Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by Copper(I)-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units | Protocol (Translated to Dutch)
Bereiding van een Corannulene-gefunctionaliseerd Hexahelicene door koper (I) -gekatalyseerde Acetyleenalkoholen-azide Cycloadditiereacties van nonplanar Polyaromatische Units
Een tweestaps Protocol voor Umpolung Functionalization van ketonen Via Enolonium soorten…
1,3,5-Triphenylbenzene en Corannulene als Electron receptoren voor Lithium gesolvateerd elektron Solutions…
Scale-up chemische synthese van thermisch-geactiveerde vertraagde fluorescentie Emitters gebaseerd op de kern van de Dibenzothiophene-S, S-Dioxide…
Voorbereiding en gebruik van samariumdijodide (SMI…
Hier presenteren we een protocol bij een complexe organische verbinding uit drie niet-vlakke polyaromatische eenheden, gemakkelijk geassembleerd met redelijke opbrengsten te synthetiseren.
Gezien hun specifieke geometrie corannulene en helicenen zijn moleculen die een structuur ver van vlakheid kan aannemen en leiden tot interessante eigenschappen. 1-15 In de afgelopen jaren, het zoeken moleculaire receptoren voor koolstofnanobuizen en fullerenen is een actief gebied 16-19 wijten, vooral, om hun potentiële toepassingen als materialen voor organische zonnecellen, transistoren, sensoren en andere apparaten. 20-28 de uitstekende complementariteit in vorm tussen corannulene en een fullereen hebben de aandacht getrokken van een aantal onderzoekers aangetrokken met het oog op het ontwerpen moleculaire receptoren in staat zijn tot oprichting van supramoleculaire vereniging door dispersie krachten. 29-39
De chemie van de bovengenoemde nonplanar polyaromatische verbindingen is gelijk aan die beschreven voor volledig planaire moleculen, maar het is soms moeilijk om geschikte omstandigheden voor de gewenste selectiviteit en opbrengst te bereiken. 40 (7) met drie polyaromatische eenheden in een paar stappen met goede opbrengsten door het toepassen van eenvoudige en typische technieken te vinden in elke onderzoekslaboratorium. Het molecuul is zeer belangrijk omdat het een tangachtige conformatie kan aannemen goede interactie met C 60 37 in oplossing te bewerkstelligen; en kan een onderzoekslijn een potentiële receptor voor hogere fullerenen chirale dankzij de heliceen schakel, die een chiraal molecuul te openen door de aanwezigheid van een stereogeen as. 41-45 echter slechts racemische heliceen worden gebruikt in dit werk.
Op dit moment de enige beperking aan deze receptoren te synthetiseren is de bereiding van helicenen en corannulenes, omdat ze niet in de handel verkrijgbaar. Maar volgens nieuwe werkwijzen elders gepubliceerd 46-48 kunnen in geschikte hoeveelheden worden verkregen in een redelijke korte tijd.
1. functionalisering van 2,15-Dimethylhexahelicene
Dibromering van 2,15-dimethylhexahelicene
Weeg 0,356 g (1,0 mmol) 2,15-dimethylhexahelicene, 0,374 g (2,1 mmol) vers geherkristalliseerd N-broomsuccinimide (NBS) en 24 mg (0,07 mmol) benzoylperoxide (BPO) (70% gew met 30% van water als stabilisator). Plaats alle vaste stof in een 100 ml Schlenk kolf met een magnetische roerstaaf. Zet onder stikstof atmosfeer door drie cycli van gas evacuatie gevolgd door het bijvullen met een inert gas in de Schlenk lijn.
Voeg 21 ml koolstoftetrachloride (CCl4). Ontgas de oplossing door dezelfde evacuatie / navullen proces (stap 1.1.1) onder krachtig roeren en zorgvuldig om massale verlies van oplosmiddel te voorkomen.
Verhitting tot reflux (77 ° C) werd het mengsel met een oliebad gedurende 4 uren. Controleer de reactie door 1 H-kernmagnetische resonantie (NMR). Doubletten tussen 3,7 ppm en 4,0 ppm should verschijnen. Ze wijzen op de aanwezigheid van diastereotopic -CH 2 - groepen (figuur 1).
Zodra dit voltooid is, koel het mengsel tot kamertemperatuur en het oplosmiddel verwijderd onder vacuüm. Het opzetten van een val gevuld met vloeibare stikstof om besmetting pomp te voorkomen.
Los het onzuivere in 30 ml dichloormethaan (DCM), overbrengen naar een rondbodemkolf en meng met 4 g silicagel (kenmerkend add 5 maal het ruwe gewicht). Concentreer het mengsel in een roterende verdamper.
Ondertussen vult een kolom (lengte ongeveer 20 cm en een dikte van 4,5 cm) met SiO 2 gel vooraf gemengd met hexaan / ethylacetaat (95: 5) als mobiele fase. Voeg het mengsel aan de bovenzijde van de kolom en voeg vervolgens een laag zand (2 cm).
Giet in de nieuwe mobiele fase en het uitvoeren van de chromatografie door het verzamelen van fracties in reageerbuizen (meestal 20 ml per buis en 4 ml in de buurt van het verwachte product elutie). Controleer fracties door dunne laag chromatografie(TLC) met dezelfde mobiele fase (hexaan / ethylacetaat 95: 5) en beeld onder UV-licht. Het verwachte product (4b) te elueren bij een retentie (Rf) van 0,35 als een gele olie na het combineren wilden fracties en verwijdering van het oplosmiddel in een rotatieverdamper. 334 mg worden verkregen (opbrengst 65%).
LET OP: Alle Schlenk-technieken, het gebruik van een oliebad voor verwarming en kolomchromatografie instellingen zullen op grote schaal worden gebruikt in de meeste van de protocollen, dus van nu af aan, zullen ze niet worden behandeld in detail en slechts een paar opmerkingen, indien nodig, zal gegeven.
. Figuur 1 1 H-NMR-spectra (500 MHz, CDCl3) van 2,15 -dimethylhelicene (boven) en een monster genomen na 2 uur New signalen, die overeenkomen met -CH2 -.., zijn afgebeeld in een rode cirkel (onder) Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Synthese van 2,15-bis (azidomethyl) hexahelicene
Weeg 0,103 g (0,2 mmol) 2,15-bis (broommethyl) hexahelicene en 0,390 g (6 mmol) natriumazide. Plaats beide vaste stoffen in een Schlenk kolf van 50 ml uitgerust met een magneetstaaf en onder stikstofatmosfeer.
Meng 8,6 ml tetrahydrofuran (THF) met 5,2 ml water (H2O) en giet het mengsel van oplosmiddelen in de Schlenk-kolf. Ontgas de oplossing.
Verhitting tot reflux (65 ° C) gedurende 3 uur. Controleer de reactie met 1H-NMR. -CH 2 - signalen moeten verschuiven naar 3,75 ppm (Figuur 2).
Daarna, cool beneden het mengsel tot kamertemperatuur en verwijder THF onder vacuüm. Verdun met 50 ml H2O
Doe het mengsel in een scheitrechter en extraheer driemaal met 40 ml DCM. Combineer alle organische fasen en was met zuivere H2 O (50 ml).
Zuiver het ruwe door kolomchromatografie over silicagel onder toepassing van hexaan / ethylacetaat (85:15) als mobiele fase waarbij een gele olie werd verkregen bij Rf = 0,38 overeenkomend met 2,15-bis (azomethyl) hexahelicene (5b). 70 mg worden verkregen (opbrengst 80%).
Figuur 2: 1 H-NMR-spectra (500 MHz, CDCl3) 4 b (boven) en een monster genomen na 3 uur(onderaan). Let op de veranderingen in de alifatische regio. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
2. functionalisering van Corannulene
Monobromering van Corannulene
Weeg 0,125 g (0,5 mmol) van corannulene, 89 mg (0,5 mmol) vers geherkristalliseerd NBS en 17 mg goud (III) chloride hydraat.
Plaats alle verbindingen in een 10 ml flesje speciaal voor microgolf reacties uitgerust met een magneetstaaf en vervolgens in een stikstofatmosfeer gebracht met behulp van een 2-hals rondbodemkolf.
7 ml 1,2-dichloorethaan (DCE) en de oplossing ontgast.
Ultrasone trillingen het mengsel gedurende 2 min om goud zoutdeeltjes verspreiden.
Warmte in de microgolfreactor bij 100 ° C gedurende 2 uur.
Wanneer voltooid, breng de ruwe een rondbodemkolf en verwijder oplosmiddel door rotary verdamping.
Zuiver het ruwe door kolom- chromatografie over SiO2 onder toepassing van hexaan als mobiele fase.
OPMERKING: Bromocorannulene (4a) verkregen als een gele vaste stof bij Rf = 0,38. 99 mg worden verkregen (opbrengst 60%). Niet-gereageerde corannulene (3a) kan worden teruggewonnen en opgeslagen voor verdere toepassingen. Het blijkt bij Rf = 0,29.
Sonogashira Koppeling van Bomocorannulene en Ethynyltrimethylsilane
Weeg 49 mg (0,15 mmol) van bromocorannulene, 11 mg (0,015 mmol) [PdCl2 (dppf)] 49,50 (dppf zijnde 1,1-'bis (diphenylphsphino) ferroceen, 3 mg (0,015 mmol) Cul. 51
Plaats alle vaste stoffen in een 50 ml Schlenk kolf met een magneetstaaf en onder stikstofatmosfeer.
Voeg 5,0 ml triethylamine (NEt3) en ontgas het mengsel.
Voeg tenslotte 104 pl (0,75 mmol) ethynyltrimethylsilane.
Sonificeer het mengsel gedurende 2 minverspreiden metal zoutdeeltjes.
Verhit bij 85 ° C gedurende 24 uur met af sonicatie afzetting van metaalzouten voorkomen.
LET OP: Het mengsel kleur wendde zich tot zwart snel, met vermelding van de aanwezigheid van palladium (0).
Afkoelen tot kamertemperatuur en damp NEt3 in vacuo.
Opnieuw oplossen in 20 ml DCM en zuiver door middel van kolomchromatografie over silicagel eluerend met hexaan tot een gele vaste stof bij Rf = 0,28 gevonden volgens 5a. 41 mg worden verkregen (opbrengst 78%).
Opmerking: Als het ruwe product wordt gefiltreerd door een Celite kussen in DCM, kan een redelijk zuiver monster wordt verkregen dan fosfine derivaten niet volledig verwijderd.
Voorbereiding van de Ethynylcorannulene door TMS Ontscherming
Weeg 35 mg (0,10 mmol) 5a en 7,3 mg (0,125 mmol) watervrij kaliumfluoride.
Plaats alle vaste stoffen in een Schlenk kolf van 50 ml uitgerust met een magneetstaaf eenD onder stikstof atmosfeer gebracht.
Meng 4 ml THF en 4 ml methanol (MeOH) en giet het mengsel in de Schlenk kolf. Degas grondig.
Laten reageren bij kamertemperatuur Laat de kolf tegen licht door het bedekken met een ondoorschijnende film. Controleer de reactie door 1H-NMR door naar 3,48 ppm. Een signaal dat overeenkomt met -CCH moeten komen (figuur 3).
Opmerking Hoewel deze verbinding draagt ​​een terminal alkyn dat reactief is en ontleedt snel, we vonden geen problemen tijdens het opwerken hieronder beschreven. Het werd uitgevoerd onder natuurlijk licht worden uitgevoerd.
Eenmaal klaar, verwijder THF onder vacuüm en verdun met 10 ml water, de overdracht van alles naar een scheitrechter.
Extraheer met DCM (3 x 15 ml), een combinatie van alle organische fasen in een rondbodemkolf en geconcentreerd op een rotatieverdamper bij kamertemperatuur eindelijk een gele vaste stof overeenkomend met 6a. 27 mg worden verkregen (kwantitatieve opbrengst).
Figuur 3:.. 1 H-NMR-spectra (500 MHz, CDCI3) van 5 een (boven) en 6 een (onder) -CCH singlet is afgebeeld in een rode cirkel Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Eindmontage per Klik Chemistry
Weeg 15,3 mg (0,035 mmol) van 5b, 20,0 mg (0,073 mmol) van 6a, 1,4 mg (0,007 mmol) ascorbinezuur natriumzout, 1,7 mg (0,007 mmol) van CuSO4 · 5H 2 O.
Plaats alle vaste stoffen in een 50 ml Schlenk kolf uitgerust met amendementagnetic bar en onder stikstof atmosfeer.
Meng 3 ml H2O en 12 ml THF en giet het mengsel in de Schlenk kolf. Ontgas de oplossing grondig.
Verhit bij 65 ° C gedurende 3 dagen met een condensor verbonden met de bovenkant van de kolf en controleer regelmatig de reactie temperatuur te regelen, roeren en oplosmiddel volume. Controleer de reactie met 1H-NMR. Het signaal bij 3,48 ppm verdwijnen en worden verschoven naar 7,27 ppm waarin de consumptie van ethynyl corannulene en het bestaan ​​van de triazool eenheid (figuur 4).
Wanneer voltooid, verwijdert THF onder vacuüm en verdund met 20 ml water, het overbrengen van het mengsel in een scheitrechter.
Extraheer met DCM (3 x 20 ml), een combinatie van alle organische fasen in een rondbodemkolf en geconcentreerd op een rotatieverdamper.
Zuiver het ruwe door kolom- chromatografie over SiO2 waarbij werd geëlueerd met hexaan / ethylacetaat (1: 1) waarbij een lichtgele vaste stof bij Rf = 0,59overeenkomend met 7. 27 mg worden verkregen (opbrengst 75%).
Figuur 4: 1H-NMR spectra (500 MHz, CDCI3) 5 b (boven), 6 a (midden) en een monster genomen na 2 dagen (onder) Let op de verdwijning van -CCH signaal in het ruwe.. Gelieve klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Corannulene (3 a) en 2,15-dimethylhexahelicene (3 b) worden bereid volgens de huidige methoden 46-48 op een eenvoudige wijze met zeer goede opbrengsten (Figuur 5). Beide delen een gemeenschappelijke molecule, 2,7-dimethylnaftaleen, als uitgangsmateriaal, waardoor een afwijkende convergente synthese van het uiteindelijke molecuul.
Figuur 5:. Schematisch route voor de bereiding van corannulene en 2,15 -dimethylhexahelicene niet in dit werk. Voor meer informatie, zie referenties. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Volgens de voorgestelde synthetische route (figuur 6), werd de laatste verbinding bereid met 6 stappen van de bovengenoemde moleculen. 2,15-Dimethylhexahelicene (3 b) werd monobrominated in elke methylgroep vervolgens gesubstitueerd met -N 3 groepen om het eerste fragment te krijgen (5 b). Anderzijds, corannulene (4 a) werd gefunctionaliseerd met een alkynylgroep met bromering gevolgd door Sonogashira CC koppeling en een laatste deprotectiestap. In de laatste reactie werden beide fragmenten gecombineerd met een 1,3-dipolaire cycloadditie gekatalyseerd door Cu (I) zout.
Figuur 6: Synthese van-corannulene gefunctionaliseerde hexahelicene (7) Voorwaarden:. (a) NBS, BPO, CCl4; (b) NaN3, THF / H2O; (C) NBS, goud (III) chloride, DCE, MW; (d) Ethynyltrimethylsilane, Cul, [PdCl2 (dppf)], NEt3; (e) KF, MeOH / H2O; (f) CuSO4 · 5H 2 O, natriumascorbaat, THF / H 2 O. Klik hier voor een grotere versie van deze figuur te bekijken.
1H en 13C {1H} -NMR spectra gegeven (behalve 13C {1H} -NMR spectrum van 6 a, vanwege de hoge instabiliteit) en MALDI-TOF HRMS voor 7.
Figuur 7: H-NMR (500 MHz, CDCI3) van 4 a. De integratie van kenmerkende protonen zijn gelabeld. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8:.. 13C {1H} NMR (125 MHz, CDCl3) van 4 a Alleen de spectrale venster overeenkomt met karakteristieke koolstoffen wordt getoond Klik hier ombekijk een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9: 1 H-NMR (500 MHz, CDCl3) van 5 a. Integratie van kenmerkende protonen gelabeld. Inzet:. Zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 10: 13C {1H} -NMR (125 MHz, CDCIs 3) van 5 een Inzet:.. Zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 11: 1 H-NMR (500 MHz, CDCl3) van 6 a. Integratie van kenmerkende protonen gelabeld. Inzet:. Zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 12: 1 H-NMR (500 MHz, CDCl3) van 4 g. Integratie van kenmerkende protonen gelabeld. Inzet:. Zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 13: 13C {1H} -NMR (100 MHz, CDCl3) 4 b Inzet:. Zoom aromatische gebied.
Figuur 14:. 1 H-NMR (500 MHz, CDCI3) 5 b van integratie van kenmerkende protonen gelabeld. Inzet:. Zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 15: 13 C {1H} NMR (100 MHz, CDCl3) van 5 b Inzet:.. zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 16: 1 H-NMR (500 MHz, CDCl3) van 7. Integratie van kenmerkende protonen gelabeld. Inzet:. Zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie te bekijkendit figuur.
Figuur 17: 13C {1H} NMR (100 MHz, CDCl3) van 7 Inzet:.. Zoom van aromatische regio Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 18:. HRMS MALDI-TOF van verbinding 7 De isotopische patroon overeenkomt met [M + H] + ion formule C 72 H 39 N <sub> 6 bij m / z 987,3233 (voorspeld m / z 987,3231). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Eindverbinding 7 is opgesteld na 6 stappen van nonplanar polyaromatische precursors 3 en 3b met matig tot zeer goede opbrengsten bij elke reactie. De belangrijkste beperking waargenomen in deze route de bromering van beide nonplanar polyaromatische verbindingen. In het geval van verbinding 4 een, een belangrijke hoeveelheid vrije corannulene kan worden teruggewonnen voor verder gebruik. De synthese van 4 b is de moeilijkste stap, omdat we vonden polybromination indien toegestaan ​​om te reageren voor langere tijd dan die hierboven vermeld. Daarnaast is de zuivering is ook moeilijk omdat bijproducten hebben dezelfde Rf-waarden. Bijgevolg lange kolomchromatografie worden uitgevoerd als grote hoeveelheden oplosmiddel gebruikt moeten worden om een ​​spectroscopisch zuiver monster te krijgen. Dit is geen echt nadeel in de synthetische route die in tzijn werk omdat Verbinding 5b kan gemakkelijk worden gezuiverd zelfs als een onzuivere partij 4b wordt gebruikt. Om die reden is de zuiverheid van 4 b is niet zo belangrijk, maar we raden kolomchromatografie zuivering anyways.
Anderzijds, reacties die leiden tot 5 a, 5b en 6 een zeer goede opbrengsten die uiteenlopen van 78% tot bijna kwantitatief. Sonogashira CC koppeling 52,53 tussen de 4 en een ethynyltrimethylsilane opgetreden gemakkelijk zonder noemenswaardige kant reactieproducten. TMS deprotectie tot 6 geven een zorgvuldig worden uitgevoerd vanwege de inherente instabiliteit van deze terminal alkyn. Daarom moet de kolf tegen licht in de loop van het reactiemengsel gehouden, maar het is niet nodig tijdens de the opwerken. Niettemin raden wij het gebruik van vers bereide ethynyl corannulene zo snel mogelijk en opslag bij -20 ° C in het donker.
Eindmontage gebaseerd op de bekende strategie CuAAC (Koper (I) -gekatalyseerde azide-Acetyleenalkoholen Cycloadditiereacties) "click" reactie 54,55 waarbij een terminal alkyn en een azide verbonden. Deze methode is geschikt om verschillende redenen, de belangrijkste zijn haar algemene strekking (admittantie van een grote verscheidenheid aan functionele groepen), de hoge opbrengsten verkregen en regiospecificiteit presenteert (alleen 1,4 adduct wordt verkregen). Het gebruik van Cu (I) werkt ook in dit samenstel, maar we liever de reductie van Cu (II) -zout (van CuSO4 · 5H 2 O, een veel voorkomende chemische) teneinde koper (I) complexpreparaat voorkomen, zoals [Cu (NCME) 4] BF4, bijvoorbeeld.
Tot slot is er een multi-step route naar nonpolyaromatic units assemblage geweest ontwikkelened succesvol door toepassing van bekende reacties in traditionele synthetische organische chemie die algemeen worden gebruikt voor vaker planaire aromatische verbindingen. De zwakkere delen van deze methode (bromering van beide startmoleculen) wijd gecompenseerd door de goede prestaties waargenomen voor de andere stappen, met name de laatste reactie waarbij beide routes convergeren in het uiteindelijke molecuul.