Preparazione di un Hexahelicene corannulene-funzionalizzati da rame (I) -catalyzed Acetilene-azide cicloaddizione di unità non planare policiclici aromatici

L'obiettivo generale di questo protocollo è sintetizzare un esaelicene funzionalizzato con corannulene, un composto organico complesso costituito da tre unità poliaromatiche non planari assemblate mediante chimica click. Il metodo comprende una serie di sei passaggi reattivi in una sintesi che utilizza diverse procedure organiche comuni, come reazioni a radicali liberi, accoppiamenti carbonio-carbonio o chimica click.

Il vantaggio principale di questo metodo è che, con lievi modifiche di queste reazioni ben note, è possibile ottenere risultati simili anche per composti poliaromatici non planari. Questo metodo può fornire informazioni sulla chimica di questa particolare famiglia. Poiché il suo comportamento non è così simile a quello dei composti aromatici planari, può essere applicato anche a sistemi come il tetratiafulvalene esteso o l'annulene a 7 termini.

Abbiamo avuto per la prima volta l'idea di questo protocollo durante il nostro lavoro sul riconoscimento ospite-ospitante, quando cercavamo di assemblare due unità corioniche in uno scaffold elicenico. Per iniziare la debrominazione, pesare 0,356 g di 2,15-dimetil-esil elicene, 374 g di N-bromosuccinimide appena ricristallizzata e 24 mg di perossido di benzoile.

Collocare tutti i solidi in un pallone di Schlenk da 100 ml con un agitatore magnetico. Sottoporre i solidi ad atmosfera di azoto mediante tre cicli di evacuazione del gas seguiti da ripristino con gas inerte sulla linea di Schlenk. Aggiungere quindi 21 ml di tetracloruro di carbonio.

Deaerare la soluzione mediante lo stesso processo di evacuazione e riempimento con agitazione vigorosa. Prestare attenzione a prevenire una perdita massiccia del solvente. Sottoporre la miscela a riflusso a 77 gradi Celsius, utilizzando un bagno d'olio per quattro ore.

La reazione può essere seguita mediante risonanza magnetica nucleare protonica o spettroscopia NMR. Dovrebbero apparire dei doppietti tra 3,7 parti per milione e 4,0 parti per milione, indicando la presenza di gruppi metilenici diastereotopici. Al termine, raffreddare la miscela a temperatura ambiente ed eliminare il solvente sotto vuoto.

Impostare una trappia riempita con azoto liquido per evitare la contaminazione della pompa. Ridisciogliere il prodotto grezzo in 30 ml di diclorometano. Successivamente, trasferire la soluzione in un pallone a fondo rotondo e mescolare con 4 g di gel di silice.

Concentrare la miscela in un evaporatore rotante. Nel frattempo, riempire una colonna con gel di silice precedentemente mescolato con esano e acetato di etile come fase mobile. Aggiungere la miscela sulla sommità della colonna e quindi aggiungere uno strato di 2 cm di sabbia.

Versare con attenzione la nuova fase mobile. Eseguire la cromatografia raccogliendo le frazioni in provette da 20 ml per provetta e da 4 ml per provetta nelle vicinanze della soluzione del prodotto prevista. Analizzare le frazioni mediante cromatografia su strato sottile utilizzando la stessa fase mobile e visualizzare al microscopio sotto luce ultravioletta.

Il prodotto previsto dovrebbe eluire con un fattore di ritenzione di 0,35 sotto forma di un olio giallo, dopo aver combinato tutte le frazioni desiderate e rimosso il solvente con l'evaporatore rotante. Per eseguire la sintesi, pesare 0,103 g di 2,15 bis-bromometil esaelicene e 0,390 g di azoturo di sodio. Collocare entrambi i solidi in un pallone di Schlenk da 50 ml munito di barretta magnetica e porre sotto atmosfera di azoto.

Quindi mescolare 8,6 ml di tetraidrofurano con 5,2 ml di acqua e versare la miscela di solventi nel pallone Schlenk. Dopo aver sottoposto la soluzione a degasaggio, riflussare a 65 gradi Celsius per tre ore. Verificare la reazione mediante NMR a protone.

I segnali del gruppo metilenico dovrebbero spostarsi a 3,75 parti per milione. Successivamente raffreddare la miscela a temperatura ambiente ed eliminare il tetraidrofurano sotto vuoto. Quindi diluire il campione con 50 ml di acqua.

Trasferire la miscela in un imbuto separatore ed estrarre tre volte con 40 ml di diclorometano. Riunire tutte le fasi organiche e lavare con 50 ml di acqua distillata. Purificare il prodotto grezzo mediante cromatografia su colonna su silice gel, utilizzando esano e acetato di etile come fase mobile, per ottenere un olio giallo con un fattore di ritenzione di 0,38.

Corrisponde al 2,15 bis-asomethylesaelicene. Si dovrebbero ottenere 70 mg, corrispondenti a una resa dell'80%. A questo punto della procedura, rimangono tre ulteriori passaggi per ottenere un'etinilcarbolina. Le reazioni prevedono una sostituzione aromatica elettrofila assistita da microonde, seguita da un'accoppiamento di Sonogashira e da una successiva rimozione del gruppo protettivo.

Tutte queste procedure sono descritte dettagliatamente nel protocollo testuale. Pesare 15,3 mg di due 15 bis asomethylhexahelicine, 20,0 mg di ethinyl carnoline, 1,4 mg di sale sodico dell'acido ascorbico e 1,7 mg di solfato rameico pentaidrato. Collocare tutti i solidi in un pallone di Schlenk da 50 ml munito di barretta magnetica e porre sotto atmosfera di azoto.

Un passaggio molto critico è quello di sgrassare accuratamente la miscela di solventi. Mescolare 3 ml di acqua e 12 ml di tetraidrofurano e versare la miscela nel pallone di Schlenk. Sgrassare accuratamente la soluzione.

Un secondo punto importante è controllare periodicamente la reazione per assicurare un adeguato volume di solvente e la corretta temperatura. In caso contrario, la reazione potrebbe richiedere un tempo più lungo per completare la composizione etininica. Riscaldare a 65 gradi Celsius per tre giorni con un condensatore collegato alla sommità del pallone.

Controllare periodicamente la reazione per verificare temperatura, agitazione e volume del solvente. Analizzare la reazione mediante NMR del protone. Il segnale a 3,48 parti per milione dovrebbe scomparire e spostarsi a 7,27 parti per milione, indicando il consumo di etinil carnolina e la formazione dell'unità triazolica.

Al termine, rimuovere il tetraidrofurano sotto vuoto e diluire con 20 ml di acqua. Trasferire la miscela in un imbuto separatore e risciacquare il pallone con 20 ml di diclorometano. Dopo aver estratto la miscela tre volte con diclorometano, unire tutte le fasi organiche in un pallone a fondo rotondo e concentrare con un evaporatore rotante.

Purificare il prodotto grezzo mediante cromatografia su colonna su gel di silice, eluendo con esano e acetato di etile, per ottenere il solido giallo pallido con un fattore di ritenzione di 0,59. Si dovrebbero ottenere 27 mg, corrispondenti a un rendimento del 75%. Carnolina e 2,15-dimetilesaelicina possono essere preparate seguendo i metodi attuali in modo semplice e con rendimenti molto buoni. Entrambi i percorsi reattivi condividono una molecola comune: il 2,7-dimetilnaftalene, utilizzato come materiale di partenza.

Secondo l'attuale percorso sintetico, il composto finale è stato preparato in sei passaggi a partire dalle molecole menzionate, portando a una sintesi divergente-convergente. L'assemblaggio finale si basa sulla famosa strategia di cicloaddizione tra azide e alchini catalizzata dal rame 1, nota come reazione click. Seguendo questa procedura, è possibile preparare in tempi ragionevoli e con buoni rendimenti una molecola organica complessa in grado di stabilire interazioni supramolecolari con le fullerene.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come applicare con successo reazioni note della chimica organica tradizionale per sviluppare un approccio multistep alla sintesi di molecole poliaromatiche complesse non planari con proprietà interessanti.