CZ305369B6 - Způsob přípravy polyfluorovaného činidla - Google Patents

Abstract

Způsob přípravy polyfluorovaného činidla obecného vzorce I, kde n je 1 až 2, R.sub.f.n. je vybrán ze skupiny: CF.sub.2.n.CF.sub.2.n.CF.sub.3.n., CF.sub.2.n.(CF.sub.2.n.).sub.2.n.CF.sub.3.n., CF.sub.2.n.(CF.sub.2.n.).sub.4.n.CF.sub.3.n., CF.sub.2.n.(CF.sub.2.n.).sub.6.n.CF.sub.3.n., CF.sub.2.n.(CF.sub.2.n.).sub.8.n.CF.sub.3.n., CF.sub.2.n.(CF.sub.2.n.).sub.3.n.CF(CF.sub.3.n.).sub.2.n., CF.sub.2.n.(CF.sub.2.n.).sub.5.n.CF(CF.sub.3.n.).sub.2.n. a X je Cl, vyznačující se tím, že v prvním stupni se při teplotě v rozmezí -90 až -60 .degree.C připraví reakcí jodidu R.sub.f.n.CH.sub.2.n.CH.sub.2.n.I s terc-butyllithiem roztok organolithného činidla R.sub.f.n.CH.sub.2.n.CH.sub.2.n.Li ve směsi pentan-diethyléther v objemovém poměru 1 až 2:1 a ve druhém stupni se k tomuto roztoku přidá silanový substrát Cl(CH.sub.2.n.).sub.n.n.SiCl.sub.3.n., kde n je 2, 3 v molárním poměru ortganolithného činidla k silanovému substrátu 3 až 4:1.

Description

Způsob přípravy polyfluorovaného činidla

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu přípravy polyfluorovaného činidla podle obecného vzorce I.

Dosavadní stav techniky

Sloučeniny, opatřené jedním nebo více řetězci složenými z sp³ hybridizovaných perfluorovaných uhlíků, již řadu let poutají pozornost. Fluorová doména dodává molekule unikátní vlastnosti, které jsou předmětem studia fluorové chemie a daly vzniknout mnoha aplikacím. Zájem o fluorofilní sloučeniny vzrostl po uveřejnění zásadní práce, [Science, 1994, 266, 72] v níž jsou nastíněny a na několika příkladech demonstrovány principy fluorových dvoufázových systémů. Tento koncept byl později rozšířen také na třífázový systém a vzniklo mnoho variant, které v oblasti separací různých komponent reakčních směsí, nalezly uplatnění v homogenní katalýze, organické syntéze, kombinatoriální chemii atd.

Fluorovaná rozpouštědla tvoří za laboratorní teploty, ortogonálně k vodné a organické, třetí fluorovou fázi. Tato rozpouštědla jsou silně hydrofobní a jejich mísitelnost s organickými rozpouštědly je teplotně závislá. Afinita sloučenin k fluorové fázi obecně roste s počtem atomů fluoru v molekule (hrají roli i jiné vlivy jako je hybridizace atomu uhlíku připojeného k fluoru, sterické bránění atd.). Přestože činidla se třemi vysoce fluorovanými řetězci jsou v této oblasti velice užitečná, odborná literatura nabízí poměrně chudý výběr takových činidel. Ta mají navíc většinou specifickou reaktivitu a jsou navržena pro konkrétní aplikace. Komerční dostupnost těchto látek se doposud omezuje pouze na řadu cíničitých derivátů.

Silan se třemi perfluorovanými řetězci BrSi(CH₂CH₂R_f)₃ je doposud nej rozšířenější činidlo tohoto druhu. Pro připojení k substrátu slouží reaktivní Si-Br vazba. Bylo ho použito například pro dočasné zvýšení fluorofility jednoho z reaktantů při multikomponentních kondenzačních reakcích podle Ugiho and Biginelliho. Produkty, amidy aminokyselin a dihydropyrimidiny s připojenou fluorovou doménou, jsou z reakční směsi izolovány extrakcí do perfluorovaného rozpouštědla. Následně je fluorová doména odštěpena fluoridovým aniontem a extrahována opět do fluorového rozpouštědla. Produkt je tak získán ve vysoké čistotě bez nutnosti chromatografie nebo jiných separačních metod [J. Org. Chem. 1997, 62, 2917; US 5 777 121 A], Snadnou výměnou atomu bromu za allyloxy skupinu získáme substrát, který cykloadici s nitril—oxidy poskytne příslušné isoxazoly. Produkt je izolován podle stejného protokolu jako v předcházejícím příkladu. [Science 1997, 275, 823], Podobně, byl tento silan zaveden na benzylovou chránící skupinu. Ta byla využita při protekci hydroxylových skupin při syntéze disacharidů /Tetrahedron Lett. 1998, 39, 4937/.

Jedna z variant třífázového postupu při izolaci produktů je popsána na příkladu Grignardovy reakce. Po přidání Grignardova činidla k vybaveným aldehydům je přidán nadbytek BrSi(CH₂CH₂R_f)₃. Ten po navázání na produkt umožní jeho extrakci do fluorové fáze ve třífázovém kapalném systému. Pak je fluorová část oddělena a produkt ve druhé extrakci přechází do organické fáze /Science 1997, 275, 823/. Trvale byly tímto činidlem funkcionalizovány například chirální ligandy BINOL (l,l'-Bi-2-naphthol) a BINAP (2,2'-bis(diphenylphosphino)-l,l'-binaphthyl). Ty byly pak využity ve fluorové dvoufázové katalýze jako ligandy při asymetrické adici diethylzinku na aromatické aldehydy a při asymetrické Heckově reakci. Po ukončení reakce byly tyto ligandy extrahovány od reakční směsi do fluorové fáze a znovu použity [J. Fluor. Chem. 2003, 120, 121],

Příprava cyklopentadienových prekurzorů ligandů s třemi a šesti perfluorovanými řetězci byla provedena reakcí BrSi(CH₂CH₂R_f)₃ s cyklopentadienidem lithným [J. Organomet. Chem. 695

- 1 CZ 305369 B6 (2010) 537 až 545]. Autoři uvádějí, že v produktu byl vždy přítomen siloxanový dimer (RfCH₂CH2)SiOSi(CH2CH₂Rf)3. Je to způsobeno značnou citlivostí činidla ke vzdušné vlhkosti. Je nutné ho tedy připravovat těsně před samotnou reakcí (nebo skladovat v přísně inertních podmínkách).

Z perfluorovaných silanů HSi(CH₂CH₂R_f)₃ se vycházelo při přípravě aminů, které slouží jako vychytávače reakční komponenty, která byla použita ve stechiometrickém přebytku. Tento vychytávač (scavenger), byl připraven hydrosilylací tris(perfluorhexylethyl)silanu N-allyl trifluoracetamidem. Odchránění trifluoracetamidu vede k požadovanému fluorovanému aminu. [J. Org. Chem. 1999, 64, 2835].

Vazba křemík-aromatický kruhu je za určitých reakčních podmínek nestabilní. Proto byl připraven terciální alkohol HOC((CH₂)₂Rf₆)₃, který byl Friedel-Craftsovou reakcí připojen na aromatické jádro za vzniku stabilní C-C vazby. Sekvencí dalších reakcí byl připraven derivát efedrinu, jako stereoselektivní ligand [Tetrahedron, 57 (2001) 5565 až 5571].

Trialkylstannany jsou, i přes svou toxicitu a problémy se separací vedlejších produktů reakce obsahujících cín, poměrně rozšířené v organické syntéze. Problém separace se snaží vyřešit jejich fluorované analogy. Dobré rozpustnosti polyfluorovaných sloučenin v superkritickém oxidu uhličitém bylo využito při radikálových redukcích v tomto médiu. Redukčním činidlem zde byly cíničité hydridy HSn(CH₂CH₂Rf)₃ a substrátem bromadamantan, steroidní jodidy, bromidy a fenyl selenidy. [J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7406]. Vedle hydridů byly připraveny také azidy, jako alternativa k běžným tributylcíničitým azidům při konverzi nitrilů na tetrazoly. [Tetrahedron, 1999, 55, 8997; US 5 777 121 A], Arylcíničitá fluorová činidla byla testována ve Stilleho reakcích s různými halogenidy a trifláty. Koncentrovaná reakční směs byla podrobena třífázové separaci H₂O/CH₂Cl₂/FC-72 přičemž produkt zůstal v organické a tris(polyfluoralkyl)cín chlorid ve fluorové fázi [J. Org. Chem. 1996, 61, 6480; J. Org. Chem. 1997, 62, 8341], Většina těchto cíničitých činidel je komerčně dostupná [Fluorous.com],

Pokračující zájem o fluorovou chemii [Chem. Commun., 2012, 48, 11382] však vyžaduje vývoj nových činidel (tagů), která budou dostatečně flexibilní a umožní realizaci nových směrů v této oblasti.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je způsob přípravy polyfluorovaného činidla obecného vzorce I ω,

kde n je 1 až 2, R_f je vybrán ze skupiny: CF₂CF₂CF₃, CF₂(CF₂)₂CF₃, CF₂(CF₂)₄CF₃, CF(CF₂)₆CF₃, CF₂(CF₂)₈CF₃, CF₂(CF₂)₃CF(CF₃)₂, CF₂(CF₂)₅CF(CF₃)₂ a X je Cl, vyznačující se tím, že v prvním stupni se při teplotě v rozmezí -90 až -60 °C připraví reakcí jodidu RfCH₂CH₂I s terc-butyllithiem roztok organolithného činidla RfCH₂CH₂Li ve směsi pentan-diethylether v objemovém

poměru 1 až 2 : 1 a ve druhém stupni se k tomuto roztoku přidá silanový substrát Cl(CH₂)_nSiCl₃, kde n je 2, 3 v molámím poměru organolithného činidla k silanovému substrátu 3 až 4 : 1.

Sloučeninu obecného vzorce I kde X je Br, I, a n je 1 až 2, nebo X je N₃ a n je 2 lze výhodně připravit tak, že se sloučenina vzorce I připravená způsobem podle nároku 1 nechá reagovat v přítomnosti aprotického polárního rozpouštědla vybraného ze skupiny butan-2-on, dimethylsulfoxid a dimethylformamid s látkou vybranou ze skupiny LiBr, Nal nebo NaN₃.

Sloučeninu obecného vzorce I kde X je CsCH, C5H5, a n je 2 lze pak s výhodou připravit tak, že se sloučenina vzorce I připravená způsobem podle nároku 2, kde X je Br nebo I nechá reagovat v přítomnosti rozpouštědla vybraného ze skupiny diethyléther, terc-butyl methyl éther a tetrahydrofuran s látkou vybranou ze skupiny acetylid lithný, acetylid sodný, cyklopentadienid lithný, cyklopentadienid sodný nebo cyklopentadienid draselný.

Předmětem vynálezu je tedy způsob přípravy série činidel určených k zvýšení fluorofility cílové molekuly. Činidla, obecného vzorce I, obsahují tři perfluorované řetězce připojené přes dvě —CH₂— spojky k atomu křemíku, který plní úlohu stabilního větvícího prvku. Dále je připojen alkylidenový řetězec zakončený funkční skupinou. Spojky -CH₂- izolují funkční skupinu od vlivu elektronegativních fluorů i středového křemíku. Funkční skupina se tedy po chemické stránce chová standardně a lze na ni aplikovat postupy běžné organické chemie. Činidlo ve složení, kde X = Cl je připraveno z komerčně dostupných prekurzorů v jedné reakční nádobě substitucí atomů chloru na křemíku in-situ připraveným karbaniontovým polyfluorovaným řetězcem (schéma 1). Výtěžky se pohybují okolo 90 %.

Uvedené produkty lze s výhodou dále jednoduše derivatizovat nebo je využít pro připojení na jiné molekuly a tím zvýšit jejich fluorofilitu. Dále je možné je využít jako výchozích látek k syntéze nových fluorofilních sloučenin.

Objasnění výkresů

Na připojeném výkrese představuje obr. 1 - schéma syntézy polyfluorovaného činidla, kde skupina X je Cl; obr. 2 - schéma syntézy polyfluorovaného činidla kde skupina X je Br, I, N₃, obr. 3 - schéma syntézy polyfluorovaného činidla kde skupina Xi je Br nebo I a X₂ je C=CH. C₅H₅.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Příprava (3-chlorpropyl)tris(3,3,4,4,5,6,6,7,7,8,8,8-tridekafluoroktyl)silanu podle obr. 1.

l,l,l,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-tridekafluor-8-jodoktan (23,5 g) je rozpuštěn ve směsi suchého pentanu (180 ml) a diethylétheru (120 ml). Směs je za míchání ochlazena na -78 °C. Po přidání t-butyllithia (31,5 ml; 1,6 M) je reakční směs míchána za chlazení 15 minut a pak je přidán trichlor(3chlorpropyl)silan (3 g). Směs je ještě dvě hodiny míchána za chlazení pak se nechá ohřát na laboratorní teplotu a míchá se ještě hodinu. Výsledná směs je pak nalita na led (300 g) a po rozpuštění ledu míchána ještě 15 minut. Vodná vrstva je extrahována diethylétherem (3 x 50 ml) a spojené organické fáze přefiltrovány přes silika gel. Nakonec je organický roztok sušen MgSO₄ a po filtraci je rozpouštědlo odpařeno. Tímto způsobem se získá 15 g (92 %) produktu.

-3 CZ 305369 B6

Příklad 2

Příprava (3-jodpropyl)tris(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridekafluoroktyl)silanu podle obr. 2.

K roztoku (3-chlrpropyl)tris(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridekafluoroktyl)silanu (8 g) v butan-2onu (50 ml), byl přidán Nal (5,2 g). Reakční směs je míchána a zahřívána na teplotu 60 °C po dobu 48 hodin. Poté je reakční směs ochlazena na laboratorní teplotu. Následuje filtrace od vyloučených solí a odpaření rozpouštědla. Odpařený zbytek se rozpustí v diethyletheru (50 ml) a promyje roztokem Na₂S₂O₃. Organická vrstva je pak sušena MgSO₄. Po odpaření rozpouštědla bylo získáno 3,5g (81 %) produktu.

Příklad 3

Příprava (3-(cyklopentadienyl)propyl)tris(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridekafluoroktyl)silanu podle obr. 3.

K roztoku (3-jodpropyl)tris(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridekafluoroktyl)silanu (2 g) v diethylétheru (10 ml) byl za chlazení na -78 °C přikapán stříkačkou cyklopentadienid sodný (0,8 ml); 2M roztok v THF). Reakční směs je pak míchána za laboratorní teploty 10 hodin. Následuje filtrace a odpaření rozpouštědla. Odpařený zbytek se rozpustí v diethylétheru (50 ml) a promyje roztokem Na₂S₂O₃. Organická vrstva je pak sušena MgSO₄. Po odpaření rozpouštědla bylo získáno 1,4 g (74 % produktu).

Průmyslová využitelnost

Způsob podle vynálezu lze využít k přípravě polyfluorovaného činidla, které je určeno ke zvýšení fluorofility cílové molekuly, nebo jako výchozí látka při syntéze fluorofilních molekul.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob přípravy polyfluorovaného činidla obecného vzorce I (I), kde n je 1 až 2, Rf je vybrán ze skupiny: CF₂CF₂CF₃, CF₂(CF₂)₂CF₃, CF₂(CF₂)₄CF₃, CF₂(CF₂)₆CF₃, CF₂(CF₂)₈CF₃, CF₂(CF₂)₃CF(CF₃)₂, CF₂(CF₂)₅CF(CF₃)₂ a X je Cl, vyznačující se tím, že v prvním stupni se při teplotě v rozmezí -90 až -60 °C připraví reakcí jodidu RfCH₂CH₂I s terc-butyllithiem roztok organolithného činidla RfCH₂CH₂Li ve směsi pentandiethyléther v objemovém poměru 1 až 2 : 1 a ve druhém stupni se k tomuto roztoku přidá sila-4CZ 305369 B6 nový substrát Cl(CH₂)_nSiCl₃, kde n je 2, 3 v molámím poměru organolithného činidla k silanovému substrátu 3 až 4 : 1.
2. 2. Způsob přípravy sloučeniny vzorce I podle nároku 1, vyznačující se tím, že se
3. 5 sloučenina vzorce I připravená způsobem podle nároku 1 nechá reagovat v přítomnosti aprotického polárního rozpouštědla vybraného ze skupiny butan-2-on, dimethylsulfoxid a dimethylformamid s látkou vybranou ze skupiny LiBr, Nal nebo NaN₃ za vzniku sloučenin vzorce I, kde X je Br, I, a n je 1 až 2, nebo X je N₃ a n je 2.

   ío 3. Způsob přípravy sloučeniny vzorce I podle nároku 1, vyznačující se tím, že se sloučenina vzorce I připravená způsobem podle nároku 2, kde X je Br nebo I nechá reagovat v přítomnosti rozpouštědla vybraného ze skupiny diethyléther, terc-butyl methyl éther a tetrahydrofuran s látkou vybranou ze skupiny acetylid lithný, acetylid sodný, cyklopentadienid lithný, cyklopentadienid sodný nebo cyklopentadienid draselný za vzniku sloučeniny vzorce I, kde X je

   15 C^CH, C₅H₅, a n je 2.