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Lehn und Mitarbeiter entwickelten den Ansatz des „Helizitäts-Codons“, in dem 2,2`-Bipyridin und dem Bipyridin ähnliche Aza-Aren-Strukturen für das Design von Strängen verwendet werden, um helikale Architekturen zu generieren.[1] Merkmal dieses Ansatzes ist die gezielte Aneinanderreihung von konformationell präorganisierten Bausteinen, deren strukturelle Eigenschaften zu der Ausbildung von helikalen Strukturen führt.[2-8] Die konformationelle Präorganisation ist in den besonderen elektronischen Eigenschaften der Aza-Heteroaromaten begründet. Mit diesem Ansatz der „helikalen Faltung durch Präorganisation“ konnten Lehn und Mitarbeiter diverse helikale Strukturen generieren, die aufgrund ihrer Rigidität eine hohe Tendenz zur Kristallisation zeigten. Anhand der Kristallstrukturdaten konnten detaillierte Informationen über die helikalen Architekturen gewonnen werden. Längere Oligomerstränge wurden jedoch nur in geringen Ausbeuten erhalten. Auch andere Synthesestrategien wie die Verwendung der vermeintlich effizienteren Kondensation zu Hydrazoneinheiten als verknüpfende Elemente konnten das Problem der geringen Ausbeuten nur teilweise beheben.[4] Um aber artifizielle funktionale helikale Strukturen zu schaffen, die beispielsweise als Transportersysteme oder Ionenkanäle verwendet werden können oder mit Hilfe derer der Mensch in der Natur vorkommende helikale Architekturen verstehen kann, ist eine effiziente Synthese der Zielstrukturen essentiell. Erst die wirtschaftliche, schnelle Synthese von helikalen Architekturen von genau definierter Größe in Verbindung mit der Möglichkeit die Struktur effizient verändern und den Gegebenheiten anpassen zu können, erlaubt es, die Natur zu studieren, deren Wirkungsweise zu verstehen und schließlich imitieren zu können.
Wir wollen in Anlehnung an Lehn den Ansatz des “Helizitäts-Codons“ verwenden und mit einer modernen, effizienten Reaktion verbinden, um helikale Architekturen oligomerer und polymerer Natur zu schaffen. Als Schlüsselreaktion für den Aufbau präorganisierter Strukturen und darauf basierender Foldamerarchitekturen verwenden wir die hocheffiziente Kupfer(I)-katalysierte 1,3-dipolare Cycloaddition von Arylaziden und Arylacetylenen, besser bekannt unter dem Namen “Klick-Reaktion“. Hierbei sichert die Klick-Reaktion die hohen Ausbeuten jedes einzelnen Reaktionsschritts bei dem Wachstum der Strukturen. Zudem stellt der dabei entstehende Triazolring das zentrale Strukturelement dar und führt in Verbindung mit dem Pyridinring zu der genannten Präorganisation in die hufeisenförmige anti-anti-Konformation (Abbildung 4–1). Dem Triazolring kommt also nicht nur die Bedeutung einer verknüpfenden Einheit zu, sondern er stellt in Kombination mit dem Pyridinring den Schlüsselbaustein innerhalb des Rückgrats dar (Abbildung 4–1, rot hervorgehoben), der für die Eigenschaften der Strukturen maßgebend ist. Die Struktur besteht aus einem zentralen Pyridinring an den zwei Arylringe über zwei Triazole geknüpft sind. Es ergibt sich somit die Bezeichnung 2,6-Bis(1-aryl-1,2,3-triazol-4-yl)pyridin, kurz BTP. Analog wie im 2,2`-Bipyridin wird die gezeigte syn-syn-Konformation durch die Abstoßung der freien Elektronenpaare der N-Atome destabilisiert. Währenddessen stabilisieren H-Brücken die anti-anti-Konformation, so dass eine gebeugte hufeisenförmige Struktur resultiert. Bedingt durch die Präorganisation sollten sich die BTP-Strukturen sehr gut als helikogene Einheiten für den Aufbau von helikalen Strukturen eignen. Eine Aneinanderreihung der hufeisenförmigen BTP-Strukturen sollte zu der Ausbildung der in Abbildung 4–1 dargestellten Helix führen.
Abbildung 4–1: Klick-Reaktion für die effiziente Synthese von präorganisierten Bausteinen deren Aneinanderreihung zu helikalen Architekturen führt. | ||
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Da zu Beginn dieser Arbeit keine Klick-Reaktion bekannt war, die an dem gleichen Heteroaromatengerüst zweimal in Folge abläuft, musste zunächst die Machbarkeit und Effizienz der Synthese der BTP-Bausteine unter Anwendung der Klick-Reaktion überprüft werden. Mehrere in Folge ablaufende Klick-Reaktionen, allerdings mit benzylischen und allylischen Funktionalitäten, waren beispielsweise beschrieben von Fokin et al. und Sharpless [9,10]. Als die hier beschriebenen Forschungsarbeiten auf dem Gebiet weit fortgeschritten und dieser Aspekt geklärt war, erschien eine Publikation von Reek et al. die u.a. diese Thematik behandelt[11]).
Nach der Synthese der BTP-Verbindungen sollte untersucht werden, ob diese tatsächlich wie vermutet in der anti-anti-Konformation vorliegen, eine weitere Grundvoraussetzung für die Konstruktion von helikalen Strukturen.
Aus der retrosynthetischen Betrachtung der BTP-Struktur lässt sich schließen, dass diese aus drei Molekülbausteinen zusammengesetzt ist. Der zentrale Pyridinring geht auf 2,6-Diethynylpyridin zurück, die beiden Arylringe auf zwei Arylazide. Diese drei Einheiten werden über die Klick-Reaktion miteinander unter Bildung der zwei Triazolringe miteinander verknüpft. Nach dem Baukastenprinzip können so verschiedenste Bauelemente A (2,6-Diethynylpyridin) mit diversen Bauelementen B (Arylazide) kombiniert werden. Dadurch sollte die Möglichkeit gegeben sein, eine Vielzahl von unterschiedlich substituierten BTP-Gerüsten zu generieren.
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Abbildung 4–2: Retrosynthese des BTP-Gerüstes. | ||
Um zu untersuchen, ob die Klick-Reaktion unabhängig von der elektronischen Natur der Komponenten oder deren Polarität effizient abläuft und somit verschiedenste Startmaterialien toleriert, wurden unterschiedlich substituierte Arylazide und 2,6-Diethynylpyridine synthetisiert und in der Klick-Reaktion miteinander umgesetzt.
Es wurden zwei 2,6-Diethynylpyridin-Bausteine mit unterschiedlichen Substituenten hergestellt. Während das eine 2,6-Diethynylpyridin-Derivat eine Estergruppe (1) und daher eine verringerte Elektronendichte im Ring besitzt, verfügt das andere 2,6-Diethynylpyridin-Derivat über eine höhere Elektronendichte durch die Ethergruppe als Elektronendonor (2).
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Abbildung 4–3: Akzeptor- und donorsubstituierte 2,6-Diethynylpyridin-Derivate. | ||
Im Folgenden ist zunächst die Synthese des 2,6-Diethynylpyridins 1 mit der Esterfunktionalität beschreiben.
Dieses wurde ausgehend von der kommerziell erhältlichen Citrazinsäure 3 mit Phosphorylchlorid in 2,6-Dichlorisonicotinsäure 4 überführt (Schema 4–1).[12] Es folgte die Umsetzung zum Ester 5 mit Triethylenglycolmonomethylether (6) (Triglymealkohol, Tg-OH) unter Verwendung von N,N′-Diisopropylcarbodiimid (DIC) als Kupplungsreagenz und N,N′-Dimethylaminopyridin (DMAP) in sehr guten Ausbeuten von 90%. Die alternative Synthese der Überführung in das Säurechlorid mit Thionylchlorid und anschließendem Abfangen mit dem Triglymealkohol 6 lieferte das Produkt 5 in geringerer Ausbeute (34%).
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Schema 4–1: Synthese des 2,6-Dichlorisonicotinsäureesters 5. | ||
Um die generierten BTP-Strukturen als Bausteine für die Synthese von helikal gefalteten Oligomeren- und Polymeren verwenden zu können, wurden polare Triglymealkohol-Seitenketten an die Pyridinbausteine angefügt, um auf der makromolekularen Ebene den solvophoben Effekt für die helikale Faltung nutzen zu können (siehe Abschnitt 4). Außerdem zeigte sich in der späteren Synthese der BTP-Strukturen schnell, dass die Einführung einer polaren Triglymealkohol-Seitenkette 6 erforderlich ist, um die Löslichkeit der BTP-Strukturen zu gewährleisten. Die Einführung der polaren Seitenkette hat aber auch den Nachteil, dass bei allen folgenden Syntheseschritten nicht mehr durch Umkristallisieren aufgereinigt werden kann, sondern dies säulenchromatographisch erfolgen muss.
Es folgte eine doppelte Sonogashira-Kreuzkupplung mit dem Palladium(0)-Katalysator Pd(PPh3)4, CuI und PPh3 in einer Toluol-Triethylamin-Mischung.[13,14] Die Kupplung an den Pyridinring erfolgte mit TMS- bzw. TIPS-Acetylen unter Verdrängung der beiden Chloridsubstituenten (Schema 4–2).
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Schema 4–2: Synthese von esterfunktionalisierten 2,6-Diethynylpyridins 1 und dessen TIPS-monogeschützten Derivats 9. | ||
In Abhängigkeit von der verwendeten Silylschutzgruppe an dem Acetylen wurden die beiden silylgeschützten zweifach gekuppelten 2,6-Diethynylpyridinprodukte mit der TMS-Schutzgruppe (7) in guter und mit der TIPS-Schutzgruppe (8) in sehr guter Ausbeute erhalten. Bei Verwendung der TMS-Gruppe als Silylschutzgruppe kommt es aufgrund derer Labilität bereits bei der Aufarbeitung zur partiellen Abspaltung der Schutzgruppe. Dadurch fällt die Ausbeute des isolierten TMS-geschützten 2,6-Diethynylpyridins 7 geringer aus, jedoch wird schon anteilig das nachfolgende Produkt, das freie 2,6-Diethynylpyridin 1 erhalten. Die TMS-Schutzgruppe kann einfach durch Protiodesilylierung mit Kaliumcarbonat in Methanol abgespalten werden, wahlweise kann auch das reaktive Tetrabutylammoniumfluorid (TBAF) als Fluoridionenquelle eingesetzt werden. Nach anfänglichen Problemen in der Reproduzierbarkeit der Silylschutzgruppenabspaltung mit TBAF wurden nach der Reaktionsoptimierung folgende Reaktionsbedingungen gewählt: Reaktionsstart bei 0 °C, Auftauen auf Raumtemperatur, Reaktionsverlauf regelmäßig mit Dünnschichtchromatographie kontrollieren und bei vollständig abgelaufener Reaktion zum Abbruch zügig den Reaktionsansatz durch Silicagel filtrieren. Auf diese Weise konnte das Produkt 1 reproduzierbar in einer Ausbeute von über 90% erhalten werden.
Die TIPS-Schutzgruppe ist sterisch so abgeschirmt, dass sie nur unter Einsatz der Fluoridionenquelle TBAF abgespalten werden kann. Dabei brachte die Verwendung des eben beschriebenen Reaktionsprotokolls sehr gute Ergebnisse. Das 2,6-Diethynylpyridin 9, das an nur einer Acetylengruppe mit der TIPS-Gruppe blockiert ist, wird bei repetitiven Synthesestrategien benötigt, beispielsweise für den schrittweisen Aufbau von makromolekularen Strukturen wie Oligomerensträngen. Verbindung 9 wird ausgehend von dem zweifach TIPS-geschützten 2,6-Diethynylpyridin 8 erhalten, das bei 0 °C mit 1 Äquivalent TBAF versetzt wird. Die Abspaltung nur einer der beiden TIPS-Gruppen am Substrat unterliegt der statistischen Verteilung und neben dem gewünschten monoentschützten Produkt 9 fällt auch das komplett entschützte 2,6-Diethynylpyridin-Derivat 1 an und das Ausgangsmaterial 8 wird reisoliert (Schema 4–2). Daher kann das Produkt 9 nur mit einer variierenden Ausbeute von 30 - 35% erhalten werden.
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Bei der Synthese des 2,6-Diethynylpyridins 2 mit elektronenschiebender Etherfunktionalität wurde von 2,6-Dibrompyridin (10 ) ausgegangen. Um dieses in Position 4 funktionalisieren zu können, muss Verbindung 10 zunächst in die entsprechende Nitroverbindung überführt werden wie von Jenny und Mitarbeitern beschrieben worden ist.[15] Da die direkte Nitrierung des 2,6-Dibrompyridins zu der anteiligen Substitution von Brom-Atomen in Position 2 führt, muss der Umweg der Überführung in das 2,6-Dibrompyridin-N-Oxid 11 gegangen werden (Schema 4–3). Die Mischung aus 30%iger Wasserstoffperoxidlösung und TFA ergibt Trifluorperessigsäure, die dann mit dem Pyridinderivat, ähnlich der Bildung von Epoxiden aus Alkenen, zu dem 2,6-Dibrompyridin-N-Oxid 11 reagiert. Durch den dirigierenden Effekt der N-Oxid-Funktionalität erfolgt die Nitrierung von Verbindung 11 mit Nitriersäure bestehend aus einem Gemisch aus konzentrierter Salpeter- und Schwefelsäure regioselektiv in Position 4 (12). Die Reduktion wurde nach einem veränderten Syntheseprotokoll von Vögtle in Acetonitril mit PBr3 durchgeführt.[16] Es stellte sich heraus, dass trockene Lösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt verwendet werden müssen, um Nebenproduktbildung zu vermeiden. Hohe Reaktionstemperaturen wirken sich durch den schnellen Reaktionsablauf günstig auf die Reinheit des generierten Produkts aus. Versuche, das günstigere PCl3 anstatt PBr3 einzusetzen, erzielten schlechtere Ergebnisse durch längere Reaktionszeiten. Letztlich konnte die Synthese zu Verbindung 13 im 100 g-Labormaßstab mit sehr guten Ausbeuten durchgeführt werden.
Schema 4–3: Synthese von 2,6-Dibrom-4-nitropyridin 13 im 100 g Maßstab. | ||
Die Einführung des Triglymealkohols Tg-OH 6 erfolgte über eine nucleophile Substitution der Nitrogruppe am Aromaten 13 in Position 4, ähnlich wie es in der Literatur mit Thiolatanionen oder Aminen beschrieben ist (Schema 4–4).[17,18] In trockenem DMF wurde nicht nur das Produkt 14 generiert, sondern auch anteilig 2,6-Dibromo-N,N-dimethylpyridin-4-amin (1 5) gebildet, wahrscheinlich durch Reaktion mit im DMF vorliegenden Dimethylamin-Verunreinigungen (16).
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Bei der Durchführung der Reaktion in trockenem THF konnte die Bildung des Nebenprodukts 15 vermieden werden. Es wurden 0.95 Äquivalente des Triglymealkohols 6 mit 1.07 Äquivalenten NaH deprotoniert, wobei das gebildete Alkoholat die Nitrogruppe nucleophil verdrängt. Höhere Mengen an Alkohol 6 und NaH führten zu der Bildung von Nebenprodukten. Nach Optimierung der Reaktionsbedingungen konnte das Produkt 1 4 reproduzierbar in Ausbeuten um 90% erhalten werden.
Schema 4–4: Nucleophile Substitution am Aromaten und Nebenreaktion in DMF. | ||
Es folgte die Sonogashira-Kreuzkupplung mit TMS-Acetylen oder TIPS-Acetylen in Analogie zu der Darstellung des esterfunktionalisierten 2,6-Diethynylpyridins 1 (Schema 4–5).[13] Auch hier ist die Ausbeute des mit der TMS-Schutzgruppe versehenen 2,6-Diethynylpyridins 17 aufgrund der partiellen Schutzgruppenabspaltung geringer als die des TIPS-geschützten Produkts 1 8. Die Abspaltung der TMS-Schutzgruppe zu Produkt 2 erfolgte vorzugsweise unter den sehr milden Reaktionsbedingungen der Protiodesilylierung unter Verwendung von methanolischem K2CO3, die Abspaltung der TIPS-Silylschutzgruppe von Verbindung 1 8 erforderte TBAF-Reagenz. Bei Verwendung von 2 - 3 Äquivalenten TBAF konnte das 2,6-Diethynylpyridin 2 in 80 - 90% Ausbeute erhalten werden. Das partiell entschützte 2,6-Diethynylpyridin 19 konnte mit einem Äquivalent TBAF aufgrund der statistischen Verteilung der Produktbildung in nur mäßiger variierender Ausbeute von 31 -35% erhalten werden (neben Verbindung 19 entsteht 2, 18 wird reisoliert).
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Schema 4–5: Synthese des etherfunktionalisierten 2,6-Diethynylpyridins 2 und dessen TIPS-monogeschützten Derivats 19. | ||
Versuche, die TIPS-Schutzgruppe selektiv an nur einer der beiden möglichen Acetylenfunktionalitäten der Verbindung 2 wieder einzuführen, indem bei -78 °C in THF mit einem Äquivalent n -BuLi deprotoniert (20) und anschließend mit TIPS-Cl umgesetzt wurde,[19,20] führten zu der Bildung einer Reihe von Nebenprodukten. Diese konnten nicht von dem anteilig gebildeten Produkt 1 9 abgetrennt werden (Schema 4–6). Weder eine tiefere Reaktionstemperatur von -100 °C bei n-BuLi-Zugabe, noch das Abbrechen der Reaktion nach TIPS-Cl-Zugabe durch Eintragen des Reaktionsgemischs in ein Eiswasserbad verbesserten das Ergebnis. Zwar wurden die Strukturen der Nebenprodukte nicht genau analysiert, deren Bildung lässt sich jedoch unter Umständen mit einem nucleophilen Angriff des n-BuLi an der Alkinfunktionalität oder dem Pyridinring erklären.
Schema 4–6: Versuch der Synthese von Verbindung 1 9 mit n-BuLi und TIPS-Cl. | ||
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Arylazide wurden ausgehend von den entsprechenden Anilinen hergestellt, die in einer Diazotierungsreaktion in salzsaurer Lösung mit Natriumnitrit in das Diazoniumsalz überführt und anschließend mit Natriumazid abgefangen wurden.[21] Die Reaktion ist einfach und reproduzierbar durchführbar und liefert das Produkt in so hoher Reinheit, dass es keiner weiteren Aufreinigung bedarf. Aufarbeitung erfolgt entweder über die Abfiltration des gebildeten Niederschlags oder Extraktion mit Diethylether oder Ethylacetat.
Schema 4–7: Verlässliche Reaktion für die Darstellung von Arylaziden: Diazotierungsreaktion mit anschließender NaN3-Zugabe. | ||
Die Ausbeuten der über die Diazotierungsreaktion dargestellten Arylazide sind insgesamt sehr gut. Sie sind zusammen mit dem Aggregatzustand und der Farbe der Arylazide in Tabelle 4-1 zusammengefasst. Die geringere Ausbeute des Tosylazids 21 resultiert aus dessen Flüchtigkeit bei der Entfernung des Diethylethers im Vakuum. Ein Versuch der destillativen Entfernung des Lösungsmittels im Vakuum mit Hilfe einer Vigreux-Kolonne wurde aufgrund der potentiellen Explosionsgefahr des Azids nicht durchgeführt.
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Tabelle 4-1: Ausbeuten, Aggregationszustand und Farbe der isolierten Arylazide.
Verbindung |
R 1 |
Ausbeute [%] |
Farbe /Aggregatszustand | |
21 |
Me |
37 |
Braunes Öl | |
22 |
I |
96 |
Gelber Feststoff | |
23 |
NO2 |
98 |
Orangener Feststoff | |
24 |
CO2Et |
Quantitativ |
Gelbes Öl | |
25 |
OMe |
88 |
Rot-Braunes Öl | |
26 |
NMe2 |
99 |
Gelber Feststoff | |
Schema 4–8 illustriert die Arylazidbildung über die Reaktion eines Azidions mit dem Aryl-Diazoniumsalz. Das Azid-Anion addiert an das Ende des Diazoniumsalzes unter Bildung von drei isomeren, linearen Benzolpentazenen. Diese reagieren entweder direkt unter Abspaltung von Stickstoff zu dem Arylazid weiter oder über die Bildung einer fünfgliedrigen Pentazolstruktur, die anschließend zu dem Arylazid unter Abgabe von Stickstoff zerfällt. Nachgewiesen wurde dieser Reaktionsmechanismus mit Hilfe von 1H- und 15N-NMR-Spektroskopie[22] sowie der Röntgenkristallstrukturanalyse einer isolierten Pentazolverbindung.[23]
Schema 4–8: Mechanistische Betrachtung der Bildung von Arylazid in der Diazotierungsreaktion. | ||
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Da sich Azide unvorhersehbar explosiv zersetzen können und zudem giftig und möglicherweise krebserregend sind, musste dementsprechend vorsichtig und strukturiert gearbeitet werden. Es gilt die folgende grobe Regel der Stabilität von organischen Aziden: die Anzahl der Stickstoffatome darf die Anzahl der Kohlenstoffatome nicht übersteigen und es gilt: (NC + NO)/NN ≥ 3 (mit N = Anzahl an Atomen).[24] Dennoch zeigte sich in der Vergangenheit, dass sich gerade organische Moleküle geringen Molgewichts trotz Einhaltung dieser Regel explosiv zersetzt haben. Bei den präparativen Arbeiten wurden bei Anwesenheit von Natriumazid nur inerte Lösungsmittel wie Diethylether oder Ethylacetat verwendet. Niemals dürfen chlorierte Lösungsmittel wie CH2Cl2 eingesetzt werden, da diese zu explosivem Diazidomethan reagieren können. Die destillative Entfernung des Lösungsmittels erfolgte bei 30 °C Wasserbadtemperatur des Rotationsverdampfers unter Verwendung einer zusätzlichen Plexiglasschutzscheibe. Die Arylazide wurden in Dunkelheit im Tiefkühlschrank bei -20 °C gelagert. In wässrigen Natriumazidabfalllösungen wurde das Natriumazid durch Zugabe von Natriumnitrit bei saurem pH-Wert zerstört.
4-Azido-phenyldimethylamin 26 wurde über eine Kupfer(I)-katalysierte Kreuzkupplungsreaktion aus dem entsprechenden Arylbromid 27 synthetisiert. Hierbei konnte das Reaktionsprotokoll von Liang und Mitarbeitern unter der Verwendung von CuI und N,N´-Dimethylethylendiamin sehr gut reproduziert und das Arylazid 26 in 99% Ausbeute erhalten werden,[25] während das von Ma beschriebene Reaktionsprotokoll unter der Verwendung von l-Prolin als Ligand kein Produkt lieferte.[26]
Schema 4–9: Kupfer(I)-katalysierte Kreuzkupplung für die Darstellung des Arylazids 26, links nach der Methodik von Liang [27] und rechts nach Ma.[28] | ||
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Auch unpolare Arylazide konnten über die Diazotierungsreaktion mit nachfolgender Zugabe von Natriumazid trotz des stark polaren Reaktionsmediums effizient dargestellt werden.
Para-Decyloxyphenylazid 28 als unpolares Arylazid ist aus zweierlei Hinsicht von Interesse: zum einen können mit diesem Baustein unpolare BTP-Verbindungen mit langen Alkylketten synthetisiert werden. Diese können auf Graphitoberflächen aufgebracht und ihr Selbstorganisationsverhalten bei der Monolagenbildung untersucht werden. Zum anderen können amphiphile BTP-Architekturen generiert werden (vide infra).
Ausgehend von para-Nitrophenol (29) wurde dieses in einer Ethersynthese nach William mit K2CO3 als Base und 18-Krone-6 als Phasentransferkatalysator zu der Etherverbindung 30 umgesetzt. Es folgte Reduktion mit Palladium auf Aktivkohle bei 2 bar Wasserstoffdruck zu dem Anilin-Derivat 31 gefolgt von der Umsetzung über die Diazotierungsreaktion zum para-Decyloxyphenylazid 28.
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Abbildung 4–4: Synthese des unpolaren para-Decyloxyphenylazids 28. | ||
Zu Beginn dieser Arbeit zeigte die Recherche der Literatur, dass bereits Reaktionsprotokolle bekannt waren, in denen organische Azide in situ aus Natriumazid und Benzylhalogeniden, Alkylhalogeniden oder Aryliodiden synthetisiert und ohne Isolierung mit entsprechenden Acetylenkomponenten in einer Klick-Reaktion umgesetzt werden.[29,30] Da diese 3-Komponenten-Reaktion eine Isolierung des möglicherweise explosiven Azids umgehen und den synthetischen Aufwand verringern würde, wurde getestet, ob die bekannten Reaktionsbedingungen auf die Darstellung der BTP-Substrate übertragbar sind. Tolyliodid (32) sollte in situ in das Tolylazid 21 überführt werden, das dann mit dem 2,6-Diethynylpyridin 1 die Klick-Reaktion eingeht. Es stellte sich jedoch heraus, dass weder die Verwendung der beschriebenen Syntheseprotokolle noch deren Modifizierungen das gewünschte BTP-Produkt 3 3 lieferte. Variiert wurden die Wärmequelle (konventionell vs. Mikrowellenbestrahlung), die Menge an zugesetzter Kupferquelle CuSO4 (0.1 bis über 1 Äquivalent), das Reduktionsmittel (Kupferspäne vs. Natriumascorbat), der Zusatz von Natrium-Prolinat als Ligand und die Reaktionstemperatur (Raumtemperatur, Erwärmen auf 65 °C) sowie die Reaktionsdauer (2 Stunden bis 2 Tage).
Schema 4–10: Versuch die BTP-Struktur 3 3 aus in situ gebildetem Arylazid 21 zu erhalten. | ||
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Unabhängig von der Reaktionsführung konnten lediglich komplexe Substanzgemische generiert werden. Anhand der gemachten Erfahrungen lässt sich festhalten, dass die Kreuzkupplung zum Arylazid unter den genannten Bedingungen wenig effizient abläuft. Daher wurde dieser Weg der Darstellung von BTP-Strukturen über in situ generierte Arylazide verworfen und stattdessen die Machbarkeit der Synthese ausgehend von isolierten Arylaziden und 2,6-Diethynylpyridin-Derivaten untersucht.
Die in der Klick-Literatur am häufigsten verwendete Kupferionen-Quelle ist CuSO4-Pentahydrat in dem das Kupfer(II) meist in situ mit Natriumascorbat zu dem katalytisch aktiven Kupfer(I) reduziert wird.[31] Daher wurden auch in dieser Arbeit diese beiden Katalysator-Komponenten ausgewählt und ein wässriges Reaktionsmedium bestehend aus einem Gemisch aus Wasser und tert-Butanol eingesetzt.[32] Anfangs war es erforderlich 35 mol% CuSO4 und über 100 mol% Natriumascorbat einzusetzen. Durch die Verwendung des von Sharpless und Mitarbeitern beschriebenen TBTA-Liganden (34) (TBTA = Tris(benzyltriazolyl-methyl)amin)[9] konnte die Menge an verwendeten Kupferionen auf 5 mol% reduziert werden und bei der Reaktionsführung musste nicht streng auf Sauerstofffreiheit geachtet werden. Bei dem TBTA-Liganden 34 handelt es sich um einen vierzähnigen Liganden, der das katalytisch aktive Kupfer(I)ion vor der Oxidation mit Luftsauerstoff schützt, gegen Disproportionierung stabilisiert und die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. TBTA (34) wird selbst über die Klick-Reaktion dargestellt: Benzylbromid (35) wird in einer nucleophilen Substitution in Benzylazid (3 6) überführt, welches dann mit Tripropargylamin (3 7) unter Katalyse von Cu(CH3CN)4PF6 und 2,6-Dimethylpyridin zum TBTA (3 4) umgesetzt wird (Schema 4–11).[9] Es folgt Umkristallisation aus wässrigem Acetonitril.
Schema 4–11: Synthese des von Sharpless und Mitarbeitern entwickelten TBTA-Liganden 34.[9] | ||
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Unter der Verwendung des oben genannten Katalysatorsystems und der Reaktionsbedingungen konnte die BTP-Verbindung 38 ausgehend von der Acetylen-Komponente 1 und dem Arylazid 2 2 in 98% Ausbeute und hoher Reinheit von 98.9% (HPLC, UV-Detektion) dargestellt werden.
Schema 4–12: Synthese der BTP-Verbindung 3 8 unter Nutzung des dargestellten Klick-Syntheseprotokolls. | ||
Bereits nach der Aufarbeitung durch Extraktion besitzt die BTP-Verbindung 3 8 eine bemerkenswert hohe Reinheit wie das Roh-1H-NMR-Spektrum der Abbildung 4–5 erkennen lässt. Lediglich der Peak bei 6.8 ppm kann nicht dem Produkt zugeordnet werden sowie das scharfe Singulett bei 7.63 ppm das dem Produktsignal überlagert ist. Auffällig sind die verbreiterten Signalsätze (vor allem der aromatischen Signale), die auf einen Rest an Kupferverunreinigung schließen lassen, die nach der ersten Aufreinigung noch enthalten sind. Über die säulenchromatographische Aufreinigung konnten diese Verunreinigungen entfernt werden.
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Abbildung 4–5: Roh-1H-NMR des BTP-Moleküls 3 8 nach der Aufarbeitung durch Extraktion. | ||
Unter der Verwendung des erarbeiteten Klick-Reaktionsprotokolls wurden weitere BTP-Verbindungen synthetisiert. Bei der Umsetzung von 1 mit dem 4-Nitrophenylazid 23 bildete sich mit fortschreitender Klick-Reaktion in dem wässrigen Medium ein Niederschlag, der, wie dessen Analyse mit 1H-NMR-Spektroskopie und HPLC-MS zeigte, aus schwer löslichem monogekuppeltem Zwischenprodukt 3 9 und dem Produkt 40 bestand (Schema 4–13). Die unvollständige Reaktion lässt sich auf die geringe Löslichkeit des Zwischenprodukts 3 9 zurückführen und ist durch den Nitrosubstituenten am Heteroaromaten-Gerüst bedingt. Um eine vollständige Umsetzung des ansonsten nicht voneinander trennbaren Gemisches zum Produkt 40 zu sichern, wurde CH2Cl2 der Reaktionsmischung hinzugesetzt.
Schema 4–13: Die geringe Löslichkeit einiger BTP-Strukturen führt zu Problemen bei der vollständigen Umsetzung. | ||
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Die Verwendung eines 2-Phasen-Reaktionsgemischs aus wässrigem tert-Butanol und CH2Cl2 konnte auch gering lösliche Zwischenprodukte in Lösung bringen und den vollständigen Ablauf der Reaktion sichern (ohne diese zu verlangsamen). Da sich als Festsubstanz zugesetztes CuSO4 nur sehr langsam in diesem Lösemittelgemisch löste, wurde eine wässrige CuSO4-Stammlösung verwendet die zudem eine sehr genaue Dosierbarkeit des CuSO4 ermöglicht. Die für die Synthese der BTP-Architekturen optimierten Reaktionsbedingungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:
● |
5 mol% CuSO4 (Stammlösung) |
|
● |
10 - 20 mol% Natriumascorbat |
|
● |
5 mol% TBTA |
|
● |
Lösungsmittelgemisch H2O/ tert BuOH |
|
● |
bei Entstehung eines Niederschlags Zusatz von CH2Cl2 |
Es konnte gezeigt werden, dass die Klick-Reaktion bei der Verwendung des geschilderten Reaktionsprotokolls mit verschiedenst substituierten Substraten unabhängig von der elektronischen Natur oder Polarität der Startmaterialien in hohen Ausbeuten von über 85% reproduzierbar effizient abläuft wie Tabelle 4-2 zeigt. Es wurden 2,6-Diethynylpyridin-Komponenten mit elektronenziehenden Ester-Substituenten (1) und mit elektronenschiebenden Ethersubstituenten (2) eingesetzt und mit Arylaziden kombiniert, die elektronisch neutrale Substituenten wie Methylgruppen oder Iodfunktionalitäten tragen. Auch die Reaktion mit Arylaziden, die stark elektronenziehende Nitro-Substituenten oder elektronenschiebende Dimethylaminogruppen tragen, lieferten die BTP-Produkte unabhängig von der Substratnatur in sehr guten Ausbeuten. Die Bildung von Nebenprodukten war nur in geringsten Mengen zu beobachten. Stark unpolare Arylazide mit Decyloxyseitenketten brachten ebenfalls gute Ergebnisse.
↓72 |
Tabelle 4-2: Unabhängig von dem Substitutionsmuster können die BTP-Strukturen über die Klick-Reaktion in hohen Ausbeuten dargestellt und isoliert werden. ([a] Ausbeute an isoliertem Produkt; [b] 20 mol% Natriumascorbat wurden eingesetzt).
Verbindung |
R1 |
R2 |
Ausbeute[%][a] |
3 3 |
CO2Tg[b] |
CH3 |
quant.[ b ] |
38 |
CO2Tg |
I |
98 |
40 |
CO2Tg |
NO2 |
95 |
4 1 |
CO2Tg |
N(CH3)2 |
95 |
4 2 |
CO2Tg |
CO2Et |
quant. |
4 3 |
CO2Tg |
OCH3 |
88 c |
4 4 |
CO2Tg |
O-nC10H21 |
96 |
4 5 |
OTg |
CH3 |
Quant.[ b ] |
4 6 |
OTg |
I |
85 |
4 7 |
OTg |
NO2 |
86 |
4 8 |
OTg |
N(CH3)2 |
94 |
Pro Äquivalent 2,6-Diethynylpyridin wurden normalerweise exakt 2 Äquivalente Arylazid verwendet. Aufgrund der hohen Flüchtigkeit des Tolylazids 21 und des 4-Methoxyphenylazids 2 5 wurden von diesen Aziden bis zu 3 Äquivalente verwendet, um einen vollständigen Umsatz zu gewährleisten. Ebenso wurden die Ansätze drei Tage gerührt, um ein vollständiges Abreagieren der gebildeten monogekuppelten Zwischenstufe zum Produkt zu garantieren (Schema 4–13), da das monogekuppelte Substrat sonst sehr aufwendig hätte abgetrennt werden müssen.
Abbildung 4–6 zeigt exemplarisch das 1H-NMR-Spektrum der BTP-Struktur 42 nach säulenchromatographischer Aufreinigung und verdeutlicht dessen hohe Reinheit. Die Signalsätze sind als scharfe Peaks zu erkennen. Die Pyridinprotonen 1 und die Triazolprotonen 2 besitzen die gleiche chemische Verschiebung und ergeben zusammen ein Singulett-Signal bei 8.75 ppm. Die beiden Arylprotonen bilden je ein Dublett bei 8.27 bzw. 7.98 ppm. Die Protonen der OCH2-Gruppen der Triglymekette erscheinen im aliphatischen Bereich, deren Zuordnung ist der Abbildung 4–6 zu entnehmen. Der Vergleich der Integrale der Methylgruppen des Ethylesters bei 1.44 ppm relativ zu den Methoxyprotonen bei 3.35 ppm (6 zu 3) zeigt, dass ein vollständiger Umsatz stattgefunden hat.
↓73 |
Abbildung 4–6: 1H-NMR-Spektrum der BTP-Struktur 42 in CDCl3 bei Raumtemperatur nach säulenchromatographischer Aufreinigung. | ||
Bemerkenswert ist die Möglichkeit, die BTP-Verbindungen bereits nach dem ersten Aufarbeitungsschritt in hoher Reinheit zu gewinnen wie das 1H-Roh-NMR-Spektrum der BTP-Struktur 38 zeigt (Abbildung 4–5). Auch die Reinheitsbestimmung der BTP-Rohprodukte mit der HPLC (UV-Detektion) zeigt einen hohen Reinheitsgrad von über 94% an (Tabelle 4-3). Die weitere säulenchromatographische Aufreinigung der BTP-Verbindungen erfolgte durch Filtration durch eine kurze Silicagel-Säule über die vor allem verbliebene Reste Arylazid-Startmaterial entfernt wurden. Dadurch konnte die Reinheit auf über 98% erhöht werden.6 Alle hier beschriebenen isolierten symmetrischen BTP-Verbindungen liegen in reinem Zustand bei Raumtemperatur pulverförmig vor.
Tabelle 4-3: Die BTP-Verbindungen werden bereits nach der wässrigen Aufarbeitung in hoher Reinheit gewonnen, wie hier die Auflistung der BTP-Strukturen mit Estergruppe an dem Pyridinring zeigt (R2: Reste am Arylring des BTPs).
R 2 |
CH 3 (33) |
I (38) |
NO 2 (40) |
CO 2 Et (42) |
NMe 2 (41) |
O-CH 3 (43) |
Reinheit vor Säule |
99.9 |
94.4 |
96.4 |
98.7 |
94.5 |
94.9 |
Reinheit nach Säule |
99.9 |
98.9 |
97.5 |
98.9 |
92 |
98.2 |
Farbe |
Gelb |
Gelb |
Gelb |
Gelb |
Beige |
Beige |
↓74 |
Ebenso effizient wie die oben vorgestellten symmetrischen BTP-Strukturen konnten unsymmetrische BTP-Gerüste, die zwei unterschiedlich substituierte Arylringe tragen, dargestellt werden. Hierbei wurde in sequentiellen Kupplungsschritten das mit einer TIPS-Schutzgruppe monogeschützte 2,6-Diethynylpyridin-Derivat 1 9 mit Etherdonor zunächst mit dem ersten Arylazidbaustein 2 6 (Donorsubstituiert) zu dem monogekuppeltem Produkt 4 9 umgesetzt. Es folgte Aktivierung der Acetylengruppe an Verbindung 4 9 durch Abspaltung der TIPS-Schutzgruppe mit TBAF. Verbindung 50 wurde in quantitativer Ausbeute erhalten. In einer zweiten Klick-Reaktion mit dem akzeptorsubstituierten Arylazidbaustein 23 wurde die unsymmetrische Donor-Akzeptor-substituierte BTP-Verbindung 5 1 mit 98% Gesamtausbeute über drei Schritte in hoher Reinheit (> 98%) dargestellt.
Schema 4–14: Synthese der unsymmetrisch substituierten BTP-Architektur 5 1. | ||
Im 1H-NMR-Spektrum der BTP-Verbindung 5 1 haben die Triazol-Protonen A und B sowie die Arylprotonen C, D, G und H eine unterschiedliche chemische Verschiebung aufgrund der Donor-Akzeptor-Substitution an den Arylringen. Dadurch lassen sich die Signale der Triazol- und der Pyridinprotonen voneinander unterscheiden und zuordnen. Die größte Tieffeldverschiebung besitzen die Triazolprotonen A mit 8.73 ppm und B mit 8.45 ppm. Die Signale der Pyridin-Protonen E und F erscheinen als zwei Dubletts bei 7.60 ppm.
↓75 |
Abbildung 4–7: 1H-NMR der unsymmetrischen BTP-Verbindung 5 1. | ||
Während die symmetrischen BTP-Verbindungen farblos, leicht gelblich oder beige-farben sind (siehe teilweise Auflistung Tabelle 4-3), handelt es sich bei der Donor-Akzeptor-substituierten BTP-Verbindung 5 1 um eine leuchtend rot-orangene Verbindung. Dessen UV/vis-Absorptionsspektrum in Acetonitril zeigt jedoch, dass keine Absorption im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts erfolgt (etwa 380 nm bis 780 nm, Abbildung 4–8; Kurve mit durchgezogener Linie, optische Dichte bei 2). Auch bei wesentlich höherer Konzentration mit einer optischen Dichte von 2.5 bei 235 nm (gestrichelte Linie) ist im sichtbaren Wellenlängenbereich keine Absorption zu verzeichnen. Zudem sind die Acetonitril-Lösungen der BTP-Verbindung 5 1 selbst in hoher Konzentration farblos wie mit bloßem Auge zu erkennen ist. Somit geht die rot-orangene Farbe nicht wie bei einem Farbstoff auf die Donor-Akzeptor-substituierte Natur des aromatischen Gerüsts zurück, sondern wahrscheinlich auf durch Packungseffekte verursachte intermolekulare Donor-Akzeptor-Wechselwirkungen im kristallinen Festkörper.
↓76 |
Mit der schrittweisen Synthese der BTP-Verbindung 5 1 konnte gezeigt werden, dass die TIPS-Schutzgruppe unter den verwendeten Klick-Reaktionsbedingungen stabil ist und anschließend leicht quantitativ abgespalten werden kann. Dies ermöglicht die repetitive Synthesesequenz bestehend aus Klick-Reaktion, Aktivierung der verbleibenden Acetylengruppen durch Schutzgruppenabspaltung gefolgt von erneuter Klick-Reaktion. Somit wurde ein Syntheseweg entwickelt bestehend aus aufeinander abfolgenden Reaktionssequenzen, der das sequentielle Wachstum der BTP-Strukturen zu größeren komplexeren Architekturen wie Oligomeren ermöglichen sollte (siehe Abschnitt 6).
Der Triazolring ist eine gegenüber Reduktion, Oxidation und Hydrolyse relativ stabile Struktur.[33,34] In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass auch das BTP-Gerüst chemisch robust ist und bei Vorliegen entsprechender Funktionalitäten an dem Pyridinring sowie den beiden Aryltermini weiter funktionalisiert werden kann.
Die Iodfunktionalitäten an den terminalen Arylringen der BTP-Struktur 3 8 konnten über Palladium(0)-Katalyse in einer Sonogashira-Reaktion mit verschiedenen Acetylenen weiter modifiziert werden (Schema 4–15). Das Kupplungsprodukt 5 2 mit TMS-Acetylen konnte in 89% Ausbeute gewonnen werden. Dessen TMS-Schutzgruppen wurden mit TBAF in 96% Ausbeute abgespalten und die für weitere Kupplungen aktivierte freie Diethynylverbindung 5 3 erhalten.
↓77 |
Ebenfalls über eine Sonogashira-Kupplung konnten mit Acetylenfunktionalitäten versehene Porphyrinringe 5 4 unter Pd0-Katalyse mit den Iodfunktionalitäten der BTP-Verbindung 3 8 geknüpft werden. Hierbei wurde eine Kupfer(I)-freie Variante der Sonogashira-Reaktion gewählt, wie sie von Lindsey [35] beschrieben ist, um die Gefahr einer (partiellen) Metallierung der Zn-Porphyrine durch Cu(I) unter Verdrängung des Zinks zu vermeiden. Es konnte das dimere Porphyrin 5 5 generiert werden, in dem der Abstand und die relative Orientierung der beiden chromophoren Porphyrin-Einheiten zueinander über den pH-Wert oder die Komplexierung von Metallionen und damit auch deren elektronische Kopplung potentiell verändert werden können (siehe Abschnitt 4.5.2).
Die Estergruppe der BTP-Verbindung 4 4 wurde mit Lithiumhydroxid zu der BTP-Carbonsäure 56 verseift und auch hierbei zeigte sich die Robustheit der BTP-Struktur. Die stark polare Carboxylgruppe in Verbindung mit den unpolaren Alkoxyseitenketten an den Arylringen ergeben eine BTP-Struktur mit amphiphilen Eigenschaften. Die amphiphile Natur der BTP-Verbindung 56 und dessen markantes Aspektverhältnis kann potentiell dessen Selbstorganisation zu interessanten supramolekularen Aggregatstrukturen in Lösung oder auf Oberflächen bewirken. Die Konformation kann über den pH-Wert oder die Koordination an Metallionen geschaltet werden (siehe Abschnitt 4.5), wodurch die Art der Selbstorganisation und damit die Anordnung der BTP-Strukturen zueinander sowohl in Lösung als auch auf Oberflächen beeinflussbar sein sollte.
↓78 |
An die beiden Acetylenfunktionalitäten der BTP-Verbindung 5 3 sollten über eine weitere Sonogashira-Reaktion zwei Bromo-Porphyrinringe (5 7) an das BTP-Gerüst geknüpft werden, um so ein BTP-Diporphyrinring-Gerüst 5 8 (ähnlich wie 5 5) zu generieren (Schema 4–16).[14] Die Sonogashira-Reaktion zu 5 8 schlug jedoch fehl, was wahrscheinlich auf die zu geringe Löslichkeit des Porphyrins 5 7 zurückzuführen ist. Verwendet wurde der Palladium(II)-Katalysator Pd(dba)2 sowie Dibenzylidenaceton (dba) als Ligand. Auch der Einsatz anderer Kupplungsprotokolle wie die kupferfreie Variante nach Lindsey [35] mit Pd(PPh3)4 und auch die “normale“ Sonogashira-Reaktion[13,14] mit CuI und Pd(PPh3)4 brachten keine Erfolge.
Schema 4–16: Die Sonogashira-Kupplung mit diesem Porphyrinbaustein 5 7 schlug fehl. | ||
Es wurden daher Porphyrinringkomponenten mit Mesitylenringen 5 4 an der Peripherie für die Sonogashira-Kreuzkupplung verwendet, die eine größere Löslichkeit besitzen.7 [35] Die angeknüpften Mesitylenringe verhindern die Aggregation der Porphyrine in Lösung durch sterische Wechselwirkung und bewahren so die Löslichkeit der Porphyrinverbindung 5 4. Wie in Schema 4–15 bereits dargestellt, konnten diese mit einer Acetylenfunktionalität versehenen Porphyrinringgerüste 5 4 in einer Sonogashira-Kupplung unter Pd(PPh3)4-Katalyse mit einer Ausbeute von 60% an das BTP-Gerüst 3 8 gekuppelt werden. Ebenfalls aus der Reaktionsmischung isoliert wurde das monogekuppelte Produkt 5 5a mit einer Ausbeute von 24% (Schema 4–17).
↓79 |
Schema 4–17: Aus der Sonogashira-Kupplung von 38 mit 54 wurde auch das monogekuppelte Produkt 5 5a isoliert. | ||
Der Vorläufer 59 der Porphyrinkomponente 5 4 aus Schema 4–15 bzw. Schema 4–17 wurde nach der Methode von Lindsey synthetisiert,[35] mit Zinkacetat in den entsprechenden Zinkkomplex 59a überführt und anschließend die Silylschutzgruppe des Acetylens mit TBAF abgespalten (Schema 4–18).
Schema 4–18: Synthese des Porphyrinbausteins 5 4. | ||
↓80 |
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass es sich bei den BTP-Strukturen um stabile Gerüste handelt, die bei Vorliegen von funktionellen Gruppen zu komplexeren (makromolekularen) Strukturen weiter funktionalisiert werden können.
Aufgrund der besonderen elektronischen Eigenschaften sollten die BTP-Architekturen in einer transoiden Vorzugskonformation vorliegen in der die Stickstoffatome der benachbarten Pyridin- und Triazolringe voneinander wegzeigen, analog dem 2,2`-Bipyridin.[37] Eine Präorganisation in diese anti-anti-Konformation sollte in der Summe eine Anordnung ähnlich einem Hufeisen aufweisen (Abbildung 4–9). Bei der Betrachtung der BTP-Molekülstruktur wird deutlich, dass die anti -anti-Konformation durch H-Brücken stabilisiert werden sollte, während die alternative syn-syn-Konformation, zu der man durch Rotation entlang der Pyridin-Triazol-Bindungen gelangt, durch die Abstoßung der freien Elektronenpaare der Stickstoffatome des zentralen Pyridinrings und der N-3-Atome der benachbarten Triazole destabilisiert wird. Liegt tatsächlich eine strukturelle Präorganisation wie bei einem Hufeisen vor, so kann das BTP-Gerüst gezielt als helikogene Einheit in Oligomeren und Polymeren eingebaut werden. Durch die gezielte Aneinanderreihung von BTP-Strukturen könnten helikale Strukturen nach dem von Lehn entwickelten Prinzip der “helikalen Faltung durch Präorganisation“ generiert werden,[1] bei gleichzeitiger Nutzung der hohen Effizienz der Klick-Reaktion.
Abbildung 4–9: Hufeisenförmige anti-anti-Vorzugskonformation der BTP-Struktur und strukturelle Schaltbarkeit in die syn-syn-Konformation via pH-Wert oder Metallionenkoordination. | ||
↓81 |
Zudem können externe Stimuli wie der pH-Wert oder die Koordination an Übergangsmetallionen gezielt eingesetzt werden, um die BTP-Struktur von der hufeisenförmigen anti-anti-Konformation in die gestreckte (komplexierte) syn-syn-Konformation zu schalten (Abbildung 4–9). Diese Umorganisation hat eine signifikante strukturelle Änderung des BTP-Gerüsts zur Folge. Eingebaut als helikogene Einheit in Oligomeren oder Polymeren sollte die Strukturänderung bereits einzelner BTP-Einheiten einen immensen Einfluss auf die Gesamtstruktur der makromolekularen Architekturen haben. Dies könnte den Zugang zu pH- oder Metallionen-responsiven makromolekularen Materialien erlauben.[2,38]
Um eine strukturelle Präferenz der BTP-Struktur in der anti-anti-Konformation in Lösung und im Festkörper nachzuweisen, wurden verschiedene folgend beschriebene quantenmechanische Berechnungen, NMR-Studien in Lösung und Analysen von Röntgenkristallstrukturdaten durchgeführt. Die DFT-Rechnungen am Modellsystem 60 wurden in Kooperation mit Debasis Koley (MPI Mülheim) durchgeführt.
Mit DFT- und semiempirischen Kalkulationen wurden die relativen Stabilitäten der anti- und der syn-Konformation des Modelsystems 4-(2-Pyridyl)-1,2,3-triazol 60 in der Gasphase berechnet (Abbildung 4–10). Schrittweise wurde die relative Bildungswärme der Konformere in Abhängigkeit von dem Diederwinkel N1-C2-C3-N4 mit beiden Rechenmethoden ermittelt. DFT und AM1 Kalkulationen zeigen in ihren Ergebnissen die gleiche Tendenz der Stabilisierung bzw. Destabilisierung der nachfolgend beschriebenen Konformationen. Wie zu erwarten ergibt sich der maximale Wert der relativen Bildungswärme, wenn der Pyridinring senkrecht und daher nicht in Konjugation zu dem aromatischen Rest steht. Die kleinsten Werte der relativen Bildungswärmen ergeben sich bei den planaren Konformationen, der minimale Wert der relativen Bildungswärme liegt bei der planaren anti-Konformation vor. Beide Berechnungen belegen die zu erwartende höhere Stabilität der anti-Konformation gegenüber der syn-Konformation in der Gasphase mit 6.4 kcal mol-1 (DFT) bzw. 3.2 kcal mol-1 (AM1). Diese Stabilisierungsenergie der Vorzugskonformation liegt in der Größenordnung von der von 2,2`-Bipyridin, die von Pietilä zu 7 kcal mol-1 (DFT, Gasphase) berechnet wurde.[39] Die kalkulierte Rotationsbarriere des Modelsystems 60 liegt bei ΔH‡ (DFT) = 7.8 kcal/mol {ΔH‡ (AM1) = 3.7 (0.5) kcal/mol}.
↓82 |
Abbildung 4–10: In dem Pyridin-Triazol-Modelsystem 60 wurde die relative Bildungswärme der Konformere in Abhängigkeit von dem Diederwinkel N1-C2-C3-N4 mit DFT und AM1 Kalkulationen ermittelt. | ||
Für die Bestimmung der konformationellen Präferenz in Lösung wurden 2D-NMR-Experimente in CD2Cl2 bei 27 °C durchgeführt. Das NOE-Spektrum der BTP-Verbindung 4 6 zeigt einen vernachlässigbar kleinen NOE-Effekt von 0.006 pv (pv = Peakvolumen) für die räumliche Wechselwirkung der benachbarten Pyridin-Protonen HA mit den Triazol-Protonen HB (Abbildung 4–11). Diese Wechselwirkung wurde “kalibriert“ durch die konstante Wechselwirkung der Protonen HC und HD, deren Referenzwert auf 1 gesetzt wurde. Die geringe Wechselwirkung der Pyridin- mit den Triazolprotonen über den Raum deutet stark auf das Vorliegen der in Abbildung 4–11 gezeigten anti-anti- BTP-Konformation hin, in der die Protonen die maximale räumliche Entfernung zueinander haben (vergleiche auch Abbildung 4–9).
Abbildung 4–11: NOE-NMR-Untersuchungen belegen das Vorliegen der anti-anti-Konformation der BTP-Struktur 46 in Lösung (CD2Cl2, 27 °C). | ||
↓83 |
Das Gegenexperiment, in dem BTP-4 6 von der anti-anti-Konformation durch Protonierung mit Trifluoressigsäure in die syn-syn-Konformation (61) geschaltet wurde, ist folgend in Abschnitt 4.5.2 beschrieben. Durch Kombination der beiden Experimente konnten die beiden entgegengesetzten Konformationen in Lösung eindeutig mit Hilfe der NOE-NMR-Spektroskopie für die BTP-Verbindungen 4 6 bzw. 61 identifiziert und nachgewiesen werden.
In Übereinstimmung mit dem Ergebnis des NOE-NMR-Experiments der BTP-Verbindung 4 6 zeigt auch die entsprechende Vermessung der unsymmetrischen BTP-Struktur 5 1, die aufgrund des unterschiedlichen Substitutionsmusters eine Differenzierung der Pyridin- und Triazolprotonen zulässt, eine vernachlässigbar kleine Wechselwirkung der Pyridin- mit den Triazolprotonen HE ↔ HB von nur 0.004 pv (bzw. keine nachweisbare Wechselwirkung der Protonen HF ↔ HA) in Relation gesetzt zu der („eingefrorenen“) räumlichen Wechselwirkung der Protonen HG und HH (Abbildung 4–12).
Abbildung 4–12: NOE-NMR-Untersuchungen belegen das Vorliegen der anti-anti-Konformation der unsymmetrischen BTP-Struktur 5 1 in Lösung (CD2Cl2, 27 °C). | ||
↓84 |
Neben den NMR-Untersuchungen in Lösung wurden auch zahlreiche Kristallstrukturen von unterschiedlich substituierten BTP-Gerüsten erhalten, vermessen und miteinander verglichen. Allen BTP-Gerüsten gemeinsam ist die gleiche zentrale Einheit mit dem Merkmal der (nahezu) planaren und hufeisenförmigen anti-anti-Konformation. Eine Übereinanderlagerung der vier BTP-Strukturen 33, 40, 46 und 56 mit unterschiedlichen Substituenten ist in Abbildung 4–13 dargestellt, die die beschriebenen Gemeinsamkeiten der planaren anti-anti-Konformation in der Auf- und Seitenansicht deutlich zeigt. Ebenso zu erkennen sind die scheinbar willkürlich im Raum angeordneten Triglyme-Ketten, die zum einen die Kristallisationstendenz der BTP-Strukturen stark mindern (und somit deren Löslichkeit vermitteln). Zum anderen führen sie aufgrund der Freiheitsgrade zu Fehlordnungen im Kristall (durch fehlende strenge Periodizität der räumlichen Organisation), was die Qualität der Kristalle für die Vermessung über die Röntgenkristallstrukturanalyse herabsetzt oder eine Vermessung zum Teil unmöglich macht.
Abbildung 4–13: Übereinanderlagerung der vier Kristallstrukturen 33, 40, 46 und 56; links: Aufsicht, rechts: Seitenansicht. | ||
Um die Kristallstrukturen hinsichtlich ihrer Bindungslängen, Bindungswinkel und Torsionswinkel qualitativ miteinander vergleichen zu können, sind die wichtigsten strukturellen Parameter in Tabelle 4-4 aufgeführt. Zwar weisen alle BTP-Gerüste der Tabelle 4-4 große Gemeinsamkeiten bei der Planarität, der Dimension der Bindungslängen und den Atomabständen auf, zum Teil sind aber auch Abweichungen wie aus der Molekülebene herausgedrehte Arylringe zu vermerken. Ebenfalls interessant ist die Betrachtung der molekularen Symmetrie, also inwiefern der eine „Arm“ der BTP-Struktur dem der anderen Seite gleicht. Bei dem Vergleich der Strukturen miteinander sowie der Symmetrie innerhalb einer BTP-Architektur ist zu beachten, dass keinesfalls nur das Substituentenmuster, also die Art der Substituenten, Einfluss auf die Struktur im Kristall hat, sondern sich Packungseffekte im Kristall ebenso stark auswirken (und damit z.B. auch die Art des Lösungsmittels im Kristall). Daher ist ein struktureller Vergleich der BTP-Gerüste in alleiniger Abhängigkeit von dem Substitutionsmuster distanziert zu betrachten.
↓85 |
Tabelle 4-4: Bindungslängen, Distanzen, Bindungswinkel und Torsionswinkel verschiedener BTP-Strukturen in Abhängigkeit von dem Substitutionsmuster. In der Tabelle aufgelistet sind die Mittelwerte von d1 und d1 ’, d2 und d2’ sowie α und α’. Aus Platzgründen und wegen der geringen Abweichungen untereinander sind von den Bindungswinkeln nur die α-Winkel aufgeführt. (β/β’ liegen bei 128.2° - 130.0°, γ/γ’ bei 128° - 130° und δ/δ’ bei 119° - 120°.
BTP | |||||||||
3 3 |
1.463 ± 0.005 |
1.427 ± 0.004 |
5.082 |
9.686 |
115.98 ± 0.02 |
12.43 |
0.85 |
-35.59 |
-25.93 |
3 8 |
1.463 ± 0.005 |
1.428 ± 0.002 |
4.995 |
8.721 |
115.03 ± 0.4 |
-5.2 |
-1.18 |
-1.72 |
-6.76 |
41 |
1.467 ± 0.005 |
1.433 ± 0.004 |
5.140 |
9.972 |
115.85 ± 0.35 |
-1.37 |
-12.69 |
-0.04 |
-43.14 |
40 |
1.463 ± 0.002 |
1.422 ± 0.004 |
4.963 |
9.086 |
115.09 ± 0.45 |
-1.07 |
-2.50 |
6.98 |
9.30 |
46 |
1.465 ± 0.005 |
1.426 ± 0.003 |
4.977 |
9.204 |
115.13 ± 0.87 |
4.45 |
0.69 |
27.09 |
-6.74 |
56 |
1.474 ± 0.006 |
1.436 ± 0.001 |
4.943 |
9.061 |
114.14 ± 0.6 |
0.40 |
10.06 |
12.58 |
0.79 |
33: R1 = CO2Tg, R2 = CH3, 38: R1 = CO2Tg, R2 = I, 41: R1 = CO2Tg, R2 = N(CH3)2, 40: R1 = CO2Tg, R2 = NO2, |
|||||||||
Die Bindungslängen d1 und d1’ sind bei allen BTP-Strukturen der Tabelle 4-4 mit 1.46 – 1.47 Å fast identisch. Ebenso verhält es sich bei dem Bindungsabstand d2 und d2
’ zwischen dem Triazol- und dem Arylring, der bei 1.42 - 1.43 Å liegt. Insofern scheinen sich das Substitutionsmuster oder etwaige Packungseffekte kaum auf diese Bindungslängen auszuwirken. Bezüglich dieser Parameter liegt auch eine hohe Symmetrie im BTP-Molekül vor. Die Abstände der Triazolringe sowie der Arylringe zueinander unterscheiden sich und liegen bei 4.94 Å bis zu 5.14 Å für d3, während sie sich bei d4 über eine Distanz von 8.72 Å bis zu 9.97 Å erstrecken. Je größer also die Distanz d3, desto größer auch der Abstand d4, wobei bei dieser Betrachtung die Bindungswinkel α, β, γ, δ, und die Torsionswinkel miteinbezogen werden müssen. Die Bindungswinkel α und α’ sowie β und β’ liegen alle in der Größenordnung von 114.1° bis 115.9° bzw. 128.2° bis 130.0°. Ebenso eng ist die Verteilung bei den Bindungswinkeln γ, γ’ und δ, δ’. Innerhalb eines BTP-Moleküls sind sowohl γ und γ’ als auch die Winkel δ und δ’ nahezu gleich groß und auch der Vergleich der BTP-Gerüste untereinander zeigt kaum Unterschiede auf. Die Werte erstrecken sich von 128 - 130° für γ bzw. γ’ und von 119 - 120° für δ bzw. δ’. Die größten strukturellen Unterschiede der BTP-Gerüste ergeben sich aus den unterschiedlichen Torsionswinkeln
, also inwieweit die aromatischen Ringe aus der Molekülebene herausgedreht sind und somit das BTP-Molekül von der idealen Planarität abweicht. Hierbei können sich
1 und
1’ sowie
2 und
2’ innerhalb eines BTP-Moleküls stark voneinander unterscheiden. Triazol- und Arylringe können in unterschiedlichem Maße um bis zu 27° aus der Ebene herausgedreht sein. Die BTP-Strukturen weisen unterschiedliche Torsionswinkel auf, deren Werte keinem erkennbaren Trend folgen und wahrscheinlich von den Packungseffekten in der Kristallstruktur dominiert werden.
In der Kristallstruktur der unsymmetrisch substituierten BTP-Struktur 5 1 (Tabelle 4-5) sind die Bindungswinkel α bzw. α’ mit gemittelt 113.9° etwas kleiner als die der symmetrischen BTPs der Tabelle 4-4. Daraus resultieren (u.a.) die etwas kleineren Distanzen von d3 und d4 von 4.88 Å und 8.88 Å. Die Arylringe sind unsymmetrisch zueinander aus der Molekülebene gedreht.
↓86 |
Tabelle 4-5: Bindungslängen, Distanzen, Bindungswinkel und Torsionswinkel der unsymmetrisch substituierten BTP-Struktur 5 1. In der Tabelle aufgelistet sind die Mittelwerte von d1 und d1 ’ , d2 und d2’ sowie α und α’ (β/β’ liegen zwischen 127.1° und 128.0°, γ/γ’ bei 128.4° und 129.4° und δ/δ’ bei 118.8 und 121.3°).
BTP | |||||||||
5 1 |
1.467 ± 0.004 |
1.426 ± 0.005 |
4.883 |
8.878 |
113.85 ± 0.7 |
1.10 |
11.02 |
-12.86 |
-43.93 |
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass eine hufeisenförmige, planare anti-anti-Konformation der BTP-Gerüste (Abbildung 4–9) sowohl in Lösung als auch im kristallinen Festkörper vorliegt. Dies wurde anhand von quantenmechanischen Rechnungen, NOE-NMR-Untersuchungen sowie mit der Vermessung einer Vielzahl von Kristallstrukturen gezeigt.
Um die strukturelle Schaltbarkeit von der hufeisenförmigen anti-anti-Konformation in die gestreckte syn-syn-Konformation mittels externer Stimuli wie dem pH-Wert zu untersuchen, wurden zunächst NOE-NMR Experimente durchgeführt.
↓87 |
In dem Gegenexperiment zu der in Abbildung 4–11 dargestellten Untersuchung für das Vorliegen der anti-anti-Konformation der BTP-Verbindung 4 6, wurde diese durch Protonierung mit Trifluoressigsäure in die syn-syn-Konformation 61 geschaltet wie in Abbildung 4–14 dargestellt. In der protonierten gestreckten syn-syn-BTP-Struktur sind die Pyridin- und Triazolprotonen HA und HB räumlich sehr nah zueinander angeordnet und wechselwirken daher auch gut miteinander. Daher hat sich die Größe des NOE-Signals der Protonen (in Relation zu den auf den Wert 1 gesetzten NOE Signalen der Protonen HC und HD) von nahezu 0 pv (pv = peak volume) auf 0.94 pv erhöht.
Abbildung 4–14: NOE-NMR-Untersuchungen an der BTP-Verbindung 46 zeigen die Schaltbarkeit in die syn-syn-Konformation 61 durch Protonierung (1 Tropfen TFA, CD2Cl2, 27 °C). | ||
Die beiden NOE-NMR-Untersuchungen zeigen die zueinander entgegengesetzten Resultate der Wechselwirkung der Protonen A mit B wie entsprechend der vorliegenden Konformationen zu erwarten ist (Abbildung 4–11, Abbildung 4–14). Die Kombination der beiden Experimente ermöglicht die eindeutige Zuordnung der beiden Vorzugskonformationen. Zudem konnte die pH-sensitive Schaltbarkeit von der hufeisenförmigen anti-anti-Struktur in die gestreckte syn-syn-Konformation in Lösung belegt werden.
↓88 |
Diese strukturelle Schaltbarkeit in die syn-syn-Konformation kann nicht nur durch Protonierung erfolgen, sondern ebenso durch die Koordination an Übergangsmetallionen (vgl. Abbildung 4–9). Eine dem Terpyridin ähnliche Koordination der BTP-Liganden an Übergangsmetallionen unter Komplexausbildung einhergehend mit der Geometrieänderung durch Einnahme der gestreckten syn-syn-Konformation wird im folgenden Abschnitt 4.6 beschrieben.
Die Fähigkeit der Chemiker Metallkomplexe für verschiedene Anwendungsbereiche zu generieren hängt vor allem von der Zugänglichkeit neuer Ligandensysteme ab. Tridendate pyridinzentrierte Liganden, allen voran Terpyridin (tpy) 62, stellen Ligandensysteme dar, die nicht nur von besonderem Interesse für die Katalyse sind, sondern auch in anderen Bereichen der Chemie einen hohen Stellenwert besitzen, wie beispielsweise der supramolekularen oder polymeren Chemie.[40-43] Eine Auswahl an wichtigen tridentaten Terpyridinanaloga ist in Abbildung 4–15 dargestellt.
Abbildung 4–15: Struktur von Terpyridin 62 und weiterer pyridinzentrierter tridentater Liganden. | ||
↓89 |
Bis(imidazol-2-yl)pyridin 63 wurde beispielsweise aufgrund seiner stäbchenförmigen Geometrie zusammen mit Lanthanoid(III)ionen von Piguet für die Darstellung von lumineszierenden Flüssigkristallen verwendet.[44,45] Die Strukturen von Bis(oxazolinyl)pyridin (Py-Box) 67 [46-48] und der Bis(pyrazolyl)pyridine[45,49] wurden für die Darstellung von verschiedensten supramolekularen Architekturen,[41] optoelektronischen[41,50] und magnetischen Materialien[51,52] sowie enantioselektiven Katalysatoren[53,54] eingesetzt. Essentiell für die strukturelle Vielfalt sowohl der eigentlichen Liganden und Komplexe als auch der daraus entwickelten Materialien ist die Möglichkeit, die Liganden-Gerüststrukturen einfach und effizient darstellen und variieren zu können.
Ein von uns entwickelter Ansatz, um terpyridinähnliche Liganden auf effiziente Art und Weise zu schaffen und gleichzeitig leicht modifizieren zu können, ist die Verwendung der Kupfer(I)-katalysierten 1,3-dipolaren Cycloaddition, kurz als Klick-Reaktion (CuAAC) bezeichnet.[55,56] Hierbei verwenden wir die hohe Effizienz und leichte Durchführbarkeit der CuAAC, um das Ligandengerüst einfach aufzubauen. Die hohe Toleranz der CuAAc gegenüber den meisten funktionellen Gruppen ermöglicht es hierbei fast beliebige Bauelemente für den Aufbau des Ligandensystems miteinander zu verknüpfen und somit zu einer großen strukturellen Vielfalt zu gelangen (Abbildung 4–2). Zudem sind weitere Postfunktionalisierungen möglich. Durch die gezielte Veränderung der funktionellen Gruppen an dem BTP-Gerüst können die sterischen und elektronischen Gegebenheiten des tridentaten BTP-Liganden verändert und dadurch dessen Koordinationsstärke zu bestimmten Übergangsmetallionen eingestellt werden. Diese leichte Modifizierbarkeit ist in besonderem Maße für Anwendungen in der Katalysechemie interessant.
Dieser Ansatz zeichnet sich dadurch aus, dass der bei der CuAAC entstehende Triazolring keine rein verknüpfende Verbindungseinheit ohne weitere Funktion darstellt. Vielmehr wird der Triazolringe gezielt als koordinierendes Element verwendet, der in Verbindung mit dem zentralen Pyridinring den tridentaten Liganden bildet. Zu Beginn dieser Arbeit gab es eine überschaubare Anzahl an Veröffentlichungen, die den bei der Klick-Reaktion entstehenden Triazolring als funktionale oder strukturgebende Einheit nutzen und gezielt in die Molekülarchitektur integrieren. Im Laufe der Forschungsarbeit erschienen zunächst vereinzelte Arbeiten wie im Kapitel 2.2.5 beschrieben, die ein Triazolfragment als koordinierende Einheit in das Ligandensystemen integrieren. In dieser Arbeit wird nun die effiziente Synthese von leicht modifizierbaren dem Terpyridin ähnlichen Ligandengerüsten mit zwei integrierten Triazolringen geschildert.
↓90 |
Die Darstellung und strukturelle Charakterisierung der BTP-Liganden sowie erste Prüfungen des Koordinationsverhaltens gegenüber Fe2+-Ionen wurden von mir durchgeführt. Die ausführliche Arbeit der Darstellung, Charakterisierung und Vermessung verschiedener Metallkomplexe sowie deren Eignung der Katalyse wurden in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Limberg insbesondere von Marc Ostermeier durchgeführt.[57] Mit Hilfe der Isothermen Titrationskalorimetrie (ITC) untersuchte Marie-Anne Berlin das Koordinationsverhalten der BTP-Liganden in Abhängigkeit von ihrem Substitutionsmuster.[58]
Die Eignung der BTP-Strukturen hinlänglich ihrer Fähigkeit, an diverse Übergangsmetallionen zu koordinieren and als Liganden zu agieren, wurde untersucht. Dabei sollte der elektronische Einfluss von Substituenten am BTP-Gerüst auf das Koordinationsverhalten und die Koordinationsstärke der BTP-Liganden erforscht werden. Darüber hinaus war zu klären, in welchem Verhältnis die Liganden und Metallionen im Komplex vorliegen, ob sich also bevorzugt 1:1, 2:1 oder 3:1- Komplexe bilden und welche Geometrie diese besitzen. Als Analysemethode der Wahl wurde die Röntgenkristallstrukturanalyse gewählt, da sie neben dem im Kristall vorliegenden Verhältnis von Ligand zu Metallionen vor allem detaillierte strukturelle Informationen über Bindungslängen und Bindungswinkel liefert. In Lösung wurden unterstützend NMR-Untersuchungen, Isothermale Titrationskalorimetrie (ITC), Cyclovoltametrie- (CV) sowie UV/vis und Fluoreszenz-Analysen durchgeführt, um detaillierte Informationen über die Komplexbildung, Komplex-Stabilität und die Eigenschaften zu erhalten. Als besondere Methodik in Lösung um Einblick in thermodynamische Größen des Koordinationsprozesses zu erhalten ist die „Isothermale Titrationskalorimetrie“ zu nennen, mit der sich Assoziationskonstanten, die Freie Energie, Enthalpie oder Entropie und insbesondere die Koordinationsstöchiometrie bestimmen lassen.[59-62] Mit Hilfe dieser Methodik wurde in der Diplomarbeit von Berlin das Komplexierungsverhalten verschiedener BTP-Liganden im Detail untersucht.[58]
Die in Abschnitt 4.4.2 beschriebenen BTP-Strukturen mit Triglymeseitenketten wurden hinlänglich ihres Nutzens als Liganden geprüft. Es konnten, wie im Folgenden beschrieben, vielfältige Metallkomplexe mit interessanten Eigenschaften erhalten werden. Bald zeigte sich jedoch der Nachteil der in die BTP-Strukturen angeknüpften Triglymeseitenketten bei der Züchtung vermessbarer Kristalle. Die Triglymeketten führen aufgrund ihrer Rotationsfreiheitsgrade leicht zu Fehlordnungen im Kristall, was deren Vermessung mit der Röntgenkristallstrukturanalyse stark erschweren oder unmöglich machen kann. Zudem stören sie den Kristallisationsvorgang. Daher wurden weitere BTP-Liganden synthetisiert, die keine Triglymeseitenketten besitzen, sondern kürzere Gruppen mit denen sich die elektronischen Eigenschaften der BTP-Liganden weiterhin beeinflussen und steuern lassen.
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Es war zu erwarten, dass die Substituenten an dem zentralen Pyridinring der BTP-Strukturen den größten Einfluss auf die elektronische Struktur des BTP-Gerüstes und damit auf dessen Koordinationsfähigkeit haben würden. Dementsprechend wurden die Funktionalitäten an dem zentralen Pyridinbaustein der BTPs von elektronisch neutralen Wasserstoff-Substituenten (68) hin zu elektronenziehenden Methylestergruppen (6 9) und elektronenschiebenden tertiären Aminsubstituenten (70) variiert (Abbildung 4–16).
Abbildung 4–16: Designkonzept von BTP-Liganden mit unterschiedlichen Substituenten am zentralen Pyridinring. | ||
Es wurde ein Pyrrolidonring als tertiärer cyclischer Aminrest mit starken Donoreigenschaften gewählt.[63,64] Alle drei BTP-Liganden besitzen an den Arylringen Iod als elektronisch neutralen Substituenten. Die Retrosynthese geht daher wie in Abbildung 4–16 dargestellt auf verschieden substituierte 2,6-Diethynylpyridine (71, 72, 73) zurück, die in einer Klick-Reaktion mit 1-Azidophenyl-4-iodid 2 2 umgesetzt werden. BTP-Strukturen mit Iodfunktionalitäten an den Arylringen hatten bei den bereits beschriebenen BTP-Strukturen aus Abschnitt 4.4.2 ein gutes Kristallisationsvermögen gezeigt.
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Die drei unterschiedlichen BTP-Gerüste unterscheiden sich in der elektronischen Natur der Substituenten an dem zentralen Pyridinring (Abbildung 4–16). Es wurden daher drei 2,6-Diethynylpyridin-Derivate dargestellt deren Synthese folgend beschrieben ist.
2,6-Diethynylpyridin 71 wurde ausgehend von 2,6-Dibrompyridin 74 synthetisiert.[65] Dieses wurde in einer Pd(0)-katalysierten Sonogashira-Kreuz-Kupplung mit TMS-Acetylen zu 75 umgesetzt und anschließend die TMS-Schutzgruppen mit methanolischem K2CO3 abgespalten (Schema 4–19).
Schema 4–19: Synthese des 2,6-Diethynylpyridins 71. | ||
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Das mit dem Elektronenakzeptor substituierte 2,6-Di(ethynyl)-4-methyloxycarbonylpyridin 72 wurde ausgehend von 2,6-Dichlorisonicotinsäure 4 (siehe Abschnitt 4.2) dargestellt (Schema 4–20). Dieses wurde in Methanol unter Katalyse von Schwefelsäure in den Methylester 76 überführt und gefolgt von der Sonogashira-Kupplung (unter Verwendung des bekannten Reaktionsprotokolls) mit TMS-Acetylen zu Verbindung 77 umgesetzt. Die TMS-Schutzgruppe wurde entweder mit dem TBAF-Reagenz als Fluoridionenquelle oder durch Protiodesilylierung mit methanolischem K2CO3 abgespalten.
Schema 4–20: Synthese des 2,6-Diethynylpyridins 72 mit Methylesterfunktionalität als Akzeptorsubstituent. | ||
Das mit dem cyclischen tertiären Amin Pyrrolidin als starken Donorsubstituenten substituierte 2,6-Diethynyl-4-(pyrrolidin-1-yl)pyridin 7 3 wurde ausgehend von dem in Abschnitt 4.2 beschriebenen 2,6-Dibrom-4-nitropyridin 13 synthetisiert. Es wurde das bereits bekannte Syntheseprotokoll der nucleophilen Substitution am Aromaten verwendet: Pyrrolidin 78 wurde in wasserfreiem THF zusammen mit NaH als Base suspendiert und das 2,6-Dibrom-4-nitropyridin 1 3 hinzugegeben (Schema 4–21). Die nucleophile Substitution erfolgte jedoch nicht nur an der Nitrofunktion unter Bildung des Produkts 79 in 48% Ausbeute, sondern auch einer der Bromsubstituenten wurde nucleophil verdrängt unter Bildung des leuchtend-orangenen Nebenprodukts 80 (Donor-Akzeptor substituierter aromatischer Farbstoff).8
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Schema 4–21: Nucleophile Substitution am 2,6-Dibrom-4-nitropyridin 1 3. | ||
Es folgte die Sonogashira-Kreuzkupplung des 2,6-Dibrompyridins 79 mit TMS-Acetylen, wobei es bereits bei der Kupplung partiell zur Abspaltung der TMS-Schutzgruppen kam (Schema 4–22). Dies spricht für den im Vergleich zu den beiden anderen 2,6-Diethynylpyridin-Komponenten stärker basischen Charakter des mit dem starken Amindonor substituierten Pyridinbausteins.
Schema 4–22: Synthese des donorsubstituierten 2,6-Diethynyl-4-(pyrrolidin-1-yl)pyridins 73. | ||
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Das erhaltene Produktgemisch aus TMS-geschützten (81) und (partiell) entschützten 2,6-Diethynylpyridinen (82, 83) wurde durch Protiodesilylierung mit methanolischem K2CO3 in das Produkt 7 3 mit einer Gesamtausbeute von 46% über zwei Reaktionsschritte überführt.
Für die Synthese der BTP-Strukturen unterschiedlicher Elektronendichte wurde das optimierte Klick-Reaktionsprotokoll aus Abschnitt 4.4.2 (Schema 4–13 und Tabelle 4-2) verwendet und die Produkte konnten in Ausbeuten von 67% bis hin zu quantitativen Ausbeuten dargestellt werden.
Schema 4–23: Klick-Reaktion zu den BTP-Liganden 68, 69 und 70. | ||
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Die Aufreinigung der BTP-Produkte 68, 69 und 70 erfolgte durch einfache Filtration und anschließendem ausgiebigem Waschen mit wässriger EDTA-Lösung um Kupferionen zu entfernen. Organische Verunreinigungen wurden durch Waschen mit THF, Ethanol and Diethylether entfernt, wobei die geringe Löslichkeit der BTP-Verbindungen in diesen Lösungsmitteln ausgenutzt werden konnte. Die BTP-Liganden wurden in hoher Reinheit isoliert und von allen drei Liganden konnten Kristalle aus CH3CN bzw. Aceton-Lösung erhalten werden, die eine detaillierte Strukturanalyse ermöglichen. Die Auf- und Seitenansicht der Kristallstrukturen der BTP-Liganden 68, 69 und 70 sind in Abbildung 4–17 dargestellt.
Abbildung 4–17: Auf- und Seitenansicht der Kristallstrukturen der drei elektronisch unterschiedlich substituierten BTP-Liganden 68, 6 9 und 70 (68 aus CH3CN, 69 aus Aceton, 70 aus CH3CN). | ||
Wiederum liegt das zentrale BTP-Gerüst (nahezu) planar in der hufeisenförmigen anti-anti-Konformation vor. Ausgewählte Bindungslängen, Distanzen, Bindungswinkel sowie Torsionswinkel sind in Tabelle 4-6 dargelegt.
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Tabelle 4-6: Bindungslängen, Distanzen, Bindungswinkel und Torsionswinkel der BTP-Strukturen 68 (R1 = H), 6 9 (R1 = CO2CH3) und 70 (R1 = NC4H8). Aufgelistet sind die Mittelwerte von d1 und d1 ’ , d2 und d2’ sowie α und α’. Aus Platzgründen und wegen der geringen Abweichungen untereinander sind von den Bindungswinkeln nur der Mittelwert des α-Winkels aufgeführt. (β/β’ liegen bei 126.1°°- 131.4°, γ/γ’ bei 128° – 129° und δ/δ’ bei 119° – 120°).
BTP | |||||||||
68 |
1.465 ± 0 |
1.416 ± 0 |
5.310 |
9.981 |
115.1 ± 0 |
-19.69 |
-19.69 |
14.94 |
14.94 |
69 |
1.463 ± 0.001 |
1.424 ± 0.004 |
4.938 |
8.834 |
115 ± 0.1 |
-3.43 |
10.61 |
12.57 |
0.71 |
70 |
1.475 ± 0.001 |
1.427 ± 0.001 |
4.785 |
8.276 |
113.75 ± 0.32 |
2.31 |
-19.20 |
9.79 |
-19.20 |
Die gemittelten Bindungslängen d1/d1’ und d2/d2 ’ sowie die Bindungswinkel der drei BTP-Liganden stimmen gut mit den in Tabelle 4-4 diskutierten Werten überein. Sie liegen im Bereich von 1.46 - 1.47 Å für d1 und 1.41 - 1.43 Å für d2. Hinlänglich dieser Werte weisen die BTP-Kristallstrukturen eine hohe Symmetrie auf, denn die Bindungslängen d1 und d1’ sowie d2 und d2 ’ sind beinahe identisch. Auch die Distanzen d3 und d4 liegen mit 4.78 bis 5.31 Å sowie 8.27 bis 9.98 Å im üblichen Wertebereich. Ebenfalls weichen die Bindungswinkel mit gemittelt α = 113.75 bis 115.1, β = 126.2 bis 131.4° γ = 128.5 bis 129.2° sowie δ = 119.5 bis 120.6° nicht von den üblichen Werten ab. Erneut ist bei den Torsionswinkeln – dem Maß für die Abweichung von der idealen Molekülplanarität – die größte Differenz zu verzeichnen die keiner erkennbaren Regel unterliegt. Es ist zu vermuten, dass Packungseffekte einen wesentlichen Einfluss auf die molekulare Struktur im Kristall haben.
Beeindruckend ist die hohe Symmetrie, in der die BTP-Verbindung 68, die über keine funktionelle Gruppe am zentralen Pyridinring verfügt, vorliegt. Beide BTP-Seiten haben die identischen Bindungsabstände d1 = d1
’ (1.465 Å) und d2 = d2
’
(1.416 Å), alle Bindungswinkel sind vollkommen gleich (α = α’ = 115.1°, β = β’ = 131.4°, γ = γ’ = 129.2°, δ = δ’ = 120.6°) und auch die Torsionswinkel stimmen auf beiden Seiten überein (
1 =
1’ = -19.69°,
2 =
2’ = 14.94°.
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Um Einblick in das Koordinationsverhalten und die Ligandenstärke in Abhängigkeit von der genauen Ligandenstruktur zu erhalten wurden zunächst UV/vis Titrationen mit dem Eisen(II)-Salz Fe(BF4)2 durchgeführt. Zu einer CHCl3-Lösung des BTP-Liganden 3 8 mit einer optischen Dichte von OD(λmax) ~0.9 (10-6 molare Lösung) wurden schrittweise 0.2 Äquivalente einer methanolischen Lösung des Fe(BF4)2-Salzes hinzutitriert.
Einhergehend mit der Koordination der BTP-Liganden an die Eisen(II)-Ionen unter Ausbildung der Eisenkomplexe wurde eine starke Änderung der Absorption beobachtet. Dabei ist zu bemerken, dass alle Titrationskurven durch isosbestische Punkte verlaufen. Das Vorliegen von isosbestischen Punkten und der lineare Zusammenhang, der sich bei der Auftragung der Extinktionsdifferenzenen ergibt, sprechen deutlich für ein Gleichgewicht zwischen freien und komplexierten BTP-Liganden. Die Bildung weiterer Koordinationsaddukte kann für diese Titration somit ausgeschlossen werden. Mit fortschreitender Bildung des Eisen(II)-Komplexes ist die anwachsende Absorption im sichtbaren Wellenlängenbereich mit einem Absorptionsmaximum bei 471 nm zu beobachten (Metall-Ligand- bzw- Ligand-Metall-Charge-Transfer-Bande). Die Auftragung der Äquivalente an Eisen(II)-Ionen gegen die Absorption bei einer Wellenlänge von 472 nm (Einschub in Abbildung 4–18) zeigt einen klaren Endpunkt der Absorptionsänderung bei einem 1:1 Verhältnis von Ligand zu Fe(II). Auch bei weiterer Zugabe an Fe(II)-Ionen bleibt die Absorption konstant, was eindeutig auf die Bildung eines 1:1 Eisen-BTP-Komplexes in dieser methanolischen CHCl3-Lösung hinweist. In diesem ersten Experiment zur Untersuchung des Komplexierungsverhaltens der BTP-Strukturen wurde nicht streng unter Wasserfreiheit in Schutzgasatmosphäre gearbeitet, so dass Effekte wie die (teilweise) Oxidation des Fe(II) zu Fe(III) durch Luftsauerstoff oder die konkurrierende Koordination von Wasser oder Methanol an das Eisenzentrum nicht auszuschließen sind.
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Im Rahmen des Kooperationsprojektes mit der Arbeitsgruppe Limberg konnte von Ostermeier die Kristallstruktur eines Eisen(II)-Komplexes der Formel [Fe(BTP-4 7)2](OTf)2 (84) aus der Reaktion von Fe(OTf)2 (85) mit dem BTP-Liganden 4 7 in Acetonitril erhalten werden.
Schema 4–24: Darstellung des Eisen(II)-Komplexes 84. | ||
Darin wird das Eisen(II)-Zentrum von zwei BTP-Liganden (47) verzerrt oktaedrisch koordiniert (Abbildung 4–19). Die Ladung des Komplexes wird durch zwei Trifluormethansulfonat-Gegenionen kompensiert. Deutlich zu erkennen ist die zwar noch planare, nun aber gestreckte Struktur des BTP-Gerüstes. Damit konnte eindeutig nun auch anhand einer Kristallstruktur die konformationelle Schaltbarkeit der BTP-Architekturen von der gebeugten anti-anti-Konformation in die komplexierte syn-syn-Konformation anhand von BTP-4 7 gezeigt werden.
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Die Betrachtung der Kristallstruktur des Eisenkomplexes 84 erweckt den Eindruck, dass das Eisen(II)ion zu klein für die BTP-Ligandentasche ist und daher die Triazolseitenarme leicht in Richtung des Eisen(II)zentrums gebogen sind, um effektiv mit diesem wechselwirken zu können. Die Röntgenkristallstrukturanalyse des Eisenkomplexes zeigt unerwartet kurze Fe-N-Bindungslängen von durchschnittlich 1.93 Å. Dies und die rot-braune Farbe der Kristalle deuten auf das Vorliegen eines „Low-spin“-Komplexes bei einer Temperatur von 116 K hin. Dementgegen zeigen „High-Spin“-Komplexe von Fe(II) der Art [Fe(L)2]2+ mit Bis(pyrazolyl)pyridin-Liganden unter diesen Umständen normalerweise eine Bindungslänge von 2.1 bis 2.2 Å.[66-69] Bei Erwärmen auf Raumtemperatur wurde kein thermochromatischer Effekt beobachtet, also keine Farbänderung der Kristalle. Ebenso konnten 1H-NMR-Untersuchungen in CD3CN bei Raumtemperatur durchgeführt werden, die nur bei Vorliegen eines „Low-Spin“-Komplexes und damit eines diamagnetischen Zustandes möglich sind (Abbildung 4–20).
Abbildung 4–20: 1H-NMR des Eisen(II)-Komplexes [Fe(BTP-4 7)2](OTf)2 84 in CD3CN bei 27 °C. | ||
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Dieser Befund ist umso überraschender, als dass die strukturell ähnlichen Bis(pyrazolyl)pyridin-Liganden 64 bereits weit unterhalb der Raumtemperatur von dem „Low-Spin“-Zustand in den „High-Spin“-Zustand übergehen[49] oder dies bei 30 K durch Bestrahlung mit Licht induziert werden kann. Dieser Effekt wird als „light-induced excited spin state trapping” (LIESST-Effekt)[70] bezeichnet und definiert den durch Lichteinfang induzierten Spinübergang in den „High-Spin“-Zustand. Erklären lässt sich das Phänomen des Auftretens eines „Low-Spin“-Komplexes mit dem starken Ligandenfeld des BTP-Liganden, das in der Größenordnung von dem von Terpyridin liegen könnte.[71] In weiteren Untersuchungen soll geklärt werden, inwieweit die elektronische Struktur der Substituenten am BTP-Gerüst einen Einfluss auf den Spin-Übergang bzw. die Temperatur hat, bei dem der Spinübergang abläuft. Von besonderem Interesse könnte ein Spin-Übergang sein, der in einem für Anwendungen üblichen Temperaturbereich nahe Raumtemperatur induziert durch Licht abläuft und eine Änderung der magnetischen oder geometrischen Eigenschaften des Fe(II)-Komplexes zur Folge hat. In Kombination mit der Möglichkeit BTP-Fe(II) Komplexe mit Hilfe der Klick-Reaktion effizient in makromolekulare oder supramolekulare Architekturen zu integrieren oder über funktionelle Gruppen wie Alkylketten auf Oberflächen aufbringen zu können, ergeben sich weitere interessante potentielle Anwendungsbereiche.
In Lösung wurde das Koordinationsverhalten von BTP-Liganden (40, 3 3, 4 1, 4 7, 4 5, 4 8) gegenüber Eisen(II)-Ionen in Abhängigkeit von der Natur der Substituenten mit Hilfe der Isothermal-Titrationskalorimetrie (ITC)[59] untersucht (Abbildung 4–21).[58] Die Koordination der BTP-Liganden an Eisen(II)-Ionen ist ein exothermer Vorgang, die Enthalpie der Komplexbildung ist daher negativ. In Übereinstimmung mit der Kristallstruktur des Eisen(II)-BTP-4 7-Komplexes 84 berechnet sich aus den ITC-Ergebnissen ein 1:2-Verhältnis von Fe(II) zu BTP-Ligand. Wie zu erwarten nimmt die Koordinationsstärke des BTP-Liganden mit steigendem elektronenschiebenden Charakter der Substituenten (also mit in ihrem Betrag wachsenden negativen σ para -Werten) und damit der Elektronendichte im Liganden zu. Bemerkenswert ist, dass beide Substituenten R1 und R2 Einfluss auf die Stärke der Koordination haben. Die Größenordnung der Komplex-Bildungskonstanten K liegt bei 106 – 108 M-1. Detaillierte Informationen sind der Diplomarbeit von Berlin zu entnehmen.[58]
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Ein Einsatzgebiet in denen Terpyridin und Terpyridinähnliche tridentate Liganden wie Bis(pyrazolyl)pyridin oder Bis(benzimidazolyl)pyridin verwendet werden, ist die Sensibilisierung der Lumineszenz der Lanthanide. Die direkte Anregung der Lanthanide ist durch das Verbot des 4f-4f-Übergangs nach der Laporte-Regel verboten.[45] Daher werden geeignete Chromophore benötigt die in einem möglichst breiten UV/vis-Bereich absorbieren und die Anregungsenergie möglichst effizient auf das Lanthanoid übertragen. Diese werden in einen angeregten Zustand angehoben und können dann lumineszieren. Idealerweise sollten die Liganden folgende Eigenschaften erfüllen: (a) sie sollten stabile Komplexe mit den Lanthanidionen bilden, um Anwendungen beispielsweise auch unter physiologischen Bedingungen zu ermöglichen, (b) für eine hohe Lumineszenzausbeute sollte der Energietransfer auf das Lanthanidion möglichst effizient sein, (c) vibronische Desaktivierung durch Koordination an Wassermoleküle sollte vermieden werden.[72] Ein günstiger Ansatz diese Anforderungen (bestmöglich) zu erfüllen besteht darin, um ein Lanthanid(III)-Ion drei tridentate Liganden koordinativ zu organisieren. Vor diesem Hintergrund wurde das Koordinationsverhalten von BTP-Liganden an Europium(III)-Ionen in Zusammenarbeit mit Marc Ostermeier der Arbeitsgruppe Limberg untersucht.[57]
Zu dem Europium(III)-Salz Eu(OTf)3 85 wurden drei Äquivalente des BTP-Liganden 4 6 hinzugefügt und nach Rühren ein farbloser Niederschlag erhalten. Durch einen sorgsamen Kristallisationsvorgang konnten Kristalle erhalten werden. Auch in diesem Fall führte die Anwesenheit der Triglymeketten in den BTP-Gerüsten zu Fehlordnungen im Kristall, die deren Qualität zum Teil stark herabsetzten. Mit BTP-4 6 konnte ein 1:3-Komplex [Eu(BTP-4 6)3(OTf)3 (86) erhalten werden, der auch vollständig charakterisiert wurde, jedoch besaßen die gezüchteten Kristalle aufgrund der Fehlordnung der Triglymeseitenketten eine zu geringe Qualität für die Auflösung mit der Röntgenkristallstrukturanalyse. Mit dem BTP-Liganden 4 5 konnten Kristalle des Europiumkomlexes 87 von guter Qualität erhalten und vermessen werden. Darin koordinieren drei BTP-Liganden (4 5) mit insgesamt neun N-Atomen in einer verzerrt trigonal prismatischen Geometrie an das zentrale Eu(III)-Ion (Abbildung 4–22).
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Wiederum zeigen die BTP-Liganden 4 5 in dem Komplex eine planare Anordnung in der komplexierten syn-syn-Konformation. In dem Komplex kommt es zu keiner Winkelverzerrung wie es bei dem Eisen(II)-komplex 84 zu beobachten ist. Dies spricht dafür, dass das Eu(III)-Ion in seiner Größe sehr gut in die Koordinationstasche der BTP-Liganden passt.
Der Eu(BTP-4 5)3(OTf)3-Komplex zeigt ein interessantes Emissionsverhalten bei Anregung mit UV-Licht. Während der Komplex 87 unter Tageslicht farblos ist, zeigt er unter UV-Anregung bei 254 nm sowohl in Lösung als auch im Kristall und amorphen Pulver eine rote Fluoreszenz (Abbildung 4–23). Der BTP-Ligand 4 5 im Komplex 87 vermag also das UV-Licht zu absorbieren und die Energie effektiv an das Eu(III)-Ion zu übertragen, welches dann die für Lanthanidionen typisch langwellige und scharfe Emission zeigt.
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Auch hier ermöglicht die leichte strukturelle Variierbarkeit der BTP-Liganden und damit der elektronischen und sterischen Eigenschaften die Adaption der Lumineszenz-Eigenschaften. Weiterhin besteht die Möglichkeit, emittierende Eu(III)-BTP-Komplexe unter Ausnutzung der Klick-Reaktion effizient an Biomakromoleküle zu knüpfen oder auf Substratoberflächen aufzubringen.
Nachdem gezeigt werden konnte, dass BTP-Verbindungen unabhängig von dem Substitutionsmuster bevorzugt in einer hufeisenförmigen anti-anti-Konformation vorliegen, und diese durch Protonierung oder Koordination an Übergangsmetallionen in eine syn-syn-Konformation geschaltet werden kann, sollen nun im Folgenden die wichtigsten strukturellen Unterschiede der beiden Konformationen verdeutlicht werden. Dazu wird der für diese Untersuchung interessante Ausschnitt der Fe(II) Kristallstruktur 84 (syn-syn-Konformation, A) betrachtet und der anti-anti-Struktur der freien BTP-Verbindung 40 (B) in Abbildung 4–24 gegenübergestellt. Beide BTP-Gerüste tragen die gleichen elektronenziehenden Nitro-Substituenten an den Arylringen, jedoch unterschiedliche Substituenten an dem zentralen Pyridinring. Verglichen mit dem großen strukturellen Unterschied der gestreckten syn-syn-Konformation zu der hufeisenförmigen anti-anti-Konformation sollte sich der Substituentenunterschied jedoch nur sehr gering auf den direkten Vergleich auswirken.
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Die beiden Konformationen der BTP-Struktur unterscheiden sich gravierend in ihrer Geometrie, d.h. ihrem Aspektverhältnis. Die komplexierte syn-syn-Konformation A) kann mit einer gestreckten Geometrie beschrieben werden, die eine größere Längenausdehung besitzt. Hier besitzen die para-C-Atome der Arylringe eine Distanz von 15.57 Å zueinander. In der anti-anti-Konformation B) beträgt der Abstand nur 11.83 Å. Dagegen zeigt die anti-anti-Konformation B) eine größere Höhenausdehnung. Der Abstand der Pyridin-Kohlenstoffatome (Position 4) zu den para-Arylring-Kohlenstoffatomen beträgt 8.09 Å in der hufeisenförmigen anti-anti-Konformation B) , in der syn-syn-Konformation A ) dagegen nur 5.89 Å.
Ähnlich verhält es sich mit dem Abstand der Triazolprotonen. In der gestreckten Konformation A ) besitzen die Triazolprotonen einen Abstand von 8.38 Å und zeigen wie mit den roten Pfeilen markiert voneinander weg. In der anti-anti-Konformation B) beträgt die Distanz der Triazol-Protonen zueinander 3.59 Å, beide Triazolprotonen sind in Richtung des Zentrums des Moleküls ausgerichtet und zeigen aufeinander zu. Dementsprechend umgekehrt zu der Pfeilrichtung zeigen die Dipolmomente der beiden Triazolringe in Konformation A ) zueinander, in Konformation B) voneinander weg. Beiden Konformationen ist die (nahezu) planare Geometrie gemeinsam.
Unter Verwendung der hohen Effizienz der Klick-Reaktion konnten unterschiedlich substituierte 2,6-Bis(1-aryl-1,2,3-triazol-4-yl)pyridine, kurz BTP-Strukturen, die der Beschaffenheit des Terpyridins strukturell ähneln, einfach und in hohen Ausbeuten modular dargestellt werden. Eine unsymmetrische BTP-Struktur wurde über die sequentielle Synthese unter Verwendung der TIPS-Schutzgruppe synthetisiert. Das robuste BTP-Gerüst kann an Funktionalitäten wie Estergruppen oder Iodogruppen weiter postfunktionalisiert werden. Durch Verseifung der Estergruppen waren Amphiphile (56) zugänglich, über die Sonogashira-Kupplung an den Iodogruppen konnten makromolekulare dimere Porphyrinchromophore (55) synthetisiert werden.
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Die aromatischen BTP-Verbindungen besitzen unabhängig von den Substituenten eine planare anti-anti-Konformation, in der die N-Atome der benachbarten Heteroaromatenringe voneinander weggedreht sind (anti zueinander stehen). Das Vorliegen dieser anti-anti-Vorzugskonformation wurde sowohl im Kristall über Röntgenkristallstrukturanalyse als auch über 2-dimensionale NMR-Spektroskopie in Lösung bewiesen. Die BTP-Strukturen können von der hufeisenförmigen anti-anti-Konformation durch Protonierung oder Koordination an Übergangsmetallionen konformationell in die gestreckte syn-syn-Konformation geschaltet werden. Auch dies wurde in Lösung mit NMR- und UV/vis-Spektroskopie und anhand der Kristallstrukturanalyse von Übergangsmetallkomplexen (84, 87) nachgewiesen.
BTP-Verbindungen stellen eine neue Klasse von strukturell leicht modifizierbaren tridentaten pyridinzentrierten Liganden dar, die an diverse Übergangsmetallionen koordinieren. Mit Eisen(II)-Salzen bilden sie oktaedrische 2:1-Komplexe mit interessanten magnetischen Eigenschaften. Der Europium(III)-Komplex, in dem drei BTP-Liganden trigonal prismatisch an das Metallzentrum koordinieren, hat außergewöhnliche lumineszierende Eigenschaften.
Teile der hier vorgestellten Arbeiten wurden in Chemistry - A European Journal 2007 veröffentlicht.[73]
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In weiterführenden Arbeiten sollen die besonderen Eigenschaften der BTP-Verbindungen in Anwendungen genutzt werden um beispielsweise magnetische Materialien, deren Magnetismus bei Raumtemperatur durch Licht an- und ausgeschaltet werden kann, zu entwickeln. Auf den bisherigen Erkenntnissen aufbauend werden Komplexe mit diversen weiteren Metallionen synthetisiert und das Struktur-Eigenschaftsverhalten untersucht.[57] Insbesondere von Interesse sind hierbei die BTP-Liganden 68, 69 und 70 mit kürzeren Seitenketten, die die Gewinnung von qualitativ hochwertigen Kristallstrukturen für die Röntgenkristallstrukturanalyse erlauben. Darüber hinaus wird das Koordinationsverhalten gegenüber diversen Übergangsmetallionen im Detail mit Techniken wie der ITC oder der Cyclovoltametrie untersucht. In weiterführenden Arbeiten wird die katalytische Aktivität diverser BTP-Übergangsmetallkomplexe getestet.
Das Selbstorganisationsverhalten von BTP-Verbindungen mit Alkylseitenketten soll an der Flüssig-Fest-Grenzfläche zu Graphit untersucht werden. Aufbauend auf dem Amphiphil 56 sollen weitere amphiphile BTP-Verbindungen mit einem markanten Aspektverhältnis synthetisiert und deren potentielle Selbstorganisation zu interessanten supramolekularen Aggregatstrukturen in Lösung analysiert werden.
Auf Grundlage der konformationellen anti-anti-Präorganisation der BTP-Bausteine sollen nach dem Prinzip des „Helizitäts-Codons“ von Lehn [1,4] helikal gefaltete Oligomere und Polymere dargestellt werden. Die entwickelte Reaktionssequenz aus Klick-Reaktion, Schutzgruppenabspaltung und erneuter Klick-Reaktion kann in einem Synthesecyclus wiederholt werden und sollte so die kontrollierte Darstellung von makromolekularen Architekturen definierter Größe ermöglichen, wobei in den Kupplungsschritten von der hohen Effizienz der Klick-Reaktion profitiert werden soll. Die konformationelle Schaltbarkeit der BTP-Struktur eröffnet hierbei die Möglichkeit, responsive makromolekulare Architekturen zu generieren.
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Solvents and starting materials were used as received. 2,6-Dibromopyridine, citrazinic acid, the aryl azide precursors, and europium(III)triflate are commercially available as a bulk chemical and were used without further purification. Toluene and THF, were distilled under an inert gas (Ar) atmosphere over NaAl(C2H5)4, CH2Cl2 over CaH2 and acetonitrile and triethylamine (TEA) over KOH, prior to use. Triethylene glycol monomethyl ether was stored over activated molecular sieves in inert gas atmosphere (Ar) and distilled prior to use. Pd(PPh3)4 was freshly prepared.[74] All reactions requiring inert gas were performed under Ar atmosphere. TLC was performed on Merck Silica Gel 60 F254 TLC plates with a fluorescent indicator with a 254 nm excitation wavelength. Compounds were visualized under UV light at 254 nm. Column chromatography was carried out with 130 – 400 mesh silica gel using the eluents specified (Hex = hexane, PE = petrol ether, EtOAc = ethyl acetate). NMR spectra were recorded on a 400 MHz (100.6 MHz for 13C) Bruker AV 400 or on a 300 MHz (75.6 MHz for 13C) Bruker DPX 300 spectrometer at 27 °C using residual protonated solvent signals as internal standard (1H: δ(CHCl3) = 7.26 ppm, δ( CH2Cl2) = 5.30 ppm, δ(﴾CH3﴿2SO) = 2.50 ppm, δ(CH3OH) = 3.31 ppm and 13C: δ(CHCl3) = 77.16 ppm, δ(CH2Cl2) = 53.52 ppm, δ(﴾CH3﴿2SO) = 39.52 ppm, δ(CH3OH) = 49.00 ppm). Assignments are based on chemical shifts and/or DEPT as well as COSY spectra (Ar is used as abbreviation for assigning both aromatic as well as triazole moieties). NOE NMR experiments were performed with degassed and argon saturated samples in CD2Cl2 at 27 °C using the noesygpph pulse program. Mixing times (D8) were adjusted to 1.0 sec to assure for maximum NOE sensitivity. Mass spectrometry was performed on Bruker-Esquire 3000 (ESI, Ionentrap-MS, potential 4500 V) or Bruker-Apex III (FTICR-MS, ESI-HRMS) and Finnigan MAT 8200 (EI, double focusing sector field, resolution of 3000, 70 eV ionization), respectively. The BTP metal ion complexes were measured on a QSTARXL Applied Biosystems ESI Q-TOF with a ISV of 950 V. HPLC separations were performed with Shimadzu LC-10A systems equipped with a photodiode array detector (PAD or DAD), specific measuring and system conditions are described at the corresponding substances. GC was performed on a Carlo Erba HRGC instrument equipped with a achiral 30 m DB-1 column using FID detection and employing 0.8 bar of H2 as the carrier gas. UV-visible absorption and fluorescence emission spectra were recorded in quartz cuvettes of 1 cm path length on a Cary 50 Spectrophotometer and a Cary Eclipse Fluorimeter, respectively, each equipped with a Peltier thermostated cell holder at 25 ± 0.05 °C using spectrophotometric grade solvents. Emission spectra were corrected for variations in photomultiplier response and lamp intensity over wavelength using correction curves generated on the instrument, followed by normalization considering the optical density of the sample at the excitation wavelength. The samples were excited at λ = 265 nm, slit widths were set to 10 nm bandpass for excitation and 10 nm bandpass for emission.
General procedure of the copper catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition
All click reactions described in this chapter have been done using the following procedure:
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A three necked flask was charged with 2,6-diethynyl pyridines 1 and 2, respectively, (1 equiv.), the aryl monoazides (1.0- 1.5 equiv. per acetylene functionality), sodium ascorbate (0.1-0.2 equiv.), TBTA (0.05 equiv.) and a solvent mixture of H2O/ tert BuOH/CH2Cl2 1/2/1. The flask was evacuated and flushed with argon repeatedly (3 cycles). CuSO4 was added (stock solution, 10 mg CuSO4 per 0.3 mL of water) and the mixture was stirred for 3 d at r.t. in the dark. In case of an appearing precipitate additional CH2Cl2 was added. After the acetylene starting material was consumed indicated by TLC monitoring the mixture was transferred into a separation funnel and CH2Cl2 was added. The aqueous phase was extracted with CH2Cl2 (3 x), the organic phases were combined and washed once with brine. After drying over MgSO4, filtration, and removal of the solvent in vacuo a colored solid was obtained that was purified by column chromatography (CH2Cl2/acetone) to yield the respective products in high analytical purities.
General procedure for the preparation of aryl azides
Aryl azides were prepared by the diazotation reaction of the corresponding aniline derivative as described for the preparation of 4-azido-benzoic acid ethyl ester 24. (4-Azido-phenyl)-dimethyl-amine 26 was prepared using the cross coupling reactions conditions with CuI described by Liang.[27]
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Synthesis of complexes
C omplexes [Fe(47) 2 ](OTf) 2 and [Eu(BTP) 3 ](OTf) 3 : All manipulations were carried out in a glove-box, or else by means of Schlenk-type techniques involving the use of a dry argon atmosphere and dry, degassed and argon saturated solvents.
Crystal structures
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Crystal structure determinations 33 – 41, 46, 48, 56, [Fe(47) 2 ](OTf) 2 , [Eu(45) 3 ](OTf) 3 . Crystals were transferred to the respective diffractometers and cooled to the denoted temperatures by a stream of cold N2 gas. In order to increase the signal to noise ratio for the diffracted intensities a data collection strategy involving phi scans and multiple omega scans at different phi values and constant chi was employed. The resulting high redundancy intensity data were averaged using the programs SADABS (Sheldrick/Bruker-AXS, 2005) or SCALEPACK (Otwinowski, 1997). R int = Σ | F o 2 –F o 2(mean) | / Σ [F o 2 ], R 1 = Σ | |F o| – |F c| | / Σ |F o| and wR 2 = { Σ [ w(F o 2 – F c 2)2 ] / Σ [ w(F o 2)2 ] }½. Structures were solved using direct methods (SHELXS-97) and refined by least-squares (SHELXL-97) on F o 2, both programs from G. Sheldrick, University of Göttingen, 1997.
Crystal data for 33: [C31H33N7O5], from ethanol, M r = 583.64, colourless plate, crystal size: 0.07x0.10x0.36 mm3; a = 10.3510(2), b = 28.1832(5), c = 19.7683(3) Å, = 93.773(1)°, U = 5754.4(2) Å3, T = 100 K, monoclinic, space group P21/c (No. 14), Z = 8, calcd = 1.35 g cm-3, F(000) = 2464, Nonius KappaCCD diffractometer, (Mo Kα) = 0.71073 Å, = 0.094 mm-1, 110005 measured and 21878 independent reflections (R int = 0.077), 15145 with I > 2(I), max = 33.1°, T min = 0.4333, T max = 0.7464, Chebyshev type weights, 779 parameters, H atoms riding, R 1 = 0.0766 [I > 2(I)], wR 2 = 0.1851 (all data), max/min = 0.898/-1.048 (0.95 Å from C47) eÅ-3.
Crystal data for 38: [C29H27I2N7O5], from dichloromethane/diethylether, M r = 807.38, yellow prism, crystal size: 0.13x0.13x0.26 mm3; a = 10.1000(3), b = 10.2657(3), c = 16.5979(5) Å, = 78.308(1), = 80.254(1), = 65.085(1)°, U = 1521.55(8) Å3, T = 100 K, triclinic, space group P¯1 (No. 2), Z = 2, calcd = 1.76 g cm-3, F(000) = 792, Bruker-AXS X8 Proteum diffractometer, (Cu Kα) = 1.54178 Å, = 16.66 mm-1, 31640 measured and 5202 independent reflections (R int = 0.039), 4993 with I > 2(I), max = 67.9°, T min = 0.460, T max = 1.0, Chebyshev type weights, 388 parameters, H atoms riding, R 1 = 0.0250 [I > 2(I)], wR 2 = 0.0623 (all data), max/min = 0.760/-0.732 eÅ-3.
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Crystal data for 40: [C29H27N9O9]·[CH2Cl2], from dichloromethane, M r = 730.52, colourless prism, crystal size: 0.08x0.19x0.29 mm3; a = 8.2392(1), b = 11.4777(2), c = 17.9104(3) Å, = 74.439(1), = 86.064(1), = 87.025(1)°, U = 1626.81(4) Å3, T = 100 K, triclinic, space group P¯1 (No. 2), Z = 2, calcd = 1.49 g cm-3, F(000) = 756, Nonius KappaCCD diffractometer, (Mo Kα) = 0.71073 Å, = 0.269 mm-1, 40896 measured and 10508 independent reflections (R int = 0.038), 9317 with I > 2(I), max = 31.3°, T min = 0.872, T max = 1.0, Chebyshev type weights, 452 parameters, H atoms riding, R 1 = 0.0370 [I > 2(I)], wR 2 = 0.0949 (all data), max/min = 0.435/-0.356 eÅ-3.
Crystal data for 41: [C33H39N9O5], from tetrahydrofuran, M r = 641.73, yellow prism, crystal size: 0.04x0.12x0.13 mm3; a = 9.9892(3), b = 11.4054(4), c = 16.2683(6) Å, = 75.622(2), = 84.255(2), = 77.826(2)°, U = 1752.8(1) Å3, T = 100 K, triclinic, space group P¯1 (No. 2), Z = 2, calcd = 1.22 g cm-3, F(000) = 680, Bruker-AXS X8 Proteum diffractometer, (Cu Kα) = 1.54178 Å, = 0.693 mm-1, 36210 measured and 5976 independent reflections (R int = 0.058), 4569 with I > 2(I), max = 67.9°, T min = 0.7828, T max = 1.0. The 3,6,9-trioxadeca-1-yloxycarbonyl side-chain is severly disordered. Disordered atoms were refined with isotropic displacement parameters and occupancies fixed to give the correct total molecular formula. It cannot be ruled out that part of the disordered chain is occupied by a tetrahydrofuran solute molecule since the crystals effloresce when removed from the mother liquor. Hydrogen atoms were calculated for carbon atoms with unambiguous locations. Chebyshev type weights, 463 parameters, H atoms riding, R 1 = 0.0872 [I > 2(I)], wR 2 = 0.2666 (all data), max/min = 0.909/-0.814 eÅ-3.
Crystal data for 46: [C28H27I2N7O4]·[C2H3N], from acetonitrile, M r = 820.42, colourless prism, crystal size: 0.06x0.06x0.08 mm3; a = 9.4669(2), b = 11.4080(3), c = 15.9200(5) Å, = 83.838(1), = 80.301(1), = 82.816(1)°, U = 1674.9(1) Å3, T = 100 K, triclinic, space group P¯1 (No. 2), Z = 2, calcd = 1.63 g cm-3, F(000) = 808, Nonius KappaCCD diffractometer, (Mo Kα) = 0.71073 Å, = 1.924 mm-1, 46536 measured and 10238 independent reflections (R int = 0.054), 8119 with I > 2(I), max = 31.6°, T min = 0.8425, T max = 1.0. Both the 3,6,9-trioxadeca-1-yloxy side-chain and the acetonitrile solute molecule are disordered (0.5:0.5). The disordered C and N atoms were refined with isotropic displacement parameters. The H atoms on the solute acetonitrile molecules could not be located. Otherwise H atoms were calculated and refined using a riding model. Chebyshev type weights, 412 parameters, R 1 = 0.0640 [I > 2(I)], wR 2 = 0.1322 (all data), max/min = 2.351 (0.26 Å from I2) /-4.185 (0.79 Å from I2) eÅ-3.
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Crystal data for 48: [C32H39N9O4], from tetrahydrofuran, M r = 613.72, colourless prism, crystal size: 0.02x0.04x0.07 mm3; a = 11.2373(1), b = 20.8946(3), c = 13.2267(2) Å, = 95.219(1)°, U = 3092.7(1) Å3, T = 100 K, monoclinic, space group P21 (No. 4), Z = 4, calcd = 1.32 g cm-3, F(000) = 1304, Nonius KappaCCD diffractometer, (Mo Kα) = 0.71073 Å, = 0.090 mm-1, 104070 measured and 7593 independent reflections (no significant anomalous signal so Friedel pairs merged, R int = 0.106), 5585 with I > 2(I), max = 28.0°, T min = 0.5883, T max = 0.7454, Chebyshev type weights, 819 parameters, H atoms riding, R 1 = 0.0511 [I > 2(I)], wR 2 = 0.1040 (all data), max/min = 0.247/-0.229 eÅ-3.
Crystal data for 56: [C42H55N7O4]·[C2D6OS], from dimethylsulfoxide-D6, M r = 806.09, colourless prism, crystal size: 0.02x0.04x0.06 mm3; a = 8.3323(4), b = 10.6037(7), c = 26.829(2) Å, = 93.652(2), = 98.126(4), = 109.518(4)°, U = 2196.1(2) Å3, T = 100 K, triclinic, space group P¯1 (No. 2), Z = 2, calcd = 1.21 g cm-3, F(000) = 860, Nonius KappaCCD diffractometer, (Mo Kα) = 0.71073 Å, = 0.125 mm-1, 29212 measured and 9635 independent reflections (R int = 0.076), 5722 with I > 2(I), max = 27.1°, T min = 0.317, T max = 0.744. The isonicotinic acid carboxylic acid H atom was located in a difference Fourier synthesis and its position and isotropic atomic displacement parameter were refined (UHiso = 0.048(14) Å2, O-H 0.81(4) Å). Otherwise H atoms were calculated and refined using a riding model. Chebyshev type weights, 518 parameters, R 1 = 0.0860 [I > 2(I)], wR 2 = 0.2165 (all data), max/min = 0.905/-0.606 eÅ-3.
Crystal data for 51: [C30H33N9O6], from acetonitrile, M r = 615.65, red prism, crystal size: 0.20x0.16x0.12 mm3, a = 18.733(9), b = 9.845(2), c = 33.361(15) Å, = 90, = 92.64(5), = 90 °, U = 6146(4) Å3, T = 546(2) K, monoclinic, space group I 2/a, Z = 8, calcd = 1.331 g cm-3, F 000 = 2592, = 0.096 mm-1, = 2.16-22.42°, reflections collected 14412, independent reflections 3898 [Rint = 0.0373], GoF = 0.898, R = 0.0355, wR 2 = 0.0781, largest diffraction peak and hole 0.117/-0.143 eÅ-3. The data were collected on a STOE IPDS2T using MoKα radiation, = 0.71073 Å, and the structures were solved with anisotropic atomic displacement parameters for all non-hydrogen atoms. All hydrogen atoms were added geometrically and refined by using a riding model.
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Crystal data for 68: [C21H13N7I2], from acetonitrile, M r = 617.18, colourless prism, crystal size: 0.40x0.28x0.16 mm3, a = 5.98500(10), b = 5.98500(10), c = 57.2392(18) Å, = 90, = 90, = 90 °, U = 2050.32(8) Å3, T = 100(2) K, tetragonal, space group P 41 21 2, Z = 4, calcd = 1.999 g cm-3, F 000 = 1176, = 3.092 mm-1, = 3.42-24.61°, reflections collected 1710, independent reflections 1698 [Rint = 0.0177], GoF = 1.102, R = 0.0331, wR 2 = 0.0849, largest diffraction peak and hole 0.421/-0.635 eÅ-3. The data were collected on a STOE IPDS2T using MoKα radiation, = 0.71073 Å, and the structures were solved with anisotropic atomic displacement parameters for all non-hydrogen atoms. All hydrogen atoms were added geometrically and refined by using a riding model.
Crystal data for 69 (cocrystallized with acetonitrile): [C23H15I2N7O2]·[C3H6O], from acetonitrile, M r = 732.98, pink prism, crystal size: 0.40x0.36x0.32 mm3, a = 10.6204(9), b = 10.9040(10), c = 12.4864(10) Å, = 79,734(7) = 82.366(7), = 72.717(7) °, U = 1353.7(2) Å3, T = 150(2) K, triclinic, space group P -1, Z = 1, calcd = 1.804 g cm-3, F 000 = 708, = 2.371 mm-1, = 3.61-30.41°, reflections collected 13985, independent reflections 7364 [Rint = 0.0442], GoF = 1.188, R = 0.0415, wR 2 = 0.1023, largest diffraction peak and hole 1.059/-2.374 eÅ-3. The data were collected on a STOE IPDS2T using MoKα radiation, = 0.71073 Å, and the structures were solved with anisotropic atomic displacement parameters for all non-hydrogen atoms. All hydrogen atoms were added geometrically and refined by using a riding model.
Crystal data for 70 (cocrystallized with acetonitrile): [C2 5H20I2N8]·3[C3H4], from acetonitrile, M r = 806.48, salmon-coloured prism, crystal size: 0.36x0.24x0.08 mm3, a = 8.7007(6), b = 13.9568(10), c = 14.3442(9) Å, = 109,973(5) = 98.911(5), = 96.855(5) °, U = 1589.26(2) Å3, T = 150(2) K, triclinic, space group P-1, Z = 2, calcd = 1.692 g cm-3, F 000 = 796, = 2.020 mm-1, = 3.50-26.50°, reflections collected 14401, independent reflections 6448 [Rint = 0.0987], GoF = 1.129, R = 0.0659, wR 2 = 0.1135, largest diffraction peak and hole 1.438/-1.428 eÅ-3. The data were collected on a STOE IPDS2T using MoKα radiation, = 0.71073 Å, and the structures were solved with anisotropic atomic displacement parameters for all non-hydrogen atoms. All hydrogen atoms were added geometrically and refined by using a riding model.
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Crystal data for [Fe(47)2](OTf)2 (cocrystallized with Fe(OTf)2(H2O)(MeCN)4): [C143.5H140F18Fe3N40O51S6], from acetonitrile/toluene, M r = 3942.87, red prism, crystal size: 0.50x0.40x0.15 mm3, a = 25.7798(7), b = 29.8435(6), c = 26.7631(8) Å, = 90, = 118.492(2), = 90 °, U = 18096.6(8) Å3, T = 116(2) K, monoclinic, space group P 21/n, Z = 4, calcd = 1.45 g cm-3, F 000 = 8100, = 0.415 mm-1, = 3.20-26.00°, reflections collected 139307, independent reflections 35500 [Rint = 0.1245], GoF = 0.963, R = 0.0995, wR 2 = 0.2130, largest diffraction peak and hole 1.613/-0.573 eÅ-3. The data were collected on a STOE IPDS2T using MoKα radiation, = 0.71073 Å, and the structures were solved with anisotropic atomic displacement parameters for all non-hydrogen atoms. All hydrogen atoms were added geometrically and refined by using a riding model.
Crystal data for [Eu(45)3](OTf)3 (cocrystallized with MeCN): [C188H201Eu2F18N43O42S6], from acetonitrile/diethylether, M r = 4573.20, colorless cubes, crystal size: 0.48x0.48x0.42 mm3, a = 16.9855(6), b = 22.8044(11), c = 29.5181(12) Å, = 104.320(4), = 96.527(3), = 90.858(3) °, U = 10995.6(8) Å3, T = 100(2) K, triclinic, space group P¯1, Z = 2, calcd = 1.38 g cm-3, F 000 = 4700, = 0.717 mm-1, = 3.13-25.80°, reflections collected 78576, independent reflections 41557 [Rint = 0.1332], GoF = 1.033, R = 0.1150, wR 2 = 0.2804, largest diffraction peak and hole 3.229/-2.903 eÅ-3. The data was collected on a STOE IPDS2T using MoKα radiation, = 0.71073 Å, and the structures were solved with anisotropic temperature factors for all non-hydrogen atoms. All hydrogen atoms were added geometrically and refined by using a riding model.
The crystallographic data (apart from structure factors) of 33 – 41, 46, 48, 56, [Fe(47)2](OTf)2, and [Eu(45)3](OTf)3 have been deposited at the Cambridge Crystallographic Data Centre as supplementary publication numbers CCDC 650303-650309, 650835, and 659662. Copies of the data (cif files) can be ordered free of charge from the Cambridge Crystallographic Data Centre via www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif.
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2,6-Di(ethynyl)-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 1.
1.787 g of 7 (3.87 mmol, 1 equiv.) were dissolved in 500 mL of THF and the solution cooled to 0 °C. To the rapidly stirred reaction mixture was added a solution of TBAF (9.7 mL, 1 M solution in THF, 2.5 equiv.) using a syringe. The mixture immediately turned dark. The reaction was stirred 2 min at 0 °C and then filtered through a silica plug with THF. Removal of the solvent in vacuo gave a brown oil. Purification using column chromatography (CH2Cl2/acetone 9/1) gave 1.14 g (93%) of a yellow solid. Rf (CH2Cl2/acetone 8/2) = 0.6. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.96 (s, 2H, ArH), 4.49 (m, 2H, OCH 2), 3.94 (m, 2H, OCH 2), 3.81 - 3.66 (m, 6H, OCH 2), 3.51 (m, 2H, OCH 2), 3.34 (s, 3H, OCH 3), 3.21 (s, 2H, C≡CH). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 163.83 (CO2), 143.76 (CO2 C Ar), 138.58 (C≡CC Ar), 126.50 (HC Ar), 81.68 (C≡C), 79.00 (C≡C), 72.07 (OCH2), 70.83 (OCH2), 70.76 (OCH2), 68.04 (OCH2), 65.4 (OCH2), 59.22 (OCH3). MS (ESI): m/z = 318 ([M] + H+), 340 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z = 340.1151 (calcd 340.1155 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 2.0 mm i.D., methanol/water 40/60, 0.2 mL/min, 9.0 MPa, 308 K, det. UV 254 nm, ret. time 21.81 min.): 97.6 area %.
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2,6-Di(ethynyl)-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 2.
1) The reaction to afford 19 gave 2 as side product.
↓118 |
2) Using the reaction conditions to afford 19 but with 2.5 equiv. TBAF instead of 0.85 equiv. gave compound 2 in yields ranging from 80- 90%.
3) A one necked flask was charged with 18 (0.841 g, 1.94 mmol, 1 equiv.), 100 mL of a mixture of CH2Cl2/MeOH 9/1 and 0.839 mg of K2CO3 (6.07 mmol, 3.1 equiv.). The suspension was stirred for 10 h at rt and after consumption of starting material 18 indicated by TLC monitoring the mixture was filtered and transferred into a separation funnel. CH2Cl2 was added and the organic phase was washed with sat. NH4Cl (3 x) and brine (1 x). After drying over MgSO4 the solvent was evaporated to give a brown oil. Purification by column chromatography gave 0.54 g of a pale yellow oil (96%). Rf (Hex/EtOAc 4/6) = 0.3. 1 H -NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.96 (s, 2H, ArH), 4.13 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.81 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.68-3.62 (m, 6H, OCH 2), 3.57-3.50 (m, 2H, OCH 2), 3.32 (s, 3H, OCH 3), 3.09 (s, 2H, C≡CH). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.06 (OC Ar), 143.62 (CC Ar), 114.13 (HC Ar), 82.12 (C≡C), 77.31 (C≡CH), 71.86 (OCH2), 70.89 (OCH2), 70.59 (OCH2), 70.54 (OCH2), 69.13 (OCH2), 67.84 (OCH2), 58.97 (OCH3). MS (ESI): m/z= 290 ([M] + H+), 312 ([M] + Na+), 328 ([M] + K+). HRMS (ESI): m/z= 312.1210, (calcd 312.1206 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 50/50, 0.8 mL/min, 11.5 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 5.23 min.): 100 area %.
2,6-Dichloro-isonicotinic acid 4
↓119 |
was prepared as described by Gu.[12]
2,6-Dichloro-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 5.
↓120 |
There are two possible procedures to obtain this compound. Procedure 2) is the preferred one:
↓121 |
Rf (Hex/EtOAc 7/3) = 0.3. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.82 (s, 2H, ArH), 4.53 (t, 3J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.83 (t, 3J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.72-3.64 (m, 6H, OCH 2), 3.54 (m, 2H, OCH 2), 3.37 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 162.92 (CO2), 151.62 (ClC Ar), 142.62 (CO2 C Ar), 122.87 (HC Ar), 72.07 (OCH2), 70.84 (OCH2), 70.78 (OCH2), 70.6 (OCH2), 68.89 (OCH2), 65.65 (OCH2), 59.21 (OCH3). MS (EI, T = 65 °C): m/z = 337 ([M]+), 302 ([M]+ - Cl), 218 ([M]+ - C5H10O3), 192 (C8H16O5 +), 174, 146 (C5H2Cl2N+), 89 (C4H9O2 +), 59 (C3H7O+, 100%), 45 (C2H5O+). HRMS (ESI): m/z = 360.0373, (calcd 360.0375 for [M] + Na+).
2,6-Bis([Trimethylsilyl]ethynyl)-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 7.
↓122 |
Compound 5 (12.13 g, 35.86 mmol, 1 equiv.), CuI (137 mg, 0.717 mmol, 0.02 equiv.) and PPh3 (0.941 g, 3.587 mmol, 0.1 equiv.) were suspended in 160 mL of a mixture of dry toluene/TEA (1/1), the solution was evacuated at rt and flushed with argon (4 cycles), freeze degassed (1 x) and Pd(PPh3)4 (83 mg, 0.717 mmol, 0.02 equiv.) added under argon. After freeze degassing (1 x) TMS-acetylene (25.53 mL, ρ = 0.69 g/mL, 179.33 mmol, 5 equiv.) was added via a syringe in the counterflow of argon. The reaction mixture was stirred at 70 °C for 2 d and after consumption of all starting material indicated by TLC monitoring (CH2Cl2/acetone 8/2) the mixture was cooled down to rt and the solvent was removed in vacuo. Purification using column chromatography (EtOAc/Hex 2/8) gave 8.45 g (72%) of a yellow oil. Rf (Hex/EtOAc 1/1) = 0.4. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.91 (s, 2H, ArH), 4.5 (t, 3J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.83 (t, 3J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.85 - 3.63 (m, 6H, OCH 2), 3.54 (m, 2H, OCH 2), 3.53 (s, 3H, OCH 3), 0.25 (s, 18H, SiCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.07 (CO2), 144.24 (C≡CC Ar), 138.47 (CO2 C Ar), 126.05 (HC Ar), 102.85 (C≡C), 97.31 (C≡C), 77.62 (OCH2), 72.33 (OCH2), 71.04 (OCH2), 69.29 (OCH2), 65.46 (OCH2), 59.45 (OCH2), 53.82 (O-CH3), 0.00 (SiCH3). MS (ESI): m/z = 462 ([M] + H+), 484 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z = 484.1942 (calcd 484.1946 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 2.0 mm i.D., methanol/water 85/15, 0.2 mL/min, 8.2 MPa, 308 K, det. UV 285 nm, ret. time 6.13 min.): 96.1 area %.
4-[(3,6,9-trioxadecylcarboxy)] 2,6-bis[((triisopropylsilyl)ethynyl)]-pyridine 8.
↓123 |
Following the reaction procedure to obtain 18 (stirring only over night at 70 °C) the title compound was isolated using column chromatography (PE/EtOAc 2/1) as yellow oil (99%). Rf (PE/EtOAc 2/1) = 0.7. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.87 (s, 2H, H Ar), 4.53 - 4.50 (m, 2H, OCH 2), 3.86 - 3.82 (m, 2H, OCH 2), 3.72 - 3.60 (m, 6H, OCH 2), 3.53 - 3.49 (m, 2H, OCH 2), 3.35 (s, 3H, OCH 3), 1.16 - 1.11 (m, 42H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.21 (-CO2-), 144.41 (-CO2-C Ar), 137.96 (C≡C-C Ar), 126.34 (HC Ar), 104.68 (C≡C-Si), 94.19 (C≡C-Si), 71.95 (OCH2), 70.72 (OCH2), 70.66 (OCH2), 68.97 (OCH2), 65.16 (OCH2), 59.09 (OCH3), 18.70 (SiCHCH3), 11.28 (SiCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 630.4003, (calcd 630.4005 for [M] + H+); 652.3824 (calcd 652.3824 for [M] + Na+); 668.3562, (calcd 668.3563 for [M] + K+).
4-[(3,6,9-trioxadecylcarboxy)] 2-ethynyl-6-((triisopropylsilyl)ethynyl)-pyridine 9.
↓124 |
Following the reaction procedure to obtain 19 the title compound was isolated using column chromatography (PE/EtOAc 1/1 → 1/2) as yellow in yields ranging from 30 – 35%. Rf (PE/EtOAc 2/1) = 0.44. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.93 – 7.91 (m, 2H, H Ar), 4.52 - 4.49 (m, 2H, OCH 2), 3.84 - 3.81 (m, 2H, OCH 2), 3.72 - 3.60 (m, 6H, OCH 2), 3.54 - 3.48 (m, 2H, OCH 2), 3.34 (s, 3H, OCH 3), 3.22 (s, 1H, C≡C-H), 1.12 (s, 21H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 163.98 (-CO2-), 144.69 (C Ar), 143.44 (C Ar), 138.18 (C Ar), 126.80 (HC Ar), 125.80 (HC Ar), 104.51 (C≡C-Si), 94.19 (C≡C-Si), 81.84 (C≡C-H), 78.75 (C≡C-H), 71.95 (OCH2), 70.72 (OCH2), 70.68 (OCH2), 70.66 (OCH2), 68.91 (OCH2), 65.20 (OCH2), 59.08 (OCH3), 18.67 (SiCHCH3), 11.24 (SiCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 474.2673, (calcd 474.2670 for [M] + H+); 496.2493 (calcd 496.2490 for [M] + Na+); 947.5256, (calcd 947.5268 for 2[M] + H+). UPLC (S2 column; 35 °C; 0.6 mL/min., CH3CN/H2O grad 4/6 → 95/5, ret. time 8.6 min): 99.9 area %.
2,6-Dibromo-pyridine-1-oxide 11
↓125 |
was prepared as described by Jenny.[15]
2,6-Dibromo-4-nitropyridine-1-oxide 12
↓126 |
was prepared as described by Jenny.[15]
2,6-Dibromo-4-nitropyridine 13
↓127 |
2,6-Dibromo-4-nitropyridine-1-oxide 12 was reduced to 13 by treatment with PBr3 in dry acetonitrile as described by Vögtle.[16]
2,6-Dibromo-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 14.
↓128 |
In a dry two necked flask NaH (0.953 g, 39.7 mmol, 1.07 equiv.) was suspended in 400 mL of dry THF. After cooling the mixture down to 0 °C dry triethylenglycol mono methyl ether 6 (5.82 mL, ρ = 1.026 g/mL, 36.36 mmol, 0.98 equiv.) was added slowly using a syringe and the reaction mixture was allowed to warm up to rt. The solution was stirred for 1.5 h and then 13 (10.46 g, 37.1 mmol, 1 equiv.) was added under stirring in one portion at 0 °C. The reaction mixture was allowed to warm up to rt and stirred for 3 h. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring (Hex/EtOAc 6/4) the reaction mixture was poured onto ice water and the product extracted with CH2Cl2 (3 x). The combined CH2Cl2 phases were washed with brine and dried over MgSO4. After removal of the solvent in vacuo purification by column chromatography (Hex/EtOAc 6/4) gave 13.0 g of a colorless oil (89%). Rf (EtOAc) = 0.46. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.97 (s, 2H, ArH), 4.13 (t, 3J = 5.9 Hz, 2H, OCH 2), 3.80 (m, 2H, OCH 2), 3.65-3.53 (m, 6H, OCH 2), 3.48 (m, 2H, OCH 2), 3.33 (s, 3H, CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.95 (OC Ar), 140.02 (BrC Ar), 112.97 (HC Ar), 70.91 (OCH2), 69.97 (OCH2), 69.64 (OCH2), 69.61 (OCH2), 68.09 (OCH2), 67.52 (OCH2), 58.06 (OCH3). MS (EI, T = 90 °C): m/z = 352 ([M]+ - C2H5O+), 318 ([M]+ - Br), 280, 254, 200, 156, 89 (C4H9O2 +), 76 (C3H8O2 +), 59 (C3H7O+, 100%), 45 (C2H5O+). HRMS (ESI): m/z = 419.9414, (calcd 419.9416 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 50/50, 0.8 mL/min, 9.4 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 11.9 min.): 99.8 area %.
2,6-dibromo-N,N-dimethylpyridin-4-amine 15
↓129 |
The title compound was obtained as byproduct during the synthesis of 14 (3 mg).
TLC (hexane/ethyl acetate 6/4) R f = 0.44. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.61 (s, 2H, ArH), 2.99 (s, 2H, CH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 156.89 (N-C Ar), 140.98 (Br-C Ar), 109.2 (H-C Ar), 39.7 (CH3). MS (High-resolution ESI-MS): m/z = 277.9054, (calcd 277.9053 for M+).
2,6-Bis[(trimethylsilyl)ethynyl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy) pyridine 17.
↓130 |
In a dry three necked flask equipped with a condenser 8.982 g of 14 (22.50 mmol, 1 equiv.), copper iodide (86 mg, 0.45 mmol, 0.02 equiv.) and triphenylphosphine (0.295 g, 1.12 mmol, 0.05 equiv.) were suspended in 80 mL of a mixture of dry toluene/TEA (8/2). The solution was degassed at rt by evacuating and flushing with argon (4 cycles), freeze degassed (1 x) and tetrakistriphenylphosphine palladium (520 mg, 0.45 mmol, 0.02 equiv.) added under argon. After freeze degassing (1 x) TMS-acetylene (16.02 mL, ρ = 0.69 g/mL, 112.54 mmol, 5 equiv.) was added in the counterflow of argon using a syringe. The reaction mixture was stirred at 65 °C for 3 d. After consumption of starting material 14 indicated by TLC monitoring (Hex/EtOAc 1/1) the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (Hex/EtOAc 6/4) gave 9.51 g of a yellow oil (70%). Rf (Hex/EtOAc 6/4) = 0.4. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.90 (s, 2H, ArH), 4.12 (t, 3 J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2 ), 3.80 (t, 3 J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.68- 3.58 (m, 6H, OCH 2), 3.51-3.48 (m, 2H, OCH 2), 3.33 (s, 3H, OCH 3), 0.19 (s, 18H, CH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.94 (OC Ar), 144.37 (C≡CC Ar), 113.72 (HC Ar), 103.22 (C≡C), 94.80 (C≡C), 71.95 (OCH2), 71.0 (OCH2), 70.68 (OCH2), 70.63 (OCH2), 69.21 (OCH2), 67.78 (OCH2), 59.05 (OCH3), -0.30 (SiCH3). MS (EI, T = 130 °C): m/z = 433 ([M]+), 403, 360, 345, 330, 287 (100%), 272, 259, 97, 83, 73, 59 (C3H7O+), 45 (C2H5O+). HRMS (ESI): m/z= 434.2178, (calcd 434.2177 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 75/25, 0.8 mL/min, 9.9 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 13.83 min.): 98.4 area %.
2,6-Bis-[(triisopropylsilanyl)-ethynyl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 18.
↓131 |
In a dry three necked flask equipped with a condenser 1.14 g of 14 (2.856 mmol, 1 equiv.), copper iodide (11 mg, 0.057 mmol, 0.02 equiv.) and triphenylphosphine (37 mg, 0.14 mmol, 0.05 equiv.) were suspended in 80 mL of a mixture of dry toluene/TEA (3/1). The solution was evacuated at rt and flushed with argon (4 cycles), freeze degassed (1 x) and tetrakistriphenylphosphine palladium (66 mg, 0.057 mmol, 0.02 equiv.) was added under argon. After freeze degassing (1 x) TIPS-acetylene (1.92 mL, ρ = 0.813 g/mL, 8.56 mmol, 3 equiv.) was added in the counterflow of argon using a syringe. The reaction mixture was stirred at 70 °C for 28 h. After consumption of starting material 14 indicated by TLC monitoring (Hex/EtOAc 8/2) the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (Hex/EtOAc 8/2) gave 1.71 g of a yellow oil (quant. yield). Rf (Hex/EtOAc 8/2) = 0.56. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.94 (s, 2H, ArH), 4.18 (t, 3J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.84 (t, 3J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.70-3.62 (m, 6H, OCH 2), 3.51 (m, 2H, OCH 2), 3.36 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.79 (OC Ar), 144.74 (C≡CC Ar), 114.34 (HC Ar), 105.53, (C≡C), 92.00 (C≡C), 72.04 (OCH2), 71.05 (OCH2), 70.78 (OCH2), 70.73 (OCH2), 69.33 (OCH2), 67.71 (OCH2), 59.16 (OCH3), 18.77 (SiCHCH3), 11.37 (SiCH). MS (EI, T = 155 °C): m/z= 601 ([M]+), 558 ([M]+ - C3H7, 100%), 516, 444, 412, 145, 115, 59 (C3H7O+). HRMS (ESI): m/z= 624.3871, (calcd 624.3874 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 9/1, 0.8 mL/min, 5.5 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 31.5 min.): 99.5 area %.
6-Ethynyl-2-[(triisopropylsilanyl)ethynyl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 19.
↓132 |
1.339 g of 18 (2.24 mmol, 1 equiv.) were dissolved in 500 mL of THF, 0.1 mL of acetic acid (1.89 mmol, 0.85 equiv.) were added and the mixture was cooled down to 0 °C. To the rapidly stirred reaction mixture was added a solution of TBAF (1.89 mL, 1 M solution in THF, 0.85 equiv.) via a syringe dropwise and while stirring for 10 min the mixture was allowed to reach rt. The mixture was filtered through a short silica plug and the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography gave 0.338 mg of colorless oil (34%). Starting material 18 could be recovered and 2 isolated. Rf (Hex/EtOAc 1/1) = 0.3. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.95 (dd, 3 J = 2.5 Hz, 2H, ArH), 4.14 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.82 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.70-3.59 (m, 6H, OCH 2), 3.51-3.48 (m, 2H, OCH 2), 3.33 (s, 3H, OCH 3), 3.08 (s, 1H, C≡CH), 1.09 (d, 3 J = 2.2 Hz, 21H, SiCHCH 3, SiCH). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.89 (OC Ar), 144.74 (C≡CC Ar), 143.53 (C≡CC Ar), 114.63 (HC Ar), 113.61 (HC Ar), 105.21 (C≡C), 91.9 (C≡C), 82.39 (C≡C), 77.2 (C≡C), 71.91 (OCH2), 70.93 (OCH2), 70.63 (OCH2), 70.59 (OCH2), 69.18 (OCH2), 67.74 (OCH2), 69.18 (OCH3), 18.63 (SiCHCH3), 11.22 (SiCH). MS (EI, T = 130 °C): m/z = 445([M]+), 558 ([M]+ - C3H7, 100%), 288 ([M]+ - C9H21Si), 145, 117, 89 ([C4H9O2]+), 75 ([C3H7O2]+), 59 ([C3H7O]+), 45 ([C2H5O]+). HRMS (ESI): m/z = 446.2723, (calcd 446.2721 [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 8/2, 0.8 mL/min, 9.1 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 11.67 min.): 100 area %.
Synthesis of aryl azides
↓133 |
Aryl azides depicted in Table 1 were prepared by the diazotation reaction of the corresponding aniline derivative as described for the preparation of 4-azido-benzoic acid ethyl ester 24.
(4-Azido-phenyl)-dimethyl-amine 26
↓134 |
(4-Azido-phenyl)-dimethyl-amine 26 was prepared using the cross coupling reactions conditions with CuI described by Liang.[27]
CAUTION: As organic azides are potentially explosive, all aryl azides have been stored in the freezer in the dark!
↓135 |
Table 1. Yield, color, and aggregation state of the used aromatic azides. [a] Synthesis proceeded as described by Liang.[27] [b] Characterization see literature.[75] [c] Characterization see literature.[76] [d] Characterization see experimental part.
compound |
R 1 |
Yield [%] |
color /aggregate state |
21 |
Me [b] |
37 |
Brown oil |
22 |
I [b] |
96 |
Yellow solid |
23 |
NO2 [b] |
98 |
Orange solid |
26 |
NMe2 [a, b] |
99 |
Yellow solid |
24 |
CO2Et [d] |
Quantitative |
Yellow oil |
25 |
OMe [c] |
88 |
Red-brown oil |
4-Azido-benzoic acid ethyl ester 24
↓136 |
4.29 g (26.0 mmol, 1 equiv.) of 4-amino-benzoic acid ethyl ester were suspended in 170 mL of 17% HCl at rt and under gentle warming ethanol was added until a clear solution was obtained. The mixture was cooled to 0°C, NaNO2 (2.87 g, 41.6 mmol, 1.6 equiv.) added in small portions (Attention! release of toxic gas!) and the reaction mixture was stirred for 15 min at 0°C. Then NaN3 (2.7 g, 41.6 mmol, 1.6 equiv.) was added in small portions and the mixture stirred for 20 min at 0°C. The solution was transferred into a separation funnel, water added and the aqueous phase was extracted with 150 mL of diethyl ether (4 x). The combined organic phases were washed with sat. aqueous NaHCO3 solution (3 x) and brine. After drying over MgSO4 and filtration removal of the solvent gave 4.95 g of a yellow solid (quant. yield). TLC (Hex/EtOAc 8/2) Rf = 0.7. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.05 (d, 3 J = 8.7 Hz, 2H, ArH), 7.08 (d, 3 J = 8.7 Hz, 2H, ArH), 4.38 (q, 3 J = 7.1 Hz, 2H, CO2CH 2CH3), 1.39 (t, 3 J = 7.1 Hz, 3H, CO2CH2CH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.96 (CO2CH2CH3), 144.75 (N3 C Ar), 131.5 (HC Ar), 127.19 (C ArCO2CH2CH3), 118.92 (HC Ar), 61.19 (CO2 CH2CH3), 14.47 (CO2CH2 CH3). MS (EI, T = 10 °C): m/z = 191 ([M]+), 163 ([M]+ - N2, 100%), 146 ([M]+ - C2H4O), 135 ([M]+ - N2 - C2H4), 117, 107, 90 (C6H4N+), 79, 63, 39, 29 (C2H5 +). MS (High-resolution EI-MS, T = 10 °C): m/z = 191.0696, (calcd 191.0694 for [M]+). GC (achiral, device: split injector 220 °C, FID, gas carrier: 0.8 bar H2, column: 30 m DB-1, start-T: 80°C, up to 350 °C with 8 °C per minute): 98.5 area %.
1-Decyloxy-4-nitro-benzene 30
↓137 |
In a two necked flask equipped with a condenser 1.11 g (8 mmol, 1 equiv.) of 4-nitrophenol 29 were dissolved in 50 mL of acetonitrile, 1.93 g of 1-iododecane (7.2 mmol, 0.9 equiv.), 0.1 g of 18-crown-6 (0.4 mmol, 0.05 equiv.) and 2.21 g of (16 mmol, 2 equiv.) K2CO3 were added and the mixture was degassed at rt by evacuating under stirring and flushing with argon (4 cycles). The suspension was stirred at 50 °C over night and after consumption of 4-nitrophenol indicated by TLC monitoring the yellow solution was transferred into a separation funnel and diluted with ethyl acetate. The organic phase was washed with sat. aq. NaHCO3 solution (3 x), water (3 x) and brine. After drying over MgSO4 and filtration the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (Hex → Hex/EtOAc 1/1) gave 0.753 g of a yellow solid (37%). Rf (Hex/EtOAc 8/2) = 0.7. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.13 (d, 3 J = 9.3 Hz, 2H, ArH), 6.88 (d, 3 J = 9.3 Hz, 2H, ArH), 3.99 (t, 3 J = 6.5 Hz, 2H, OCH 2 ), 1.78 (tt, 3 J = 6.6 Hz, 3 J = 6.5 Hz, 2H, OCH2CH 2), 1.43-1.36 (m, 2H, CH 2), 1.21 (m, 12H, CH 2), 0.83 (t, 3 J = 6.7 Hz, 3H, CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.34 (OC Ar), 141.37 (NO2-C Ar), 125.95 (HC Ar), 114.46 (HC Ar), 68.98 (OCH2), 31.96 (CH2), 29.60 (CH2), 29.38 (CH2), 29.04 (CH2), 25.98 (CH2), 22.74 (CH2), 14.17 (CH3). MS (EI, T = 75 °C): m/z = 279 ([M]+), 140 ([C10H20]+), 123, 111, 97, 85 ([C6H13]+), 71 ([C5H11]+), 57 [C4H9]+), 43 ([C3H7]+, 100%). HRMS (ESI): m/z= 302.1728, (calcd 302.1726 for [M] + Na+).
4-Decyloxyaniline 31
↓138 |
In a one necked flask 0.754 mg of 30 (2.7 mmol, 1 equiv.) were dissolved in 50 mL of ethyl acetate, 75 mg of Pd on charcoal (10% wt) were added, the stirred mixture was degassed at rt in vacuo and flushed with H2 (3 cycles). After stirring for 24 h at rt in H2 atmosphere (ca. 2 bar) the mixture was filtered through a celite pad and the solvent removed in vacuo. Purification by column chromatography (Hex/EtOAc 8/2) gave 0.67 g of a red solid (quant. yield). Rf (Hex/EtOAc 8/2) = 0.2. 1 H- NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.76 (d, 3 J = 8.8 Hz, 2H, ArH), 6.65 (d, 3 J = 8.9 Hz, 2H, ArH), 3.88 (t, 3J = 6.7 Hz, 2H, OCH 2), 3.29 (br s, 2H, NH 2 ), 1.74 (tt, 3 J = 6.6 Hz, 3 J = 6.8 Hz, 2H, OCH2CH 2), 1.44 (tt, 3 J = 7.0 Hz, 3 J = 6.7 Hz, 2H, OCH2CH2 CH 2), 1.32-1.28 (m, 12H, CH 2), 0.89 (t, 3 J = 6.7 Hz, 3H, CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 152.45 (OC Ar), 139.80 (NC Ar), 116.52 (HC Ar), 115.74 (HC Ar), 68.79 (OCH2), 31.97 (CH2), 29.67 (CH2), 29.64 (CH2), 29.51 (CH2), 29.40 (CH2), 26.14 (CH2), 22.75 (CH2), 14.18 (CH3). MS (EI, T = 75 °C): m/z = 249 ([M]+), 109 ([C6H7NO]+, 100%), 92 ([C6H6N]+), 80, 55, 41, 29 ([C2H5]+).
1-Azido-4-decyloxy-benzene 28
↓139 |
671 mg of 31 (2.69 mmol, 1 equiv.) were dissolved in 40 mL of 17% HCl under help of addition of EtOH and gentle warming. The mixture was cooled down to 0 °C, NaNO2 (0.353 g, 5.11 mmol, 1.9 equiv.) was added in small portions (Attention: Release of toxic gas!). After the mixture was stirred for 15 min at 0 °C 50 mg of NaN3 (5.38 mmol, 2 equiv.) were added in small portions and the stirring was continued for 15 min at 0 °C. The solution was transferred into a separation funnel, water was added and the aqueous phase was extracted with ethyl acetate (4 x). The combined organic phases were washed with sat. aqueous NaHCO3 solution (3 x) and brine. After drying over MgSO4 and filtration, removal of the solvent gave 596 mg of a yellow oil (80%). Rf (Hex/EtOAc 8/2) = 0.4. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.92 (dd, 3 J = 2.9 Hz, 3 J = 2.1 Hz, 4H, ArH), 3.94 (t, 3J = 6.6 Hz, 2H, OCH 2), 1.80 (tt, 3 J = 6.6 Hz, 3 J = 7.0 Hz, 2H, OCH2CH 2), 1.44 (tt, 3J = 7.0 Hz, 3J = 8.1 Hz, 2H, OCH2CH2CH 2), 1.38-1.27 (m, 12H, CH 2), 0.88 (t, 3 J = 7.8 Hz, 3H, CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 156.61 (OC Ar), 132.09 (N3 C Ar), 119.87 (HC Ar), 115.68 (HC Ar), 68.33 (OCH2), 31.96 (CH2), 29.64 (CH2), 29.61 (CH2), 29.45 (CH2), 29.38 (CH2), 29.30, 26.07 (CH2), 22.72 (CH2), 14.09 (CH3). MS (EI, T = 75 °C): m/z = 275 ([M]+), 247 ([M]+ - N2), 107 ([C6H4NOH]+, 100%), 99 ([C7H15]+), 90 ([C6H4N]+), 85 ([C6H13]+), 71 ([C5H11]+), 57 ([C4H9]+]), 43 ([C3H7]+]). HRMS (EI): m/z= 275.1998, (calcd 275.1997 for [M]+).
Tris[(1-benzyl-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methyl] amine (TBTA) 34
↓140 |
TBTA was prepared as described by Chan et al.[9]
Compound |
R1 |
R2 |
Yield [%] a |
Equiv. Na asc |
Equiv. azide |
33 |
CO2Tg b |
CH3 |
quant. |
0.2 c |
2.3 d |
38 |
CO2 Tg |
I |
98 |
0.1 |
2.0 |
40 |
CO2 Tg |
NO2 |
95 |
0.1 |
2.0 |
41 |
CO2 Tg |
N(CH3)2 |
95 |
0.1 |
2.0 |
42 |
CO2 Tg |
CO2Et |
quant. |
0.1 |
2.0 |
43 |
CO2 Tg |
OCH3 |
88 |
0.2 c |
3.0 |
44 |
CO2 Tg |
O-n(CH2)9CH3 |
96 |
0.1 |
2.2 |
45 |
O Tg b |
CH3 |
quant. |
0.2 c |
2.5 |
46 |
O Tg |
I |
85 |
0.1 |
2.1 |
47 |
O Tg |
NO2 |
86 |
0.1 |
2.3 |
48 |
O Tg |
N(CH3)2 |
94 |
0.1 |
2.1 |
51 |
OTg |
N(CH3)2/NO2 e |
98 (overall) |
0.1 (each) |
1.3 (each) |
2,6-Bis[1-(4-methylphenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl) pyridine 33.
↓141 |
Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.32. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.47 (s, 2H, ArH), 8.45 (s, 2H, ArH), 7.54 (d, 3J = 8.2 Hz, 4H, ArH), 7.16 (d, 3J = 8.1 Hz, 4H, ArH), 4.42 (t, 3J = 4.7 Hz, 2H, OCH 2), 3.77 (t, 3J = 3.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.71-3.69 (m, 4H, OCH 2), 3.67 (m, 2H, OCH 2), 3.46 (m, 2H, OCH 2), 3.25 (s, 3H, OCH 3), 2.28 (s, 6H, CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.52 (CO2), 150.55 (C Ar), 147.77 (C Ar), 138.93 (C Ar), 138.81 (C Ar), 134.24 (C Ar), 130.02 (HC Ar), 120.21 (C Ar), 119.91 (HC Ar), 118.42 (C Ar), 71.14 (OCH2), 70.55 (OCH2), 70.44 (OCH2), 70.41 (OCH2), 68.69 (OCH2), 64.74 (OCH2), 58.79 (OCH3), 20.91 (CH3). HRMS (ESI): m/z = 584.2612, (calcd 584.2615 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 8/2, 0.8 mL/min, 7.1 MPa, 308 K, det. UV 240 nm, ret. time 15.78 min.): 99.9 area %.
2,6-Bis[1-(4-iodophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 38.
↓142 |
Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.46. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.72 (s, 2H, triazolH), 8.66 (s, 2H, ArH), 7.94 (d, 3J = 8.7 Hz, 4H, ArH), 7.65 (d, 3J = 8.7 Hz, 4H, ArH), 4.58 (t, 3J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.90 (t, 3J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.71-3.65 (m, 4H, OCH 2), 3.60 (m, 2H, OCH 2), 3.49 (m, 2H, OCH 2), 3.30 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CD2Cl2): δ (ppm) = 165.15 (CO2), 151.27 (C Ar), 148.81 (C Ar), 140.17 (C Ar), 139.40 (HC Ar), 137.06 (C Ar), 122.39 (C Ar), 120.76 (C triazol), 119.19 (HC Ar), 94.14 (C Ar), 72.29 (OCH2), 71.14 (OCH2), 70.90 (OCH2), 70.86 (OCH2), 69.26 (OCH2), 65.53 (OCH2), 58.96 (OCH3). HRMS (ESI): m/z = 808.0231, (calcd 808.0235 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 2.0 mm i.D., methanol/water 85/15, 0.2 mL/min, 5.8 MPa, 308 K, det. UV 254 nm, ret. time 7.71 min.): 98.9 area %.
2,6-Bis[1-(4-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 40.
↓143 |
Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.32. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.8 (s, 2H, ArH), 8.75 (s, 2H, ArH), 8.49 (d, 3J = 8.9 Hz, 4H, ArH), 8.12 (d, 3J = 9.0 Hz, 4H, ArH), 4.6 (t, 3J = 4.9 Hz, 2H, OCH 2), 3.91 (m, 2H, OCH 2), 3.75-3.65 (m, 6H, OCH 2), 3.55 (m, 2H, OCH 2), 3.35 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3 + CD3OD): δ (ppm) = 164.61 (CO2-), 150.2 (C Ar), 148.50 (C Ar), 147.32 (C Ar), 140.91 (C Ar), 139.71 (C Ar), 125.53 (C Ar), 121.17 (C Ar), 120.48 (C Ar), 119.27 (C Ar), 71.71 (OCH2), 70.52 (OCH2), 70.43 (OCH2), 70.34 (OCH2), 68.79 (OCH2), 65.08 (OCH2), 58.73 (OCH3). MS (ESI): m/z= 646 ([M] + H+), 668 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z = 668.1825, (calcd 668.1823 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 75/25, 0.8 mL/min, 7.2 MPa, 308 K, det. UV 254 nm, ret. time 8.74 min.): 97.6 area %.
2,6-Bis[1-(4 -{ethoxycarbonyl} phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 41.
↓144 |
Rf (CH2Cl2/acetone 85/15) = 0.34. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.68 (s, 2H, ArH), 8.52 (s, 2H, ArH), 7.64 (d, 3J = 9.1 Hz, 4H, ArH), 6.79 (d, 3J = 9.6 Hz, 4H, ArH), 4.57 (t, 3J = 4.9 Hz, 2H, OCH 2), 3.89 (t, 3J = 4.4 Hz, 2H, OCH 2), 3.73-3.66 (m, 6H, OCH 2), 3.56 (m, 2H, OCH 2), 3.35 (s, 3H, OCH 3), 3.02 (s, 12H, NCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.13 (CO2-), 150.25 (C Ar), 149.78 (C Ar), 146.97 (C Ar), 138.47 (C Ar), 125.64 (C Ar), 121.0 (HC Ar), 119.57 (HC Ar), 117.85 (HC Ar), 111.37 (HC Ar), 71.04 (OCH2), 69.89 (OCH2), 69.76 (OCH2), 69.73 (OCH2), 68.06 (OCH2), 64.06 (OCH2), 58.13 (OCH3), 39.56 (NCH3). MS (EI, T = 310 °C): m/z = 641 ([M]+), 613 ([M]+-N2), 585 ([M]+ - 2 N2), 570 ([M]+ - 2 N2 - CH3, 100%), 478 ([M]+ -C7H15O4), 424, 395, 209, 159, 119 ([C5H11O3]+), 59 ([C3H7O]+). HRMS (ESI): m/z = 642.3143, (calcd 642.3146 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 75/25, 0.8 mL/min, 4.2 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 17.19 min.): 92 area %.
2,6-Bis[1-(4-{ethoxycarbonyl}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 42.
↓145 |
Rf (CH2Cl2/acetone 95/5) = 0.3. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.72 (s, 2H, ArH), 8.66 (s, 2H, ArH), 8.23 (d, 3J = 8.7 Hz, 4H, ArH), 7.94 (d, 3J = 8.7 Hz, 4H, ArH), 4.54 (t, 3J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 4.43 (q, 3J = 7.1 Hz, 4H, CH 2 CH3), 3.88 (t, 3J = 4.8 Hz, 2H, OCH2), 3.75 - 3.65 (m, 6H, OCH2), 3.54 (m, 2H, OCH2), 3.33 (s, 3H, OCH3), 1.43 (t, 3J = 7.1 Hz, 6H, CH2 CH3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.39 (CO2-), 164.69 (CO2-), 150.6 (C Ar), 148.49 (C Ar), 139.83 (C Ar), 139.67 (C Ar), 131.4 (C Ar), 130.91 (C Ar), 120.41 (C Ar), 119.93 (C Ar), 119.36 (C Ar), 71.98 (OCH2), 70.80 (OCH2), 70.70 (OCH2), 70.66 (OCH2), 68.97 (OCH2), 65.12 (OCH2), 61.57 (OCH2), 59.04 (OCH3), 14.38 (CH2CH 3). MS (ESI): m/z = 722 (M + Na+), 738 (M + K+). HRMS (ESI): m/z = 722.2550 (calcd 722.2545 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 8/2, 0.8 mL/min, 7.1 MPa, 308 K, det. UV 240 nm, ret. time 11.2 min.): 98.9 area %.
2,6-Bis[1-(4-{methoxy}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 43.
↓146 |
Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.16. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.62 (s, 2H, ArH), 8.53 (s, 2H, ArH), 7.69 (d, 3J = 8.9 Hz, 4H, ArH), 7.00 (d, 3J = 8.9 Hz, 4H, ArH), 4.55 (t, 3J = 4.9 Hz, 2H, OCH 2), 3.86 (m, 2H, OCH 2), 3.84 (s, 6H, ArOCH 3), 3.71 - 3.61 (m, 6H, OCH 2), 3.54 (m, 2H, OCH 2), 3.33 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.97 (CO2-), 160.11 (C Ar), 151.0 (C Ar), 148.13 (C Ar), 139.57 (C Ar), 130.4 (C Ar), 122.24.00 (HC Ar), 120.78 (HC Ar), 119.01 (HC Ar), 114.93 (HC Ar), 72.03 (OCH2), 70.87 (OCH2), 70.75 (OCH2), 70.72 (OCH2), 69.04 (OCH2), 65.10 (OCH2), 59.12 (OCH3), 55.77 (OCH3). MS (EI, T = 290 °C): m/z = 615 ([M]+), 587 ([M]+ - N2), 559 ([M]+ - 2N2), 398, 369 (100%), 354, 196, 149, 59 (C3H7O+). HRMS (ESI): m/z = 616.2509, (calcd 616.2514 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 75/25, 0.8 mL/min, 4.2 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 9.0 min.): 98.2 area %.
2,6-Bis[1-(4-{decyloxy}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 44.
↓147 |
Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.4. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.50 (s, 2H, ArH), 8.47 (s, 2H, ArH), 7.61 (d, 3 J = 8.6 Hz, 4H, ArH), 6.91 (d, 3 J = 8.8 Hz, 4H, ArH), 4.46 (t, 3J = 4.4 Hz, 2H, OCH 2CH2O), 3.92 (t, 3J = 6.5 Hz, 4H, OCH 2CH2CH2), 3.81 (t, 3J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.69-3.59 (m, 6H, OCH 2), 3.49-3.47 (m, 2H, OCH 2), 3.28 (s, 3H, OCH 3), 1.77 (tt, 3J = 6.6 Hz, 3J = 7.0 Hz, 4H, OCH2CH 2 CH2), 1.41-1.22 (m, 28H, CH2CH 2), 0.85 (t, 3J = 6.9 Hz, 6H, CH2CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.61 (CO2-), 159.40 (C Ar), 150.72 (C Ar), 147.85 (C Ar), 139.09 (C Ar), 129.90 (C Ar), 121.76 (HC Ar), 120.44 (C Ar), 118.51 (C Ar), 115.12 (HC Ar), 71.82 (OCH2CH2CH2), 70.64 (OCH2), 70.52 (OCH2), 70.48 (OCH2), 68.78 (OCH2), 68.35 (OCH2), 64.80 (OCH2), 58.84 (OCH3), 31.81 (CH2), 29.48 (CH2), 29.32 (CH2), 29.24 (CH2), 29.09 (CH2), 25.92 (CH2), 22.59 (CH2), 14.03 (CH3). MS (ESI): m/z = 868 ([M] + H+), 890 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z= 890.5149, (calcd 890.5150 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.6 mm i.D., methanol/water 95/5, 0.8 mL/min, 5.6 MPa, 308 K, det. DAD 220 nm, ret. time 15.3 min.): 95.2 area %.
2,6-Bis[1-(4-methylphenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 45.
↓148 |
Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.4. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.62 (s, 2H, triazoleH), 7.70 (s, 2H, ArH), 7.59 (d, 3 J = 7.7 Hz, 4H, ArH), 7.24 (d, 3 J = 8.0 Hz, 4H, ArH), 4.32 (t, 3 J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.91 (t, 3 J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.76-3.63 (m, 6H, OCH 2), 3.54-3.52 (m, 2H, OCH 2), 3.34 (s, 3H, OCH 3), 2.38 (s, 6H, CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.47 (OC Ar), 151.34 (C Ar), 148.52 (C Ar), 138.88 (C Ar), 134.57 (C Ar), 130.19 (C Ar), 120.25 (C Ar), 120.14 (C Ar), 106.11 (C Ar), 71.90 (OCH2), 70.95 (OCH2), 70.63 (OCH2), 70.56 (OCH2), 69.29 (OCH2), 67.88 (OCH2), 58.98 (OCH3), 21.04 (CH3). MS (ESI): m/z= 556 ([M] + H+), 578 ([M] + Na+), 694 ([M] + K+). HRMS (ESI): m/z= 556.2670, (calcd 556.2666 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/0.1% TFA 75/25, 0.8 mL/min, 10.7 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 10.8 min.): 98.5 area %.
2,6-Bis[1-(4-iodophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine
46.
↓149 |
Rf (CH2Cl2/acetone 1/1) = 0.3. 1 H -NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.65 (s, 2H, triazoleH), 7.85 (d, 3 J = 8.8 Hz, 4H, ArH), 7.71 (s, 2H, ArH), 7.56 (d, 3 J = 8.8 Hz, 4H, ArH), 4.36 (t, 3 J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.94 (t, 3 J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.78-3.65 (m, 6H, OCH 2), 3.56-3.54 (m, 2H, OCH 2), 3.36 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.71 (OC Ar), 150.97 (C Ar), 148.72 (C Ar), 138.95 (C Ar), 136.56 (C Ar), 121.91 (C Ar), 120.14 (C Ar), 106.59 (C Ar), 93.88 (C Ar), 72.01 (OCH2), 71.06 (OCH2), 70.74 (OCH2), 70.67 (OCH2), 69.37 (OCH2), 68.10 (OCH2), 59.11 (OCH3). MS (ESI): m/z= 780 ([M] + H+), 802 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z= 780.0279, (calcd 780.0286 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 80/20, 0.8 mL/min, 10.1 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 11.0 min.): 99.9 area %.
2,6-Bis[1-(4-nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 47.
↓150 |
Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.3. 1 H -NMR (400 MHz, DMSO-D6): δ (ppm) = 9.50 (s, 2H, triazoleH), 8.52 (d, 3J = 9.1 Hz, 4H, ArH), 8.34 (d, 3 J = 9.2 Hz, 4H, ArH), 7.63 (s, 2H, ArH), 4.43 (t, 3 J = 4.1 Hz, 2H, OCH 2), 3.87 (t, 3 J = 4.3 Hz, 2H, OCH 2), 3.66-3.52 (m, 6H, OCH 2), 3.44 (m, 2H, OCH 2), 3.38 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, DMSO-D6, T = 373 K): δ (ppm) = 169.75 (OC Ar), 154.23 (C Ar), 151.77 (C Ar), 150.57 (C Ar), 144.15 (C Ar), 128.63 (C Ar), 125.49 (C Ar), 124.39 (C Ar), 109.49 (C Ar), 74.64 (OCH2), 73.46 (OCH2), 73.18 (OCH2), 72.98 (OCH2), 72.05 (OCH2), 71.37 (OCH2), 61.22 (OCH3). MS (ESI): m/z= 618 ([M] + H+), 640 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z= 618.2050, (calcd 618.2055 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 70/30, 0.8 mL/min, 12.1 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 11.80 min.): 97.5 area %.
2,6-Bis[1-(4-{dimethylamino}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 48.
↓151 |
Rf (CH2Cl2/acetone 85/15) = 0.2. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.56 (s, 2H, triazoleH), 7.68 (s, 2H, ArH), 7.49 (d, 3 J = 9.1 Hz, 4H, ArH), 6.63 (d, 3 J = 9.1 Hz, 4H, ArH), 4.30 (t, 3 J = 4.3 Hz, 2H, OCH 2), 3.88 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.74-3.61 (m, 6H, OCH 2), 3.52-3.50 (m, 2H, OCH 2), 3.33 (s, 3H, OCH 3), 2.90 (s, 12H, NCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.32 (OC Ar), 151.51 (C Ar), 150.36 (C Ar), 148.12 (C Ar), 126.39 (C Ar), 121.41 (HC Ar), 120.17 (C Ar), 112.06 (HC Ar), 105.73 (C Ar), 71.81 (OCH2), 70.85 (OCH2), 70.53 (OCH2), 70.47 (OCH2), 69.22 (OCH2), 67.75 (OCH2), 58.90 (OCH3), 40.23 (NCH3). HRMS (ESI): m/z= 614.3192, (calcd 614.3197 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/10 mmol triethylammonium acetate pH 7 75/25, 0.8 mL/min, 11.3 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 13.10 min.): 99.2 area %.
2-[1-(4-{dimethylamino}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-6-[(triisopropylsilanyl)-ethynyl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 49.
↓152 |
Rf (ethyl acetate/Hex 6/4) = 0.2. 1 H -NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.51 (s, 1H, triazoleH), 7.73 (d, 3 J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 7.59 (d, 3 J = 9.1 Hz, 2H, ArH), 6.97 (d, 3 J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 6.74 (d, 3 J = 9.1 Hz, 2H, ArH), 4.26 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.87 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.72-3.61 (m, 6H, OCH 2), 3.52-3.50 (m, 2H, OCH 2), 3.33 (s, 3H, OCH 3), 2.96 (s, 6H, NCH 3), 1.12 (d, 3J = 2.8 Hz, 21H, CH, CH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.46 (OC Ar), 152.15 (C Ar), 150.53 (C Ar), 147.86 (C Ar), 143.98 (C Ar), 126.56 (C Ar), 121.70 (C Ar), 120.72 (C Ar), 114.83 (C Ar), 112.23 (C Ar), 105.99 (C≡C), 105.33 (C Ar), 91.08 (C≡C), 71.88 (OCH2), 70.89 (OCH2), 70.61 (OCH2), 70.55 (OCH2), 69.23 (OCH2), 67.70 (OCH2), 58.97 (OCH3), 40.37 (NCH3), 18.65 (SiCHCH3), 11.25 (SiCH). MS (ESI): m/z= 608 ([M] + H+), 630 ([M] + Na+), 646 ([M] + K+). HRMS (ESI): m/z= 630.3447, (calcd 630.3445 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 85/15, 0.8 mL/min, 8.8 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 18.65 min.): 100 area %.
2-[1-(4-{dimethylamino}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-6-(ethynyl)-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 50.
↓153 |
Compound 49 (161 mg, 0.265 mmol, 1 equiv.) was dissolved in 50 mL of THF and the mixture was cooled down to 0 °C. To the rapidly stirred reaction mixture was added a solution of TBAF (0.53 mL, 1 M solution in THF, 2 equiv.) via a syringe and while stirring for 10 min the mixture was allowed to reach rt. The mixture was filtered through a short silica plug and the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (ethyl acetate/Hex 7/3) gave 0.118 mg of colorless oil (quant. yield). Rf (ethyl acetate/Hex 7/3) = 0.2. 1 H -NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.41 (s, 1H, triazoleH), 7.65 (d, 3 J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 7.47 (d, 3 J = 9.1 Hz, 2H, ArH), 6.87 (d, 3 J = 2.4 Hz, 1H, ArH), 6.61 (d, 3 J = 9.1 Hz, 2H, ArH), 4.16 (t, 3 J = 4.4 Hz, 2H, OCH 2), 3.77 (t, 3 J = 4.5 Hz, 2H, OCH 2), 3.62-3.51 (m, 6H, OCH 2), 3.42 -3.40 (m, 2H, OCH 2), 3.23 (s, 3H, OCH 3), 3.15 (s, 1H, C≡CH), 2.83 (s, 6H, NCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.31 (OC Ar), 151.96 (C Ar), 150.18 (C Ar), 147.35 (C Ar), 142.64 (C Ar), 126.10 (C Ar), 121.17 (C Ar), 120.17 (C Ar), 113.89 (C Ar), 111.91 (C Ar), 105.65 (C Ar), 82.58 (C≡C), 76.81 (C≡C), 71.57 (OCH2), 70.57 (OCH2), 70.28 (OCH2), 70.22 (OCH2), 68.90 (OCH2), 67.53 (OCH2), 58.64 (OCH3), 40.00 (NCH3). MS (ESI): m/z= 452 ([M] + H+), 474 ([M] + Na+), 690 ([M] + K+). HRMS (ESI): m/z= 452.2293, (calcd 452.2292 for [M] + H+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 65/35, 0.8 mL/min, 12.7 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, ret. time 10.56 min.): 97.4 area %.
6-[1-(4-{dimethylamino}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-2-[1-(4-Nitrophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)pyridine 51.
↓154 |
Rf (CH2Cl2/acetone 8/2) = 0.5. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.73 (s, 1H, triazoleH), 8.45 (s, 1H, triazoleH), 8.30 (d, 3J= 9.0 Hz, 2H, ArH), 7.96 (d, 3J= 9.0 Hz, 2H, ArH), 7.61 (d, 3J= 2.3 Hz, 2H, pyridineH), 7.50 (d, 3J= 9.0 Hz, 2H, ArH), 6.65 (d, 3J= 9.1 Hz, 2H, ArH), 4.26 (t, 3 J = 4.1 Hz, 2H, OCH 2), 3.88 (t, 3 J = 4.3 Hz, 2H, OCH 2), 3.75-3.62 (m, 6H, OCH 2), 3.54-3.51 (m, 2H, OCH 2), 3.33 (s, 3H, OCH 3), 2.94 (s, 6H, NCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.38 (OC Ar), 151.72 (C Ar), 150.49 (C Ar), 150.37 (C Ar), 149.43 (C Ar), 148.03 (C Ar), 147.04 (C Ar), 140.94 (C Ar), 126.30 (C Ar), 125.38 (C Ar), 121.47 (C Ar), 120.22 (C Ar), 120.16 (C Ar), 120.10 (C Ar), 112.09 (C Ar), 106.34 (C Ar), 106.02 (C Ar), 71.88 (OCH2), 70.91 (OCH2), 70.61 (OCH2), 70.54 (OCH2), 69.24 (OCH2), 67.88 (OCH2), 58.96 (OCH3), 40.30 (NCH3). MS (ESI): m/z = 616.3 ([M] + H+), 638.4 ([M] + Na+), 654.3 ([M] + K+). HRMS (ESI): m/z= 638.2452, (calcd 638.2446 for [M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 2.0 mm i.D., methanol/10 mmol TEAA pH = 7, 8/2, 0.2 mL/min, 8.1 MPa, 308 K, det. DAD 220 nm, ret. time 6 min.): 98.4 area %.
2,6-Bis[1-(4-{(trimethylsilyl)ethynyl}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 52.
↓155 |
A flame dried three necked flask equipped with a reflux condenser was charged with 41 mg of 38 (0.051 mmol, 1 equiv.), CuI (1 mg, 0.001 mmol, 0.02 equiv.) and PPh3 (0.001 g, 0.005 mmol, 0.1 equiv.) and the mixture was suspended in 5 mL of dry TEA, the solution freeze degassed (2 x) and Pd(PPh3)4 (1 mg, 0.001 mmol, 0.02 equiv.) was added in the counterflow of argon. After the suspension was freeze degassed again (1 x) TMS-acetylene was added to the mixture using a syringe in the counterflow of argon. The reaction mixture was stirred at 70 °C for 3 d and after consumption of all starting material indicated by TLC monitoring (CH2Cl2/acetone 8/2) the solvent was removed. Purification by column chromatography (CH2Cl2/MeOH 95/5 → 9/1) gave 34 mg (89%) of a yellow solid. Rf (CH2Cl2/acetone 8/2) = 0.6. 1 H- NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.69 (s, 4H, ArH), 7.82 (d, 3J = 7.9 Hz, 4H, ArH), 7.65 (d, 3J = 7.9 Hz, 4H, ArH), 4.56 (t, 3J = 4.6 Hz, 2H, OCH 2), 3.9 (t, 3J = 4.2 Hz, 2H, OCH 2), 3.74-3.67 (m, 6H, OCH 2), 3.54 (m, 2H, OCH 2), 3.34 (s, 3H, OCH 3), 0.28 (s, 18H, SiCH 3). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.78 (CO2), 150.68 (C Ar), 148.29 (C Ar), 139.88 (C Ar), 136.37 (C Ar), 133.54 (HC Ar), 124.19 (C Ar), 120.52 (C Ar), 120.20 (HC Ar), 119.41 (C Ar), 103.54 (C≡C), 95.78 (C≡C), 72.04 (OCH 2), 70.86 (OCH 2), 70.76 (OCH 2), 70.72 (OCH 2), 69.03 (OCH 2), 65.17 (OCH 2), 58.11 (OCH 3), 0.0 (SiCH 3). MS (ESI): m/z= 748 ([M] + H+), 770 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z = 770.2903, (calcd 770.2912 for [M] + Na+). IR (KBr): 3136 (triazole), 2957 (TMS-C≡C), 2897 (CH2), 2159 (TMS-C≡C), 1732 (CO2-), 1619, 1604, 1573, 1516 (C=C, C=N), 1249 (CO2), 1107 (COC), 865, 843, 769, 677 (TMS-C≡C). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 9/1, 0.8 mL/min, 5.8 MPa, 308 K, det. UV 285 nm, ret. time 11.38 min.): 93.7 area %.
2,6-Bis[1-(4-ethynylphenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-tri-oxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 53.
↓156 |
Compound 52 (34 mg, 0.05 mmol, 1 equiv) was dissolved in 35 mL of THF and the solution cooled down to 0 °C. To the rapidly stirred reaction mixture was added a solution of TBAF (90.3 mL, 1 M solution in THF, 2.8 equiv.) via a syringe. The mixture immediately turned red. The mixture was stirred for 2 min at 0 °C and then filtered through a short plug of silica gel which was washed with THF and ethyl acetate thoroughly. After removing the solvent in vacuo a brown oil was obtained. Purification by column chromatography (CH2Cl2/acetone 9/1) gave 26 mg (96%) of a pale yellow solid. Rf (CH2Cl2/acetone 8/2) = 0.46. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.67 (m, 4H, ArH), 7.83 (d, 3J = 8.4 Hz, 4H, ArH), 7.67 (d, 3J = 8.4 Hz, 4H, ArH), 4.57 (t, 3J = 4.7 Hz, 2H, OCH 2), 3.89 (t, 3J = 3.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.74-3.66 (m, 6H, OCH 2), 3.54 (m, 2H, OCH 2), 3.34 (s, 3H, OCH 3), 3.21 (s, 2H, C≡CH). 13 C-NMR (100 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.77 (CO2), 150.64 (C Ar), 148.28 (C Ar), 139.83 (C Ar), 136.69 (C Ar), 133.74 (HC Ar), 123.17 (C Ar), 120.53 (C Ar), 120.29 (HC Ar), 119.42 (C Ar), 82.32 (C≡C), 79.47 (C≡C), 72.05 (OCH2), 70.87 (OCH2), 70.76 (OCH2), 70.72 (OCH2), 69.04 (OCH2), 65.20 (OCH2), 59.11 (OCH3). MS (ESI): m/z= 604 ([M] + H+), 626 ([M] + Na+), 642 ([M] + K+). HRMS (ESI): m/z = 626.2128, (calcd 626.2122 for [M] + Na+). IR (KBr): 3249 (HC≡C), 3135 (triazolring), 2879 (CH2), (OCH3), 2106 (HC≡C), 1728 (CO2), 1554, 1429, 1394 (C=C, C=N), 1619, 1607, 1572, 1515 (C=C aryl), 1241 (CO2), 1106 (C-O-C), 840 (arylring). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol/water 75/25, 0.8 mL/min, 8.0 MPa, 308 K, det. UV 285 nm, ret. time 13.37 min.): 85.1 area %.
Zinc(II) 5,10,15-trimesityl-20-(4-ethynylphenyl)-porphyrin 54.
↓157 |
115 mg of 59a were dissolved in 50 mL of THF, cooled down to 0 °C, 0.26 mL of a TBAF solution of THF (1 M, 2 equiv.) were added via a syringe to the stirred reaction mixture, the mixture was allowed to reach rt and stirred for 1 h. After complete consumption of the starting material indicated by TLC monitoring the mixture was filtered through a short silica pad which was washed with THF thoroughly. Removal of the solvent in vacuo gave a purple solid which was purified by preparative TLC (Hex/CH2Cl2 1/1) to give 105 mg of a purple solid (99%). The spectroscopic data were in common with the data described by Lindsey.[77]
2,6-Bis[1-(4-{ Zinc ﴾ II ﴿ 5,10,15-tri ﴾ 2,4,6-trimethylphenyl ﴿ -porphyrinyl-20- ﴾ phenyl-4-ethy-nyl ﴿ }phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 55.
↓158 |
In a three necked flask equipped with a reflux condenser 24 mg of 38 (0.03 mmol, 1 equiv.) and 80 mg of 54 (0.096 mmol, 3.2 equiv.) were dissolved in 60 mL of a mixture of toluene/TEA (5/1), the mixture was degassed at rt and flushed with argon (4 cycles), a tip of spatula of Pd(PPh3)4 (ca. 1 mg) was added under a counterflow of argon and the solution was freeze degassed. The reaction was stirred at 40 °C for 3 d under argon and after consumption of all starting material 38 indicated by TLC monitoring (Hex/CH2Cl2 1/1) the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (CH2Cl2 + 2% MeOH) gave 40 mg (60%) of compound 55 and of compound 55a (11 mg, 24%) both as a purple solids. Rf (CH2Cl2/acetone 9/1) = 0.7. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.88, 8.86 (s, s, 4H, triazoleH/pyridineH), 8.79 (m, 8H, pyrroleH), 8.71 (s, 8H, pyrroleH), 8.27 (d, 3J = 8.0 Hz, 4H, ArH), 7.97 - 7.9 (m, 12H, ArH), 7.28 (s, 12H, ArH), 4.62 (t, 3J = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.93 (t, 3J = 4.4 Hz, 2H, OCH 2), 3.76 - 3.63 (m, 6H, OCH 2), 3.51 (m, 2H, OCH 2), 3.32 (s, 3H, OCH 3), 2.63 (s, 18H, para-ArCH 3 ), 1.85 (s, 36H, ortho-ArCH 3). MS (ESI): m /z = 2204 (M + H+). GPC (Det at 254 nm and 420 nm, THF, standart: PS, 30°C): Mn: 5.706 · 103, Mw: 5.734·103, Mv: 5.760∙103, D: 1.005. HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., methanol, 0.8 mL/min, 4.5 MPa, 308 K, det. UV 425 nm, ret. time 14.7 min.): 96.0 area %. λabs (CHCl3) = 309, 406, 426, 557, 597 nm.
2-[1-(4-iodophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-6-[1-(4-{ Zinc ﴾ II ﴿ 5,10,15-tri ﴾ 2,4,6-trimethylphenyl ﴿ -porphyrinyl-20- ﴾ phenyl-4-ethynyl ﴿ }phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxycarbonyl)pyridine 55a.
↓159 |
Yield: 24%; TLC (CH2Cl2/acetone 9/1) Rf = 0.52. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.87 (s, 1H, pyridineH), 8.86 (s, 1H, pyridineH), 8.76 (m, 5H, pyrroleH, triazoleH), 8.71 (s, 5H, pyrroleH, triazoleH), 8.27 (d, 3J = 8.0 Hz, 2H, ArH), 7.97 - 7.67 (m, 8H, ArH), 7.65 (d, 3J = 8.8 Hz, 2H, ArH), 7.28 (s, 6H, ArH), 4.61 (t, 3J = 4.4 Hz, 2H, OCH 2), 3.91 (t, 3J = 4.7 Hz, 2H, OCH 2), 3.76-3.63 (m, 6H, OCH 2), 3.51 (t, 3J = 4.4 Hz 2H, OCH 2), 3.31 (s, 3H, OCH 3), 2.63 (s, 9H, para-ArCH 3), 1.85 (s, 18H, ortho-ArCH 3). MS (ESI): m/z = 1505 ([M] + Na+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 2.0 mm i.D., methanol, 0.2 mL/min, 3.6 MPa, 308 K, det. DAD 425 nm, ret. time 21.5 min.): 94.7 area %. λabs (CHCl3) = 307, 405, 426, 557, 596 nm.
4-Carboxy-2,6-bis[1-(4-{decyloxy}phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-pyridine 56.
↓160 |
100 mg 44 (0.11 mmol) were dissolved in mixture of 10 mL of THF, 2 mL of water and 2 mL of an aqueous solution of LiOH (1 M). After complete consumption of starting material (20 min) indicated by TLC monitoring (CH2Cl2/acetone 9/1), the mixture was poured into 200 mL of diluted aqueous HCl (5%) and the colourless precipitate was filtered and washed thoroughly with water. Drying in vacuo gave 62 mg of a yellow solid (75%). 1 H-NMR (400 MHz, DMSO-D6): δ (ppm) = 9.31 (s, 2H, ArH), 8.42 (s, 2H, ArH), 7.90 (d, 3 J = 9.1 Hz, 4H, ArH), 7.17 (d, 3 J = 9.0 Hz, 4H, ArH), 4.05 (t, 3 J = 6.3 Hz, 4H, OCH 2), 3.40 (br s, 1H, CO2 H), 1.77 (tt, 3 J = 6.8 Hz, 3 J = 7.2 Hz, 4H, OCH2CH 2), 1.46-1.25 (m, 28H, CH 2), 0.87 (t, 3 J = 6.4 Hz, 6H, CH2CH 3). 13 C-NMR (75 MHz, DMSO-D6): δ (ppm) = 165.78 (CO2H), 159.02 (C Ar), 150.66 (C Ar), 147.38 (C Ar), 141.22 (C Ar), (129.70 (C Ar), 122.15 (C Ar), 121.98 (C Ar), 117.48 (C Ar),115.40 (C Ar), 67.98 (OCH2), 31.32 (CH2), 29.00 (CH2), 28.95 (CH2), 28.76 (CH2), 28.69 (CH2), 28.59 (CH2), 25.47 (CH2), 22.08 (CH2), 13.94 (CH3). HRMS (ESI): m/z= 720.4242, (calcd 720.4242 for [M] - H+). HPLC (250 mm Asahipak ODP-50, 4.6 mm i.D., acetonitrile/0.1% TFA 95/5, 0.8 mL/min, 5.8 MPa, 308 K, det. DAD 220 nm, ret. time 31.0 min.): 99.9 area %.
5-(4-Bromo-phenyl)-10,15,20-tris-(4-methoxy-phenyl)-porphyrin
↓161 |
The title compound was received using the same reaction condition as for the synthesis of 59.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.87 (s, 6H, H Ar), 8.81 (d, 3J = 8.0 Hz, 2H, H Ar), 8.13 - 8.11 (m, 6H, H Ar), 8.09 - 8.08 (m, 2H, H Ar), 7.90 (d, 3J = 4.5 Hz, 2H, H pyrrole), 7.30 (m, 6H, H pyrrole), 4.16, 4.10 (s, 9H, OCH3). ESI-MS: m/z = 783 ([M] + H+).
Zn(II) 5-(4-Bromo-phenyl)-10,15,20-tris-(4-methoxy-phenyl)-porphyrin 57.
↓162 |
The title compound was received using the same reaction condition as for the synthesis of 59a.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl3) : δ (ppm) = 8.98 (s br, 6H, H Ar), 8.91 (s br, 2H, H Ar), 8.12 (s br, 8H, H Ar), 7.89 (s br, 2H, H pyrrole), 7.29 (s br, 6H, H pyrrole), 4.10 (s br, 9H, OCH3). MS (ESI): m /z = 844 (M + H+). UV/vis: λabs (CHCl3) = 307, 404, 425, 557, 598 nm.
↓163 |
5,10,15-Trimesityl-20-{4-[2-(trimethylsilyl)ethynyl]phenyl} porphyrin 59.
Synthesis has been done following the method of Lindsey.[35]
↓164 |
Zinc(II) 5,10,15-Trimesityl-20-{4-[2-(trimethylsilyl)ethynyl]phenyl}-porphyrin 59a
Synthesis has been done following the common method of preparation of Zn(II) porphyrine derivatives described by Lindsey.[35,77]The spectroscopic data were in common with those described therein.
↓165 |
2,6-Bis(1-(4-iodophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)pyridine 68
Using the standard click reaction protocol the title compound precipitated from the reaction mixture during the reaction. After three days of stirring suspension the precipitate was filtered off and washed with CH2Cl2, H2O, EtOH and diethyl ether. Drying in oil pump vacuo gave the title compound as fawn solid (88%). Rf (CH2Cl2/MeOH 100/1) = 0.4. 1 H-NMR (300 MHz, CF3CO2D): δ (ppm) = 9.14 (br s, 2H, H Ar), 8.02 (d, 3J = 6.3 Hz, 4H, H Ar), 7.61 (d, 3J = 5.5 Hz, 4H, H Ar), 7.31 (s, 2H, H Ar), 3.78 (s, 4H, NCH2), 2.29 (s, 4H, NCH2CH2). 13 C-NMR (75 MHz, CF3CO2D): δ (ppm) = 144.49 (HC Ar), 142.06 (HC Ar), 139.92 (C Ar), 139.41 (C Ar), 134.23 (C Ar), 123.99 (HC Ar), 123.83 (HC Ar), 121.75 (HC Ar), 96.62 (IC Ar). HRMS (EI, 350 °C – 360 °C): m/z = 616.9322, (calcd 616.9322 for M+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 6/4 → 9/1, UV 220 - 400nm, ret. time 15.5 min): 98 area %.
↓166 |
2,6-Bis[1-(4-iodophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl]-4-(meth-1-yloxycarbonyl)pyridine 69
Using the standard click reaction protocol the title compound precipitated from the reaction mixture with ongoing reaction time. After three days of stirring the precipitate was filtered off and washed with CH2Cl2, EtOH and H2O. Drying in oil pump vacuo gave the title compound as pale yellow solid (quant. yield). TLC (CH2Cl2/acetone 95/5) Rf = 0.80. 1 H-NMR (300 MHz, CD2Cl2): δ (ppm) = 8.73 (s, 2H, H Ar) 8.65 (s, 2H, H Ar), 7.93 (d, 3 J = 8.6 Hz, 4H, H Ar), 7.64 (d, 3 J = 8.6 Hz, 4H, H Ar), 4.04 (s, 3H, CH 3). 13 C-NMR (75 MHz, THF-D8): δ (ppm) = 164.35 (CO2), 149.93 (C Ar), 147.88 (C Ar), 138.6 (C Ar), 136.6 (C Ar), 135.88 (C Ar), 121.28 (C Ar), 120.22 (C Ar), 117.62 (C Ar), 92.88 (C Ar), 51.62 (OCH3). HR MS (ESI): m/z = 675.9449, (calcd 675.9449 for ([M] + H+), 697.9243 (calcd 697.9274 for [M] + Na+). UPLC (S2 column; 35 °C; 0.6 mL/min., CH3CN/H2O grad 4/6 → 95/5, ret. time 8.2 min): 99.9 area %.
↓167 |
2,6-Bis(1-(4-iodophenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)-4-(pyrrolidin-1-yl)pyridine 70
Using the standard click reaction protocol the title compound was obtained after three days of stirring in 67% yield as a beige solid. TLC (CH2Cl2/MeOH 100/3) Rf = 0.40. 1 H-NMR (300 MHz, CF3CO2D): δ (ppm) = 9.14 (br s, 2H, H Ar), 8.02 (d, 3J = 6.3 Hz, 4H, H Ar), 7.61 (d, 3J = 5.5 Hz, 4H, H Ar), 7.31 (s, 2H, H Ar), 3.78 (s, 4H, NCH2), 2.29 (s, 4H, NCH2CH2). 13 C-NMR (75 MHz, CF3CO2D): δ (ppm) = 155.08 (NC Ar), 139.47 (HC Ar), 139.46 (HC Ar), 134.93 (C Ar), 123.94 (C Ar), 122.03 (HC Ar), 105.49 (HC Ar), 95.57 (IC Ar), 49.18 (NCH2), 24.28 (NCH2 CH2). HR MS (ESI): m/z = 686.9975, (calcd 686.9973 for M + H+), 1372.9875 (calcd 1372.9874 for 2M + H+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water grad 5 → 95 acetonitril content, UV 220 - 400nm, ret. time 19.3 min): 99 area %.
↓168 |
2,6-Diethynylpyridine 71
and
↓169 |
2,6- B is((trimethylsilyl)ethynyl)pyridine 75
2,6-bis((trimethylsilyl)ethynyl)pyridine 75 and the corresponding 2,6-diethynylpyridine 71 were synthesized as described by Otera.[65] The spectroscopic data were in common with these described therein and by Huang [78] and Hagihara.[79]
↓170 |
2,6-Dichloro-4-methylyloxycarbonylpyridine 76
2,6-dichloroisonicotinic acid 4 (11.17 g, 58.2 mmol, 1 equiv.) was dissolved in 500 mL of methanol, 12 drops of sulfuric acid were added and the reaction mixture was stirred at 70°C for 3 d. After the reaction was finished indicated by TLC monitoring the reaction mixture was concentrated to a small residue which was diluted with ethyl acetate and washed with 1 M citric acid (3 x), water (3 x), sat. NaHCO3 solution (3 x), water (3 x) and brine (1 x). Drying over MgSO4 and removal of the solvent in vacuo gave a slide brown solid which was purified either by recrystallization from a mixture of water and methanol or column chromatography (CH2Cl2/MeOH 97/3) to afford 10.1 g (84%) of beige solid. TLC (CH2Cl2/acetone 9/1) Rf = 0.82. The spectroscopic data were in common with the data described by Schubert.[80]
↓171 |
2,6-Bis([Trimethylsilyl]ethynyl)-4-methyloxycarbonylpyridine 77
The compound was synthesized using the same standard Sonogashira cross coupling reaction procedure as described for the synthesis of 7. The product was purified by column chromatography (PE/EtOAc 95/5 → 9/1). TLC (CH2Cl2/acetone 9/1) Rf = 0.8. The spectroscopic data were in common with the data described by Moore.[81]
↓172 |
2,6-Di(ethynyl)-4-methyloxycarbonylpyridine 72
Compound 77 (1.27 g, 3.85 mmol, 1 equiv.) was dissolved in 100 mL of MeOH, fine powdered potassium carbonate (2.13 g, 15.4 mmol, 4 equiv.) was added and the suspension was stirred for 1 h at rt. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring the suspension was diluted with EtOAc, half sat. aqueous NaCl solution was added and the pH was adjusted to 7 by adding HOAc. The organic phase was washed with half sat. aqueous NaCl solution (3x) and brine (3x). After drying over MgSO4 the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (PE/EtOAc 8/2) gave 679 mg of a beige solid (95%). TLC (CH2Cl2/acetone 9/1) Rf = 0.68. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.96 (s, 2H, H Ar), 3.96 (s, 3H, OCH 3), 3.23 (s, 2H, C≡CH). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.29 (CO2), 143.76 (C≡C─C Ar), 138.50 (CO2 C Ar), 126.42 (HC Ar), 81.63 (C≡C), 79.02 (C≡C), 53.20 (OCH3). IR (KBr): 3295, 3265, 3078 (H-CC-), 2958 (O-CH3), 2113 (H-CC-), 1726 (CO2Me), 1554, 1429, 1394 (C=C, C=N), 1226 (CO2Me). HR MS (EI, T = 35 °C - 50 °C): m/z = 185.0478 (calcd 185.0476 for [M]+). GC (achiral, device: agilent 6890 plus, split injector 220 °C, 350 °C FID, gas carrier: 0.6 bar H2, column: 25m optima-5 (5 % phenyl-, 95 % methylpolysiloxane), 80°C → 320 °C with 5 °C/min): 99.6 area %.
↓173 |
2,6- D ibromo-4-(pyrrolidin-1-yl)pyridine 79
In a dry two necked flask NaH (0.281 g, 11.7 mmol, 1.1 equiv.) was suspended in 100 mL of dry THF and pyrrolidine 78 was added dropwise (0.961 mL, ρ = 0.866 g/mL, 11.7 mmol, 1.1 equiv.). The solution was stirred at rt for 2 h and then 2,6-dibromo-4-nitropyridine (3 g, 10.64.1 mmol, 1 equiv.) was added under stirring as solid at 0 °C in the counterflow of argon. The yellow reaction mixture was allowed to warm up to rt and stirred for 1 h. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring (PE/CH2Cl2 1/2) the reaction mixture was poured onto ice water and the product extracted with EtOAc (3 x). The combined EtOAc phases were washed with brine and dried over MgSO4. After removal of the solvent in vacuo purification by column chromatography (PE/CH2Cl2 1/2) gave 1.56 g of a yellow solid (48%). TLC (PE/CH2Cl2 1/2) Rf = 0.50. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.46 (s, 2H, H Ar), 3.27 – 3.22 (m, 4H, NCH 2), 2.06 – 2.01 (m, 4H, NCH2CH 2). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 154.02 (NC Ar), 140.32 (BrC Ar), 109.20 (HC Ar), 47.46 (NCH2), 25.2 (NCH2 CH2). MS (EI, T = 95 °C): m/z = 197.9, 182.9, 171.9, 155.9, 145.0, 130.9, 118.0, 103.0, 91.0, 76.0, 64.0, 55.0, 41.0. HRMS (EI, T = 95 °C): m/z = 303.9208, (calcd 303.9210 for [M]+).
↓174 |
2-Bromo-4-nitro-6-(pyrrolidin-1-yl)pyridine 80
0.88 g (30%) of the title compound were obtained as byproduct as a luminescent orange solid during the synthesis of 2,6-dibromo-4-(pyrrolidin-1-yl)pyridine 79. TLC (petrol ether/CH2Cl2 1/2) Rf = 0.70. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.36 (d, 4J = 1.4 Hz, 1H, H Ar), 6.0 (d, 4J = 1.4 Hz, 1H, H Ar), 2.58 (t, 3J = 6.6 Hz, 4H, NCH 2), 1.13 (tt, 3J = 3.8 Hz, 3J = 3.0 Hz, 4H, NCH2CH 2). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 157.33 (NO2 C Ar), 155.63 (NC Ar), 141.52 (BrC Ar), 106.43 (HC Ar), 98.01 (HC Ar), 47.36 (NCH2), 25.38 (NCH2 CH2). MS (EI, T = 60 °C - 69 °C): m/z = 271.0 ([M] + H+), 244.0 (100%), 226.0 (C9H11BrN2 +), 216.0, 155.9 (C5H3BrN+), 145.1, 120.1, 78.0 (Br-), 70.1 (C4H8N), 43 (C3H7 +). HRMS (EI, T = 60 °C - 69 °C): m/z = 270.9956, (calcd 270.9956 for [M]+).
↓175 |
4-( P yrrolidin-1-yl)-2,6-bis((trimethylsilyl)ethynyl)pyridine 81
The title compound was prepared using the standard Sonogashira cross coupling procedure starting from 2.78 g of 79 as has been described for 7. Purification by column chromatography (CH2Cl2) gave a mixture of the title compound and its partly and completely desilylated derivatives 82 and 83.
↓176 |
2,6- D iethynyl-4-(pyrrolidin-1-yl)pyridine 73
The mixture of compounds obtained from the Sonogashira coupling 81, 82 and 83 was taken and dissolved in 100 mL of MeOH and fine powdered K2CO3 (3.0 g, 21.7 mmol) was added and the suspension was stirred for 1 h. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring the suspension was diluted with EtOAc and half saturated aqueous NaCl solution and the pH was adjusted to 7 by adding HOAc. The organic phase was washed with half sat. aqueous NaCl solution (3x) and sat. aqueous NaCl solution (3x). After drying over MgSO4 the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (CH2Cl2/MeOH 10/1) gave 0.825 g of a fawn solid (46%). TLC (CH2Cl2) Rf = 0.40. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.52 – 6.50 (m, 2H, H Ar), 3.24 -3.23 (m, 4H, NCH 2), 2.98 (s, 2H, C≡C-H), 2.02 -1.96 (m, 4H, N CH2CH 2). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 151.64 (NC Ar), 142.06 (C≡C-C Ar), 110.46 (HC Ar), 83.24 (C≡C-H), 75.54 (C≡C-H), 47.09 (NCH2), 25.22 (NCH2 CH2). MS (EI, T = 60 °C - 69 °C): m/z = 196.1 ([M]+, 100%), 167.1, 153.0, 141.1, 126.0 (C9H4N+), 114.0, 89.0, 75.0, 63.0, 50.0, 41.0. HRMS (EI, T = 38 °C - 70 °C): m/z = 196.1000, (calcd 196.1000 for [M]+).
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[Fe(47) 2 ](OTf) 2 84. Compound 4 7 (60.0 mg, 97.2 µmol) was suspended in 5 mL of acetonitrile and a solution of Fe(OTf)2(MeCN)2 [ 9 ] 85 (45.0 mg, 103 µmol) in 5 mL of acetonitrile was added. The resulting red solution was stirred for 10 min., and subsequently all volatiles were removed in vacuum. Washing the residue with THF (3 x 2 mL) and drying it in vacuum led to [Fe(47)2](OTf)2 (38.4 mg, 24.2 µmol, 50%) in form of a pure orange red solid. All attempts to crystallize pure [Fe(47)2](OTf)2 failed, but single crystals containing [Fe(47)2](OTf)2 together with co-crystallized Fe(OTf)2(H2O)(MeCN)4 (ratio 2:1), which could be obtained after slow diffusion of toluene into a solution of the corresponding complex mixture in acetonitrile, proved suitable for X-ray diffraction.
EA: C 43.61, H 3.65, N 15.68, S 3.96 (calcd. for [Fe(47)2](OTf)2, C58H54F6 FeN18O22S2: C 43.84, H 3.43, N 15.87, S 4.04).
1
H NMR (400 MHz, CD3CN, 25 °C): δ=9.96 (s, 2H, ArH), 9.09 (s, 2H, ArH), 8.36 (d, 3
J
= 8.8 Hz, 4H, ArH), 7.92 (d, 3
J
= 8.8 Hz, 4H, ArH), 4.73 (s, 2H, CH
2), 4.01 (s, 2H, CH
2), 3.75 (m, 2H; CH
2), 3.65 (m, 2H, CH
2), 3.58 (m, 2H, CH
2), 3.48 (m, 2H, CH
2), 3.26 (s, 3H, CH
3).
13
C NMR (100 MHz, CD3CN, 25 °C): δ=149.0 (C
Ar), 126.8 (C
Ar), 125.0 (C
Ar), 122.6 (C
Ar), 72.5 (CH2), 71.4 (CH2), 71.1 (CH2), 70.9 (CH2), 70.6 (CH2), 69.8 (CH2), 58.8 (CH3). IR (KBr): =3099 (m), 2878 (m), 1622 (m), 1596 (s), 1531 (vs), 1505 (s), 1452 (m), 1410 (m), 1346 (vs), 1257 (vs), 1163 (m), 1030 (vs), 989 (m), 949 (w), 855 (s), 750 (m), 685 (w), 638 (s), 574 (w), 518 (m). HRMS (ESI, CH3OH/CH3CN): m/z = 645.1647, (calcd for [C56H44FeN18O16]2+ 645.1657).
[Eu(45) 3 ](OTf) 3 87. A solution of Eu(OTf)3 85 (12.0 mg, 20.0 µmol) in 3 mL of THF was added to a solution of 45 (50.0 mg, 64.2 µmol) in 3 mL of THF. After 10 minutes a white solid started to precipitate from the colorless solution and the reaction mixture was stirred at room temperature for 24 hours. After filtration the residue was dried in vacuum and the resulting white powder consisted of pure [Eu(45)3](OTf)3 (33.7 mg, 11.5 µmol, 57%). Single crystals of [Eu(45)3](OTf)3 could be grown by slow evaporation of the solvent from THF solution.
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EA: C 35.37, H 3.16, N 9.88, S 2.88 (calcd for C87H81EuF9I6N21O21S3: C 35.57, H 2.78, N 10.01, S 3.27). IR (KBr): =3098 (m), 2962 (m), 2877 (m), 1623 (s), 1620 (s), 1616 (s), 1590 (s), 1576 (s), 1494 (vs), 1465 (s), 1405 (w), 1310 (m), 1260 (vs), 1223 (s), 1200 (m), 1147 (s), 1096 (vs), 1110 (s), 1074 (s), 1061 (s), 1054 (s), 1049 (s), 1029 (vs), 1013 (s), 990 (s), 950 (w), 862 (m), 821 (s), 800 (s), 756 (w), 697 (w), 638 (vs), 573 (w), 519 (m), 460 (w). HRMS (ESI-TOF): m/z = 830.0101, (calcd. for [C84H81EuI6N21O12]3+ 829.9951).
[Eu(46) 3 ](OTf) 3 86 can be synthesized in close analogy to the procedure described above for [Eu(45)3](OTf)3. Single crystals of [Eu(46)3](OTf)3 could be grown by slow diffusion of diethylether into a solution of [Eu(46)3](OTf)3 in acetonitrile.
6 Jedoch zeigt die BTP-Struktur 41 nach der säulenchromatographischen Aufreinigung eine geringere Reinheit, die eventuell mit einer teilweisen Zersetzung bei der Lagerung erklärt werden könnte.
7 Die Porphyrinring-Startmaterialien wurden freundlicherweise von M. V. Peters im Rahmen ihrer Dissertationsarbeit zur Verfügung gestellt.[36]
8 Eine Reaktionsoptimierung, um die Bildung dieses Nebenprodukts 80 zu verhindern, erfolgte nicht.
9 [] Fe(OTf)2(MeCN)2 was synthesized according to literature.[82]
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