Name: preparation of a corannulene-functionalized hexahelicene by copper(i)-catalyzed alkyne-azide cycloaddition of nonplanar polyaromatic units
Uploaded: 2016-09-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 35 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by CopperI-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units at JoVE.com

This work was funded by the Spanish Ministerio de Econom&#236;a y Competitividad (CTQ 2013-41067-P). H.B. acknowledge with thanks a MEC-FPI grant.

1. Functionalization של 2,15-Dimethylhexahelicene <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Dibromination של 2,15-dimethylhexahelicene <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 0.356 גרם (1.0 מילימול) של 2,15-dimethylhexahelicene, 0.374 גרם (2.1 מילימול) של -bromosuccinimide N recrystallized טרי (NBS) ו -24 מ&quot;ג (0.07 מילימול) של חמצן בנזואיל (BPO) (70% wt עם 30% של מים כמו מייצב). מניחים את כל מוצקים בבקבוק 100 מ&quot;ל Schlenk עם בר ומערבבים מגנטי. שים תחת אווירת חנקן על ידי שלושה מחזורים של פינוי גז ואחריו מילוי עם גז אינרטי בקו Schlenk. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 21 מ&quot;ל של פחמן טטרא (CCL 4). הפתרון דג ידי אותו הפינוי / מילוי תהליך (שלב 1.1.1) עם ערבוב נמרץ ובזהירות כדי למנוע אובדן מסיבי של ממס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים על ריפלוקס (77 ° C) את התערובת עם אמבט שמנים למשך 4 שעות. בדוק את התגובה על ידי 1 H-גרעין תהודה מגנטית (NMR). כפילויות בין 3.7 עמודים לדקה ו -4.0 ppm shoULD להופיע. הם מצביעים על נוכחות של diastereotopic -CH 2 - קבוצות (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסיום, לקרר את התערובת בטמפרטורת החדר להסיר את הממס תחת ואקום. הגדרת מלכודת מלאה בחנקן נוזלי, כדי למנוע זיהום משאבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Redissolve הגס ב 30 מ&quot;ל של dichloromethane (DCM), להעביר בבקבוק מסביב לתחתית ומערבבים עם 4 גרם של ג&#39;ל סיליקה (בדרך כלל להוסיף 5-לקפל את משקל גולמי). לרכז את התערובת מאיידת סיבובית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בינתיים, למלא טור (אורך כ -20 ס&quot;מ עובי של 4.5 ס&quot;מ) עם ג&#39;ל SiO 2 מעורב בעבר עם אצטט הקסאן / אתיל (95: 5) כשלב ניידים. מוסיפים את תערובת לחלק העליון של העמודה ולאחר מכן להוסיף שכבה של חול (2 ס&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים בזהירות בשלב סלולרי חדש ולבצע את כרומטוגרפיה על ידי איסוף שברים במבחנות (בדרך כלל 20 מ&quot;ל לכל צינור ו -4 מ&quot;ל ליד elution התוצר הצפוי). בדוק שברים על ידי כרומטוגרפיה בשכבה דקה(TLC) עם אותו בשלב ניידים (הקסאן / אתיל אצטט 95: 5) ותמונה תחת אור UV. המוצר הצפוי (4 ב) צריך elute ב גורם שייר (RF) של 0.35 כשמן צהוב לאחר שילוב כולם רצו שברים והסירו את ממס המאייד הסיבובי. 334 מ&quot;ג צריכה להתקבל (תשואה 65%). הערה: כל טכניקות Schlenk, השימוש באמבט שמן הגדרות כרומטוגרפיה חימום ועמודה ישמשו נרחב ביותר של פרוטוקולים, אז מעכשיו, הם לא יהיו מכוסים בפירוט ורק כמה הערות, בעת הצורך, יהיה להינתן. </li></ol></li></ol><img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53954/53954fig1.jpg" /> . איור 1 ספקטרום H-NMR 1 (500 מגה-הרץ, CDCl 3) של 2,15 -dimethylhelicene (למעלה) ו aliquot נלקח לאחר שעת 2 אותות חדשים, מתאים -CH 2 -.., מתוארים עיגול אדום (למטה) <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53954/53954fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol start="2" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סינתזה של 2,15-bis (azidomethyl) hexahelicene <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 0.103 גרם (0.2 מילימול) של 2,15-bis (bromomethyl) hexahelicene ו 0.390 גרם (6 mmol) של אזיד הנתרן. מניחים שני מוצקים בבקבוק 50 מ&quot;ל Schlenk מצויד בר מגנטי ולשים תחת אווירה חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים 8.6 מ&quot;ל של tetrahydrofuran (THF) עם 5.2 מ&quot;ל מים (O H 2) ויוצקים את התערובת של ממיסים לתוך הבקבוק Schlenk. דגת הפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים על ריפלוקס (65 מעלות צלזיוס) במשך 3 שעות. בדוק את התגובה על ידי 1 H-NMR. 2 -CH - אותות צריכים לעבור 3.75 ppm (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן, cool מטה את התערובת לטמפרטורת החדר ולהסיר THF תחת ואקום. לדלל עם 50 מ&quot;ל של H 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבירים את התערובת משפך separatory ולחלץ שלוש פעמים עם 40 מ&quot;ל של DCM. מערבב את כל השלבים האורגניים ולשטוף עם H 2 O הטהור (50 מיליליטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את גולמי ידי כרומטוגרפיה טור על ג&#39;ל סיליקה באמצעות אצטט הקסאן / אתיל (85:15) כשלב הנייד לתת שמן צהוב ב Rf = 0.38 מתאים 2,15-bis (azomethyl) hexahelicene (5 ב &#39;). 70 מ&quot;ג צריכה להתקבל (תשואה 80%). </li></ol></li></ol><img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53954/53954fig2.jpg" /> איור 2: 1 ספקטרום H-NMR (500 מגה-הרץ, CDCl 3) של 4 ב (למעלה) ו aliquot נלקח לאחר 3 שעות(למטה). יש לשים לב לשינויים באזור אליפטיות. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53954/53954fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 2. Functionalization של Corannulene <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Monobromination של Corannulene <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 0.125 גרם (0.5 מילימול) של corannulene, 89 מ&quot;ג (0.5 מילימול) של NBS recrystallized טרי ו -17 מ&quot;ג של זהב (III) מימה כלוריד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את כל התרכובות לתוך 10 מיליליטר בקבוקון תוכננו במיוחד עבור תגובות מיקרוגל מאובזרות עם בר מגנטי ולאחר מכן הכניסו לתוך אווירת חנקן בעזרת בקבוק 2-צוואר מסביב לתחתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 7 מ&quot;ל של 1,2-dichloroethane (DCE) דגה הפתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate את התערובת במשך 2 דקות כדי לפזר חלקיקי מלח זהב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חום בתוך כור המיקרוגל ב 100 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסיום, להעביר את הגולמי בבקבוק מסביב לתחתית ולהסיר ממס על ידי Rotarאידוי y. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את גולמי ידי כרומטוגרפיה טור על ג&#39;ל SiO 2 באמצעות הקסאן כשלב נייד. הערה: Bromocorannulene (4 א) מתקבלת צהוב מוצקה Rf = 0.38. 99 מ&quot;ג צריכה להתקבל (תשואה 60%). Corannulene unreacted (3a) ניתן לשחזר ומאוחסנים לשימושים נוספים. זה מופיע Rf = 0.29. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonogashira עגינת Bomocorannulene ו Ethynyltrimethylsilane <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 49 מ&quot;ג (0.15 מילימול) של bromocorannulene, 11 מ&quot;ג (0.015 mmol) של [PdCl 2 (dppf)] 49,50 (dppf להיות 1,1-&#39;bis (diphenylphsphino) ferrocene, 3 מ&quot;ג (0.015 mmol) של קואי. 51 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את כל מוצקים בבקבוק 50 מ&quot;ל Schlenk יחד עם בר מגנטי ולשים תחת אווירה חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 5.0 מ&quot;ל של triethylamine (נטו 3) ודגה את התערובת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, להוסיף 104 μl (0.75 מילימול) של ethynyltrimethylsilane. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate את התערובת במשך 2 דקות כדילפזר חלקיקי מלח מתכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים על 85 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות עם sonication תקופתי כדי למנוע בתצהיר של מלחי מתכות. הערה: צבע התערובת הפך לשחור בקרוב, המעיד על הנוכחות של פלדיום (0). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתקרר לטמפרטורת החדר להתאדות נטו 3 בריק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Redissolve ב 20 מ&quot;ל של DCM ולטהר ידי כרומטוגרפיה טור על ג&#39;ל סיליקה משחררי עם הקסאן לתת מוצק צהוב Rf = 0.28 המתאים 5a. 41 מ&quot;ג צריכה להתקבל (תשואה 78%). הערה: אם הגולמי מסונן דרך כרית Celite ב DCM, דוגמא טהורה סבירה עשויה להיות מושגת, עם זאת נגזרת phosphine לא יוסר לחלוטין. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת Ethynylcorannulene ידי TMS Deprotection <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 35 מ&quot;ג (0.10 מילימול) של 5a ו -7.3 מ&quot;ג (0.125 mmol) של פלואוריד אשלגן נטול מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את כל מוצקים בבקבוק 50 מ&quot;ל Schlenk מצויד בר מגנטיד לשים תחת אווירת חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים 4 מ&quot;ל של THF ו -4 מ&quot;ל של מתנול (MeOH) ויוצקים את התערובת לתוך הבקבוק Schlenk. דגה ביסודיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפשר להגיב בטמפרטורת החדר, שמור את הבקבוק מן האור על ידי כיסוי אותו עם סרט אטום. בדוק את התגובה על ידי 1 H-NMR ע&quot;י הסתכלות 3.48 ppm. אות המתאימה -CCH חייב לצוץ (איור 3). הערה: למרות תרכובת זו נושאת אלקין מסוף כי הוא מגיב מתפרק בקלות, לא מצאנו בעיות במהלך למעלה העבודה המתוארת להלן. זה בוצע תחת אור טבעי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסיום, להסיר THF תחת ואקום לדלל עם 10 מ&quot;ל מים, מעבירים הכל כדי משפך separatory. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ עם DCM (3 x 15 מיליליטר), לשלב את כל השלבים האורגניים בבקבוק מסביב לתחתית ולהתרכז ב מאייד סיבובי בטמפרטורת חדר ולבסוף לקבל מקביל מוצק צהוב 6 א. 27 מ&quot;ג צריכה להתקבל (תשואה כמוני). </li></ol></li></ol><img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53954/53954fig3.jpg" /> איור 3:.. 1 ספקטרום H-NMR (500 מגה-הרץ, CDCl 3) של 5 א (למעלה) ו -6 מספר (למטה) גופיה -CCH מתואר עיגול אדום <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53954/53954fig3large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 3. הרכבה סופית על ידי כימיה לחץ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 15.3 מ&quot;ג (0.035 mmol) של 5b, 20.0 מ&quot;ג (0.073 mmol) של 6 א, 1.4 מ&quot;ג (0.007 mmol) של מלח נתרן חומצה אסקורבית, 1.7 מ&quot;ג (0.007 mmol) של CuSO 4 · 5H 2 O. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את כל מוצקים בבקבוק 50 מ&quot;ל Schlenk מצויד בבוקרבר ולשים agnetic תחת אווירת חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים 3 מ&quot;ל של H 2 O ו -12 מ&quot;ל של THF ויוצקים את התערובת לתוך הבקבוק Schlenk. דגת הפתרון ביסודיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחמם על 65 מעלות צלזיוס במשך 3 ימים עם קבל מחובר לחלק העליון של הבקבוק ולבדוק מעת לעת התגובה לשלוט בטמפרטורה, ערבוב ונפח ממס. בדוק את התגובה על ידי 1 H-NMR. האות ב 3.48 ppm צריכה להיעלם ולהיות עבר 7.27 ppm המציין את צריכת corannulene ethynyl וקיומה של יחידת triazole (איור 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסיום, להסיר THF תחת ואקום לדלל עם 20 מ&quot;ל מים, העברת תערובת משפך separatory. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ עם DCM (3 x 20 מיליליטר), לשלב את כל השלבים האורגניים בבקבוק מסביב לתחתית ולהתרכז ב מאייד סיבובי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את גולמי ידי כרומטוגרפיה טור על SiO 2 ג &#39;ל משחררי עם הקסאן / אתיל אצטט (1: 1) לתת מוצק צהוב חיוור ב Rf = 0.59המקביל ל 7. 27 מ&quot;ג צריכה להתקבל (תשואה 75%). </li></ol><img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53954/53954fig4.jpg" /> איור 4: 1 ספקטרום H-NMR (500 מגה-הרץ, CDCl 3) 5 ב (למעלה), 6 (באמצע) ו aliquot שצולמו לאחר 2 ימים (למטה) הערה היעלמות אות -CCH ב גולמי.. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53954/53954fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

The authors have nothing to disclose.

מתחם סופי 7 הוכן לאחר 6 צעדים מקדימים polyaromatic nonplanar 3 א ו 3 ב עם עד בינוני תשואות טובות מאוד בכל תגובה. המגבלה העיקרית שנצפתה מסלול זה היה bromination של תרכובות שניהם polyaromatic nonplanar. עם זאת, במקרה של מתחם 4 א, ​​בסכו...

בשל הגיאומטריה, corannulene ו helicenes המיוחד שלהם, הם מולקולות אשר יכול לאמץ מבנה רחוק planarity להצמיח תכונות מעניינות. 1-15 בשנים האחרונות, החיפוש של קולטנים מולקולריים עבור ננו-צינוריות פחמן פולרנים הוא אזור פעיל מאוד 16-19 בשל, בעיקר, ליישומים הפוטנציאל שלהם כחומריים עבור תאים סולריים אורגניים, טרנזיסטורים, חיישנים והתקנים אחרים. 20-28 המשלה המעולה בכושר בין corannulene וכן פולרן משך את תשומת לבם של כמה חוקרים במטרה בעיצוב קולטנים מולקולריים מסוגלים הקמת עמותה מולקולרית ידי כוחות פיזור. 29-39 הכימיה של תרכובות polyaromatic nonplanar הנ&quot;ל דומה לזה שתואר עבור מולקולות מישוריים לחלוטין, אבל זה לפעמים קשה למצוא תנאים מתאימים כדי להשיג selectivities רצוי ותשואות. 40 </sup&gt; בעבודה זו אנו מציגים את הסינתזה של מולקולה (7) בעל שלוש יחידות polyaromatic בעוד כמה צעדים עם תשואות טובות על ידי יישום טכניקות קלות טיפוסיות המופיעות בכל מעבדת מחקר. המולקולה היא בעלת חשיבות רבה, כי זה יכול לאמץ קונפורמציה מלקחיים דמויים להקים אינטראקציות טובות עם C 60 37 בתמיסה; והוא עשוי לפתוח קו מחקר כמו קולטן פוטנציאל הודות פולרנים כיראליות גבוה כדי והמקשר helicene, שהינה מולקולה כיראליות בשל קיומו של ציר stereogenic. 41-45 עם זאת, רק helicene רצמית ישמש בעבודה זו. בשלב זה, המגבלה היחידה לסנתז קולטנים אלה היא ההכנה helicenes ו corannulenes, שכן הם אינם זמינים מסחריים. אבל, על פי שיטות חדשות שפורסם במקומות אחר 46-48 הם ניתן להשיג בכמויות מתאימות בתוך פרק זמן קצר זמן סביר.

<table><tbody><tr><td>2,15-Dimethylhexahelicene</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Prepared according to reference 5b,c in the main text.</td></tr><tr><td>Corannulene</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Prepared according to reference 5a in the main text.</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N&lt;/em&gt;-Bromosuccinimide (NBS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>B8.125-5</td><td>ReagentPlus&amp;reg;, 99%. Recrystallized from hot water.</td></tr><tr><td>Benzoyl peroxide (BPO)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>B-2030</td><td>~70% (titration). 30% water as stabilizer.</td></tr><tr><td>Sodium azide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S2002</td><td>ReagentPlus&amp;reg;, &amp;ge;99.5%.</td></tr><tr><td>Gold(III) chloride Hydrate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>50778</td><td>puriss. p.a., ACS reagent, &amp;ge;49% Au basis.</td></tr><tr><td>Ethynyltrimethylsilane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>218170</td><td>98%</td></tr><tr><td>[PdCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;(dppf)]</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Prepared according to reference 6 in the main text.</td></tr><tr><td>CuI</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Prepared according to reference 7 in the main text.</td></tr><tr><td>KF</td><td>Sigma Aldrich</td><td>307599</td><td>99%, spray-dried.</td></tr><tr><td>(+)-Sodium L-ascorbate</td><td>Fluka</td><td>11140</td><td>BioXtra, &amp;ge;99.0% (NT).</td></tr><tr><td>Copper(II) Sulphate 5-hydrate</td><td>Panreac</td><td>131270</td><td>For analysis.</td></tr><tr><td>Carbon tetrachloride (CCl&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;)</td><td>Fluka</td><td>87030</td><td>For IR spectroscopy, &amp;ge;99.9%.</td></tr><tr><td>Dichloromethane (DCM)</td><td>Fisher Scientific</td><td>D/1852/25</td><td>Analytical reagent grade. Distilled prior to use.</td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Fisher Scientific</td><td>H/0355/25</td><td>Analytical reagent grade. Distilled prior to use.</td></tr><tr><td>Ethyl acetate</td><td>Scharlau</td><td>AC0145025S</td><td>Reagent grade. Distilled prior to use.</td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (THF)</td><td>Fisher Scientific</td><td>T/0701/25</td><td>Analytical reagent grade. Distilled prior to use.</td></tr><tr><td>1,2-Dichloroethane (DCE)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D6,156-3</td><td>ReagentPlus&amp;reg;, 99%.</td></tr><tr><td>Methanol (MeOH)</td><td>VWR</td><td>20847.36</td><td>AnalaR NORMAPUR.</td></tr><tr><td>Triethyl amine (NEt&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T0886</td><td>&amp;ge;99%</td></tr><tr><td>Silica gel</td><td>Acros</td><td>360050010</td><td>Particle size 40-60 mm.</td></tr><tr><td>Sand - low iron</td><td>Fisher Scientific</td><td>S/0360/63</td><td>General purpose grade.</td></tr><tr><td>TLC Silica gel 60 F&lt;sub&gt;254&lt;/sub&gt;</td><td>Merck</td><td>1.05554.0001</td><td></td></tr><tr><td>Monowave 300 (Microwave reactor)</td><td>Anton Para</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>Grupo Selecta</td><td>3000513</td><td>6 Litres.</td></tr></tbody></table>

preparation of a corannulene-functionalized hexahelicene by copper(i)-catalyzed alkyne-azide cycloaddition of nonplanar polyaromatic units

The main purpose of this video is to show 6 reaction steps of a convergent synthesis and prepare a complex molecule containing up to three nonplanar polyaromatic units, which are two corannulene moieties and a racemic hexahelicene linking them. The compound described in this work is a good host for fullerenes. Several common organic reactions, such as free-radical reactions, C-C coupling or click chemistry, are employed demonstrating the versatility of functionalization that this compound can accept. All of these reactions work for planar aromatic molecules. With subtle modifications, it is possible to achieve similar results for nonplanar polyaromatic compounds.

Corannulene (3 א) ו- 2,15-dimethylhexahelicene (3 ב) יכול להיות מוכן בא שיטות קיימות 46-48 בצורה פשוטה עם תשואות טובות מאוד (איור 5). שניהם חולקים מולקולה נפוצה, 2,7-dimethylnaphthalene, כחומר המוצא, והוליד מתבדרים סינתזה מתכנסת של המ...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by CopperI-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units at JoVE.com

Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by CopperI-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסנתז תרכובת אורגנית מורכבת מורכבת משלוש יחידות polyaromatic nonplanar, התאספה בקלות עם תשואות סבירות.

הכנת Hexahelicene Corannulene הפונקציונלית ידי נחושת (I) -catalyzed אלקין-יזיד cycloaddition יחידות Nonplanar Polyaromatic

The main purpose of this video is to show 6 reaction steps of a convergent synthesis and prepare a complex molecule containing up to three nonplanar ...

preparation-corannulene-functionalized-hexahelicene-copper-i

Universidad San Sebastian

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Organic Chemistry

Chemistry

Unit 1

Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by Copper(I)-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units

Aromatic Compounds

SCIENTISTS IN ACTION

11.4K Views.  Universidad de Valladolid.  כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסנתז תרכובת אורגנית מורכבת מורכבת משלוש יחידות polyaromatic nonplanar, התאספה בקלות עם תשואות סבירות. 

Video: Preparation of a Corannulene-functionalized Hexahelicene by CopperI-catalyzed Alkyne-azide Cycloaddition of Nonplanar Polyaromatic Units

Synthesis of Hypervalent Iodonium Alkynyl Triflates for the Application of Generating Cyanocarbenes

The procedures described in this article involve the synthesis and isolation of hypervalent iodonium alkynyl triflates (HIATs) and their subsequent reactions with azides to form cyanocarbene intermediates. The synthesis of hypervalent iodonium alkynyl triflates can be facile, but difficulties stem from their isolation and reactivity. In particular, the necessity to use filtration under inert atmosphere at -45 &deg;C for some HIATs requires special care and equipment. Once isolated, the compounds can be stored and used in reactions with azides to form cyanocarbene intermediates. 
The evidence for cyanocarbene generation is shown by visible extrusion of dinitrogen as well as the characterization of products that occur from O-H insertion, sulfoxide complexation, and cyclopropanation. A side reaction of the cyanocarbene formation is the generation of a vinylidene-carbene and the conditions to control this process are discussed. There is also potential to form a hypervalent iodonium alkenyl triflate and the means of isolation and control of its generation are provided. The O-H insertion reaction involves using a HIAT, sodium azide or tetrabutylammonium azide, and methanol as solvent/substrate. The sulfoxide complexation reaction uses a HIAT, sodium azide or tetrabutylammonium azide, and dimethyl sulfoxide as solvent. The cyclopropanations can be performed with or without the use of solvent. The azide source must be tetrabutylammonium azide and the substrate shown is styrene.

Herein is described the synthesis, isolation, and reactions of hypervalent iodonium alkynyl triflates (HIATs) with azides to generate cyanocarbenes. The procedures will involve air-sensitive and cryogen techniques, including cold filtration under an inert atmosphere. Handling and safety of the synthesized compounds will also be discussed.

סינתזה של Hypervalent Iodonium Alkynyl Triflates ליישום של יצירת Cyanocarbenes

The procedures described in this article involve the synthesis and isolation of hypervalent iodonium alkynyl triflates (HIATs) and their subsequent ...

Accessing Valuable Ligand Supports for Transition Metals: A Modified, Intermediate Scale Preparation of 1,2,3,4,5-Pentamethylcyclopentadiene

A reliable, intermediate scale preparation of 1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadiene (Cp*H) is presented, based on modifications of existing protocols that derive from initial 2-bromo-2-butene lithiation followed by acid mediated dienol cyclization. The revised synthesis and purification of the ligand avoids the use of mechanical stirring while still permitting access to significant quantities (39 g) of Cp*H in good yield (58%). The procedure offers other additional benefits, including a more controlled quench of excess lithium during the production of the intermediate heptadienols and a simplified isolation of Cp*H of sufficient purity for metallation with transition metals. The ligand was subsequently used to synthesize [Cp*MCl2]2 complexes of both iridium and ruthenium to demonstrate the utility of the Cp*H prepared and purified by our method. The procedure outlined herein affords substantial quantities of a ubiquitous ancillary ligand support used in organometallic chemistry while minimizing the need for specialized laboratory equipment, thus providing a simpler and more accessible entry point into the chemistry of 1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadiene.

Reliable, intermediate scale preparation of 1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadiene (Cp*H) is presented. The revised protocol for the synthesis and purification of the ligand minimizes the need for specialized laboratory equipment while simplifying reaction workups and product purification. Use of Cp*H in the synthesis of [Cp*MCl2]2 complexes (M = Ru, Ir) is also described.

גישה וליובל ליגנד עומדי מתכות מעבר: הכנת סולם שונה, ביניים של 1,2,3,4,5-Pentamethylcyclopentadiene

A reliable, intermediate scale preparation of 1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadiene (Cp*H) is presented, based on modifications of existing protocols that ...

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the aziridine ring. The utility of bicyclic aziridinium ions, specifically 1-azoniabicyclo[3.1.0]hexane and 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate highlighted in the aziridine ring openings by the nucleophile with the release of the ring strain to yield the corresponding ring-expanded azaheterocycles such as pyrrolidine, piperidine and azepane with diverse substituents on the ring in regio- and stereospecific manner. Herein, we report a simple and convenient method for the preparation of the stable 1-azabicyclo[4.1.0]heptane tosylate followed by selective ring opening via a nucleophilic attack either at the bridge or at the bridgehead carbon to yield piperidine and azepane rings, respectively. This synthetic strategy allowed us to prepare biologically active natural products containing piperidine and azepane motif including sedamine, allosedamine, fagomine and balanol in highly efficient manner.

Bicyclic aziridinium ions such as 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate were generated from 2-[4-tolenesulfonyloxybutyl]aziridine, which was utilized for the preparation of substituted piperidines and azepanes via regio- and stereospecific ring-expansion with various nucleophiles. This highly efficient protocol allowed us to prepare diverse azaheterocycles including natural products such as fagomine, febrifugine analogue and balanol.

הכנת יציב Aziridinium Bicyclic יונים, פתיחת הטבעת שלהם לסינתזה של Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...

Chemoselective Preparation of 1-Iodoalkynes, 1,2-Diiodoalkenes, and 1,1,2-Triiodoalkenes Based on the Oxidative Iodination of Terminal Alkynes

We present the chemoselective synthesis of 1-(iodoethynyl)-4-methylbenzene, 1-(1,2-diiodovinyl)-4-methylbenzene, and 1-methyl-4-(1,2,2-triiodovinyl)benzene as representative examples for the practical chemoselective preparation of 1-iodoalkynes, 1,2-diiodoalkenes, and 1,1,2-triiodoalkenes from the chemoselective iodination of terminal alkynes mediated by hypervalent-iodine reagents. The chemoselectivity was confirmed by using p-tolylethyne as a model substrate to screen a variety of iodine sources and/or the hypervalent-iodine reagents. A combination of tetrabutylammonium iodide (TBAI) and (diacetoxyiodo)benzene (PIDA) selectively generates 1-iodoalkynes, while a combination of KI and PIDA generates 1,2-diiodoalkenes. A one-pot synthesis based on both TBAI-PIDA and KI-PIDA yields the corresponding 1,1,2-triiodoalkenes. These protocols were subsequently applied to the synthesis of synthetically important aromatic and aliphatic 1-iodoalkynes, 1,2-diiodoalkenes, and 1,1,2-triiodoalkenes, which were obtained in good yield with excellent chemoselectivity.

Herein, detailed protocols for the oxidative iodination of terminal alkynes using hypervalent-iodine reagents are presented, which chemoselectively afford 1-iodoalkynes, 1,2-diiodoalkenes, and 1,1,2-triiodoalkenes.

הכנת Chemoselective 1-Iodoalkynes, 1, 2-Diiodoalkenes ו- 1,1,2-Triiodoalkenes מבוסס על Iodination חמצוני של מסוף Alkynes

We present the chemoselective synthesis of 1-(iodoethynyl)-4-methylbenzene, 1-(1,2-diiodovinyl)-4-methylbenzene, and ...

Isolating Free Carbenes, their Mixed Dimers and Organic Radicals

Protocols for the isolation of the commonly employed cyclic (alkyl)(amino) carbene (CAAC) and N-heterocyclic carbene (NHC) are reported. Furthermore, the synthesis of their mixed CAAC&#8211;NHC &#8220;Wanzlick&#8221; dimer and the synthesis of the related stable organic &#8220;olefin&#8221; radical are presented. The main goal of this manuscript is to give a detailed and general protocol for the synthetic chemist of any skill level on how to prepare free heterocyclic carbenes by deprotonation using filter cannulas. Due to the air-sensitivity of the synthesized compounds, all experiments are performed under inert atmosphere using either Schlenk technique or a dinitrogen filled glovebox. Controlling Wanzlick&#8217;s equilibrium (i.e., the dimerization of free carbenes), is a crucial requirement for the application of free carbenes in coordination chemistry or organic synthesis. Thus, we elaborate on the specific electronic and steric requirements favoring the formation of dimers, heterodimers, or monomers. We will show how proton catalysis allows for the formation of dimers, and how the electronic structure of carbenes and their dimers affects the reactivity with either moisture or air. The structural identity of the reported compounds is discussed based on their NMR spectra.

We present protocols for the isolation of stable heterocyclic carbenes. The synthesis of a cyclic (alkyl)(amino) carbene (CAAC) and an N-heterocyclic carbene (NHC) is demonstrated using filter cannulas and Schlenk technique. We furthermore present the synthesis of the related oxygen-sensitive, electron-rich mixed &#8220;Wanzlick dimer&#8221; and the reduced stable organic radical.

בידוד Carbenes חינם, הדימרים מעורבים ובעלי רדיקלים אורגנים

Protocols for the isolation of the commonly employed cyclic (alkyl)(amino) carbene (CAAC) and N-heterocyclic carbene (NHC) are reported. Furthermore, the ...

Efficient Synthesis of All-Carbon Quaternary Centers via the Conjugate Addition of Functionalized Monoorganozinc Bromides

The conjugate addition of organometallic reagents to &#945;,&#946;-unsaturated carbonyls represents an important method to generate C&#8211;C bonds in the preparation of all-carbon quaternary centers. Though conjugate additions of organometallic reagents are typically performed utilizing highly reactive organolithium or Grignard reagents, organozinc reagents have garnered attention for their enhanced chemoselectivity and mild reactivity. Despite numerous recent advances with more reactive diorganozinc and mixed diorganozinc reagents, the generation of all-carbon quaternary centers via the conjugate addition of functionalized monoorganozinc reagents remains a challenge. This protocol details a convenient and mild &#8220;one-pot&#8221; preparation and copper mediated conjugate addition of functionalized monoorganozinc bromides to cyclic &#945;,&#946;-unsaturated carbonyls to afford a broad scope of all-carbon quaternary centers in generally excellent yield and diastereoselectivity. Key to the development of this technology is the utilization of DMA as a reaction solvent with TMSCl as a Lewis acid. Notable advantages to this methodology include the operational simplicity of the organozinc reagent preparation afforded by the utilization of DMA as a solvent, as well as an efficient conjugate addition mediated by various Cu(I) and Cu(II) salts. Moreover, an intermediate silyl enol ether can be isolated utilizing a modified workup procedure. The substrate scope is limited to cyclic unsaturated ketones, and the conjugate addition is impeded by stabilized (e.g., allyl, enolate, homoenolate) and sterically encumbered (e.g., neopentyl, o-aryl) monoorganozinc reagents. Conjugate additions to five- and seven-membered rings were effective, albeit in lower yields compared with six-membered ring substrates.

A simple and practical protocol for the efficient conjugate addition of functionalized monoorganozinc bromides to cyclic &#945;,&#946;-unsaturated carbonyls to furnish all-carbon quaternary centers was developed.

סינתזה יעילה של מרכזי הפחמן הדו הדו באמצעות התוספת המשלים של מונואורגאורומטוזיס

The conjugate addition of organometallic reagents to &#945;,&#946;-unsaturated carbonyls represents an important method to generate C&#8211;C bonds in the ...

Preparation of Contiguous Bisaziridines for Regioselective Ring-Opening Reactions

Aziridines, a class of reactive organic molecules containing a three-membered ring, are important synthons for the synthesis of a large variety of functionalized nitrogen-containing target compounds through the regiocontrolled ring-opening of C-substituted aziridines. Despite the tremendous progress in aziridine synthesis over the past decade, accessing contiguous bisaziridines efficiently remains difficult. Therefore, we were interested in synthesizing contiguous bisaziridines bearing an electronically diverse set of N-substituents beyond the single aziridine backbone for regioselective ring-opening reactions with diverse nucleophiles. In this study, chiral contiguous bisaziridines were prepared by organocatalytic asymmetric aziridination of chiral (E)-3-((S)-1-((R)-1-phenylethyl)aziridin-2-yl)acrylaldehyde with N-Ts-O-tosyl or N-Boc-O-tosyl hydroxylamine as the nitrogen source in the presence of (2S)-[diphenyl(trimethylsilyloxy)methyl]pyrrolidine as a chiral organocatalyst. Also demonstrated here are representative examples of regioselective ring-opening reactions of contiguous bisaziridines with a variety of nucleophiles such as sulfur, nitrogen, carbon, and oxygen, and the application of contiguous bisaziridines to the synthesis of multi-substituted chiral pyrrolidines by Pd-catalyzed hydrogenation.

Contiguous bisaziridines containing non-activated and activated aziridines were synthesized by asymmetric organocatalytic aziridinations and then subjected to chemoselective ring-opening reactions under acidic or basic conditions. The non-activated aziridine ring opens with less reactive nucleophiles under acidic conditions, whereas the activated aziridine ring opens with more reactive nucleophiles under basic conditions.

הכנת ביסאזירידינים רציפים לתגובות פתיחת טבעת רגיוזלקטיביות

Aziridines, a class of reactive organic molecules containing a three-membered ring, are important synthons for the synthesis of a large variety of ...

Synthesis of a Borylated Ibuprofen Derivative Through Suzuki Cross-Coupling and Alkene Boracarboxylation Reactions

Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are among the most common drugs used to manage and treat pain and inflammation. In 2016, a new class of boron functionalized NSAIDs (bora-NSAIDs) was synthesized under mild conditions via the copper-catalyzed regioselective boracarboxylation of vinyl arenes using carbon dioxide (CO2 balloon) and a diboron reductant at room temperature. This original method was performed primarily in a glovebox or with a vacuum gas manifold (Schlenk line) under rigorous air-free and moisture-free conditions, which often led to irreproducible reaction outcomes due to trace impurities. The present protocol describes a simpler and more convenient benchtop method for synthesizing a representative bora-NSAID, bora-ibuprofen. A Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction between 1-bromo-4-isobutylbenzene and vinylboronic acid pinacol ester produces 4-isobutylstyrene. The styrene is subsequently boracarboxylated regioselectively to provide bora-ibuprofen, an &#945;-aryl-&#946;-boryl-propionic acid, with good yield on a multi-gram scale. This procedure allows for the broader utilization of copper-catalyzed boracarboxylation in synthetic laboratories, enabling further research on bora-NSAIDs and other unique boron-functionalized drug-like molecules.

The present protocol describes a detailed benchtop catalytic method that yields a unique borylated derivative of ibuprofen.&#160;

סינתזה של נגזרת איבופרופן Borylated באמצעות צימוד צולב סוזוקי ותגובות בורקרבוקסילציה אלקנית

Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are among the most common drugs used to manage and treat pain and inflammation. In 2016, a new class of ...

Preparation of Alkynes: Alkylation Reaction

<h4>Introduction</h4>
Alkylation of terminal alkynes with primary alkyl halides in the presence of a strong base like sodium amide is one of the common methods for the synthesis of longer carbon-chain alkynes. For example, treatment of 1-propyne with sodium amide followed by reaction with ethyl bromide yields 2-pentyne.
<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/11834/11834_PT_Figure_1.svg" style="text-align: center; height: 50px;" />
The reaction takes place in two steps:
1. The first step is the deprotonation of the terminal alkyne by the strong base forming an acetylide ion.
<img alt="Figure2" src="/files/ftp_upload/11834/11834_PT_Figure_2.svg" style="text-align: center; height: 50px;" />
2. The second step is a nucleophilic substitution reaction in which the acetylide ion reacts with the alkyl halide to form a new C&#8211;C bond.
<img alt="Figure3" src="/files/ftp_upload/11834/11834_PT_Figure_3.svg" style="text-align: center; height: 50px;" />
<h4>Reaction Mechanism &#8212;SN2 pathway </h4>
Acetylide ions are strong bases and can also function as good nucleophiles. The substitution reaction follows an SN2 pathway where the nucleophilic acetylide ion attacks the electrophilic carbon of the primary alkyl halide from the backside.
<img alt="Figure4" src="/files/ftp_upload/11834/11834_PT_Figure_4.svg" style="text-align: center; height: 250px;" />
Since this is a concerted process, the nucleophilic attack and the departure of the leaving group takes place simultaneously to form the product with an inverted stereochemistry at the reaction center.
The reaction works best with unhindered alkyl halides like methyl halide and other primary halides. With secondary and tertiary alkyl halides, acetylide ions act as strong bases, in which case E2 elimination is the preferred pathway.
<h4>Application in organic synthesis </h4>
Alkylation of simple terminal alkynes is a useful method to extend the length of the carbon chain. Acetylene, a terminal alkyne, can be converted to a higher internal alkyne by repeated alkylation as shown below:
<img alt="Figure5" src="/files/ftp_upload/11834/11834_PT_Figure_5.svg" style="text-align: center; height: 50px;" />

הכנת אלקינים: תגובת אלקילציה

Introduction
Alkylation of terminal alkynes with primary alkyl halides in the presence of a strong base like sodium amide is one of the common methods for ...

Alkynes

KEY TERMS AND CONCEPTS

Preparation of Alkynes: Dehydrohalogenation

<h4>Introduction</h4>
Alkynes can be prepared by dehydrohalogenation of vicinal or geminal dihalides in the presence of a strong base like sodium amide in liquid ammonia. The reaction proceeds with the loss of two equivalents of hydrogen halide (HX) via two successive E2 elimination reactions.
<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_1.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
<h4>Reaction Mechanism &#8211; E2 pathway</h4>
Vicinal dihalides
In the first elimination step, the strong base abstracts the proton from the dihalide that is oriented anti to the leaving group. Since E2 reactions follow a concerted pathway, the abstraction of a proton and departure of the halide leaving group occur simultaneously to form a haloalkene.
<img alt="Figure2" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_2.svg" style="text-align: center; height: 90px;" />
In the second elimination reaction, another equivalent of the strong base reacts with the haloalkene in a similar fashion to give the desired alkyne.
<img alt="Figure3" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_3.svg" style="text-align: center; height: 90px;" />
Geminal dihalides
Likewise, geminal dihalides, when treated with two equivalents of a sodium amide, undergo double dehydrohalogenation to give alkynes.
<img alt="Figure4" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_4.svg" style="text-align: center; height: 90px;" />
<img alt="Figure5" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_5.svg" style="text-align: center; height: 90px;" />
Terminal dihalides 
Dehydrohalogenation of terminal dihalides yields terminal alkynes as the final product. In the presence of a strong base like sodium amide, terminal alkynes get converted to acetylide ions. In such cases, a third equivalent of the base is required to complete the dehydrohalogenation of the remaining haloalkene.
<img alt="Figure6" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_6.svg" style="text-align: center; height: 70px;" />
Protonation of the acetylide ions with water or an aqueous acid completes the reaction.
<img alt="Figure7" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_7.svg" style="text-align: center; height: 50px;" />
<h4>Application in Organic Synthesis</h4>
Dehydrohalogenation of vicinal dihalides is a useful intermediate step in the conversion of alkenes to alkynes. For example, chlorination of 1-propene gives 1,2-dichloropropane &#8211; a vicinal dihalide, which upon double dehydrohalogenation yields 1-propyne.
<img alt="Figure8" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_8.svg" style="text-align: center; height: 60px;" />
Similarly, alkynes can also be synthesized from ketones via dehydrohalogenation of geminal dihalides. For example, treatment of acetone with phosphorous pentachloride yields 2,2-dichloropropane &#8211; a geminal dihalide, which undergoes double dehydrohalogenation to give 1-propyne.
<img alt="Figure9" src="/files/ftp_upload/11835/11835_PT_Figure_9.svg" style="text-align: center; height: 80px;" />

הכנת אלקינים: דהידרוהלוגנציה

Introduction
Alkynes can be prepared by dehydrohalogenation of vicinal or geminal dihalides in the presence of a strong base like sodium amide in liquid ...