Fonksiyonlu naftalenlerin / Solvatochromic Boyaların Sentez için Mikrodalga-destekli Moleküliçi Dehydrogenative Diels-Alder Reaksiyonları
Summary
Mikrodalga-destekli intramoleküler dehydrogenative Diels-Alder (DA) reaksiyonları Fonksiyonlu siklopenta için kısa erişim sağlamak [<em> B</em>] Naftalin yapı taşlarıdır. Bu metodolojinin yarar Buchwald-Hartwig paladyum katalizli çapraz bağlama reaksiyonları vasıtasıyla yeni solvatochromic floresan boyalar içine dehydrogenative DA cycloadducts bir adım dönüşümü ile ortaya konmuştur.
Abstract
Fonksiyonlu naftalenler, doğal ya da biyolojik olarak aktif moleküllerin sentezi yeni organik boyaların hazırlanması kadar araştırma alanlarda çeşitli uygulamaları vardır. Çok sayıda stratejileri naftalin iskelelerinin ulaşmak için bildirilmiş olmasına rağmen, pek çok işlemde amirinden mevcut malzemelerin yelpazesi daraltır içeren işlevselliği açısından sınırlamalar mevcut. Değiştirilen naftalinler doğrudan erişim için çok yönlü yöntemlerin geliştirilmesi bu nedenle son derece arzu edilir.
Diels-Alder (DA) siklo reaksiyon kolayca temin edilebilir başlangıç malzemelerinden, doymuş ve doymamış halka sistemlerinin oluşumu için güçlü ve çekici bir yöntemdir. Styrenyl türevlerinin yeni bir mikrodalga-destekli molekül-içi dehydrogenative DA reaksiyon tarifnamede fonksiyonalitesine siklopenta çeşitli üretir açıklandığı gibi [b] Mevcut sentetik yöntem kullanılarak hazırlanabilir değil naftalenlers. Geleneksel ısıtma ile karşılaştırıldığında, mikrodalga radyasyon, reaksiyon hızları hızlandırır verimi artırır ve istenmeyen yan ürünlerin oluşumunu sınırlar.
Bu protokol daha fazla bir yarar Buchwald-Hartwig paladyum katalizli çapraz-bağlama reaksiyonu yolu ile, yeni bir solvatochromic floresan boya içine bir DA cycloadduct dönüşümü ile ortaya konmuştur. Floresans spektroskopisi, bilgilendirici ve hassas analitik tekniği olarak, çevre bilimleri, tıp, farmakoloji ve hücresel biyoloji gibi araştırma alanlarında önemli bir rol oynar. Mikrodalga destekli dehydrogenative DA reaksiyonu sonucu elde edilen yeni organik floroforlar, çeşitli erişim bu alanda daha fazla ilerlemesini sağlar.
Introduction
Küçük molekül tasarımı ve sentezi ilaç, böcek ilaçları, organik boyalar, ve 1 daha birçok içerir bilimsel alanlarda bir dizi gelişimi için çok önemlidir. Diels-Alder (DA) ve dehidro-Diels-Alder (DDA) reaksiyonlar küçük halkalı ve aromatik bileşikler 2-4 sentezi özellikle güçlü araçlardır. Buna ek olarak, alkin dienophiles ile stiren dienlerin termal dehydrogenative DA reaksiyonlar, başlangıçta daha ileri oksidasyon koşulları altında 5 aromatize olabilir cycloadducts oluşturmak suretiyle aromatik bileşiklerin sentezi için potansiyel olarak yararlı bir yol sağlar. Alkinler ile stiren dienlerin bir termal intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyon kullanılarak, problemler tipik olarak, bu gibi istenmeyen [2 + 2] siklo 5,6 ve polimerizasyon reaksiyonları 7 ve zayıf seçimlilik, giderilir ve naftalin bileşikleri olarak bir dien olarak kullanan stiren ile ilişkili oluşturulabilir.
Alkinler ile stiren termal intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyon ciddi sorunlar olmadan değildir. İlk olarak, en reaksiyonu, düşük verimleri, uzun reaksiyon süreleri ve yüksek reaksiyon sıcaklıkları 8-11 muzdarip. Ayrıca, birçok tepkiler naftalin ürünün münhasır oluşumunu teşvik yok, naftalin ve bakır çifti ile işlenir hem üretilen, genellikle kolon kromatografisi 11,12 ile ayrılmaz karışımları gibi. Haberci stiren-Ynes ve bağlama elemanları, aynı zamanda heteroatom ve / veya karbonil parçalan dahil etmek için sınırlıdır. Sadece bir örnek 250 koşullar gerektiren, her bir karbon-içeren ip için rapor edilir ° C naftalin oluşumu 10 elde etmek üzere 48 saat boyunca muntazam.
Başlangıç maddelerinin bağlama elemanları içinde sınırlı çeşitli ek olarak, bu yöntem en çok ciddi kısıtlamalar bir konvansiyonel termal koşullar altında tolere özelliğe sahip olmamasıdır.Başlangıç malzemesinin alkin terminus ya da ikame edilmemiş ya da bir fenil ya da trimetilsilil (TMS), 8-13 parça ile eklenir. Bir örnekte, alkin terminusta bir ester dehydrogenative DA reaksiyon geçmesi için gösterilmiştir, ancak naftalin ve bakır çifti ile işlenir ürünleri 11 oluşan bir karışım içinde sonuçlanır. Bir sonraki önerisi Alkin terminus ekleyeceği bir TMS grup yüksek verimler 10 seçkin naftalin oluşumu ulaşmak için gerekli olduğunu göstermektedir. Termal dehydrogenative DA reaksiyonlar için bildirilen çeşitli işlevleri eksikliği ciddi bir şekilde eşsiz naftalin yapıların montaj karşı bu reaksiyonun muhtemel sınırlar.
Naftalin yapılarda varyasyon arzusu çeşitli bilimsel alanlarda, özellikle organik floresan boyalar 14,15 küçük molekül yapı taşları olarak işlev kaynaklanmaktadır. Küçük org mükemmel uzaysal çözünürlüğü ve tepki zamanlarıgerçek zamanlı olaylar 16 izleme anic boyaları piyasada mevcut floresan bileşikler yüzlerce gelişmesine yol açmıştır. Bu boyaların çok farklı fotofiziksel ve kimyasal özellikleri ile 15 naftalen vardır. Bireysel fonksiyonlarını izlemek için belirli özelliklere sahip floresan boya seçimi daha farklı fotofiziksel özelliklere sahip floroforlar yeni sınıfları için giderek artan bir ihtiyaç yol açan zorlu. Bu amaçla, bir tek naftalin iskele çeşitlendirilmesi için izin verir alkinler ile stiren bir termal intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyon yeni naftalin-içeren floresan boyalar geliştirmek için uygulama ile potansiyel olarak yararlı olacaktır.
Daha yüksek kimyasal verim yol açan kimyasal örnek daha düzgün ısıtma, daha hızlı reaksiyon oranları, daha hafif reaksiyon şartlarında sağlar, çünkü geleneksel ısıtma için bir alternatif olarak, mikrodalga destekli kimya avantajlıürünleri 17 s, ve genellikle farklı seçicilik. Stiren intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyonu için mikrodalga-destekli konvansiyonel ısıtma koşulları çalışanı, daha önce kötü verimi artırarak, dakika gün tepki zamanı azaltarak reaksiyon sıcaklıklarının düşürülmesi ve daha seçici oluşum sunarak bu metodoloji ile ilgili sorunların çoğunu ortadan kaldırmak için hizmet vermektedir İstenen naftalin ürün. Mikrodalga-destekli reaksiyon koşulları, daha önce ulaşılmaz olan naftalin ürünlerin işlevselliği daha büyük bir çeşitlilik ana sözleşmesinde kolaylaştırmak için daha yüksek olabilir. Sadece bir örnek, önceki naftalin bakır çifti ile işlenir ve her ikisi de% 90 verim 170 ° C 12 'de 15 dakika kadar kısa olarak elde edildiği dehydrogenative DA reaksiyon için mikrodalga destekli koşulları kullanılarak rapor edilmiştir.
Burada bir mikrodalga-destekli intramoleküler dehidrojenaz bildirilmiştirgibi az 30 olarak min ve kantitatif verim yüksek 18 Fonksiyonlu ve farklı naftalin ürünlerin özel oluşumuna yol açar styrenyl türevleri yerli DA reaksiyonu. Bu protokol daha fazla yarar popüler ticari olarak temin boya Prodan 19, bu rakip fotofiziksel özelliklere sahip olan yeni solvatochromic floresan boya içine bir naftalin ürünün tek aşamalı dönüşümü ile ortaya konmuştur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikrodalga Destekli Dehydrogenative DA Reaksiyonu
Mikrodalga ışınlama ile styrenyl öncüllerinin intramoleküler dehydrogenative DA reaksiyonu (MWI) gibi az 30 olarak dk (Şekil 1) 18 gerektiren, 71-100% yüksek verim ve kısa reaksiyon sürelerinde çeşitli naftalin yapılar üretmektedir. Dehydrogenative DA reaksiyonu gerçekleştirmenin en zor yönü çözücü özellikleri çeşitli optimum ısıtma sağlamak için dikkate alınması gerekir, çünkü genell…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz Ulusal Bilim Vakfı (CHE0910597) ve bu işi desteklemek için Ulusal Sağlık Enstitüleri (P50-GM067982) teşekkür ederim. Biz floresans ölçümlerine ilişkin faydalı tartışmalar için profesörü Michael Trakselis (Pittsburgh Üniversitesi) müteşekkiriz. Biz floresans veri toplama onların yardım için Kristy Gogick ve Robin Sloan (Pittsburgh Üniversitesi) kabul ederler.
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).
