Síntese de hipervalente iodónio Alquinilo triflatos de Aplicação de Geração Cyanocarbenes

Resumo

Aqui descreve-se a síntese, isolamento, e as reacções de hipervalentes iodónio alcinilo triflatos (HIATs) com azidas de gerar cyanocarbenes. Os procedimentos envolvem técnicas de ar-sensíveis e cryogen, incluindo filtração a frio sob uma atmosfera inerte. Também serão discutidos Manuseio e segurança dos compostos sintetizados.

Resumo

Os procedimentos descritos neste artigo envolve a síntese e o isolamento de hipervalentes iodónio alcinilo triflatos (HIATs) e as suas reacções subsequentes com azidas para formar intermediários cyanocarbene. A síntese de triflatos alquinila hipervalente iodónio pode ser fácil, mas as dificuldades decorrem de seu isolamento e reatividade. Em particular, a necessidade de usar a filtração sob atmosfera inerte a -45 ° C durante alguns HIATs requer cuidados especiais e equipamento. Uma vez isolados, os compostos podem ser armazenadas e usadas em reacções com azidas para formar intermediários cyanocarbene.

A evidência para a geração cyanocarbene é mostrado por extrusão de diazoto visível, bem como a caracterização de produtos que ocorrem a partir de inserção de OH, complexação sulfóxido, e ciclopropanação. Uma reacção secundária de formação cyanocarbene é a geração de uma vinilideno-carbeno e são discutidas as condições para controlar este processo. Temtambém potencial para formar um alcenilo triflato hipervalente iodónio e os meios de separação e o controlo da sua geração são fornecidos. A reacção envolve a inserção de OH utilizando um HIAT, azida de sódio ou azida de tetrabutilamónio, e metanol como solvente / substrato. A reacção de complexação sulfóxido utiliza um HIAT, azida de sódio ou azida de tetrabutilamónio, e dimetil sulfóxido como solvente. Os cyclopropanations pode ser realizada com ou sem a utilização de solvente. A fonte de azida deve ser de azida de tetrabutilamónio e o substrato mostrado é estireno.

Introdução

A evolução contínua da química orgânica depende da concepção e desenvolvimento de novas reações. Em particular, a descoberta de novas reações que permitem rotas sintéticas inimagináveis ​​ter significado final. Para este fim, o nosso grupo desejado para converter dois átomos de carbono de um alcino e um azoto de uma azida em uma cyanocarbene. ^Uma Essa transformação previamente desconhecido que permitem um aumento significativo na complexidade molecular desde o cyanocarbene reactivo que reagem rapidamente ainda mais. O esforço inicial era usar um alcino nucleofílico e electrof azida, mas triazóis foram eficientemente formado, neste caso, ao contrário de cyanocarbenes. ² Usando uma abordagem umpolung, o segundo método usa uma azida e alcino nucleofílico e electrof produtos resultantes das reacções de cyanocarbene são felizmente formado neste caso. ³ Existem muitas fontes de azida nucleofílica, no entanto, são alcinos electrofmuito menos comum. O grupo de Klaus Banert relatado anteriormente a prova de conceito para essa reação usando um cloreto de alquinilo, ^4, mas o nosso grupo eo grupo Banert independente e contemporaneamente determinou que hipervalente iodónio alquinilo triflatos (HIATs) são muito melhores electrophiles para as razões de estabilidade e reactividade. ^3,6 Descrevemos aqui a síntese, isolamento, e a reacção destes HIATs com azidas de formar e reagir in situ como cyanocarbenes.

Várias medidas de segurança devem ser considerados antes de prosseguir com estas experiências. Alguns triflatos alcinilo hipervalente iodónio são instáveis ​​e se decompõem, algures violentamente, quando exposto ao ar e à luz. ⁷ Para formar o cyanocarbene intermédia, o procedimento requer a utilização de fontes de azida. Azidas são explosivas e altamente tóxico. ⁸ adequado equipamento de protecção individual deve ser usado quando manusear esses materiais, especialmente organoestânico,e toda a manipulação dos reagentes deve ocorrer em capuzes adequadamente ventiladas. O cyanocarbene é um poderoso e instável intermediário reativo. Tome cuidado para realizar experimentos inicialmente em pequenas escalas para que a evolução de gás nitrogênio é controlável e nunca realizar estas reações em sistemas fechados. Se scale-up da reação é desejado, sugerimos o uso de um escudo de segurança.

A síntese de muitos HIATs ter sido previamente publicada, incluindo o uso do reagente de Zefirov ^9,10, e o reagente de Koser, ^9,11 no entanto, este vídeo será usando o reagente triflato cyanophenyliodonium ^9,12 (Figura 1). Cyanophenyliodonium triflato foi sintetizado com base em uma preparação de literatura anteriormente apresentada. ¹³ O reagente reage com o trialquil-estanho alcinos modificados ¹⁴ para formar o produto desejado. Após a HIAT é sintetizado e isolado que pode ser feito reagir com azida para formarum intermediário reactivo cyanocarbene (Figura 2). Existem vários outros métodos que podem ser utilizados para sintetizar os alcinos iodónio, tais como a utilização de silanos alcinilo ¹⁵ e ésteres borónicos alcinilo ^16, mas o método em que o vídeo foi escolhido porque, na nossa experiência, seria melhor eficiência e rendimento.

O nosso mecanismo proposto ^{de 3,5} (Figura 3) para esta reacção envolve a adição de uma fonte de azida para o β-carbono do alcino, formando desse modo um-ileto de iodo que se decompõe para iodobenzeno e uma vinilideno-carbeno. O vinilideno-carbeno pode então passar por um 1,2-rearranjo através de migração ou o grupo R ou azida, para se obter um alcinilo-azida. O alcinilo-azida em seguida, faz a extrusão de diazoto para formar um cyanocarbene que pode reagir com um substrato. Deve notar-se que pode haver formação de uma espécie alcenilo triflato hipervalente iodónio, dependendo das condições. O subproduto éfavorecida a temperaturas mais baixas, em solventes próticos, onde a protonação do iodo-ileto é mais rápido do que o rearranjo da azida de alcinilo. Outro produto possível que ocorre durante as reacções de inserção de OH é um éter de vinilo, onde o vinilideno-carbeno é preso antes do rearranjo de o alcinilo-azida pode ocorrer. A propensão para formar este éter vinílico é determinado pelo grupo R.

Uma das principais vantagens desta reacção é que, depois de o carbeno reage, o grupo nitrilo resultante é uma pega conveniente para posterior funcionalização. Muitos sintões pode ser previsto com esta método e produtos diferentes podem ser formadas com os mesmos substratos. Controlando-se a mistura do produto com a temperatura, concentração, e o grupo R do alcino é necessário. ³ Com visão adequada de como cyanocarbenes comportar, o método apresenta um meio viável para adicionar rapidamente complexidade químico para formar uma molécula alvo. Os exemplos de como o cyanocarbene reage incluem inserção de OH, onde o átomo de oxigénio nucleofílico do álcool ataca o carbeno e, em seguida, a transferência de protões ocorre, dimetilsulfóxido complexação, onde o carbeno combina com o átomo de enxofre, e onde o carbeno ciclopropanação reage com um alceno.

Protocolo

1. Síntese de fenil HIAT

1. Equipar um frasco de 100 ml de fundo redondo, seco, com um agitador magnético e tem o balão sob uma atmosfera de árgon. Prenda o frasco para uma posição e coloque-o em um banho cryogen de acetonitrilo e de dióxido de carbono sólido pellets. Nota: O fluido criogénico deve ser aproximadamente de -45 ° C.
2. Adicionar 10 ml de diclorometano seco ao balão de frio e permitir que o solvente para se equilibrar com a temperatura do fluido criogénico. Nota: O excesso de espaço superior no frasco é importante para a adição de éter dietílico depois de forçar a precipitação.
3. Pesar 0,35 g (1 equiv.) De cyanophenyliodonium triflato e rapidamente transferi-lo para o balão frio. Nota: Os sólidos devem ser bastante insolúvel a esta temperatura.
4. Tara a massa de um seringa vazia e, em seguida, usá-lo pesar 0,37 g (1 equiv.) De phenylethynyltributyltin.
5. Injectar a phenylethynyltributyltin na solução fria. Nota: A dissolução de sólidos é uma indicação de queo HIAT foi formado. O tempo aproximado para a dissolução é de 30 min.
6. Adicionar éter dietílico e hexano a fim de forçar a precipitação do produto. Nota: Se um precipitado não forma, evapora-se o solvente sob pressão reduzida e adicionar uma mistura de éter dietílico e hexano para forçar a precipitação do HIAT.
7. Equipar um frasco de vácuo com um funil de Buchner e verter a solução sobre o funil de filtração.
8. Recolher os sólidos e armazenar frio em um recipiente opaco.

2. Síntese de n-pentil HIAT

1. Equipar um frasco de 250 ml de fundo redondo de três tubuladuras seco com um agitador magnético e tem o balão sob uma atmosfera de árgon. Prenda o frasco para uma posição e coloque-o em um banho cryogen de acetonitrilo e de dióxido de carbono sólido pellets. Nota: O fluido criogénico deve ser aproximadamente de -45 ° C.
2. Montar um aparelho de filtração de Schlenk no balão de modo a que a filtração pode ser efectuada rapidamente e a uma temperatura friatura. Graxa e prender juntos cada junta do aparelho. Nota: O sistema de filtragem pode ser construída por vários meios, mas é importante que o sistema tem a capacidade de empurrar com gás inerte e puxar com um vácuo através de um filtro de vidro.
3. Adicionar 10 ml de diclorometano seco ao balão de frio e permitir que o solvente para se equilibrar com a temperatura do fluido criogénico. Nota: O excesso de espaço superior no frasco é importante para a adição de hexano, depois de forçar a precipitação.
4. Pesar 0,35 g (1 equiv.) De cyanophenyliodonium triflato e rapidamente transferi-lo para o balão frio. Nota: Os sólidos devem ser bastante insolúvel a esta temperatura.
5. Tara a massa de um seringa vazia e, em seguida, usá-lo pesar 0,44 g (1 equiv.) De tributilteno heptino.
6. Injectar a heptino tributilteno na solução fria. Nota: A dissolução de sólidos é uma indicação de que o HIAT foi formado. O tempo aproximado para a dissolução é de 30 min.
7. Injetar 75 ml de hexane no espaço livre adicional do balão de modo a formar um precipitado.
8. Coloque o frasco de coleta a vácuo.
9. Soltar o aparelho do suporte e incline-a cuidadosamente despeje a solução para o filtro de vidro. Abra o frasco de coleta a vácuo para puxar o líquido através. Nota: Não permitir que o vácuo para puxar o ar para dentro do recipiente.
10. Desmontar o aparelho e raspar os sólidos fora do filtro uma vez que a filtração é completa. Uma vez que o sólido é removido a partir do filtrado é menos sensível a temperatura do ar e podem ser manuseados e aberto para o ar.
11. Recolher os sólidos e armazenar frio em um recipiente opaco.

3. OH Inserção de Cyanocarbenes Feito de Phenyl HIAT

1. Equipar um frasco de 50 ml de fundo redondo, seco, com um agitador magnético e tem o balão sob uma atmosfera de árgon. Fixar o frasco com uma placa de agitação e injectar 20 ml de metanol seco ao balão.
2. Pesar 0,300 g (1 equiv.) Do synthesi anteriormentezed Fenil HIAT rapidamente e adicioná-lo ao balão.
3. Adicionar 0,047 g (1 equiv.) De azida de sódio ao balão. Nota: A solução escurece ao longo do tempo e azoto gasoso é gerado através da formação cyanocarbene.
4. Deixe a reacção continuar durante o tempo que ocorre a formação de bolhas. O tempo aproximado para a conclusão é de 20 min.
5. Expor a solução ao ar e evapora-se o solvente utilizando pressão reduzida.
6. Adiciona-se diclorometano ao líquido residual e efectuar a extracção aquosa para remover o triflato de sódio. Recolher as fases orgânicas de diclorometano e seca-se com sulfato de sódio anidro.
7. Decantar a solução e evapora-se a pressão reduzida.
8. Realizar cromatografia em coluna para purificar o produto cyanocarbene.

4. A ciclopropanação Cyanocarbene reacção usando Fenil HIAT

1. Pesar 0,125 g (1 equiv.) De azida tetrabutilamio em um porta-luvas e colocá-lo em um 10 ml seco eq balão de fundo redondouipped com um agitador magnético.
2. Tampe a 10 ml balão de fundo redondo contendo azida tetrabutilamio, retire-a do porta-luvas, e colocá-lo em uma placa de agitação sob gás argônio usando uma linha Schlenk.
3. Adicionar 1,0 ml de estireno ao balão e permitir ao balão com agitação. Nota: A azida não precisa de se dissolver.
4. Rapidamente adicionar 0,200 g (1 equiv.) De Fenil HIAT a esta suspensão e colocar o septo de volta no frasco, que está ligado a uma linha Schlenk. Nota: A solução deve escurecer imediatamente e gerar gás nitrogênio por formação cyanocarbene.
5. Deixar a reacção continuar durante o tempo que ocorre a formação de bolhas. O tempo aproximado para a conclusão é de um minuto.
6. Após as bolhas de ter parado, expor a solução ao ar e realizar cromatografia em coluna para purificar o produto.

Resultados

A figura 1 ilustra a síntese de um HIAT usando cyanophenyliodonium alcinilo triflato. O HIAT pode então ser utilizada para gerar cyanocarbenes que serão sujeitos a inserção de OH de ciclopropanação. A reacção de inserção de OH com Fenil HIAT produz 2-metoxi-2-fenilacetonitrilo na-se a um rendimento de 75%. A reacção de ciclopropanação com Fenil HIAT produz 1,2-diphenylcyclopropanecarbonitrile em até um rendimento de 61%. Embora não demonstrado no vídeo, dimetil sulfóxido complexação...

Discussão

Hipervalente iodónio alcinilo triflatos, ou HIATs, são formados e pode ser feito reagir com fontes de azida para formar cyanocarbenes. É muito importante que todas as precauções necessárias sejam tomadas, já que muitos dos reagentes e intermediários mostrados neste vídeo são potencialmente explosiva e altamente tóxico. Apesar do elevado grau de reactividade pode ser perigosa se mal preparada, é mostrado neste vídeo que a reactividade inerente dos compostos pode ser aproveitada por captura dos cyanocarbenes ...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reagent
Phenyl acetylene	Acros	AC152461000
Tri-n-butyltin chloride	Acros	139351000
Lithium bis(trimethysilyl)amide	Acros	347701000
Iodobenzene diacetate	Acros	176560250
Trimethylsilyl cyanide	Aldrich	212849	Extremely toxic. Handle this chemical only in an adequately ventilated hood with extreme caution.
Trimethylsilyl triflate	Alfa Aesar	A12535
Sodium Azide	Sigma-Aldrich	S8032	Shock sensitive.
Tetrabutylammonium azide	Aldrich	651664	If possible, store and handle in a glovebox due to this compound’s hygroscopic nature.
1-Heptyne	Acros	223460250
Styrene	Aldrich	240869
[header]
Material
Rotary Evaporator (Hei-VAP)	Heidolph	517-61000-01-0
Glovebox	MBRAUN	UL-018