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요약

알릴 아세테이트에 의한 전자 불완전 알켄의 루테늄 촉매 올레핀 형성이 여기에 설명되어있다. 방향족 그룹으로 아미노 카르 보닐을 사용함으로써,이 외부 산화제없는 프로토콜은 고효율 및 양호한 입체 및 위치 선택성을 가지며, ( Z , E ) - 부타디엔 골격에 대한 새로운 합성 경로를 개시한다.

초록

비닐 알콜 결합 활성을 통한 두 알켄 간의 직접 교차 커플 링은 높은 원자 및 단계 경제성을 갖는 부타디엔의 합성을위한 효율적인 전략을 의미합니다. 그러나이 기능성 교차 결합 반응은 아직 개발되지 않았는데, 그 이유는 실용화에서 여전히 제한된 지시 그룹이 있기 때문이다. 특히, 화학량 론적 양의 산화제가 보통 필요하며, 많은 양의 폐기물을 생성한다. 새로운 1,3- 부타디엔 합성에 대한 관심으로 인해 알릴 아세테이트와 외부 산화제를 사용하지 않고 전자 불완전 알켄의 루테늄 촉매 올레핀 형성에 대해 설명합니다. 2- 페닐 아크릴 아미드와 알릴 아세테이트의 반응을 모델 반응으로 선택하고, 최적 조건 하에서 양호한 입체 선택성 ( Z, E / Z, Z = 88:12)으로 80 % 단리 수율로 목적하는 디엔 생성물을 수득 하였다 : 110 ℃에서 DCE에서 Ru ( p- 시멘) Cl 2 ] 2 (3 mol %)와 AgSbF 6 (20 mol %)또는 16 시간. 최적화 된 촉매 조건으로 대표적인 α - 및 / 또는 β - 치환 아크릴 아미드가 조사되었으며 지방족 또는 방향족 그룹에 관계없이 모두 원활하게 반응했습니다. 또한, 다르게 N- 치환 된 아크릴 아미드는 우수한 기질 인 것으로 입증되었다. 또한, 우리는 아세틸 산소의 금속으로의 킬 레이팅이 촉매 과정에 중요하다는 것을 제안하면서, 상이한 알릴 유도체의 반응성을 조사했다. 반응 메커니즘을 조사하기 위해 중수소 표지 실험도 수행했다. 아크릴 아마이드에 대한 Z- 선택적인 H / D 교환 만 관찰되었으며, 이것은 가역적 사이클로 메탈 레이션 사건을 나타낸다. 또한, 분자 동위 원소 연구에서 3.2의 동위 원소 동위 원소 효과 (kinetic isotope effect, KIE)가 관찰되었는데, 이는 올레핀 CH 금속 화 단계가 속도 결정 단계에 관여하고 있음을 시사한다.

서문

부타디엔은 광범위하게 발생하며 많은 천연물, 약물 및 생리 활성 물질에서 흔히 발견됩니다 1 . 화학자들은 1,3- 부타디엔 합성을위한 효율적이고 선택적이며 실용적인 합성 방법론을 개발하기 위해 많은 노력을 기울여왔다 . 최근에는 이중 비닐 결합 결합을 통한 두 가지 알켄 간의 직접 교차 커플 링이 개발되어 높은 원자 및 단계 경제성을 갖는 부타디엔의 합성을위한 효율적인 전략을 제시합니다. 그 중에서 두 알켄의 팔라듐 촉매 교차 결합은 알 케닐 -Pd 종류 를 통해 ( E, E ) - 구성 부타디엔 을 제공하는 많은 관심을 끌고있다. 예를 들어, Liu의 연구팀은 알켄과 알릴 아세테이트의 직접 교차 결합에 의한 Pd 촉매를 이용한 부타디엔 합성을 개발했다 ( 그림 1 식 3 >과 같다. 한편, 알켄 간의 관능기 - 지향 교차 - 커플 링은 보완적인 방법 6을 나타내는 올레핀 CH 사이클로 메탈 레이션 사건으로 인해 우수한 ( Z, E ) - 입체 선택성을 갖는 부타디엔을 제공 하였다. 현재까지 enolates, amides, ester 및 phosphate와 같은 일부 지시 그룹이 알켄 간의 교차 커플 링에 성공적으로 도입되어 일련의 가치 있고 기능화 된 1,3- 부타디엔을 제공합니다. 그러나 지시 된 교차 결합 반응은 실제 사용에있어 여전히 제한된 지시 그룹이 있기 때문에 개발되지 않았다. 특히, 화학 양 론적 양의 산화제가 촉매 사이클을 유지하기 위해 일반적으로 필요하며, 대량의 유기 및 무기 폐기물을 생성한다. 커플 링 파트너로서 전자가 풍부한 알켄을 사용하는 매우 제한된 예가있다.

알릴 아세테이트 및 그것의 유도체는 깊게 i이었다.촉매 작용을 통한 cross-coupling, electron-rich arenes의 Friedel-Crafts allylation, electron-deficient arenes의 촉매 CH 활성화 ( 그림 1 및 1 ) 7 과 같은 강력한 알릴 화 및 올레핀 화 시약으로 유기체 전환을 연구했다. 보다 최근에, Loh 그룹은 전자 알콜과 알릴 아세테이트의 로듐 (III) 촉매 CH 알릴 화를 개발하여 1,4- 디엔 ( 그림 1 및 2 ) 8을 만들었다. 한편, 카나이 (Kanai) 그룹은 Co (III) 촉매를 사용하여 알릴 계 알콜 (allylic alcohols)과 직접 탈수소 CH 알릴 화를보고했다. 흥미롭게도, Snaddon과 동료 연구자들은 비 환식 에스테르의 직접 비대칭 α- 알레르기 반응에 대한 새로운 협력 촉매 기반 방법을 발표했다. 아주 최근에, Ackermann 그룹은 몇 가지 새로운 알릴 화 예를보고했다.g의 저렴한 Fe, Co 및 Mn 촉매 11 . 이러한보고는 알릴 화 반응과 올레핀 화 반응에서 돌파구를 만들었지 만, 이중 결합 이동과 불충분 한 위치 선택성은 대개 피할 수없고 쉽게 통제 할 수 없습니다. 따라서, 가치있는 분자를 제조하기 위해 아세틸 알릴의보다 효율적이고 선택적 반응 패턴을 개발하는 것이 여전히 매우 바람직하다. CH 올레핀 생성을 통한 1,3- 부타디엔 합성에 대한 우리의 관심과 함께 알릴 아세테이트는 1,4- 디엔을 처음으로 전달하는 전자 불완전 알켄의 방향성 알릴 화에 도입 될 수 있다고 가정했다. 그 후, 커플 링 파트너로서 프로 펜과 같은 전자가 풍부한 알켄을 사용하여 교차 커플 링에 의해 수득 될 수없는 디엔 생성물을 형성하는보다 많은 열역학적으로 안정한 1,3- 부타디엔이 CC 이중 결합 7 의 이동성 이성질체 화 후에 형성 될 수있다 6 . 여기, 우리는 저렴한 Ru (III) - 촉매 올레핀 CH 결합 올레핀( Z, E ) - 부타디엔 ( 그림 1 및 4 )의 생성을위한 새로운 합성 경로를 여는 산화제가없는 아크릴 알릴 아세테이트와 아크릴 아미드의 합성

프로토콜

주의 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하십시오. 모든 교차 결합 반응은 밀폐 된 아르곤 대기 (1 기압) 하에서 바이알에서 수행되어야합니다.

1. 아세틸 아세트 알릴을 이용한 아크릴 아미드의 올레핀 화에 의한 부타디엔의 제조

  1. 호환되는 마그네틱 스터드 바 (magnetic stir bar)를 사용하여 120 ° C의 오븐에서 2 시간 이상 스크류 캡 바이알 (8 mL)을 건조시킨다. 뜨거운 바이알을 사용하기 전에 불활성 가스로 불어 넣어 실온으로 식힌다.
  2. 분석 용 저울을 사용하여 [Ru ( p- 시멘) Cl2] 2 (갈색 분말) 3.7mg (~ 3mol %, ~ 0.005m㏖)과 AgSbF 6 13.7mg (20mol %, 0.04m㏖) 고체)를 상기 반응 바이알에 첨가 하였다.
    참고 :이 방법은 새로운 방법이기 때문에 폐기물 생성을 줄이기 위해 개념 증명을 위해 소규모로 교차 결합 반응을 수행했습니다. AgSbF 6 는 염화물을 추출하여친 전자 성 CH 결합 활성화를위한 양이온 성 루테늄 착물 13 . Ag 2 CO 3 와 같은 다른 은염도 시험되었지만 생성물은 검출되지 않았다. 촉매 ([Ru ( p- 시멘) Cl 2 ] 2 )의 무게는 그다지 정확하지 않으며 3.4-3.9 mg 범위입니다.
  3. 1mL의 건조 1,2- 디클로로 에탄을 반응 바이알에 넣는다.
    참고 : 용매의 양은 유연합니다. 1,2- 디클로로 에탄 1 mL는 교차 결합 반응의 최소 요구량을 충족하기에 충분합니다. 그러나,이 스케일의 반응에 대해 조금 더 (약 0.1 mL) 용매도 허용됩니다. 1,2- 디클로로 에탄을 사용하기 전에 3Å molecular sieve에서 건조시켰다.
  4. 분석 저울을 사용하고 아크릴 아미드 (0.2 mmol, 1.0 eq., 고체 또는 오일)를 상기 반응 바이알에 첨가한다.
  5. 마이크로 주사기를 사용하여 위의 반응 유리 병에 알릴 아세테이트 (무색 액체) 43 μL (0.4 mmol, 2.0 equiv)를 첨가한다.
    참고 : 여기에서는 아크릴 아마이드의 호모 커플 링을 억제하고 아크릴 아마이드가 완전히 전환되는 것을 보장하기 위해 과량의 아세트산 알릴이 필요합니다. 더 적은 알릴 아세테이트 (1.5 당량)를 첨가하면 제품 수율이 감소합니다. 더 많은 알릴 아세테이트 (3.0 당량)의 첨가는 수율을 더 향상시킬 수 없다. 실제로, 알릴 아세테이트의 호모 커플 링은 관찰되지 않았고, 잔류 알릴 아세테이트는 회수 될 수 있었다.
  6. 아르곤 가스로 반응 바이알을 천천히 불어 넣고 가능한 신속하게 호환되는 스크류 캡으로 바이알을가립니다.
    참고 : 불활성 분위기가 교차 커플 링 반응에 중요하기 때문에 유리 병은 가능한 한 빨리 스크류 캡으로 덮여 야합니다. 글로브 박스에서 위의 프로토콜을 수행하는 것이 좋습니다.
  7. 반응 혼합물을 실온에서 추가로 5 분 동안 교반 하였다.
  8. 16-18 시간 동안 교반하면서 오일 바이알에서 반응 유리 병을 110 ° C로 가열한다.
    참고 : 일반적으로 진한 빨간색으로 변하는 색상은 ind반응이 일어나고 있다는 것.
  9. 유리 병을 냉각시킨 후, 에틸 아세테이트 : 석유 에테르 (2 : 1 또는 1 : 3) 혼합물을 용매로 사용하여 얇은 층 크로마토 그래피 (TLC) 판을 전개하여 혼합물을 아크릴 아마이드 표준 .
    참고 : 출발 물질의 특성에 따라 반응이 완료되지 않을 수도 있습니다. 생성물 및 출발 물질의 전형적인 Rf 값은 0.3 내지 0.7의 범위이다. 아크릴 아마이드 출발 물질은 부타디엔 생성물보다 낮은 주행점으로 관측되었다.
  10. 조 생성물을 최소 DCM에 용해시키고 석유 에테르로 적신 실리카 칼럼에 그것을 적재하십시오. 용리액으로 에틸 아세테이트 : 석유 에테르 (1 : 100에서 1 : 4)의 혼합물을 사용하여 칼럼 크로마토 그래피를 통해 크로스 커플 링 생성물 을 분리 하였다.
    1. 용리액을 별도의 플라스크에 수집하고 회전 증발기에서 용매를 증발시킨 다음최소한 2 시간 동안 고진공하에 두십시오.
    2. NMR 분광학으로 특성화를 위해 약 20-50 mg의 생성물을 얻습니다.
      참고 : 반응 혼합물을 컬럼 크로마토 그래피에 적용하여 반응 완료 직후 정제해야합니다.

2. Dienamides의 특성

  1. 1 H 및 13 C NMR 분광법을 사용하여 최종 생성물의 순도를 특성화하고 평가하십시오 14 . 전형적으로, 카르 보닐 탄소의 화학적 이동은 13C NMR 스펙트럼에서 170ppm 근처에 나타난다. 부타디엔 관능기의 3 개의 sp2 양성자는 6.0 및 5.6 ppm 부근의 특징적인 피크로 나타내었다.
  2. 적외선 분광법 14 를 사용하여 디엔 생성물의 카르 보닐 및 CC 이중 결합 피크를 확인하십시오.
  3. 제품의 분자량을 결정하고 고밀도 폴리에틸렌분해능 질량 분광법 (HRMS) 14 .
  4. 고체 생성물의 융점을 결정하십시오 14 .

결과

우리의 노력은 아크릴 아마이드와 알릴 아세테이트로부터 1,3- 부타디엔의 제조에 중점을 두었습니다.

표 1 은 촉매로서 [Ru ( p- 시멘) Cl2] 2 를 사용하여 다양한 첨가제 및 용매의 스크리닝을 포함한 조건의 최적화를 보여줍니다. 일련의 대표적인 용매를 스크리닝 한 결과, 우수한 수율 ( Z, E / ...

토론

[Ru ( p- 시멘) Cl2] 2 는 CH / CH 커플 링 부타디엔 생성물을 제공하는 온화한 반응 조건 하에서 효율적으로 작용하는 우수한 관능기 내성을 갖는 값 싸고, 쉽게 접근 할 수 있고, 공기 안정하고, 활성이 높은 Ru- 계 촉매이다. 은염 AgSbF 6 는 [Ru ( p- 시멘) Cl 2 ] 2 의 염화물을 추출하여 다음 CH 결합 활성화를위한 양이온 루테늄 착체를 생성 할 수있는 첨가제로 ...

공개

우리는 중국 자연 과학 재단 (NSFC) (21502037, 21373073, 21672048), ZJNSF 자연 과학 재단 (LY15B020008), PCSIRT (IRT 1231), Hangzhou 일반 대학 재정 지원. GZ는 중국 절강 성 (浙江省)의 Qianjiang Scholar 상을 인정합니다.

감사의 말

저자는 공개 할 것이 없습니다.

자료

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

참고문헌

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