Bestmann-Ohirovo činidlo: Alkyny z aldehydů

Acetylenová chemie byla a zůstává důležitou součástí molekulárních věd. Její potenciál a široké využití sahá od organické syntézy přes materiálovou vědu až po bioorganickou chemii. Příkladem jsou enediiny (látky štěpící DNA), "click chemistry" nástroje a stavební bloky.  V důsledku toho vyvolává poptávku po účinných syntézách alkynů.

Dimethyldiazomethylfosfonát (DAMP) byl využit jako činidlo pro syntézu alkynů z aldehydů.^1,2 Tato metoda je široce používanou alternativou k déle známé Corey-Fuchsově metodě ³ a příbuzným postupům.^4,5 Hlavní nevýhodou u DAMP je, že činidlo by mělo být připraveno čerstvé a izolované před metalizací s KO^tBu za nízkých teplot v atmosféře inertního plynu. Coreyho-Fuchsova metoda zahrnuje Wittigovy reakce za vzniku 1,1-dibromolefinů a následnou eliminaci hydrogenhalidu. Tyto dvoustupňové postupy vyžadují použití silných bází obvykle při nízkých teplotách v atmosféře inertního plynu. K odstranění výše uvedených nedostatků Bestmann uvedl ekologičtější protokol syntézy alkynů z aldehydů s použitím dimethyl (1-diazo-2-oxopropyl) fosfonátu v jednom hrnci (Schéma 1).^6-8

Schéma 1. Syntéza alkynů z aldehydů jedním hrncem.

Zvláštní nebezpečnost: Žíraviny, dráždivé a hořlavé látky (Poznámka: Pro komplexní pochopení všech souvisejících nebezpečností nahlédněte do bezpečnostního listu každé složky podle čísla matrice).

Obecný experimentální postup:

1. Sestavte 50ml tříhrdlou reakční baňku s kondenzátorem zakončeným velkoprůtokovým kohoutem vedoucím k argonovému bublinkovači a teploměru.
2. Baňku proplachujte argonem po dobu 30 minut.
3. Doplňte aldehyd pomocí injekční stříkačky a uhličitan draselný pomocí práškové nálevky do reakční baňky pod tlakem argonu.
4. Degradujte pevné látky evakuací a zpětným plněním argonem po dobu celkem tří cyklů; poté umístěte reakční baňku pod mírný přetlak argonu.
5. Naplňte suchý methanol pomocí kanyly pod tlakem argonu.
6. Míchejte reakční směs při pokojové teplotě po dobu 30 minut. Pozorován slabě šedý zakalený roztok.
7. Naplňte roztok dimethyl(1-diazo-2-oxopropyl)fosfonátu (10% v acetonitrilu) pod tlakem argonu.
8. Míchejte reakční směs v atmosféře argonu při pokojové teplotě po dobu 4 hodin.
9. Reakci sledujte pomocí chromatografie na tenké vrstvě (R_f = 0.80, 100% hexany).
10. Reakční směs se zředí diethyletherem.
11. Reakční směs promyjeme 5% vodným roztokem hydrogenuhličitanu sodného a vysušíme nad síranem sodným.
12. Odpařením rozpouštědla získáme alkyn.

Představující příklad:

První pokus byl proveden s roztokem 4-chlorbenzaldehydu a dimethyl (1-diazo-2-oxopropyl)fosfonátu (10 % v acetonitrilu, 742724) k ověření literární metody (Snímek 2).

Schéma 2. Syntéza 1-chlor-4-ethynylbenzenu za vzniku 4-chlorbenzaldehydu.

1-chlor-4-ethynylbenzen: 4-chlorbenzaldehyd a uhličitan draselný byly umístěny do baňky s kulatým dnem vysušené v peci. Bylo aplikováno vakuum a následně byla baňka naplněna argonem (opakováno dvakrát). Byl přidán bezvodý methanol a směs byla míchána při pokojové teplotě v atmosféře argonu po dobu 30 min. Do slabě šedé zakalené reakční směsi byl přidán roztok dimethyl (1-diazo-2-oxopropyl)fosfonátu (10 % v acetonitrilu). Směs byla míchána při pokojové teplotě v atmosféře argonu po dobu 4 hodin. Reakce byla sledována chromatografií na tenké vrstvě. Reakční směs byla zředěna etherem a promyta vodným roztokem hydrogenuhličitanu sodného (5 %) a vysušena nad síranem sodným. Rozpouštědlo se odpařilo a získal se 1-chlor-4-ethynylbenzen.

Chemický	FW<./b>	Dens	MatNo	Kvantita	Molů (x10-3)	Ratio
4-chlorbenzaldehyd	140.57	1.00	112216	0.141 g	1	1
Uhličitan draselný	138,21	1.00	347825	0.276 g	2	2
Methanol	32,04	0.791	322415	15 ml	370.3	370,3
Roztok dimethyl(1-diazo-2-oxopropyl)fosfonátu(10 % v acetonitrilu)	192.11	0,80 -0,85	742724	2.3 ml	1,2	1,2
Diethylether	74.12	0,706	296082	25 ml	238.12	238,12
Bikarbonát sodný	84.01	1,00	401676	2.5 g	29,75	29,75

S optimalizovanými podmínkami jsme pak tuto metodiku aplikovali na další aldehydy (Schéma 3) obsahující sirné heterocykly (rovnice 1) a alifatické řetězce (rovnice 2), abychom mohli studovat rozsah a omezení této metody.

Schéma 3. Syntéza dalších alkynů pomocí Bestmannova-Ohirova činidla.

Odkazy

1. Seyferth D, Marmor RS. 1971. Copper-catalyzed decomposition of some dimethylphosphono-substituted diazoalkanes. J. Org. Chem.. 36(1):128-136. https://doi.org/10.1021/jo00800a026

2. Corey E, Fuchs P. 1972. A synthetic method for formyl?ethynyl conversion (RCHO?RC?CH or RC?CR?). Tetrahedron Letters. 13(36):3769-3772. https://doi.org/10.1016/s0040-4039(01)94157-7

3. Bestmann HJ, Rippel HC, Dostalek R. 1989. Z-1-vinyliodide durch Wittig-reaktion. Tetrahedron Letters. 30(39):5261-5262. https://doi.org/10.1016/s0040-4039(01)93757-8

4. Müller S, Liepold B, Roth GJ, Bestmann HJ. 1996. An Improved One-pot Procedure for the Synthesis of Alkynes from Aldehydes. Synlett. 1996(06):521-522. https://doi.org/10.1055/s-1996-5474

5. Seyferth D, Marmor RS. 1971. Copper-catalyzed decomposition of some dimethylphosphono-substituted diazoalkanes. J. Org. Chem.. 36(1):128-136. https://doi.org/10.1021/jo00800a026

6. Corey E, Fuchs P. 1972. A synthetic method for formyl?ethynyl conversion (RCHO?RC?CH or RC?CR?). Tetrahedron Letters. 13(36):3769-3772. https://doi.org/10.1016/s0040-4039(01)94157-7

7. Bestmann HJ, Rippel HC, Dostalek R. 1989. Z-1-vinyliodide durch Wittig-reaktion. Tetrahedron Letters. 30(39):5261-5262. https://doi.org/10.1016/s0040-4039(01)93757-8

8. Müller S, Liepold B, Roth GJ, Bestmann HJ. 1996. An Improved One-pot Procedure for the Synthesis of Alkynes from Aldehydes. Synlett. 1996(06):521-522. https://doi.org/10.1055/s-1996-5474

Všechny výše uvedené reakce byly provedeny také za použití čistého činidla (dimethyl(1-diazo-2-oxopropyl)fosfonátu) a byly získány podobné výtěžky, jaké jsou uváděny v literatuře.⁷