 수백의 개발하게되었다. 이 염료의 대부분은 개별 photophysical 및 화학 특성 ¹⁵ naphthalenes 있습니다. 개별 기능을 모니터링 할 특정 특성을 가진 형광 염료를 선택하면 더욱 다양한 photophysical 특성을 가진 fluorophores의 새로운 클래스에 대한 증가 필요로 연결하는 도전입니다. 이를 위해 독특한 나프탈렌 골격의 다양 화를 허용 alkynes와 styrenes의 열 분자 dehydrogenative DA 반응은 새로운 나프탈렌 함유 형광 염료를 개발하는 응용 프로그램과 잠재적으로 도움이 될 것입니다.

이 높은 화학 수율로 연결 화학 샘플의 더 균일 한 가열, 빠른 반응 속도, milder 반응 조건을 제공하기 때문에 기존 난방에 대한 대안으로, 전자 레인지를 이용한 화학이 바람직하다제품 ¹⁷ 초, 종종 다른 선택도. styrenes의 분자 dehydrogenative DA 반응에 전자 레인지를 이용한 대 종래의 가열 조건을 채용하면, 이전에 가난한 수율을 증가 분으로 일에서 반응 시간을 줄여 반응 온도를 낮추고, 더 많은 선택 형성을 제공하여이 방법론과 관련된 많은 문제를 제거하는 역할을 원하는 나프탈렌 제품의. 전자 레인지를 이용한 반응 조건은 이전에 얻기 어려운했던 나프탈렌 제품에 기능을 더 다양한 결합을 촉진 할 가능성이 높습니다 할 수 있습니다. 하나의 이전 예제는 나프탈렌과 dihydronaphthalene 모두 90 % 수율은 170 ° C ¹² 15 분 최소로 취득 된에 dehydrogenative DA 반응에 전자 레인지를 이용한 조건을 활용하여보고되었습니다.

여기에는 전자 레인지를 이용한 분자 dehydroge을보고최소 30 분 및 양적 수율로 높은 ¹⁸ 작용과 다양한 나프탈렌 제품의 독점 형성에 이르게 styrenyl 파생 상품의 기본 DA 반응. 이 프로토콜의 유틸리티는 더 인기있는 상용화 된 염료 Prodan ¹⁹ 그런 경쟁 photophysical 특성을 가진 소설 solvatochromic 형광 염료로 나프탈렌 제품의 한 단계 변환에 의해 증명된다.

프로토콜

1. 전자 레인지를 이용한 Dehydrogenative DA 반응

1. 파라 - 클로로 스티렌 유도체 (0.045 g, 0.18 mmol)과 0.060 M 솔루션을 생성 할 저어 바 장착 2-5 ML의 전자 방사선 유리 병에 (3 ML) 1,2-dichloroethane을 추가합니다. 높은 농도 원치 않는 제품의 형성으로 이어질 있기 때문에 집중이 사용됩니다.
2. 전자 레인지의 방사선 약병 뚜껑 및 전자 합성기 공동에 배치합니다.
3. 감동과 및 고정 대기 시간에 200 분 동안 180 ° C에서 솔루션을 비추다. 보류 시간은 조사가 지정된 온도에서 발생합니다 얼마나 오래입니다. 반응 혼합물은 색 금색으로 바뀝니다. 긴 반응 시간은 반응의 수율에 해로운되지 않습니다.
4. 반응이 eluent로 아세테이트 / 헥산 에틸 5 %를 채용 얇은 층 크로마토 그래피 (T​​LC)에 의한 완료 확인합니다. UV 빛과 칼륨 과망간산 염 얼룩과 TLC 판을 표시합니다. reactan의 R _{F 조}t와 제품은 각각 0.2 및 0.25입니다.
5. 전자 레인지의 반응 약병을 씻어하기 위해 1,2-dichloroethane의 1 ML을 사용하여 섬광 유리 병에 반응을 전송합니다. 섬광 병에 솔루션의 약 3 ML에있는이 발생합니다.
6. 40 감소 된 압력에서 섬광 유리 병의 내용을 집중 ° C 회전 증발기 (10-30 mmHg)를 사용하여. 용매의 증발 5-10 분, 45 원유 갈색 기름 MG 얻을 수 있어야합니다. 원유는 안정적이며, 분해하지 않고 무한정 저장할 수 있습니다.
7. 흰색 고체로 나프탈렌 41 밀리그램을 취득 할 수 eluent로 아세테이트 / hexanes 에틸 5퍼센트와 실리카 겔의 피펫을 통해 여과하여 원유를 정화.
8. 용매로 진정제를 맞았을 클로로포름 (CDCl _3)를 사용하여 ¹ H 핵 자기 공명 (NMR) 분광법하여 제품의 신원을 확인합니다. 다음과 같이 300 MHz의 NMR 분광계를 들어, 나프탈렌의 ¹ H NMR 스펙트럼은 다음과 같습니다 : 7.80 (D, J = 1.8 Hz에서, 1H), 7.72 (D, J = 9.0 Hz에서, 1H), 7.70 (S, 1H), 7.38 (DD, J = 1.8, 9.0 Hz에서, 1H), 3.07 (t, J = 7.1 Hz에서 , 4H), 2.66 (S, 3H), 2.18 (P, J = 7.1 Hz에서, 2H) PPM.

2. Buchwald-Hartwig 팔라듐 (Palladium) - 촉매 크로스 커플 링 반응

1. 저어 바, 캡 약병을 갖춘 오븐 건조 0.5-2 ML의 Biotage의 전자 방사선 유리 병에 RuPhos palladacycle (3 MG, 0.004 mmol)를 추가합니다.
2. 작은 게이지 바늘과 캡의 심장을 피어싱하여 질소를 세 번으로 병을 벗어나 충전. 병을 정화하는 것은 완료되면, 바늘을 제거합니다. 전자 방사선 유리 병은 반응 동안 밀폐 된 튜브 역할을하며, 최소한의 공기가 반응 용기에 존재 할 때 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
3. 심장을 통해 감동과 주사기를 통해 리튬 비스 (trimethylsilyl) 아미드 (THF, 0.32 mmol의 1.0 M 솔루션의 0.32 ML)을 추가합니다. 이 솔루션은 빨간색으로 켜집니다.
4. 2-10 분 동안 교반 한 후, (0.038 g, 나프탈렌을 추가주사기를 통해 0.3 ML 무수 tetrahydrofuran (THF)에 0.16 mmol). 추가 THF는 (최대 0.2 ML) 완전히 나프탈렌을 분해하는 데 사용할 수 있습니다.
5. 감동의 2-10 분 후, 주사기를 통해 dimethylamine을 (THF, 0.24 mmol의 2.0 M 솔루션의 0.12 ML) 추가하고 preheated 85 ° C 오일 목욕에 반응 용기를 낮추십시오.
6. 반응이 TLC에 의해 완료 ° C, 또는 때까지 85 3 시간 동안 반응 혼합물을 가열. 반응 혼합물은 색 진한 갈색이 될 것입니다. TLC를 들어, 아세테이트 / eluent로 hexanes 에틸 20 %를 사용하고, UV 빛과 칼륨 과망간산 염 얼룩으로 인한 판을 표시합니다. 반응물과 제품의 R의 _F는 각각 0.5 0.4입니다.
7. 실내 온도에 반응을 냉각, 유리 병 캡을 제거하고 포화 수성 염화 암모늄 용액과 반​​응 (10 ML)를 잃게.
8. 60 ML 분리 깔때기 사용하여 유기 층에서 수성 레이어를 분리합니다. 에틸 아세테이트와 수성 층을 세 번 압축을 풉니 다 (12 ML).
9. 분리 깔때기에 유기 레이어를 결합하고 염수 (15 ML)로 한 번 씻는다.
10. 10 분에 나트륨 황산을 통해 결합 된 유기 층을 건조하고 중력 여과하여 나트륨 황산을 제거합니다.
11. 회전 증발기를 사용, 30 ° C (10-30 mmHg)에서 감소 된 압력에 따라 결과 솔루션을 집중. 용매의 증발 5-10 분을 필요로하고, 원유 갈색 기름이 취득됩니다.
12. 아세테이트 / eluent로 hexanes 에틸 1.5 cm 크로마토 그래피 컬럼 및 5 %를 실리카 겔 칼럼 크로마토 그래피에 의한 원유 제품을 정화. 염료는 노란색 고체의 27 밀리그램으로 얻을 수 있습니다.
13. ¹ H NMR 분광법은 용매로 CDCl _3을 사용하여 제품의 신원을 확인합니다. 400 MHz의 NMR 분광계, 염료은 다음과 위해 할 수있는 ^일 H NMR 스펙트럼의 경우 : 7.64 (D, J = 9.0 Hz에서, 1H), 7.56 (S, 1H), 7.11 (DD, J = 2.5, 9.0 Hz에서, 상반기 ), 6.87 (D, J = 2.5 Hz에서, 1H), 3.02 (S, 6H), 3.02-2.87 (m, 4H), 2.65 (S, 3H), 2.12 (P, J = 7.3 Hz에서, 2H) PPM.

3. Photophysical 연구 염료 솔루션의 준비

1. 깨끗하고 마른 10 ML의 용적 플라스크에 염료의 1 밀리그램을 송금 염료의 0.4 × 10 ^-3 M 주식 솔루션을 얻기 위해 dichloromethane과 볼륨 (DCM)로 희석.
2. 두 번째 열 ML 용적 플라스크에 재고 솔루션 253 μl를 전송하고 염료의 1 × 10 ^-5 M 솔루션을 준비하는 DCM이있는 볼륨에 희석. 이 솔루션은 UV-VIS와 염료의 형광 데이터를 모두 수집하는 데 사용됩니다.

4. UV-표시 흡수 분광

1. DCM으로 두 석영 분광 광도계의 셀을 입력합니다. 이러한 빈 샘플입니다. UV-VIS 분광 광도계의 구멍으로 넣으십시오. 셀의 광학 표면을 만지지 마십시오. 광학 축에 직면하지 않는 측면 플레이트의 상단에있는 셀을 처리합니다.
2. 로 수단 매개 변수를 설정2 슬릿 폭과 480 nm의 / 분의 수집 속도. 샘플의 이름을 선택하고 600에서 200 나노 미터에 수집 범위를 선택합니다.
3. 배경 스펙트럼을 수집, 악기에서 샘플 셀을 제거를 비우하고, 충전 전에 1 × 10 ^-5 M 염료 솔루션의 여러 부분을 씻어. 셀을 overfilling하지 마십시오. 홀더에 샘플 셀을 다시 삽입하기 전에 조심스럽게 깨끗한 렌즈 조직과 세포 창을 닦으십시오.
4. 샘플의 흡수 스펙트럼을 수집합니다. 흡수 최대 377 나노 미터에서 관찰된다.
5. 다른 샘플에 UV-VIS 흡수 분석을 실행하기 전에 물, 아세톤 및 에탄올과 석영 분광 광도계 세포를 조심스럽게 닦아주십시오.
6. 수집 된 데이터를 짜고 분석 Excel 또는 원산지 소프트웨어를 사용합니다.

5. 형광 발광 분석법

1. 1 × 10 ^-5 M의 염료 솔루션 석영 fluorometer 셀을 입력 spectrofluoromet에 배치어. 세포의 광학 표면과 피부 접촉을 피하십시오.
2. 수단 매개 변수를 설정합니다 : 334 nm의에서 여기 파장, 2 슬릿 폭, 0.1 nm의 / 초의 수집 속도, 390-750 nm의에서 수집 범위를. 390 나노 미터 컷 -의 필터는 방출 소스에서 분산 된 광을 제거 할 필요합니다.
3. 샘플의 형광 방출 스펙트럼을 수집합니다. 형광 방출 최대 510 나노 미터에서 관찰된다.
4. 다른 샘플에 형광 분석을 실행하기 전에 석영 fluorometer 물이있는 셀, 아세톤 및 에탄올를 청소합니다.
5. 수집 된 데이터를 짜고 분석 Excel 또는 원산지 소프트웨어를 사용합니다.

결과

180에서 styrenyl 파생 상품의 전자 조사 (MWI)가 완료 cyclopenta에서 ° C 결과 [B] 최소 30 분 및 양적 수율 (그림 1)에 높은 ¹⁸ 나프탈렌 형성. 더 dihydronaphthalene 부산물은 관찰되지 않습니다, ¹ H NMR 분광법에 의해 제품이 방사선 조사 후 추가 정화 (그림 2)에 대한 필요없이 순수 나타납니다. 나프탈​​렌 프레임 워크에 다양한 변화도 테 더링으로 ?...

토론

전자 레인지 - 지원 Dehydrogenative DA 반응

전자 조사에 의한 styrenyl 전구체의 분자 dehydrogenative DA 반응 (MWI)은 최소 30 분 (그림 1) ^18을 필요로 71-100% 높은 수율과 짧은 반응 시간에 다양한 나프탈렌 구조를 생산하고 있습니다. dehydrogenative DA 반응을 수행하는 가장 어려운 점은 용매 특성을 다양한 최적의 난방을 보장하기 위해 고려해야 할 필요가 있기 때문에 종?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reagent/Material
1,2-Dichlor–thane, ACS reagent ≥99.0%	Sigma-Aldrich	319929
SiliaPlate G TLC - glass-backed, 250 μm	Silicycle	TLG-R10011B-323
Ethyl acetate, certified ACS ≥99.5%	Fisher Scientific	E14520
Hexanes, certified ACS ≥98.5%	Fisher Scientific	H29220
Silica gel, standard grade	Sorbent Technologies	30930M	60 A, 40-63 μM (230 x 400 mesh)
RuPhos palladacycle	Strem	46-0266
Nitrogen gas	Matheson TRIGAS	NI304	Nitrogen 304cf, industrial
Lithium bis(trimethylsilyl) amide solution	Sigma-Aldrich	225770	1.0 M solution in THF
Tetrahydrofuran anhydrous ≥99.9%	Sigma-Aldrich	401757	Inhibitor-free
Dimethylamine solution	Sigma-Aldrich	391956	2.0 M solution in THF
Ammonium chloride	Fisher Scientific	A661-500
Sodium sulfate, anhydrous (granular)	Fisher Scientific	S421-500
Chromatography column	Chemglass	CG-1188-04	½ in ID x 18in E.L.
Cyclohexane, ≥99.0%	Fisher Scientific	C556-1
Toluene anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	24451
1,4-Dioxane anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	296309
Tetrahydrofuran anhydrous, ≥99.9%	Sigma-Aldrich	186562	250 ppm BHT as inhibitor
Dichloromethane	Sigma-Aldrich	650463	Chromasolv Plus
Chloroform, ≥99.8%	Fisher Scientific	C298-1
Acetonitrile anhydrous, 99.8%	Sigma-Aldrich	271004
Dimethyl sulfoxide, ≥99.9%	Fisher Scientific	D128
Ethyl alcohol	Pharmco-AAPER	11ACS200	Absolute
Equipment
Microwave Synthesizer	Biotage	Biotage Initiator Exp
Microwave Vial	Biotage	352016	0.5 – 2 ml
Microwave Vial	Biotage	351521	2 – 5 ml
Microwave Vial Cap	Biotage	352298
Microwave Synthesizer	Anton Paar	Monowave 300
Microwave Vial G4	Anton Paar	99135
Microwave Vial Cap	Anton Paar	88882
NMR Spectrometer	Bruker	Avance	300 or 400 MHz
UV-Visible Spectrometer	PerkinElmer	Lamda 9
Spectrophotometer cell	Starna Cells	29B-Q-10	Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro, black wall
Spectrofluorometer	HORIBA Jobin Yvon	FluoroMax-3 S4
Fluorometer cell	Starna Cells	29F-Q-10	Spectrosil quartz, path length 10 mm, semi-micro