Преобразования CO2 проводятся в одношаговой двухступенчатой процедуре синтеза сложных молекул. Селективное 4 e– сокращение CO2 с гидроборановый редуктор дает реактивный и универсальный бис (борил)ацетальный промежуточный, который впоследствии участвует в реакции конденсации или карбено-опосредованного C-C соединения поколения.
Преобразования CO2 с использованием двухступенчатого метода с одним горшком представлены в настоящем. Цель юаней состоит в том, чтобы предоставить доступ к различным продуктам с добавленной стоимостью и, в частности, создать хиральные углеродные центры. Решающим первым шагом является селективное двойное гидроборация CO2, катализированного комплексом гидридов железа. Продукт, полученный с этим 4 e– сокращение редких бис (борил)ацетал, соединение 1, который подвергается на месте трех различных реакций на втором этапе. Первая реакция касается реакции конденсации с (диизопропил)фениламин, предоставляя соответствующий имин 2. Во второй и третьей реакции, промежуточный 1 реагирует с триазол-5-ylidene (Эндерс’ carbene) позволить соединения 3 или 4, в зависимости от условий реакции. В обоих соединениях образуются связи C-C, а хиральные центры образуются из CO2 как единственного источника углерода. Соединение 4 экспонатов два хиральных центров, полученных в диастереоселективный образом в механизме формозного типа. Мы доказали, что оставшийся фрагмент борила играет ключевую роль в этом беспрецедентном стереоконтроле. Интерес метода стоит на реактивной и универсальной природе 1,что приводит к различным сложным молекулам из одного промежуточного. Сложность двухступенчатого метода компенсируется общим коротким временем реакции (2 ч для большего времени реакции) и мягкими условиями реакции (от 25 градусов по Цельсию и от 1 до 3 атм CO2).
В свете большой заинтересованности в использовании CO2 в качестве устойчивого источника углерода1,2,3, цель метода заключается в преобразовании CO2 в различные продукты с добавленной стоимостью.
Интенсивные исследования направлены на функционализацию CO24,5 или уменьшение его в formic acid (2 e– reduction), окиси углерода (2 e– сокращение), метанола (6 e– сокращение) или метана (8 e– сокращение)1,6. Перехват 2 e– редукционный продукт с амином, в частности, приводит к формамидаиду и метиламина7,8,9. Эти области исследований являются наиболее передовыми до сих пор. Однако объем доступных функций и добавленная стоимость продуктов, сформированных по сравнению со стартовыми материалами, остаются довольно минимальными.
Чтобы обойти это ограничение, мы сосредоточили i) на 4 e– сокращение CO2 и ii) на применении двухступенчатой процедуры одного горшка. Интерес двухступенчатой процедуры состоит в том, чтобы ограничить вопросы совместимости между этими двумя шагами и, следовательно, расширить тип реактивности, который может быть проведен после первого шага сокращения. Мы целевых 4 e– сокращение CO2, потому что формальдегид – простейшая 4 e– сокращение продукта – является особенно реактивным и универсальным источником углерода10,11. Он используется в реакции конденсата в качестве источника метилена и может быть полимеризован в углеводы. Последний – называется formose реакции- это впечатляющая трансформация генерации углеродной цепи и хиральных углеродных центров исключительно из формальдегида и представляет большой интерес для синтетических-12,13 и пребиотик-химии14,15,16. Хотя мы можем наблюдать свободный формальдегид от CO2 гидроборации17, его селективное поколение в однородных условиях по-прежнему беспрецедентным. Вместо формальдегида мы разработали синтез бис (борил)ацеталсоединения 1 из селективного двойного гидроборации CO2 18,19.
В одном горшке два шага процессов мы доказываем здесь, что в том же банке, это промежуточные 1 i) реагирует как суррогат формальдегида в реакции конденсации18 или ii) приводит к изменению формозтипа реакции20. В этой последней реакции, C-C связи и хиральный углеродных центров получены.
В этом виде мы представляем двухступенчатые универсальные преобразования CO2 в сложные продукты. Первый этап метода касается селективного 4 e– сокращения CO2 с гидроборановый редуктор. Этот шаг имеет решающее значение, потому что избирательность к 4 e– сокращение является сложной задачей. Очень немногие системы были зарегистрированы, которые описывают селективное поколение бис (boryl)acetal23,24,25. В нашем случае комплекс гидрида железа катализает этот селективный 4 e– уменьшение CO2 с 9-BBN, предоставляя соединение 1,при мягких условиях (25 градусов по Цельсию) и с очень коротким временем реакции (45 мин)(рисунок 2)18. Наше исследование показывает, что условия реакции очень важны. В нашей руке каждая попытка изменить концентрацию, растворитель, давление CO2 и температуру приводили к снижению урожайности в соединении 1. Более длительное время реакции также вредно, поскольку оно приводит к чрезмерному снижению уровня метанола или эволюции биса (борил)ацетала в несколько олигомерных соединений. Исходя из нашего опыта, необходимо проверить результаты этого шага сокращения на situ 1H NMR характеристики. Воспроизводимость метода должна быть исследована в течение нескольких запусков.
Реакция конденсации на месте промежуточного 1 с громоздким анилином приводит к соответствующему имину 2 (рисунок 2). Это простой метод и соединение 2 легко формируется в высокой урожайности (83%). Эта реакция также может быть использована для зондирования эффективности шага сокращения. Этот метод является единственным методом, позволяющим синтез функции имина из CO2. Кроме того, промежуточный 1 оказался универсальным источником метилена в различных реакциях конденсата, что привело к образованию сеярок C-N, C-O, C-C и C’C облигаций18. Этот метод, таким образом, предлагает простой способ использования CO2 в качестве суррогата формальдегида в реакциях конденсата26.
Промежуточный 1 реагирует с карбеном Эндера, чтобы позволить себе соединения 3 или 4, в зависимости от условий реакции(Рисунок 3)20. При поддержке углубленного экспериментального и теоретического исследования мы смогли объяснить наблюдаемую реактивность. В этом случае соединение 1 не реагирует как формальдегид, так как boryl moieties остаются в соединениях 3 и 4. Эта особенность возникает из формирования беспрецедентного O-Borylated Бреслоу промежуточных(рисунок 3)27,28,29,30,31,32. Этот промежуточный не наблюдается экспериментально, но может выступать в качестве двухфункционального Льюис кислоты / Льюис базовый активатор к CO2 позволить себе соединение 3 или приводит к гомокупированию еще два углеродных центров, чтобы позволить себе соединение 4. В обоих продуктах, хиральные центры генерируются и в случае соединения 4, два хиральных центров, C2 и C3, получаются в диастереоселективной манере, благодаря наличию преодоления фрагмента борила.
Достижения, представленные в этом вопросе, стали возможны благодаря используемому двухступенчатому методу одного горшка и высокой и универсальной реактивности промежуточного 1, полученного из селективного 4e– снижению CO2. Следуя аналогичному методу дальнейшего улучшения сферы охвата и сложности синтезированных молекул, на продолжениях работы посвящены i) для настройки свойств биса (борил)ацетала при использовании других гидроборановых редуктов и ii) для зондирования различных условий соединения при использовании других органокатализаторов.
The authors have nothing to disclose.
С.Д. благодарит Президента Миди-Пиренеи и Университет Тулузы за докторскую стипендию. Д. З. благодарит Китайский совет стипендий за докторскую стипендию. А.М. благодарит COLFUTURO за докторскую стипендию. С.Б. благодарит программу ANR JCJC «ICC» и профессора А. Леона за плодотворную дискуссию.
Wilmad quick pressure valve NMR tube 5 mm diam. | Sigma-Aldrich | Z562882-1EA | |
Filtre-seringue PTFE hydrophobe Ø 25 mm pores 0,22 µm | UGAP | 2528593 | |
Fisher Porter | Home made system | ||
9-borabicyclo[3.3.1]nonane dimer | Sigma-Aldrich | 178713 | |
FeCl2 (anhydrous) | Strem | MFCD00011004 | |
d,l-Glyceraldehyde | Sigma-Aldrich | G5001 | |
2,6-(diisopropyl)phenylamine | Sigma-Aldrich | 374733 | |
dimethylphosphinoethane | Strem | MFCD00008511 | |
Tetrahydrofuran | Carlo Erba | solvent | |
Diethyl ether | Carlo Erba | solvent | |
Pentane | Carlo Erba | solvent | |
Tetrahydrofuran D8 | Eurisotop | D149FE |