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H-Cube®连续流动氢化反应系统进行的去保护反应 Deprotection Reactions Using the H-Cube®

H-Cube®连续流动氢化反应系统进行的去保护反应 Deprotection Reactions Using the H-Cube®

2018/01/02 15:55
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在当今的有机合成反应中,保护基团有着相当重要的作用。苯甲基,氨基甲酸酯和苄氧甲酰基都是最常用的保护基团,在反应中常常用来保护醇,羧酸和氨等基团。 苯甲基和氨基甲酸酯基团一般是在高温条件下通过加氢催化的方式去除。H-Cube®连续流动氢化反应系统可以在使用10%的Pd/C催化剂的条件下非常高效地将氨,酸和醇中的苯甲基轻松去除。这个应用注解中介绍了近期在文献中使用H-Cube®做去保护反应的一些例子。

O-苯甲基去保护

参数优化

Knudsen et al通过研究被O-苯甲基保护的N-Boc酪氨酸的去苄基反应来探索加氢催化反应(图1)的最佳反应条件1。在仪器的自动反应平台下,他们用10%的Pd/C催化剂做了一系列的实验来摸索溶剂流速,温度以及浓度对反应的影响。结果表明,流速越高,浓度越大催化剂失活的速率就越快。同时他们也发现如果温度越高,反应的转化率就越高。在室温下反应的转化率只有在60°时候反应转化率的一半。他们在反应物浓度在0.1摩尔/升,反应温度在60°,流速在1毫升/分钟的条件下,得到了100%的转化率。



催化剂再生

由于长时间的反应会导致催化剂中毒或者失活,于是催化剂再生就是成了异相催化中的一个重要课题。为了延长催化剂的使用寿命,研究人员做了很多实验。他们将等量的反应物用两种不同的方法加入到反应系统中,一种是连续不断加入,另一种是间歇式加入,注入一小部分以后间隔片刻后在注入下一部分。在间歇式进样中,由于每次进样之间有一个间歇期,吸附在催化剂上的成分就在这个时间被溶剂冲走,使得催化剂由能重新恢复活性。这直接导致在这种进样方式下的转化率要比连续不断进样明显高出一截。

N-苄氧甲酰基去保护

反应优化

Knudsen et al也研究了氮端去保护反应的条件优化(图2)。他们找到的最佳的反应条件是:反应温度80°,反应压力1 bar, 溶剂浓度0.05 摩尔/升,催化剂使用10% Pd/C. 在这样的条件下,对包括二肽和氨基酸衍生物在内的一系列氮端被保护的化合物成功进行了氢化反应。和前面看到的情况一样,温度在这一系列反应中对转化率也有着显著影响。每个反应中,目标反应产物的产率非常高,如表1所示。当Cbz-(OBn)Tyr-OMe(表1第4行)在系统中反应时,研究人员观察到了选择性去保护,且目标产物的产率达到83%。

 

新的合成路径

Franckevicius et al.发现了一种有效且安全的方法合成(S)-pyrrolidine-2-yl-1H-tetrazole. 这个产物可以用来制备用于提高Mannich反应和Aldol反应产率的催化剂。整个合成过程避免了产生叠氮化氨等有毒物质同时避免使用了无挥发性容易。


合成的第一步是制备被保护的吡咯烷衍生物,这个产物然后和叠氮化钠一起被用来制备被Cbz保护的吡咯的四唑衍生物,总产率是92%。最后一步反应中,Cbz的去保护在H-Cube®连续流动氢化反应系统得到实现(图3),使用的是一种将乙酸乙酯,乙醇和乙酸按照1比1比1混合的挥发性溶剂。这个方法大大缩短了反应时间。如果使用乙酸和水按照9比1混合的容易当做溶剂在间歇模式下反应的话,整个反应时间要耗费3天。如果在流动模式下反应,制备3g目标产物也需要3.5个小时。图4中的反应是用在Full Hydrogen模式下进行的,反应条件是流速1毫升/分钟,温度80°,浓度0.05摩尔/毫升。催化剂是10%的Pd/C.反应的后处理只需要将容易蒸发即可。去保护的产率是98%,全合成的总产率是90%。

O-去苄基反应

新的合成路径

Desai和Kappe3在合成二氢吡啶 C5羧酸的过程中应用到了一步去苄基反应。这种酸可以通过与其相对应的苯甲基酯的氢解而得到。以前相关报道说在间歇反应模式下此反应的产率较高,但是需要使用外接氢气瓶。而H-Cube®不需要外接气瓶,而且使用的是10%的Pd/C催化剂。反应过程和产率等数据在图4和表2中。在这样的条件下, 使用连续流动模式,反应的产率达到80%-95%。

表2中也列出了用其他两种方式得到的反应产率,其中一种是室温下通过甲酸铵的催化转移加氢,另一种方法在微波条件下通过甲酸铵的加氢4。在室温下的反应,耗时8到10个小时,产率仅在56%到66%之间。即便是通过微波促进,产率也没能得到显著提高,大概在53%到62%之间,但是反应时间缩短到几分钟。

相比起来,H-Cube®连续流动氢化反应系统中进行的反应产率就能达到80%-95%。而这种高产率是仅仅需要通过一个简单的蒸发得到,如此简单的后处理使得这种方法非常有吸引力。

多重去苄基化和双键还原

Matos和Murphy5在一个多步骤有机合成过程中发现去苄基化和双键还原反应对于多羟基氧杂大环内酯内化合物的合成有着至关重要的作用。

在还原反应之前的一步反应需要做的是一种大环内酯混合物的合成,分离然后输入H-Cube®系统。三个苯甲基的去保护和双键的还原(图5)是在80bar的气压和60°的温度下进行的。流速是1毫升/分钟,催化剂是5%的Pd/C,溶剂是乙醇。反应得到的无色油状物的结构是通过x射线分析确定的。

结论

H-Cube®连续流动氢化反应系统被证明是非常理想的进行催化加氢去保护反应的系统。极高的反应产率和简单的催化剂处理方式使得这个系统可以成为是一个快捷,高效和安全的去苄基反应系统。

参考文献
[1] K. R. Knudsen, J. Holden, S. V. Ley, M. Ladlow; Adv. Synth. Catal.; 2007; 349; 535-538
[2] F. Franckevicius, K. R. Knudsen, M. Ladlow, D. A. Longbottom, S. V. Ley; Synlett; 2006; 6; 889-892
[3] B. Desai, C. O. Kappe; J. Comb. Chem. ; 2005 ; 7 ; 641-643
[4] B. Desai, D. Dallinger, C. O. Kappe; Tetrahedron.; 2006; 62; 4651-4664
[5] M-C. Mathos, P. V. Murphy; J. Org. Chem.; 2007; 72; 1803-1806

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