АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Здесь описывается катализируемое рутением олефинирование алкенонов с дефицитом электронов с аллилацетатом. Используя аминокарбонил в качестве направляющей группы, этот внешний протокол без окислителя обладает высокой эффективностью и хорошей стерео- и региоселективностью, открывая новый синтетический путь к ( Z , E ) -бутадиеновым скелетам.

Аннотация

Прямая перекрестная связь между двумя алкенами посредством активации связи винилового CH представляет собой эффективную стратегию синтеза бутадиенов с высокой атомной и степенной экономикой. Однако эта функционально-направленная реакция перекрестного сочетания не была разработана, поскольку в практическом использовании все еще существуют ограниченные направляющие группы. В частности, обычно требуется стехиометрическое количество окислителя, образуя большое количество отходов. Из-за нашего интереса к новому синтезу 1,3-бутадиена мы описываем катализируемое рутением олефинирование алкоксидов с дефицитом электронов с использованием аллилацетата и без внешнего окислителя. Реакцию 2-фенилакриламида и аллилацетата выбирали в качестве модельной реакции, и желаемый диеновый продукт получали с 80% -ным выходом с хорошей стереоселекцией ( Z, E / Z, Z = 88:12) в оптимальных условиях: [ Ru ( п- цимен) Cl 2 ] 2 (3 мол.%) И AgSbF 6 (20 мол.%) В DCE при 110 ºC fИли 16 ч. С оптимизированными каталитическими условиями в руке были исследованы репрезентативные α- и / или β- замещенные акриламиды, и все реагировали плавно, независимо от алифатических или ароматических групп. Также, по-разному, N- замещенные акриламиды оказались хорошими субстратами. Кроме того, мы исследовали реактивность различных аллильных производных, предполагая, что хелатирование ацетатного кислорода в металл имеет решающее значение для каталитического процесса. Также были проведены эксперименты с мечеными дейтериями для исследования механизма реакции. Наблюдались только Z- селективные H / D обмены на акриламиде, что указывает на обратимое событие циклометализации. Кроме того, в межмолекулярном изотопном исследовании наблюдался кинетический изотопный эффект (KIE) 3,2, предполагая, что стадия олефинового CH-металирования, вероятно, участвует в стадии определения скорости.

Введение

Бутадиены широко встречаются и обычно встречаются во многих натуральных продуктах, лекарствах и биоактивных молекулах 1 . Химики прилагали активные усилия для разработки эффективной, выборочной и практической синтетической методики синтеза 1,3-бутадиенов 2 , 3 . Недавно были разработаны прямые перекрестные связи между двумя алкенами с помощью активации двойной виниловой связи CH, представляющие эффективную стратегию синтеза бутадиенов с высокой атомной и степенной экономикой. Среди них катализируемая палладием перекрестная связь двух алкенов привлекает большое внимание, обеспечивая ( E, E ) -конфигурированные бутадиены через алкенил-Pd 4 , 5 . Например, группа Лю разработала синтез бутадиена, катализируемый Pd, путем прямого сшивания алкенов и аллилацетата ( фиг. 1 и уравнение 3 ) 4 . Между тем, функциональная групповая перекрестная связь между алкенами обеспечивала бутадиены с превосходной ( Z, E ) -стериоселективностью из-за события оцифровки олефинового CH, представляющего дополнительный метод 6 . На сегодняшний день некоторые передовые группы, такие как еноляты, амиды, сложные эфиры и фосфаты, были успешно внедрены в кросс-связь между алкенами, обеспечивая ряд ценных и функционализированных 1,3-бутадиенов. Однако направленная реакция перекрестного сочетания не была разработана, поскольку в практическом использовании все еще существуют ограниченные направляющие группы. В частности, для поддержания каталитического цикла обычно требуется стехиометрическое количество окислителя, которое образует большое количество органических и неорганических отходов. Существуют очень ограниченные примеры использования алкенов, обогащенных электронами, в качестве партнера по связыванию.

Аллилацетат и его производные были глубокоИсследованных в органических превращениях в качестве мощных реагентов аллилирования и олефинирования, включая катализированную перекрестную связь, аллилирование Friedel-Crafts обогащенных электронами аренов и каталитическую активацию СН электронно-дефицитных аренов ( рис. 1 и уравнение 1 ). Совсем недавно группа Loh разработала катализируемый родием CH-аллилирование алкоксидов с дефицитом электронов с аллилацетатами, создавая 1,4-диены ( фиг. 1 и уравнение 2 ) 8 . Между тем, группа Канай сообщила о дегидративном прямом СН-аллилировании с аллильными спиртами с использованием катализатора Со (III) 9 . Интересно, что Снаддон и его сотрудники раскрыли новый метод кооперативного катализа для прямого асимметричного α -аллиляции ациклических сложных эфиров 10 . Совсем недавно группа Аккермана сообщила о нескольких новых примерах аллиляцииГ недорогих катализаторов Fe, Co и Mn 11 . Эти отчеты сделали прорывы в реакциях аллилирования и олефинирования, но миграция с двойной связью и низкая региоселективность обычно неизбежны и нелегко контролируются. Следовательно, разработка более эффективных и селективных образцов реакции аллилацетатов для создания ценных молекул по-прежнему весьма желательна. Учитывая наш интерес к новому синтезу 1,3-бутадиена с помощью олефинирования СН, мы предположили, что аллилацетат можно вводить в направленное аллилирование аллогенных электронов с алкенами, сначала доставляя 1,4-диен. Затем более термодинамически стабильный 1,3-бутадиен может быть образован после миграционной изомеризации CC-двойной связи 7 , образуя диеновый продукт, который не может быть получен путем перекрестной связи с использованием обогащенных электронами алкенов, таких как пропен, в качестве связующего партнера 6 . Здесь мы сообщаем о недорогом олефиновом олефиновом олефиновом олефиновом соединении ру (III)П акриламидов с аллилацетатами в отсутствие какого-либо окислителя, что открывает новый синтетический путь для создания ( Z, E ) -бутадиенов ( рис. 1 и уравнение 4 ) 13 .

протокол

Предостережение: Перед использованием проконсультируйтесь со всеми листами данных о безопасности материалов (MSDS). Все реакции поперечной связи должны проводиться во флаконах в герметичной атмосфере аргона (1 атм).

1. Получение бутадиенов путем олефинирования акриламидов с аллилацетатом

  1. Высушить флакон с винтовой крышкой (8 мл) с совместимой магнитной мешалкой в ​​духовке при 120 ° C в течение более 2 часов. Охладите горячий флакон до комнатной температуры, продувая его инертным газом перед использованием.
  2. Используйте аналитический баланс и взвешивайте 3,7 мг (~ 3 мол.%, ~ 0,005 ммоль) [Ru ( п- цимен) Cl 2 ] 2 (коричневый порошок) и 13,7 мг (20 мол.%, 0,04 ммоль) AgSbF 6 (белый Твердое вещество) в вышеуказанный реакционный флакон.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Поскольку это новая методология, реакции поперечной связи были выполнены в небольшом масштабе для доказательства концепции сокращения образования отходов. AgSbF 6 используется в качестве добавки, которая может абстрагироваться от хлорида, чтобы сгенерироватьКатионный рутениевый комплекс для активации электрофильной CH-связи 13 . Другие соли серебра, такие как Ag 2 CO 3 , также были протестированы, но продукт не был обнаружен. Вес катализатора ([Ru ( p- цимен) Cl 2 ] 2 ) не очень точен и находится в диапазоне 3,4-3,9 мг.
  3. Добавьте 1 мл сухого 1,2-дихлорэтана в реакционный флакон.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Количество растворителя является гибким. 1 мл 1,2-дихлорэтана примерно достаточно для удовлетворения минимальных требований к объему для реакции перекрестной связи. Однако для реакции этой шкалы допустимо еще немного (~ 0,1 мл) растворителя. 1,2-дихлорэтан сушили над 3-Ȧ молекулярным ситом перед его использованием.
  4. Используйте аналитический баланс и добавьте акриламид (0,2 ммоль, 1,0 экв. Твердое вещество или масло) к вышеуказанному флакону реакции.
  5. Используйте микрошприц для добавления 43 мкл (0,4 ммоль, 2,0 эквив.) Аллилацетата (бесцветной жидкости) в вышеуказанный реакционный флакон.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Здесь требуется избыточное количество аллилацетата для ингибирования гомогенизации акриламида и обеспечения полного превращения акриламида. Выход продукта уменьшается, если добавляется меньше аллилацетата (1,5 экв.). Добавление большего количества аллилацетата (3,0 экв.) Не может еще больше улучшить выход. На практике не наблюдается гомогенизации аллилацетата, и остаточный аллилацетат можно восстановить.
  6. Аккуратно взорвите реакционный флакон аргоновым газом и как можно быстрее накройте флакон совместимой крышкой.
    ПРИМЕЧАНИЕ: флакон должен быть как можно быстрее закрыт колпачком, поскольку инертная атмосфера имеет решающее значение для реакции перекрестной связи. Лучше выполнить вышеуказанный протокол в перчаточном ящике.
  7. Перемешивают реакционную смесь при комнатной температуре в течение дополнительных 5 мин.
  8. Нагрейте реакционный флакон до 110 ° С на масляной бане при перемешивании в течение 16-18 часов.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Обычно изменение цвета на темно-красный означает indЧто реакция протекает.
  9. После охлаждения пузырька используют смеси этилацетат: петролейный эфир (2: 1 или 1: 3) в качестве растворителя для получения пластин тонкослойной хроматографии (ТСХ) для контроля хода реакции путем сравнения смеси с стандартом акриламида ,
    ПРИМЕЧАНИЕ. В зависимости от природы исходных материалов реакция может не завершиться. Типичные значения R f продуктов и исходных материалов находятся в диапазоне от 0,3 до 0,7. Акриламидный исходный материал был замечен как более низкая рабочая точка, чем продукт бутадиена.
  10. Растворяют неочищенный продукт в минимальном количестве DCM и загружают его на колонку с силикагелем, смоченную петролейным эфиром. Отдельный продукт сшивания через колоночную хроматографию с использованием в качестве элюента смеси этилацетата: петролейный эфир (от 1: 100 до 1: 4).
    1. Соберите элюент в отдельной колбе, испарите растворитель на вращающемся испарителе,D размещают его под высоким вакуумом в течение минимум 2 часов.
    2. Получают приблизительно 20-50 мг продукта для характеристики с помощью ЯМР-спектроскопии.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Реакционную смесь следует наносить на колоночную хроматографию для очистки непосредственно после завершения реакции.

2. Характеризация диенамидов

  1. . Характеризуют и оценивают чистоту конечного продукта с использованием 1 H и 13 C ЯМР-спектроскопии 14 . Как правило, химический сдвиг карбонильного углерода появляется вблизи 170 ppm в спектре 13 C ЯМР. Три sp 2 протона функциональной группы бутадиена представлены характерными пиками около 6.0 и 5.6 ppm.
  2. Используйте инфракрасную спектроскопию 14 для определения характерного пика карбонильной и СС двойной связи диенового продукта.
  3. Определите молекулярную массу продукта и дополнительно подтвердите идентичность с использованием высокомолекулярных соединений,Разрешающая масс-спектрометрия (HRMS) 14 .
  4. Определить температуру плавления твердых продуктов 14 .

Результаты

Наши усилия были сосредоточены на получении 1,3-бутадиена из акриламида и аллилацетата.

В таблице 1 показана оптимизация условий, включая скрининг различных добавок и растворителей, с использованием [Ru ( p- цимен) Cl 2 ] ...

Обсуждение

[Ru ( p- цимен) Cl 2 ] 2 представляет собой дешевый, легкодоступный, устойчивый к воздуху и высокоактивный катализатор на основе Ru с превосходной функциональной групповой толерантностью, который эффективно работает в условиях мягкой реакции, чтобы получить соединения CH / CH-б...

Раскрытие информации

Мы с благодарностью признаем Национальный фонд естественных наук Китая (NSFC) (№№ 21502037, 21373073 и 21672048), Фонд естественных наук провинции Чжэцзян (ZJNSF) (№ LY15B020008), PCSIRT (№ IRT 1231) и Ханчжоу Нормальный университет для финансовой поддержки. GZ признает награду Qianjiang Scholar от провинции Чжэцзян, Китай.

Благодарности

Авторам нечего раскрывать.

Материалы

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

Ссылки

  1. Negishi, E., et al. Recent Advances in Efficient and Selective Synthesis of Di-, Tri-, and Tetrasubstituted Alkenes via Pd-Catalyzed Alkenylation-Carbonyl Olefination Synergy. Acc Chem Res. 41 (11), 1474-1485 (2008).
  2. Maryanoff, B. E., Reitz, A. B. The Wittig olefination reaction and modifications involving phosphoryl-stabilized carbanions. Stereochemistry, mechanism, and selected synthetic aspects. Chem Rev. 89 (4), 863-927 (1989).
  3. Stille, J. K. The Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reactions of Organotin Reagents with Organic Electrophiles. Angew Chem Int Ed. 25 (6), 508-524 (1986).
  4. Zhang, Y., Cui, Z., Li, Z., Liu, Z. Q. Pd(II)-Catalyzed Dehydrogenative Olefination of Vinylic C-H Bonds with Allylic Esters: General and Selective Access to Linear 1,3-Butadienes. Org Lett. 14 (7), 1838-1841 (2012).
  5. Shang, X., Liu, Z. Q. Transition metal-catalyzed Cvinyl-Cvinyl bond formation via double Cvinyl-H bond activation. Chem Soc Rev. 42 (8), 3253-3260 (2013).
  6. Hu, X. H., Yang, X. F., Loh, T. P. Selective Alkenylation and Hydroalkenylation of Enol Phosphates through Direct C-H Functionalization. Angew Chem Int Ed. 54 (51), 15535-15539 (2015).
  7. Kong, L., et al. Cobalt (III)-Catalyzed C-C Coupling of Arenes with 7-Oxabenzonorbornadiene and 2-Vinyloxirane via C-H Activation. Org Lett. 18 (15), 3802-3805 (2016).
  8. Feng, C., Feng, D., Loh, T. P. Rhodium (III)-catalyzed C-H allylation of electron-deficient alkenes with allyl acetates. Chem Commun. 51 (2), 342-345 (2015).
  9. Suzuki, Y., et al. Dehydrative Direct C-H Allylation with Allylic Alcohols under [Cp*CoIII] Catalysis. Angew Chem Int Ed. 54 (34), 9944-9947 (2015).
  10. Schwarz, K. J., Amos, J. L., Klein, J. C., Do, D. T., Snaddon, T. N. Uniting C1-Ammonium Enolates and Transition Metal Electrophiles via Cooperative Catalysis: The Direct Asymmetric α-Allylation of Aryl Acetic Acid Esters. J Am Chem Soc. 138 (16), 5214-5217 (2016).
  11. Zell, D., Bu, Q., Feldt, M., Ackermann, L. Mild C-H/C-C Activation by Z-Selective Cobalt Catalysis. Angew Chem Int Ed. 55 (26), 7408-7412 (2016).
  12. Li, J., et al. N-Acyl Amino Acid Ligands for Ruthenium(II)-Catalyzed meta-C-H tert-Alkylation with Removable Auxiliaries. J Am Chem Soc. 137 (43), 13894-13901 (2015).
  13. Li, F., Yu, C., Zhang, J., Zhong, G. Olefination of Electron-Deficient Alkenes with Allyl Acetate: Stereo- and Regioselective Access to (2Z,4E)-Dienamides. Org Lett. 18 (18), 4582-4585 (2016).
  14. Lehman, J. W. . The student's lab companion: laboratory techniques for organic chemistry: standard scale and microscale. , (2008).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

12413

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены