3. Bespreking van de resultaten
3.2 Reactiviteit van 5-broom-8-hydroxychinoline
3.2.5 Synthese van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen en 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-
3.2.5.1 Synthese van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen
Opnieuw werd de Suzukireactie uitgevoerd, ditmaal met 5-broom-8-tosyloxychinoline 53 als startproduct. Opnieuw moest wat aan de procedure gesleuteld worden. In tegenstelling tot
31 paragraaf 3.2.2 zal in deze paragraaf de Schlenktechniek, alsook het gebruik van een andere katalysator, getest worden.
Br
De procedure was analoog als deze voor de synthese van 1,4-bis-(8-benzyloxychinolin-5-yl)benzeen 48. Een overzicht van de reactieomstandigheden wordt weergegeven in Tabel 7.
Tabel 7: Overzicht de reactieomstandigheden voor de synthese van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54
Aantal equiv.
diboorzuur
katalysator Schlenktechniek Rendement
0,43 Pd(PPh3)4 Nee 63%
0,50 Pd(PPh3)4 Nee 60%
0,50 Pd(OAc)2, PPh3 Nee 45%
0,50 Pd(OAc)2, PPh3 Ja 50%
0,50 Pd(PPh3)4 Ja 79%
Het gebruik van de tosylbeschermgroep had duidelijk een gunstige invloed, want de rendementen lagen hoger dan wanneer een benzylgroep werd gebruikt. Palladiumacetaat (Pd(OAc2)) en trifenylfosfine (PPh3) regeneren palladium(0), om zo het zuurstofgevoeliger en minder stabiele tetrakis(trifenylfosfine)palladium (Pd(PPh3)4) te vervangen.55 Het gebruik van deze nieuwe katalysator zorgde echter niet voor een verbetering van het rendement. Wat wel voor een significante verbetering zorgde, was het gebruik van de Schlenktechniek. Via een Schlenklijn werden de reagentia onder een beschermende argonatmosfeer gebracht. Hierdoor kon de zuurstofgevoelige palladiumkatalysator langer stabiel gehouden worden. A.h.v. 1H-NMR-, TLC- en LC-analyse werden
32 opnieuw startproduct 53, eindproduct 54 en 8-tosyloxychinoline 55 gedetecteerd, maar uiteindelijk kon zuiver eindproduct 54 toch in een hoog rendement (79%) bekomen worden.
3.2.5.2 Synthese van 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen
Nu een goed protocol gevonden werd, kon de procedure naar andere areendiboorzuren uitgebreid worden. Op die manier kan de Suzukireactie uitgevoerd worden met hetzelfde startmateriaal 53 maar met een verschillend areendiboorzuur, waardoor andere bis-8-HQ’n gesynthetiseerd kunnen worden. Bijgevolg werd de Suzukireactie ook uitgevoerd met startmateriaal 53 en thiofeen-2,5-diboorzuur 56.
Één equivalent 5-broom-8-tosyloxychinoline 51, 0,50 equivalenten thiofeen-2,5-diboorzuur 56, 2,05 equivalenten natriumcarbonaat en 6 mol% tetrakis(trifenylfosfosfine)palladium werden in een reactiekolf samengebracht. Met behulp van een Schlenklijn werd de reactiekolf onder een beschermende argonatmosfeer gebracht. Een solventmengsel bestaande uit tolueen, ethanol en water (5/1/1) werd gedurende 30 minuten doorborreld met stikstofgas. Daarna werd het zuurstofvrije solventmengsel toegevoegd aan de kolf waarna het reactiemengsel voor 18 uur onder refluxomstandigheden en stikstofatmosfeer geroerd werd.
Uit TLC-, 1H-NMR-analyse en kolomchromatografie bleek wederom de aanwezigheid van drie fracties, namelijk beginproduct 53, eindproduct 57 en 8-tosyloxychinoline 55 (4/1/5). Omdat een vijfmaal hogere hoeveelheid nevenproduct 55 gevormd werd t.o.v. eindproduct 57, lag het geïsoleerde rendement eerder laag (13%). Nochtans werd identiek dezelfde procedure gevolgd als bij synthese van bis-1,4-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54. Toch werd eindproduct 57 zuiver bekomen na
33 kolomchromatografie (SiO2) (13% rendement), maar verdere optimalisaties zijn noodzakelijk om hogere rendementen te halen.
3.2.6 Ontscherming van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen en 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen
De ideale chelerende eigenschappen van 8-hydroxychinoline en de werking van 8-hydroxychinoline als chromofoor zorgen ervoor dat bis-8-HQ’n ideaal zijn om in MOFs te gebruiken. Gezien in een voorgaande stap nieuwe beschermde bis-8-HQ’n werden gesynthetiseerd dienen deze enkel nog ontschermd te worden om ze dan te kunnen gebruiken als nieuwe liganden voor de synthese van nieuwe MOF's. Op de ontscherming van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54 en 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen 57 zal dieper ingegaan worden in deze paragraaf.
3.2.6.1 Ontscherming van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen
De ontscherming van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54 en 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen 57 kan gebeuren door het aanwenden van natriumhydroxide (1M in water) om zo de tosylgroep te verwijderen.50,54
OTs
OTs
OH
OH 6 equiv. NaOH(aq) (1M)
DMSO/Ethanol (1/1) 1h, N
N N
N
57 51 (84%)
Eén equivalent 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54 werd opgelost in een solventmengsel, namelijk dimethylsulfoxide/ethanol (1/1), waarna zes equivalenten natriumhydroxide (1M in water) werden toegevoegd. Het reactiemengsel werd gedurende één uur geroerd onder refluxomstandigheden en opgevolgd via dunnelaagchromatografie (TLC). Na afloop van de reactie
34 werd het reactiemengsel ingedampt waarna gedistilleerd water werd toegevoegd. Een pH van 6,5 werd bereikt door doseren van zoutzuur (1M in water), tot kristallen werden gevormd.50 Eindverbinding 51 werd afgefiltreerd en gewassen met gedestilleerd water.
De analyse van 1,4-bis-(8-hydroxychinolin-5-yl)benzeen 51 verliep echter niet zonder problemen. Ten eerste kon geen karakteristieke signaal na vloeistofchromatografie gedetecteerd worden. Ten tweede leverden de massaspectra een negatief resultaat op, nergens kon de massa van eindverbinding 51 immers teruggevonden worden. Ten derde waren geen signalen in de 1 H-NMR-spectra te bespeuren. De grootste oorzaak is de onoplosbaarheid van eindproduct 51, in tegenstelling tot bisiminen 35d,e, die wel goed oplosten.
Een mogelijkheid om indirect aan tonen dat effectief eindproduct 51 gevormd werd, is een verdere reactie uitvoeren met 1,4-bis-(8-hydroxychinolin-5-yl)benzeen 51. Hierbij werd gekozen om een O-benzylering uit te voeren, zodat reeds eerder gesynthetiseerd 1,4-bis-(8-benzyloxychinolin-5-yl)benzeen 48 zou bekomen worden (zie paragraaf 3.2.2).
OH
OH
OBn
OBn 2,4 equiv.
10 equiv. K2CO3 DMF 20h, 100°C N
N N
N
51 48 (48%)
Br
58
De reactie werd uitgevoerd door één equivalent 1,4-bis-(8-hydroxychinolin-5-yl)benzeen 51, 2,4 equivalenten benzylbromide 58 en tien equivalenten kaliumcarbonaat samen te brengen in dimethylformamide (DMF) en dit te laten roeren bij 100 °C gedurende 20 uur. Na opwerking werd een wit product bekomen met een rendement van 48%.
Onverwacht kon wel een 1H-NMR-analyse (CDCl3) uitgevoerd worden. Uiteindelijk bleek het 1 H-NMR-spectra overeen te komen met eerder aangemaakt 1,4-bis-(8-benzyloxychinolin-5-yl)benzeen 48. Dit bewijst dat na ontscherming van 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54 een nieuwe eindverbinding met succes werd aangemaakt. De procedure kan bijgevolg uitgebreid worden naar 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen 57.
35 3.2.6.2 Ontscherming van 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen
Net als 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54 werd ook 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen 55 onderworpen aan een ontschermingsstap. De procedure is analoog, behalve dat DMSO vervangen werd door ethanol als solvent.
OTs
S
N OTs 57
6 equiv. NaOH(aq) (1M) Ethanol/Aceton
(1/1) 1h,
OH
S
N OH 59 (72%) N N
In tegenstelling tot 1,4-bis-(8-hydroxychinolin-5-yl)benzeen 51 konden wel signalen gedetecteerd worden in de 1H-NMR-spectra (DMSO-d6). Deze signalen bleken toewijsbaar te zijn aan eindproduct 59, dat zuiver bekomen werd in 72% rendement.
In deze paragraaf werden 1,4-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)benzeen 54 en 2,5-bis-(8-tosyloxychinolin-5-yl)thiofeen 57 aan een essentiële ontschermingsstap onderworpen. De verwijdering van de tosylbeschermgroepen verliep succesvol, zodat twee nieuw eindverbindingen werden bekomen.
Deze kunnen dan verder ingezet worden als nieuwe organische liganden in Ln-MOFs.