מיקרוגל בסיוע תגובות Dehydrogenative intramolecular דילס-Alder לסינתזה של Naphthalenes הפונקציונלי / צבעי Solvatochromic
Summary
dehydrogenative intramolecular מיקרוגל בסיוע דילס-Alder תגובות (DA) לספק גישה תמציתית לcyclopenta הפונקציונלי [<em> ב</em>] אובניים בניין נפתלין. התועלת של מתודולוגיה זו באה לידי ביטוי בגיור צעד אחד מcycloadducts DA dehydrogenative לצבעי ניאון solvatochromic רומן באמצעות תגובות וכוואלד-הרטוויג פלדיום catalyzed-צימוד צולב.
Abstract
naphthalenes הפונקציונלי יש יישומים במגוון רחב של תחומי מחקר החל הסינתזה של מולקולות טבעיות או פעילות מבחינה ביולוגית להכנת צבעים אורגניים חדשים. למרות אסטרטגיות רבות כבר דיווחו לגשת פיגומי נפתלין, הליכים רבים עדיין מציגים מגבלות במונחים של פונקציונליות שילוב, אשר בתורו מצמצם את הטווח של מצעים זמינים. פיתוח השיטות מגוונות לגישה ישירה לnaphthalenes החליף לכן רצוי מאוד.
תגובת דילס-Alder (DA) cycloaddition היא שיטה חזקה ואטרקטיבית להקמת מערכות טבעת רוויות ולא רוויות מחומרי מוצא זמינים ונגישים. תגובה חדשה מיקרוגל בסיוע intramolecular dehydrogenative DA של נגזרי styrenyl מתואר כאן מייצרת מגוון cyclopenta הפונקציונלי [b] naphthalenes שלא ניתן היה שהוכן באמצעות שיטה סינטתית קיימותs. בהשוואה לחימום קונבנציונלי, קרינת מיקרוגל מאיצה שיעורי תגובה, משפרת את התשואות, ומגבילה את היווצרות תוצרי לוואי בלתי רצויים.
התועלת של פרוטוקול זה היא ביטוי נוסף בהמרה של cycloadduct התובע לצבע פלואורסצנטי solvatochromic רומן באמצעות קטליזאטור פלדיום תגובת וכוואלד-הרטוויג-צימוד. קרינת ספקטרוסקופיה, כשיטה אנליטית אינפורמטיבי ורגישה, ממלא תפקיד מרכזי בתחומי מחקר, כוללים מדעי הסביבה, רפואה, רוקחות, ביולוגיה תאית. גישה למגוון רחב של fluorophores האורגני החדש שמספק את תגובת תובע dehydrogenative מיקרוגל בסיוע מאפשרת להתקדמות נוספת בתחומים אלה.
Introduction
עיצוב מולקולה קטנה וסינתזה הוא קריטי לפיתוח של מגוון רחב של תחומים מדעיים, הכוללים תרופות, חומרי הדברה, צבעים אורגניים, ועוד רבי 1. דילס-Alder (DA) וdehydro-דילס-Alder תגובות (DDA) הם כלים חזקים במיוחד בסינתזה של מחזורי קטנים ותרכובות ארומטיות 2-4. בנוסף, תגובות תרמיות dehydrogenative DA של dienes סטירן עם dienophiles alkyne לספק מסלול פוטנציאל מועיל לסינתזה של תרכובות ארומטיות בתחילה על ידי יצירת cycloadducts שתוכל להמשיך ולבשם בתנאי חמצונים 5. על ידי העסקת תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של dienes סטירן עם alkynes, הבעיות קשורות בדרך כלל עם סטירן ניצול כdiene, כגון לא רצויות [2 + 2] cycloaddition 5,6 ותגובות פולימריזציה 7 ורגיוסלקטיביות העניה, הקלה ובנפטלין תרכובות יכול להיות שנוצר.
תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של סטירנים עם alkynes היא לא בלי בעיות ניכרות. ראשית, רוב התגובות סובלות מתשואות נמוכות, זמני תגובה ארוכים, וטמפרטורות גבוהות תגובה 8-11. בנוסף, תגובות רבות לא לקדם היווצרות בלעדית של מוצר הנפטלין; הן הנפטלין וdihydronaphthalene מיוצרים, לעתים כתערובת בלתי נפרדת של כרומטוגרפיה עמודה 11,12. את הרצועות של מבשר סטירן ynes גם מוגבלות לכוללות moieties קרבוניל heteroatoms ו / או. רק דוגמה אחת היא דיווחה לכל רצועה מכילה פחמן, הדורשת תנאים של 250 מעלות צלזיוס במשך 48 שעות מסודרות על מנת לקבל היווצרות הנפטלין 10.
בנוסף למגוון מצומצם בתוך הרצועות של חומרי המוצא, אחד מהאילוצים החמורים ביותר של מתודולוגיה זו היא החוסר פונקציונלי הנסבל בתנאים התרמיים הקונבנציונליים.התחנה הסופית alkyne של חומר הגלם היא unsubstituted או צורפה פניל או trimethylsilyl מחצית (TMS) 8-13. במקרה אחד, אסתר בתחנה הסופית alkyne מוצגת לעבור את תגובת תובע dehydrogenative, אבל זה תוצאות תערובת של מוצרי dihydronaphthalene נפטלין ו11. הצעה אחרת מצביעה על כך שקבוצת TMS תצורף לתחנה הסופית alkyne היא הכרחית כדי להשיג היווצרות נפטלין בלעדית בתשואות גבוהות 10. המחסור פונקציונלי מגוונים דיווח לתגובות DA dehydrogenative תרמיות מגביל מאוד את הפוטנציאל של התגובה הזאת לכיוון ההרכבה של מבני נפתלין ייחודיים.
הרצון לשינוי במבני נפתלין נובע מתפקידם כאבני בניין מולקולה קטנים בכמה תחומים מדעיים, צבעי ניאון אורגניים במיוחד 14,15. רזולוציה מרחבית מעולה ותגובה פעמים של org הקטןצבעי anic לניטור 16 אירועים בזמן אמת הובילו לפיתוח של מאת תרכובות ניאון זמינות מסחרי. רבים מהצבעים האלה הם naphthalenes בעלי תכונות בדידות photophysical וכימיות 15. בחירת צבעי ניאון עם מאפיינים ספציפיים כדי לפקח על פונקציות בודדות היא מאתגרת, מה שמוביל לצורך הולך וגובר לסוגים חדשים של fluorophores בעלי תכונות photophysical מגוונות יותר. לשם כך, תגובת תרמית intramolecular dehydrogenative DA של סטירנים עם alkynes המאפשרת גיוון של נפטלין פיגום ייחודי תהיה פוטנציאל מועילה עם יישום לפיתוח צבעים חדשים המכילים נפטלין-ניאון.
כחלופה לחימום קונבנציונלי, כימית המיקרוגל בסיוע יש יתרון משום שהיא מציעה חימום אחיד יותר של המדגם הכימי, מה שמוביל לתשואות גבוהות יותר כימיות, שיעורי תגובה מהירות יותר, מצב תגובה מתונה יותרזה, ולעתים קרובות סלקטיביות שונה של מוצרים 17. העסקת תנאי חימום סיוע-מיקרוגל לעומת קונבנציונליים לתגובת תובע dehydrogenative intramolecular של סטירנים משמשת לחסל רב מהבעיות הקשורות במתודולוגיה זו על ידי צמצום זמן תגובה מימים לדקות, הגדלת תשואות העבר עניות, הפחתת טמפרטורות תגובה, ומציע היווצרות סלקטיבית יותר של המוצר הרצוי הנפטלין. תנאי תגובת מיקרוגל בסיוע יכולים להיות גם סיכוי גבוהים יותר כדי להקל על שילוב של מגוון רחב יותר של המוצרים פונקציונליים לנפתלין שהיה בעבר בלתי ניתן להשגה. רק דוגמה אחת לפני שדווחה ניצול תנאי מיקרוגל בסיוע לתגובת תובע dehydrogenative שבתשואה של 90% והן נפטלין dihydronaphthalene הושגה בקטן כמו 15 דקות ב 170 מעלות צלזיוס 12.
מסמך זה הוא דיווח dehydroge intramolecular מיקרוגל בסיועתגובת תובע יליד נגזרי styrenyl שמובילים להיווצרות הבלעדית של מוצרי נפתלין פונקציונליים ומגוונים בקטן כמו 30 דקות וב 18 לתשואות גבוהות כמותיים. התועלת של פרוטוקול זה באה לידי הביטוי גם על ידי המרה של צעד אחד של מוצר נפטלין לצבע רומן solvatochromic ניאון עם מאפייני photophysical שמתחרה של צבע Prodan הזמין מסחרי הפופולרי 19.
Protocol
Representative Results
Discussion
תגובת תובע Dehydrogenative מיקרוגל-Assisted
תגובת intramolecular dehydrogenative DA של מבשרי styrenyl ידי הקרנת מיקרוגל (MWI) מייצרת מבני נפתלין מגוונים בתשואות גבוהות של 71-100% וזמני תגובה קצרים, שדורשת קצת כמו 30 דקות (איור 1) 18. ההיבט הקשה ביותר של בי?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לקרן הלאומי למדע (CHE0910597) והמכונים הלאומיים לבריאות (P50-GM067982) לתמיכה בעבודה זו. אנו מודים לפרופסור מיכאל Trakselis (אוניברסיטת פיטסבורג) לדיונים מועילים בדבר מדידות קרינה. אנו מכירים קריסטי Gogick ורובין סלואן (אוניברסיטת פיטסבורג) על סיועם באיסוף נתוני קרינה.
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).
