Name: versatile co2 transformations into complex products: a one-pot two-step strategy
Uploaded: 2019-11-09T14:00:00
Duration: 7 min 36 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Versatile CO2 Transformations into Complex Products: A One-pot Two-step Strategy at JoVE.com

S. D. tak Région Midi-Pyrénées og Université Fédérale de Toulouse for doktorgrad stipendium. D. Z. tak kinesisk stipendium råd for doktorgrad stipendium. A. M. tak COLFUTURO for doktor stipendiat. S. B. tak til ANR-programmet JCJC "ICC" og Prof. A. Leon for frugtbar diskussion.

Forsigtig: Se kemikaliers sikkerhedsdatablade (MSDS) før brug. Brug venligst passende sikkerhedspraksis, når du udfører følgende reaktioner og personlige værnemidler. Der skal lægges særlig vægt på brugen af vakuum ledningen og gastryks systemet.
1. syntese af sammensatte 2 fra CO2 i en nuklear magnetisk resonans (NMR) tube
<ol><li>Stamopløsning af FE (h)2(dmpe)2: Opløs 4,6 mg FE (h)2(dmpe)221,22 i 1 ml tetrahydrofuran (THF)-d8. Bemærk: dmpe = 1,2-bis (dimethylphosphino) Ethan</li>
	<li>I en handske æske skal et NMR-rør oplades med 15,9 mg 9-borabicyclo [3.3.1] nonan (9-BBN) og 100 μL af en stamopløsning af FE (H)2(dmpe)2 (1 mol%).</li>
	<li>Tilsæt 0,5 mL tetrahydrofuran (THF)-d8.</li>
	<li>Luk røret og tag det uden for handske kassen.</li>
	<li>røret til et gassystem, og Placer det ved 25 °C i 15 minutter for at ækvibrere temperaturen i opløsningen inde i røret. Bemærk: gassystemet forbinder CO2 -flasken med både vakuum ledningen og NMR-røret. Tilslutningerne er med Teflon tube og Swadgelock stik (Se figur 1 for et arrangement af opsætningen). Dette system gør det muligt at tilføje det tryk, der er defineret ved regulatoren ved den ønskede temperatur.</li>
	<li>Tilføj 1 ATM af CO2.</li>
	<li>Lad i 3 min under et dynamisk tryk på CO2 og Luk røret.</li>
	<li>Lad røret stå ved 25 °C i 45 min. Bemærk: på dette trin er bis (boryl) acetal 1 genereret inde i NMR tube i 85% udbytte (Se repræsentative resultater for NMR-analysen).</li>
	<li>Stamopløsning af amin: Opløs 177,3 mg af 2, 6-(diisopropyl) phenylamin i 1 mL af THF-d8. Når sammenblandingen 1 er genereret, Åbn NMR tube inde i en handske boks og tilsæt 55 μl af en stamopløsning af 2, 6-(diisopropyl) phenylamin, svarende til 1 ækvivalent af den genererede bis (boryl) acetal 1.</li>
	<li>Luk røret og hånd rystes det i 10 s.</li>
	<li>Efter 20 min, Bekræft dannelsen af Lindholm 2 ved 1H NMR analyse (figur 2). Brug hexamethylbenzen (groft 10 mol% vs 9-BBN) som en intern standard til at bestemme NMR-udbyttet.</li>
</ol>2. syntese af sammensatte 3 fra CO2 i en Fisher Porter
<ol><li>Oplad en Fisher Porter med 320 mg 9-BBN, 9,4 mg FE (H)2(dmpe)2 og en magnetisk omrørings stang21,22.</li>
	<li>Tilsæt 10 mL THF.</li>
	<li>Luk Fisher Porter og Bring den uden for handske kassen.</li>
	<li>Anbring den ved 25 °C i 15 minutter for at ækvibrere opløsningens temperatur.</li>
	<li>Fisher Porter til gassystemet og tilsæt 1 ATM af CO2. Bemærk: gassystemet forbinder CO2 -flasken med både vakuum linjen og Fisher Porter. Tilslutningerne er med Teflon tube og Swadgelock stik (Se figur 1 for et arrangement af opsætningen). Dette system gør det muligt at tilføje det tryk, der er defineret ved regulatoren ved den ønskede temperatur.</li>
	<li>Lad i 3 min under et dynamisk tryk på CO2, Luk røret og rør det ved 25 °c i 45 min. Bemærk: denne etape svarer til den selektive generation af bis (boryl) acetal 1 fra Co2 hydro boration i 85% udbytte.</li>
	<li>Efter 45 min, Åbn Fisher Porter i en handske æske og tilsæt en opløsning på 380 mg triazol-5-ylidene i 6 mL THF.</li>
	<li>Uden for handske kassen, Oplad Fisher Porter med 3 ATM af CO2.</li>
	<li>Opløsningen omrøres ved 60 °C i 60 min under et dynamisk tryk på 3 ATM CO2.</li>
	<li>Lad opløsningen køle ned til stuetemperatur.</li>
	<li>Fordampningen fjernes under vakuum, og Remanensen vaskes med 3x 2 ml dietylaeter (et2O) ved 0 °c for at opnå Co2 DNA 3 som hvidt pulver (figur 3).</li>
	<li>For at generere monocrystals, Placer en koncentreret THF/pentan opløsning ved-37 °C for 24-48 h.</li>
</ol>3. syntese af sammensatte 4 fra CO2 i en Fisher Porter
<ol><li>I en handske æske skal du oplade en Fisher Porter tube med 159 mg 9-BBN, 4,7 mg (1 mol%) af FE (H)2(dmpe)2 og en magnetisk omrørings stang.</li>
	<li>Tilsæt 5 mL THF.</li>
	<li>Luk Fisher Porter og Bring den uden for handske kassen.</li>
	<li>Anbring den ved 25 °C i 15 minutter for at ækvibrere opløsningens temperatur.</li>
	<li>Fisher Porter til gassystemet og tilsæt 1 ATM af CO2.</li>
	<li>Efterlad 3 min under et dynamisk tryk på CO2, Luk Fisher Porter og rør den ved 25 °c i 45 min. Bemærk: denne etape svarer til den selektive generation af bis (boryl) acetal 1 fra Co2 hydro boration i 85% udbytte.</li>
	<li>Efter generering af 1, åbne Fisher Porter i en handske boks og tilsæt 54 mg triazol-5-ylidene.</li>
	<li>Uden for handske kassen skal opløsningen omrøres ved 80 °C i 40 min for at generere en blanding af forbindelser, der indeholder sammensatte 4.</li>
	<li>Opløsningsmidlet fjernes, og en del af Remanensen opløses i 0,6 mL af THF-d8.</li>
	<li>Filtrat opløsningen med en sprøjte, der er udstyret med et PTFE-filter (0,2 μm), og anbring den i et NMR-rør til analyse. Brug hexamethylbenzen (groft 10 mol% vs 9-BBN) som en intern standard til at bestemme NMR-udbyttet.</li>
</ol>4. alternativ syntese af sammensatte 4 fra d, l-glyceraldehyd
<ol><li>I en handske æske skal du oplade et Schlenk-rør med 50 mg d, l-glyceraldehyd, 135 mg 9-BBN og en magnetisk omrørings stang.</li>
	<li>Tilsæt 4 mL THF. Forsigtig: ved opløsning af forbindelsen, H2 Evolution opstår.</li>
	<li>Luk Schlenk med en septum og stick en nål ind i det for at tillade konstant frigivelse af H2 dannet.</li>
	<li>Den hvide suspension omrøres ved stuetemperatur i 24 timer inde i handske boksen.</li>
	<li>Tilsæt 165 mg triazol-5-ylidene.</li>
	<li>Rør 3 timer ved stuetemperatur. Alle rester solubilize i løbet af denne tid.</li>
	<li>Fjern fordampningen under vakuum.</li>
	<li>Rester af remanensen i et mindste beløb på et2O (1 ml) og Placer opløsningen ved-37 °c i 12 timer.</li>
	<li>Sammensatte 4 bundfald. Filtratet fjernes ved filtrering og tørring af bundfaldet under vakuum.</li>
	<li>Isoler sammensatte 4 som et hvidt pulver i 72% udbytte.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Goeppert, A., Czaun, M., Jones, J. P., Surya Prakash, G. K., Olah, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recycling+of+carbon+dioxide+to+methanol+and+derived+products+-+closing+the+loop.">Recycling of carbon dioxide to methanol and derived products - closing the loop.</a> Chemical Society Reviews. 43, 7995-8048 (2014).</li><li>Appel, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frontiers,+Opportunities,+and+Challenges+in+Biochemical+and+Chemical+Catalysis+of+CO2+Fixation.">Frontiers, Opportunities, and Challenges in Biochemical and Chemical Catalysis of CO2 Fixation.</a> Chemical Reviews. 113 (8), 6621-6658 (2013).</li><li>Aresta, M., Dibenedetto, A., Angelini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalysis+for+the+Valorization+of+Exhaust+Carbon:+from+CO2+to+Chemicals,+Materials,+and+Fuels.+Technological+Use+of+CO2.">Catalysis for the Valorization of Exhaust Carbon: from CO2 to Chemicals, Materials, and Fuels. Technological Use of CO2.</a> Chemical Reviews. 114 (3), 1709-1742 (2014).</li><li>Poland, S. J., Darensbourg, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+quest+for+polycarbonates+provided+via+sustainable+epoxide/CO2+copolymerization+processes.">A quest for polycarbonates provided via sustainable epoxide/CO2 copolymerization processes.</a> Green Chemistry. 19, 4990-5011 (2017).</li><li>Kember, M. R., Buchard, A., Williams, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalysts+for+CO2/epoxide+copolymerisation.">Catalysts for CO2/epoxide copolymerisation.</a> Chemical Communications. 47 (1), 141-163 (2011).</li><li>Klankermayer, J., Wesselbaum, S., Beydoun, K., Leitner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+Catalytic+Synthesis+Using+the+Combination+of+Carbon+Dioxide+and+Hydrogen:+Catalytic+Chess+at+the+Interface+of+Energy+and+Chemistry.">Selective Catalytic Synthesis Using the Combination of Carbon Dioxide and Hydrogen: Catalytic Chess at the Interface of Energy and Chemistry.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (26), 7296-7343 (2016).</li><li>Tlili, A., Blondiaux, E., Frogneux, X., Cantat, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reductive+functionalization+of+CO2+with+amines:+an+entry+to+formamide,+formamidine+and+methylamine+derivatives.">Reductive functionalization of CO2 with amines: an entry to formamide, formamidine and methylamine derivatives.</a> Green Chemistry. 17, 157-168 (2015).</li><li>Bontemps, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boron-mediated+activation+of+carbon+dioxide.">Boron-mediated activation of carbon dioxide.</a> Coordination Chemistry Reviews. 308 (Part 2), 117-130 (2016).</li><li>Chong, C. C., Kinjo, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+Hydroboration+of+Carbonyl+Derivatives,+Imines,+and+Carbon+Dioxide.">Catalytic Hydroboration of Carbonyl Derivatives, Imines, and Carbon Dioxide.</a> ACS Catalysis. 5 (6), 3238-3259 (2015).</li><li>Reuss, G., Disteldorf, W., Gamer, A. O., Hilt, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formaldehyde.">Formaldehyde.</a> Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. , (2003).</li><li>Heim, L. E., Konnerth, H., Prechtl, M. H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Future+perspectives+for+formaldehyde:+pathways+for+reductive+synthesis+and+energy.">Future perspectives for formaldehyde: pathways for reductive synthesis and energy.</a> Green Chemistry. 19, 2347-2355 (2017).</li><li>Zafar, I., Senad, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Formose+Reaction:+A+Tool+to+Produce+Synthetic+Carbohydrates+Within+a+Regenerative+Life+Support+System.">The Formose Reaction: A Tool to Produce Synthetic Carbohydrates Within a Regenerative Life Support System.</a> Current Organic Chemistry. 16 (6), 769-788 (2012).</li><li>Delidovich, I. V., Simonov, A. N., Taran, O. P., Parmon, V. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+Formation+of+Monosaccharides:+From+the+Formose+Reaction+towards+Selective+Synthesis.">Catalytic Formation of Monosaccharides: From the Formose Reaction towards Selective Synthesis.</a> ChemSusChem. 7 (7), 1833-1846 (2014).</li><li>Ruiz-Mirazo, K., Briones, C., de la Escosura, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prebiotic+Systems+Chemistry:+New+Perspectives+for+the+Origins+of+Life.">Prebiotic Systems Chemistry: New Perspectives for the Origins of Life.</a> Chemical Reviews. 114 (1), 285-366 (2014).</li><li>Ricardo, A., Carrigan, M. A., Olcott, A. N., Benner, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Borate+Minerals+Stabilize+Ribose.">Borate Minerals Stabilize Ribose.</a> Science. 303 (5655), 196 (2004).</li><li>Hein, J. E., Blackmond, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Origin+of+Single+Chirality+of+Amino+Acids+and+Sugars+in+Biogenesis.">On the Origin of Single Chirality of Amino Acids and Sugars in Biogenesis.</a> Accounts of Chemical Research. 45 (12), 2045-2054 (2012).</li><li>Bontemps, S., Vendier, L., Sabo-Etienne, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ruthenium-Catalyzed+Reduction+of+Carbon+Dioxide+to+Formaldehyde.">Ruthenium-Catalyzed Reduction of Carbon Dioxide to Formaldehyde.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (11), 4419-4425 (2014).</li><li>Jin, G., Werncke, C. G., Escudi&#233;, Y., Sabo-Etienne, S., Bontemps, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron-Catalyzed+Reduction+of+CO2+into+Methylene:+Formation+of+C-N,+C-O,+and+C-C+Bonds.">Iron-Catalyzed Reduction of CO2 into Methylene: Formation of C-N, C-O, and C-C Bonds.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (30), 9563-9566 (2015).</li><li>Bontemps, S., Vendier, L., Sabo-Etienne, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Borane-Mediated+Carbon+Dioxide+Reduction+at+Ruthenium:+Formation+of+C1+and+C2+Compounds.">Borane-Mediated Carbon Dioxide Reduction at Ruthenium: Formation of C1 and C2 Compounds.</a> Angewandte Chemie International Edition. 51 (7), 1671-1674 (2012).</li><li>B&#233;thegnies, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reductive+CO2+Homocoupling:+Synthesis+of+a+Borylated+C3+Carbohydrate.">Reductive CO2 Homocoupling: Synthesis of a Borylated C3 Carbohydrate.</a> ChemCatChem. 11 (2), 760-765 (2019).</li><li>Dombray, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron-Catalyzed+C-H+Borylation+of+Arenes.">Iron-Catalyzed C-H Borylation of Arenes.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (12), 4062-4065 (2015).</li><li>Allen, O. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Addition+of+CO2+to+Alkyl+Iron+Complexes,+Fe(PP)2Me2.">Addition of CO2 to Alkyl Iron Complexes, Fe(PP)2Me2.</a> Organometallics. 27 (9), 2092-2098 (2008).</li><li>Das Neves Gomes, C., Blondiaux, E., Thu&#233;ry, P., Cantat, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-Free+Reduction+of+CO2+with+Hydroboranes:+Two+Efficient+Pathways+at+Play+for+the+Reduction+of+CO2+to+Methanol.">Metal-Free Reduction of CO2 with Hydroboranes: Two Efficient Pathways at Play for the Reduction of CO2 to Methanol.</a> Chemistry - A European Journal. 20 (23), 7098-7106 (2014).</li><li>Murphy, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+Ni-Catalyzed+Hydroboration+of+CO2+to+the+Formaldehyde+Level+Enabled+by+New+PSiP+Ligation.">Selective Ni-Catalyzed Hydroboration of CO2 to the Formaldehyde Level Enabled by New PSiP Ligation.</a> Organometallics. 36 (19), 3709-3720 (2017).</li><li>Courtemanche, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intramolecular+B/N+frustrated+Lewis+pairs+and+the+hydrogenation+of+carbon+dioxide.">Intramolecular B/N frustrated Lewis pairs and the hydrogenation of carbon dioxide.</a> Chemical Communications. 51, 9797-9800 (2015).</li><li>Frogneux, X., Blondiaux, E., Thu&#233;ry, P., Cantat, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bridging+Amines+with+CO2:+Organocatalyzed+Reduction+of+CO2+to+Aminals.">Bridging Amines with CO2: Organocatalyzed Reduction of CO2 to Aminals.</a> ACS Catalysis. 5 (7), 3983-3987 (2015).</li><li>Berkessel, A., Yatham, V. R., Elfert, S., Neud&#246;rfl, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+Key+Intermediates+of+Carbene-Catalyzed+Umpolung+by+NMR+Spectroscopy+and+X-Ray+Diffraction:+Breslow+Intermediates,+Homoenolates,+and+Azolium+Enolates.">Characterization of the Key Intermediates of Carbene-Catalyzed Umpolung by NMR Spectroscopy and X-Ray Diffraction: Breslow Intermediates, Homoenolates, and Azolium Enolates.</a> Angewandte Chemie International Edition. 52 (42), 11158-11162 (2013).</li><li>DiRocco, D. A., Rovis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+Asymmetric+Cross-Aza-Benzoin+Reactions+of+Aliphatic+Aldehydes+with+N-Boc-Protected+Imines.">Catalytic Asymmetric Cross-Aza-Benzoin Reactions of Aliphatic Aldehydes with N-Boc-Protected Imines.</a> Angewandte Chemie International Edition. 51 (24), 5904-5906 (2012).</li><li>Maji, B., Mayr, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structures+and+Reactivities+of+O-Methylated+Breslow+Intermediates.">Structures and Reactivities of O-Methylated Breslow Intermediates.</a> Angewandte Chemie International Edition. 51 (41), 10408-10412 (2012).</li><li>Bugaut, X., Glorius, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organocatalytic+umpolung:+N-heterocyclic+carbenes+and+beyond.">Organocatalytic umpolung: N-heterocyclic carbenes and beyond.</a> Chemical Society Reviews. 41 (9), 3511-3522 (2012).</li><li>Paul, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breslow+Intermediates+from+Aromatic+N-Heterocyclic+Carbenes+Benzimidazolin-2-ylidenes,+Thiazolin-2-ylidenes).">Breslow Intermediates from Aromatic N-Heterocyclic Carbenes Benzimidazolin-2-ylidenes, Thiazolin-2-ylidenes).</a> Angewandte Chemie International Edition. 57, 8310-8315 (2018).</li><li>Holland, M. C., Gilmour, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deconstructing+Covalent+Organocatalysis.">Deconstructing Covalent Organocatalysis.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54 (13), 3862-3871 (2015).</li></ol>

Forfatterne har intet at afsløre.

Heri præsenterer vi den One-pot to-trins alsidige transformationer af CO2 i komplekse produkter. Det første trin i metoden vedrører selektiv 4 e-reduktion af CO2 med et hydroboran- reduktionsmiddel. Dette trin er kritisk, fordi selektivitet mod 4 e- reduktion er udfordrende. Meget få systemer er blevet rapporteret, der beskriver den selektive generation af bis (boryl) acetal23,24,25. I vores tilfælde katalyserer et jern hydrid-kompleks denne selektive 4 e- reduktion af co2 med 9-BBN, som giver sammensatte 1, under milde forhold (25 °c) og med meget kort reaktionstid (45 min) (figur 2)18. Vores undersøgelse viser, at reaktions forholdene er meget vigtige. I vores hånd, hvert forsøg på at ændre koncentrationen, opløsningsmiddel, CO2 tryk og temperatur førte til faldet i udbyttet i forbindelse 1. En længere reaktionstid er også skadelig, fordi det fører til over-reduktion til methanol niveau eller udviklingen af bis (boryl) acetal i flere oligomer forbindelser. Ud fra vores erfaring er det nødvendigt at kontrollere resultatet af denne reduktion trin for in situ 1H NMR karakterisering. Metodens reproducerbarhed skal udføres over flere kørsler.
In situ-kondensations reaktionen fra mellem 1 og en voluminøse anilin giver anledning til den tilsvarende Lindholm 2 (figur 2). Dette er en ligetil metode og sammensatte 2 er let dannes i et højt udbytte (83%). Denne reaktion kan også bruges til at afprøve effektiviteten af reduktions trinnet. Denne metode er den eneste metode, der muliggør syntesen af Lindholm funktion fra Co2. Desuden blev mellemliggende 1 vist sig at være en alsidig kilde til methylen i forskellige kondensations reaktioner, der førte til dannelsen af c-N, c-O, C-C og C = c obligationer18. Denne metode giver således en enkel måde at bruge CO2 som en surrogat af formaldehyd i kondensation reaktioner26.
Mellemliggende 1 reagerer med ender's carbene til at give forbindelser 3 eller 4, afhængigt af reaktions forholdene (figur 3)20. Med støtte fra dybtgående eksperimentelle og teoretiske undersøgelser, vi var i stand til at forklare den observerede reaktivitet. I dette tilfælde reagerer sammensatte 1 ikke som formaldehyd, da boryl-fuer forbliver i forbindelser 3 og 4. Denne funktion opstår som følge af dannelsen af et hidtil uset O-boryleret breslow-mellemprodukt (figur 3)27,28,29,30,31,32. Dette mellemliggende er ikke observeret eksperimentelt, men kan fungere som en bifunktionel Lewis Acid/Lewis base aktivator mod CO2 til råd til sammensatte 3 eller fører til den homocoupling af to mere kulstof centre til råd til sammensatte 4. I begge produkter genereres chiral Centre og i tilfælde af sammensatte 4, de to chiral centre, C2 og C3, er opnået på en diastereoselektiv måde, takket være tilstedeværelsen af broen boryl fragment.
De fremskridt, der blev præsenteret heri, var mulige takket være den anvendte One-pot-metode med to trin og den høje og alsidige reaktivitet af mellem 1 genereret fra den selektive 4e- reduktion af co2. Efter en lignende metode til yderligere at forbedre omfanget og kompleksiteten af de syntetiserede molekyler, igangværende værker er dedikeret i) at tune egenskaberne af bis (boryl) acetal ved hjælp af andre hydroborane reduktanter og II) at sonde forskellige koblings betingelser i at bruge andre organo-katalysatorer.

I lyset af den store interesse i at bruge Co2 som en bæredygtig kulstofkilde1,2,3er formålet med metoden at omdanne Co2 til en rækkeværdi tilvækst produkter.
Intense undersøgelser har til formål at funktionalisere Co24,5 eller reducere det til myresyre (2 e- reduktion), carbonmonoxid (2 e- reduktion), methanol (6 e- reduktion) eller methan (8 e- reduktion)1,6. Aflytning af 2 e- reduktion produkt med Amin, især, giver anledning til formamid og methylamin7,8,9. Disse forskningsområder er de hidtil mest fremskredne. Omfanget af de tilgængelige funktioner og merværdien af de produkter, som dannes sammenlignet med udgangsmaterialerne, er dog forholdsvis minimal.
For at omgå denne begrænsning fokuserede vi i) på 4 e- reduktionen af co2 og II) på at anvende en en-pot to-trins procedure. Interessen for en to-trins-procedure er at begrænse kompatibilitetsproblemerne mellem de to trin og dermed udvide den type reaktivitet, der kunne gennemføres efter det første reduktions trin. Vi målrettede den 4 e- reduktion af co2 , fordi formaldehyd-den enkleste 4 e- reduktion produkt-er en særligt reaktiv og alsidig kulstofkilde10,11. Det bruges i kondensation reaktion som en methylenkilde og kan polymeriseres til kulhydrater. Den sidstnævnte-kaldet formose reaktion-er en imponerende transformation generere kulstofkæde og chiral Carbon Centre udelukkende fra formaldehyd og er af stor interesse for syntetisk-12,13 og PREBIOTIC-kemi14,15,16. Mens vi er i stand til at observere fri formaldehyd fra CO2 hydro boration17, er dens selektive generation under homogene forhold stadig uden fortilfælde. I stedet for formaldehyd udviklede vi syntesen af bis (boryl) acetal Compound 1 fra den selektive dobbelte hydro boration af co218,19.
I en-pot to trin processer vi bevise heri, at, i samme gryde, dette mellemliggende 1 i) reagerer som en surrogat af formaldehyd i kondensation reaktioner18 eller II) giver anledning til en modificeret formose-type reaktion20. I sidstnævnte reaktion opnås C-C kobling og chiral Carbon Centre.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Wilmad quick pressure valve NMR tube 5 mm diam.</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z562882-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filtre-seringue PTFE hydrophobe &#216; 25 mm pores 0,22 &#181;m</td>
			<td>UGAP</td>
			<td>2528593</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisher Porter</td>
			<td>Home made system</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>9-borabicyclo[3.3.1]nonane dimer</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>178713</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeCl2 (anhydrous)</td>
			<td>Strem</td>
			<td>MFCD00011004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>d,l-Glyceraldehyde</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G5001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,6-(diisopropyl)phenylamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>374733</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dimethylphosphinoethane</td>
			<td>Strem</td>
			<td>MFCD00008511</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran</td>
			<td>Carlo Erba</td>
			<td></td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether</td>
			<td>Carlo Erba</td>
			<td></td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pentane</td>
			<td>Carlo Erba</td>
			<td></td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran D8</td>
			<td>Eurisotop</td>
			<td>D149FE</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

versatile co2 transformations into complex products: a one-pot two-step strategy

CO2 transformationer ved hjælp af en en-pot to-trins metode er præsenteret heri. Formålet med metoden er at give adgang til en rækkeværdi tilvækst produkter og især til at generere chiral Carbon Centre. Det afgørende første skridt består i den selektive dobbelte hydro boration af CO2 katalyseret af et jern hydrid kompleks. Det produkt, der opnås med denne 4 e- reduktion er en sjælden bis (boryl) acetal, sammensatte 1, som er udsat in situ til tre forskellige reaktioner i et andet trin. Den første reaktion vedrører en kondensationsreaktion med (diisopropyl) phenylamin, der giver den tilsvarende Lindholm 2. I den anden og tredje reaktion, mellemliggende 1 reagerer med triazol-5-ylidene (Enders ' carbene) at give forbindelser 3 eller 4, afhængigt af reaktions forholdene. I begge forbindelser dannes C-C-obligationer, og chiral Centre genereres fra CO2 som den eneste kilde til kulstof. Sammensatte 4 udstiller to chiral Centre opnået på en diastereoselektiv måde i en formose-type mekanisme. Vi beviste, at det resterende boryl fragment spiller en central rolle i denne hidtil usete stereo kontrol. Metodens interesse står på den reaktive og alsidige karakter af 1, hvilket giver anledning til forskellige komplekse molekyler fra et enkelt mellemprodukt. Kompleksiteten af en to-trins metode opvejes af den samlede korte reaktionstid (2 timer for den større reaktionstid) og milde reaktionsbetingelser (25 °C til 80 °C og 1 til 3 ATM af CO2).

Vellykket generering af bis (boryl) acetal sammensatte 1 vurderes af 1H NMR analyse med det karakteristiske methylylen pick ved 5,54 ppm i THF-d8 (figur 4a). En vellykket generation af sammensatte 2 vurderes af 1H NMR-analyse med det karakteristiske AB-signal (δ = 7,73 (d, 1H, 2jh-h = 18,4 Hz, ch2), 7,30 (d, 1H, 2jh-h = 18,4 Hz, ch2) for de to indivalente protoner af methylen i THF-d8 (figur 4b). En vellykket generation af sammensatte 3 vurderes af 1H NMR-analyse i THF-d8 (figur 4c). De mest bemærkelsesværdige signaler er Chco2 ved 5,34 ppm, og ch af bbn-fragmentet ved 0,26 og-0,65 ppm. Vellykket generation af sammensatte 4 er vurderet af 1H NMR analyse i THF-d8. Som vist i figur 4d, sammensatte 4, in situ genereret fra Co2, er især karakteriseret ved en Doublet ved 4,64 ppm (3jh-h = 7,9 Hz, H3) og en pseudo-t ved 3,36(2jh-h = 9,7 Hz, 3jh-h = 9,5 Hz, 1H, h1b). I den isolerede forbindelse 4 fra d, l-glyceraldehyd, er de fire proton signaler i C3 kæden tydeligt observeret (figur 4e) og de tre kulstofatomer i kæden er karakteriseret i 13C {1H} NMR analyse på 76,9 (C2), 74.0 (C3) og 71.5 (C1) ppm (figur 5).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60348/60348fig1.jpg"> Figur 1: gassystem. Gassystemets ordning, der gør det muligt at tilsætte et defineret Tryk på CO2 ved en given temperatur. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60348/60348fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60348/60348fig2a.jpg"> Figur 2: reduktiv funktionalisering af CO2. Syntese af forbindelser 1 og 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60348/60348fig2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60348/60348fig3a.jpg"> Figur 3: Carbene-medieret C-C-obligations dannelse. Syntese af forbindelser 3 og 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60348/60348fig3large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60348/60348fig4a.jpg"> Figur 4: 1H NMR-analyser af sammensatte 1-4, indspillet ved stuetemperatur i THF-d8. A) in situ-genereret sammen satte 1, (B) in situ-genereret sammensatte 2, (C) isoleret sammensatte 3, (D) in situ-genereret sammensatte 4 fra Co2, (E) isoleret forbindelse 4 fra D, l-glyceraldehyd. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60348/60348fig4large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60348/60348fig5a.jpg"> Figur 5: repræsentativ karakterisering af sammensatte 4 isoleret fra d, l-glyceraldehyd. 13 C {1H} NMR-analyse registreret ved stuetemperatur i THF-d8; indløb: zoom på C1-C3-området. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60348/60348fig5large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Versatile CO2 Transformations into Complex Products: A One-pot Two-step Strategy at JoVE.com

Versatile CO2 Transformations into Complex Products: A One-pot Two-step Strategy

CO2 transformationer udføres i en en-pot to-trins procedure for syntesen af komplekse molekyler. Den selektive 4 e- reduktion af co2 med et hydroboran-reduktionsmiddel giver et reaktivt og alsidigt bis (boryl) acetal-mellemprodukt, som efterfølgende er involveret i kondensationsreaktion eller carbene-medieret C-C-koblings generering.

Alsidige CO2 -transformationer til komplekse produkter: en One-pot-strategi med to trin

CO2 transformations using a one-pot two-step method are presented herein. The purpose of the method is to give access to a variety of value-added products ...

Denne protokol er vigtig, fordi vi kan styre den fulde elektronreduktion af CO2, og vi kan bruge produktformen som et reaktivt og alsidigt mellemprodukt i kaskadereaktioner med én gryde. Takket være den afgørende CO2-reduktionstrin og kaskadestrategi skal denne teknik og vende sonderingen af den mellemliggende reaktivitet, der fører til syntesen af kulstofforbindelse fra CO2 til det første skridt. Reaktionsblandingen er en omhyggelig proces, der involverer flere tilføjelser til en reaktionsbeholder inde i handskerummet, CO2-tryk og en streng tids- og temperaturkontrol.Denne kaskade strategi kræver efterfølgende reaktionstrin, brug af en handskeboks og gas håndtering, som alle er lettere at forstå gennem visuel demonstration. For syntese af sammensatte to, oplade en NMR rør med 15.9 milligram af ni BBN, 130 microliters af en 10% molar hexamethyl benzen som en intern standard, og 100 mikroliter af en 1% kindjern katalysator opløsning i deuterated tetrahydrofuran. Der tilsættes 0,37 milliliter ekstra deutereret tetrahydrofuran til røret, før røret lukkes og forbindes til et gassystem uden for handskerummet.Placer NMR røret i en 25 grader Celsius bad i 15 minutter. Derefter tilsættes en atmosfære af kuldioxid i tre minutter, før du lukker røret for en 45-minutters inkubation ved 25 grader Celsius. Under ækvilibveringen klargøres en lageropløsning ved at blande 189 mikroliter frisk destilleret 2, 6-diisopropylethylamin og 811 mikroliter frisk deutereret tetrahydrofuran.Når der er genereret et stof, åbnes NMR-røret inde i handskerummet, og der tilsættes 55 mikroliter af den forberedte 2,6-diisopropylethylaminopløsning til røret. Luk og ryst derefter røret i 10 sekunder. Efter 20 minutter bekræftes dannelsen af imine 2 ved proton NMR-analyse, og NMR-udbyttet bestemmes ved sammenligning af signalet til den interne standard.For syntese af sammensatte tre, oplade reaktionsbeholderen indeholder en magnetisk omrøring bar med 9,4 milligram jern katalysator, 320 milligram 9-BBN, Og 10 milliliter tetrahydrofuran inde i en handske boks. Efter lukning af reaktionsbeholderen fjernes den fra handskerummet for tilslutning til gassystemet. Der tilsættes en atmosfære af kuldioxid til karret i tre minutter, før fartøjet lukkes i en 45-minutters understigningsinkubation ved 25 grader Celsius.Ved reaktionens afslutning åbnes reaktionsbeholderen i handskerummet, og der tilsættes en opløsning på 380 mg triazol-5-ylidene i seks milliliter tetrahydrofuran til blandingen. Derefter oplades reaktionen med tre atmosfærer af kuldioxid og omrøring i 60 minutter ved 60 grader Celsius. Ved reaktionens afslutning fjernes flygtige stofferne under vakuum, når opløsningen er afkølet til stuetemperatur, og restproduktet vaskes tre gange med to milliliter diethylether ved nul grader Celsius for at opnå kuldioxidanført tre som hvidt pulver.For sammensatte fire syntese i en handskeboks, oplade en ny reaktion fartøj, der indeholder en magnetisk røre bar med 159 milligram 9-BBN, 10% molar hexamethyl benzen som en intern standard, og 4,7 milligram jern katalysator efterfulgt af tilsætning af fem milliliter tetrahydrofuran. Det lukkede kar er placeret uden for handskerummet i 15 minutters ækvilibrering ved 25 grader Celsius, før beholderen forbindes med gassystemet i tre minutter under et dynamisk tryk på en atmosfære kuldioxid. I slutningen af trykningen lukkes fartøjet for en 45-minutters omrøring inkubation ved 25 grader Celsius.Når sammensatte man er blevet genereret, åbne reaktionkar i handskerummet, og tilsæt 54 milligram triazol-5-ylidene. Uden for handskerummet omrøres opløsningen ved 80 grader Celsius i 40 minutter for at generere en blanding af forbindelser, der indeholder forbindelsesstoffet fire, og opløsningsmidlet fjernes under vakuum. Derefter opløses en del af restproduktet i 0,6 milliliter deuteret tetrahydrofuran, og opløsningen skal belastes gennem en sprøjte, der er udstyret med et 0,2 mikrometer polytetrafluorethylenfilter, i et NMR-rør til analyse.En vellykket generation af bis(boryl)acetal sammensatte en, som vurderet ved proton NMR analyse, resulterer i en karakteristisk methylamin peak på 5.4 dele per million i deuterated tetrahydrofuran. En vellykket generation af sammensatte to præsenterer en karakteristisk AB top sat til 7,30 dele per million for de to uækvivalente methylamin protoner i deuterated tertrahydrofuran. I en vellykket generation af sammensatte tre, de mest bemærkelsesværdige signaler er methene peak forbundet til carbene på 5,34 dele per million og methene toppe af BBN fragment på 0,26 og minus 0,65 dele per million.En vellykket syntese af sammensatte fire in situ genereret af kuldioxid er især karakteriseret ved en doublet på 4,64 dele per million i en pseudo-triplet på 3,36 dele per million. Den alifatiske C3 kæde af den isolerede sammensatte fire fra DL-glyceraldehyd er karakteriseret i proton NMR ved fire proton signaler, og i kulstof 13 NMR af tre kulstofsignaler. Reduktionstrinnene er følsomme over for ændringer i protokollen, og reproducerbarheden skal undersøges, navnlig ved reproduktionssyntesen af forbindelse to i godt udbytte.Sørg for at kontrollere sikkerhedsarkene for, at farligt materiale og gasser kan tage forholdsregler vedrørende håndtering af gasser, og for at undgå at bygge overtryk.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Versatile CO2 Transformations into Complex Products: A One-pot Two-step Strategy

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

Højtryks-Sapphire Cell til faseligevægte Målinger af CO<sub&gt; 2.</sub&gt; / Organiske / Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically skabeloner til epitaksial vækst af komplekse Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

A Direct, Early Stage Guanidinylation Protocol for the Synthesis of Complex Aminoguanidine-containing Natural Products

En Direct, Early Stage Guanidinylation Protokol til syntese af komplekse aminoguanidin-holdige Naturprodukter

The guanidine functional group, displayed most prominently in the amino acid arginine, one of the fundamental building blocks of life, is an important ...

A Quantitative Glycomics and Proteomics Combined Purification Strategy

En Kvantitativ Glycomics og Proteomics Kombineret Purification strategi

There is a growing desire in the biological and clinical sciences to integrate and correlate multiple classes of biomolecules to unravel biology, define ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

Synthesis of a Water-soluble MetalÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œOrganic Complex Array

Syntese af en Vandopløseligt Metal-Organic Complex Array

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

One-pot Microwave-assisted Conversion of Anomeric Nitrate-esters to Trichloroacetimidates

One-pot mikrobølgeovn-assisteret konvertering af anomere nitrat-estere til Trichloroacetimidates

The goal of the following procedure is to provide a demonstration of the one-pot conversion of a 2-azido-1-nitrate-ester to a trichloroacetimidate ...

Utilization of Stop-flow Micro-tubing Reactors for the Development of Organic Transformations

Udnyttelse af Stop-flow mikro-slangen reaktorer til udvikling af økologisk transformationer

A new reaction screening technology for organic synthesis was recently demonstrated by combining elements from both continuous micro-flow and conventional ...

A Two-Step Protocol for Umpolung Functionalization of Ketones Via Enolonium Species

En to-trins protokol til Umpolung Functionalization af ketoner Via Enolonium arter

&#945;-Functionalization of ketones via umpolung of enolates by hypervalent iodine reagents is an important concept in synthetic organic chemistry. ...

Employing Pressurized Hot Water Extraction (PHWE) to Explore Natural Products Chemistry in the Undergraduate Laboratory

Employing Pressurized Hot Water Extraction PHWE to Explore Natural Products Chemistry in the Undergraduate Laboratory

Ansætte trykisoleret varmt vand udvinding (PHWE) til at udforske naturprodukter kemi på bachelor laboratorium

A recently developed pressurized hot water extraction (PHWE) method which utilizes an unmodified household espresso machine to facilitate natural products ...

Achieving Moderate Pressures in Sealed Vessels Using Dry Ice As a Solid CO2 Source

Achieving Moderate Pressures in Sealed Vessels Using Dry Ice As a Solid CO2 Source

At opnå moderat pres i lukkede fartøjer, der anvender tøris som en Solid CO2 kilde

Herein is presented a general strategy to perform reactions under mild to moderate CO2 pressures with dry ice. This technique obviates the need for ...