بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء Dehydrogenative ديلز ألدر، ردود الفعل لتركيب النفثالين Functionalized / الأصباغ Solvatochromic
Summary
بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء dehydrogenative ديلز ألدر، (DA) ردود الفعل توفير الوصول إلى موجزة مشتقاق functionalized [<em> ب</em>] اللبنات النفثالين. ويتجلى فائدة هذه المنهجية من قبل خطوة واحدة التحويل من cycloadducts DA dehydrogenative في الأصباغ الفلورية solvatochromic الرواية عبر بوخفالد-هارتفيغ ردود الفعل عبر اقتران البلاديوم المحفزة.
Abstract
النفثالين Functionalized لها تطبيقات في مجموعة متنوعة من المجالات البحثية بدءا من تخليق جزيئات طبيعية أو النشطة بيولوجيا في إعداد الأصباغ العضوية الجديدة. على الرغم من أن تم الإبلاغ عن العديد من الاستراتيجيات للوصول السقالات النفثالين، العديد من الإجراءات لا تزال موجودة القيود من حيث الأداء الوظيفي دمج، والذي بدوره يضيق نطاق ركائز المتاحة. تطوير أساليب متعددة للوصول المباشر إلى النفثالين استبداله وبالتالي مرغوب فيه للغاية.
وديلز ألدر تفاعل-الاضافه الحلقيه (DA) هو وسيلة قوية وجذابة لتشكيل نظم حلقة المشبعة وغير المشبعة من المواد الأولية متوفرة بسهولة. ووصف بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء الجديد رد فعل DA dehydrogenative المشتقات styrenyl يولد هنا مجموعة متنوعة من مشتقاق functionalized [ب] النفثالين التي لا يمكن إعدادها باستخدام طريقة الاصطناعية القائمةق. بالمقارنة مع التدفئة التقليدية، تشعيع الميكروويف تسارع معدلات التفاعل، ويعزز غلة، ويحد من تشكيل تركات غير مرغوب فيها.
ويتجلى كذلك فائدة هذا البروتوكول من قبل لتحويل cycloadduct DA في صبغة الفلورسنت solvatochromic رواية طريق تفاعل بوخفالد-هارتفيغ عبر اقتران البلاديوم المحفزة. مضان الطيفي، وتقنية تحليلية مفيدة وحساسة، ويلعب دورا رئيسيا في المجالات البحثية بما فيها العلوم البيئية، والطب، والصيدلة، وعلم الأحياء الخلوي. الوصول إلى مجموعة متنوعة من fluorophores العضوية الجديدة المقدمة من رد فعل بمساعدة الميكروويف DA dehydrogenative يسمح لإحراز مزيد من التقدم في هذه المجالات.
Introduction
تصميم جزيء صغير والتوليف أمر بالغ الأهمية لتطوير مجموعة من المجالات العلمية التي تشمل الأدوية والمبيدات الحشرية والأصباغ العضوية، وغيرها الكثير 1. وديلز ألدر، (DA) وديلز ألدر ديهيدرو-(DDA) ردود الفعل هي أدوات قوية خاصة في تركيب دوري الصغيرة والمركبات العطرية 2-4. بالإضافة إلى ذلك، ردود الفعل الحرارية dehydrogenative DA dienes من الستايرين مع dienophiles الكاين توفر طريقا يمكن أن تكون مفيدة لتجميع المركبات العطرية في البداية من خلال تشكيل cycloadducts التي يمكن aromatize مزيد ظل ظروف الأكسدة 5. من خلال استخدام الحرارية داخل الجزيء رد فعل DA dehydrogenative من dienes الستايرين مع الألكاينات، والمشاكل التي ترتبط عادة مع استخدام الستايرين باعتبارها ديني، غير مرغوب فيها مثل [2 + 2] الاضافه الحلقيه و5،6 تفاعلات البلمرة 7 و regioselectivity الفقراء، وتخفيف والنفثالين المركبات يمكن أن تتولد.
الحرارية داخل الجزيء رد فعل DA dehydrogenative من الستايرين مع أمكانيات لا يخلو من قضايا كبيرة. أولا، معظم ردود الفعل يعانون من العائدات المنخفضة، وأوقات رد الفعل طويلة، ودرجات الحرارة العالية رد فعل 8-11. بالإضافة إلى ذلك، العديد من ردود الفعل لا تشجع تشكيل الحصري للمنتج النفثالين، ويتم إنتاج كل من النفثالين وdihydronaphthalene، وغالبا ما ينفصل من الخلائط اللوني العمود 11،12. وتقتصر الحبال أيضا من السلائف الستايرين-ynes لتشمل heteroatoms و / أو الأنصاف الكربونيل. وتفيد التقارير مثال واحد فقط لجميع حبل المحتوية على الكربون، والتي تتطلب ظروف من 250 ° C لمدة 48 ساعة أنيق من أجل الحصول على النفثالين تشكيل 10.
بالإضافة إلى مجموعة محدودة داخل الحبال من المواد الأولية، واحدة من القيود أشد من هذه المنهجية هو عدم وجود وظائف القبول بها تحت الظروف الحرارية التقليدية.وإما غير المستبدل محطة الكاين من المواد ابتداء أو إلحاق مع شاردة (TMS) فينيل أو trimethylsilyl 8-13. في حالة واحدة، يظهر استر في محطة الكاين على الخضوع لتفاعل DA dehydrogenative، ولكن هذه النتائج في خليط من النفتالين والمنتجات dihydronaphthalene 11 اقتراح في وقت لاحق إلى أن مجموعة TMS إلحاق محطة الكاين ضروري لتحقيق الحصري تشكيل النفثالين في عوائد عالية 10. ونقص من وظائف متنوعة الإبلاغ عن ردود الفعل الحرارية DA dehydrogenative يحد بشدة من قدرة رد الفعل هذا تجاه تجميع الهياكل النفثالين فريدة من نوعها.
الرغبة في الاختلاف في الهياكل النفثالين ينبع من وظيفتها صغيرة اللبنات جزيء في العديد من المجالات العلمية، والأصباغ الفلورية العضوية خاصة 14،15. القرار ممتاز والاستجابة المكانية مرات من ORG الصغيرةوقد أدى الأصباغ القرآنية لرصد الأحداث في الوقت الحقيقي 16 إلى تطوير مركبات الفلورسنت مئات متاحة تجاريا. العديد من هذه الأصباغ هي النفثالين مع خصائص منفصلة photophysical والكيميائية 15. اختيار الأصباغ الفلورية مع خصائص محددة لرصد وظائف الفردية هو أمر صعب، الأمر الذي يؤدي إلى حاجة متزايدة لفئات جديدة من fluorophores مع المزيد من العقارات photophysical متنوعة. ولهذه الغاية، فإن رد فعل الحراري داخل الجزيء DA dehydrogenative من الستايرين مع الألكاينات التي تسمح لتنويع سقالة النفثالين فريدة يحتمل أن تكون مفيدة مع تطبيق لتطوير جديدة النفثالين التي تحتوي على الأصباغ الفلورية.
كبديل للتدفئة التقليدية، بمساعدة الميكروويف الكيمياء هو مفيد لأنه يقدم التدفئة أكثر اتساقا من العينة الكيميائية، الأمر الذي يؤدي إلى عائدات أعلى الكيميائية، ومعدلات أسرع رد فعل، رد فعل أخف حالةق، والانتقائية في كثير من الأحيان مختلفة من المنتجات 17. توظيف الظروف التدفئة بمساعدة الميكروويف مقابل التقليدية للتفاعل DA dehydrogenative داخل الجزيء من الستايرين يعمل على القضاء على الكثير من المشاكل المرتبطة بهذه المنهجية من خلال تقليل الوقت رد فعل من أيام إلى دقائق، وزيادة المحصول الضعيف في السابق، وتخفيض درجات الحرارة رد فعل، وتقديم تشكيل أكثر انتقائية النفثالين للمنتج المطلوب. قد ظروف التفاعل بمساعدة الميكروويف تكون أيضا أكثر عرضة لتسهيل إدماج أكبر مجموعة متنوعة من الوظائف في المنتجات النفثالين الذي كان بعيد المنال في السابق. وقد أبلغ مثال واحد فقط قبل استخدام الميكروويف بمساعدة الظروف للتفاعل DA dehydrogenative التي تم الحصول على عائد 90٪ من كل من النفثالين وdihydronaphthalene في اقل من 15 دقيقة في 170 درجة C 12.
وتفيد التقارير الواردة من dehydroge بمساعدة الميكروويف داخل الجزيءالأم DA رد فعل المشتقات styrenyl أن يؤدي إلى تشكيل الحصري لمنتجات النفثالين functionalized ومتنوعة في اقل من 30 دقيقة وعالية في كمية الغلة إلى 18. ويتجلى كذلك فائدة هذا البروتوكول من قبل التحويل من خطوة واحدة من منتج النفثالين في صبغة الفلورسنت solvatochromic الرواية مع خصائص photophysical التي تنافس من أن صبغة شعبية Prodan المتاحة تجاريا 19.
Protocol
Representative Results
Discussion
تفاعل بمساعدة الميكروويف DA Dehydrogenative
وداخل الجزيء رد فعل DA dehydrogenative السلائف من أشعة الميكروويف styrenyl (MWI) تنتج هياكل النفثالين متنوعة في غلة عالية من 71-100٪ وأوقات رد الفعل قصيرة، الأمر الذي يتطلب اقل من 30 دقيقة (الشكل 1) 18.</sup…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر مؤسسة العلوم الوطنية (CHE0910597) والمعاهد الوطنية للصحة (P50-GM067982) لدعم هذا العمل. ونحن ممتنون للأستاذ مايكل Trakselis (جامعة بيتسبرغ) لإجراء مناقشات مفيدة بشأن قياسات مضان. نعترف كريستي Gogick وروبن سلون (جامعة بيتسبرغ) لمساعدتها في جمع البيانات مضان.
Materials
| Reagent/Material | |||
| 1,2-Dichloroethane, 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 |
References
- Wender, P. A., Miller, B. L. Synthesis at the molecular frontier. Nature. 460, 197-201 (2009).
- Takao, K. -. i., Munakata, R., Tadano, K. -. i. Recent Advances in Natural Product Synthesis by Using Intramolecular Diels-Alder Reactions. Chem. Rev. 105 (12), 4779-4807 (2005).
- Winkler, J. D. Tandem Diels-Alder Cycloadditions in Organic Synthesis. Chem. Rev. 96 (1), 167-176 (1996).
- Wessig, P., Müller, G. The Dehydro-Diels-Alder Reaction. Chem. Rev. 108 (6), 2051-2063 (2008).
- Wagner-Jauregg, T. Thermische und photochemische Additionen von Dienophilen an Arene sowie deren Vinyloge und Hetero-Analoge; II. Synthesis. (10), 769-798 (1980).
- Ohno, H., et al. A Highly Regio- and Stereoselective Formation of Bicyclo[4.2.0]oct-5-ene Derivatives through Thermal Intramolecular [2 + 2] Cycloaddition of Allenes. J. Org. Chem. 72 (12), 4378-4389 (2007).
- Stille, J. K., Chung, D. C. Reaction of Vinylidene Cyanide with Styrene. Structure of the Cycloadduct and Copolymer. Macromolecules. 8 (1), 83-85 (1975).
- Klemm, L. H., Klemm, R. A., Santhanam, P. S., White, D. V. Intramolecular Diels-Alder reactions. VI. Synthesis of 3-hydroxymethyl-2-naphthoic acid lactones. J. Org. Chem. 36 (15), 2169-2172 (1971).
- Klemm, L. H., McGuire, T. M., Gopinath, K. W. Intramolecular Diels-Alder reactions. 10. Synthesis and cyclizations of some N-(cinnamyl and phenylpropargyl)cinnamamides and phenylpropiolamides. J. Org. Chem. 41 (15), 2571-2579 (1976).
- Ozawa, T., Kurahashi, T., Matsubara, S. Dehydrogenative Diels-Alder Reaction. Org. Lett. 13 (19), 5390-5393 (2011).
- Chackalamannil, S., et al. A facile Diels-Alder route to dihydronaphthofuranones. Tetrahedron Lett. 41 (21), 4043-4047 (2000).
- Ruijter, E., et al. Synthesis of Polycyclic Alkaloid-Type Compounds by an N-Acyliminium -Pictet-Spengler/Diels-Alder Sequence. Synlett. 2010, 2485-2489 (2010).
- Toyota, M., Terashima, S. A novel synthesis of the basic carbon framework of fredericamycin A. Promising routes for the spiro chiral center construction of the CD-ring system. Tetrahedron Lett. 30 (7), 829-832 (1989).
- de Koning, C. B., Rousseau, A. L., van Otterlo, W. A. L. Modern methods for the synthesis of substituted naphthalenes. Tetrahedron. 59 (1), 7-36 (2003).
- Johnson, I., Spence, M. T. Z. . The Molecular Probes Handbook, A Guide to Fluorescent Probes and Labeling Technologies. , 1051 (2010).
- Fernández-Suárez, M., Ting, A. Y. Fluorescent probes for super-resolution imaging in living cells. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 9 (12), 929-943 (2008).
- Kappe, O. C., Dallinger, D., Murphree, S. . Practical Microwave Synthesis for Organic Chemists. , (2009).
- Kocsis, L. S., Benedetti, E., Brummond, K. M. A Thermal Dehydrogenative Diels-Alder Reaction of Styrenes for the Concise Synthesis of Functionalized Naphthalenes. Org. Lett. 14 (17), 4430-4433 (2012).
- Benedetti, E., Kocsis, L. S., Brummond, K. M. Synthesis and Photophysical Properties of a Series of Cyclopenta[b]naphthalene Solvatochromic Fluorophores. J. Am. Chem. Soc. 134 (30), 12418-12421 (2012).
- OriginLab Corporation. . Origin 8 User Guide. , (2007).
