Selective Synthesis of Unsymmetrical Peroxides: Transition-Metal-Catalyzed Oxidation of Malononitrile and Cyanoacetic Ester Derivatives by tert-Butyl Hydroperoxide at the α-Position

Abstract

A novel method was developed for the selective oxidation of α-monosubstituted malononitrile and cyanoacetic ester derivatives at the α-position based on transition-metal-catalyzed reaction (Cu, Fe, Mn, Co) with tert-butyl hydroperoxide giving unsymmetrical peroxides in 63-94% yields. The method is facile, does not require large excesses of reagents, and is amenable to gram-scale synthesis.

Key words

peroxides - tert-butyl hydroperoxide - catalysis - oxidation - transition metals - malononitrile - cyanoacetic ester

References

• 1a Jefford CW. Drug Discovery Today  2007,  12:  487 
• 1b Opsenica DM. olaja BA. J. Serb. Chem. Soc.  2009,  74:  1155 
• 1c Muregi FW. Ishih A. Drug Dev. Res.  2010,  71:  20 
• 1d Muraleedharan KM. Avery MA. Drug Discovery Today  2009,  14:  793 
• 1e O’Neil PM. Posner GH. J. Med. Chem.  2004,  47:  2945 
• 1f Dong Y. Mini-Rev. Med. Chem.  2002,  2:  113 
• 1g Vennerstrom JL. Fu H.-N. Ellis WY. Ager AL. Wood JK. Andersen SL. Gerena L. Milhous WK. J. Med. Chem.  1992,  35:  3023 
• 1h Barton V. Ward SA. Chadwick J. Hill A. O’Neill PM. J. Med. Chem.  2010,  53:  4555 
• 1i Ghorai P. Dussault PH. Hu C. Org. Lett.  2008,  10:  2401 
• 1j Gelb MH. Curr. Opin. Chem. Biol.  2007,  11:  440 
• 1k Tolstikov GA. Tolstikov AG. Tolstikova OV. Russ. Chem. Rev.  1996,  65:  769 
• 2a Hamann H.-J. Hecht M. Bunge A. Gogol M. Liebscher J. Tetrahedron Lett.  2011,  52:  107 
• 2b Kumar N. Khan SI. Rajalakshmi BG. Kumaradhas P. Rawat DS. Bioorg. Med. Chem.  2009,  17:  5632 
• 2c Kim H.-S. Shibata Y. Wataya Y. Tsuchiya K. Masuyama A. Nojima M. J. Med. Chem.  1999,  42:  2604 
• 2d Atheaya H. Khan SI. Mamgain R. Rawat DS. Bioorg. Med. Chem. Lett.  2008,  18:  1446 
• 2e Jin H.-X. Liu H.-H. Zhang Q. Wu Y. Tetrahedron. Lett.  2005,  46:  5767 
• 2f Bellot F. Coslédan F. Vendier L. Brocard J. Meunier B. Robert A. J. Med. Chem.  2010,  53:  4103 
• 2g Jin H.-X. Zhang Q. Kim H.-S. Wataya Y. Liu H.-H. Wu Y. Tetrahedron  2006,  62:  7699 
• 2h Iskra J. Bonnet-Delpon D. Bégué J.-P. Tetrahedron Lett.  2003,  44:  6309 
• 2i Singh C. Hassam M. Naikade NK. Verma VP. Singh AS. Puri SK. J. Med. Chem.  2010,  53:  7587 
• 2j Solaja BA. Terzic N. Pocsfalvi G. Genena L. Tinant B. Opsenica D. Milhous WK. J. Med. Chem.  2002,  45:  3331 
• 2k Ellis GL. Amewu R. Hall C. Rimmer K. Ward SA. O’Neill PM. Bioorg. Med. Chem. Lett.  2008,  18:  1720 
• 2l McCullough KJ. Wood JK. Bhattacharjee AK. Dong Y. Kyle DE. Milhous WK. Vennerstrom JL. J. Med. Chem.  2000,  43:  1246 
• 3a Keiser J. Veneziano V. Rinaldi L. Mezzino L. Duthaler U. Cringoli Gi. Res. Vet. Sci.  2010,  88:  107 
• 3b Shuhua X. Tanner M. N’Goran EK. Utzinger J. Chollet J. Bergquist R. Chen M. Zheng J. Acta Trop.  2002,  82:  175 
• 3c Keiser J. Brun R. Fried B. Utzinger J. Antimicrob. Agents Chemother.  2006,  50:  803 
• 3d Keiser J. Xiao SH. Tanner M. Utzinger J. J. Antimicrob. Chemother.  2006,  57:  1139 
• 3e Keiser J. Utzinger J. Tanner M. Dong Y. Vennerstrom JL. J. Antimicrob. Chemother.  2006,  58:  1193 
• 3f Keiser J. Xiao S.-H. Dong Y. Utzinger J. Vennerstrom JL. J. Parasitol.  2007,  93:  1208 
• 4a Ellis GL. Amewu R. Sabbani S. Stocks PA. Shone A. Stanford D. Gibbons P. Davies J. Vivas L. Charnaud S. Bongard E. Hall C. Rimmer K. Lozanom S. Jesús M. Gargallo D. Ward SA. O’Neill PM.
  J. Med. Chem.  2008,  51:  2170 
• 4b Amewu R. Stachulski AV. Ward SA. Berry NG. Bray PG. Davies J. Labat G. Vivas L. O’Neill PM. Org. Biomol. Chem.  2006,  4:  4431 
• 4c Dong Y. Tang Y. Chollet J. Matile H. Wittlin S. Charman SA. Charman WN. Tomas JS. Scheurer C. Snyder C. Scorneaux B. Bajpai S. Alexander SA. Wang X. Padmanilayam M. Cheruku SR. Brun R. Vennerstrom JL. Bioorg. Med. Chem.  2006,  14:  6368 
• 4d Singh C. Malik H. Puri SK. Bioorg. Med. Chem. Lett.  2004,  14:  459 
• 5a Dembitsky VM. Gloriozova TA. Poroikov VV. Mini-Rev. Med. Chem.  2007,  7:  571 
• 5b Jung M. Kim H. Lee K.  Park M. Mini-Rev. Med. Chem.  2003,  3:  159 
• 5c Kim J. Park EJ. Curr. Med. Chem.: Anti-Cancer Agents  2002,  2:  485 
• 5d Dembitsky VM. Eur. J. Med. Chem.  2008,  43:  223 
• 5e Dembitsky VM. Gloriozova TA. Poroikov VV. Mini-Rev. Med. Chem.  2005,  5:  319 
• 5f Terzić N. Opsenica D. Milić D. Tinant B. Smith KS. Milhous WK. Šolaja BA. J. Med. Chem.  2007,  50:  5118 
• 5g i˛ak . Juranić Z. Opsenica D. Šolaja BA. Invest. New Drugs  2009,  27:  432 
• 6a Barbosa LCA. Maltha CRA. Cusati RC. Teixeira RR. Rodrigues FF. Silva AA. Drew MGB. Ismail FMD. J. Agric. Food Chem.  2009,  57:  10107 
• 6b Macías FA. Chinchilla N. Varela RM. Molinillo JMG. Steroids  2006,  71:  603 
• 6c Barbosa LCA. Pereira UA. Teixeira RR. Maltha CRA. Fernandes SA. Forlani G. J. Agric. Food Chem.  2008,  56:  9434 
• 6d Chen PK. Leather GR. J. Chem. Ecol.  1990,  16:  1867 
• 7a Matyáš R. Šelešovský J. J. Hazard. Mater.  2009,  165:  95 
• 7b Rabenecker P. Pinkwart K. Propellants, Explos., Pyrotech.  2009,  34:  274 
• 7c Burks RM. Hage DS. Anal. Bioanal. Chem.  2009,  395:  301 
• 7d Dubnikova F. Kosloff R. Almog J. Zeiri Y. Boese R. Itzhaky H. Alt A. Keinan E. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  1146 
• 7e Meyer R. Explosives   Verlag Chemie; Weinheim: 1977. 
• 7f Denekamp C. Gottlieb L. Tamiri T. Tsoglin A. Shilav R. Kapon M. Org. Lett.  2005,  7:  2461 
• 7g Muller D. Levy A. Shelef R. Abramovich-Bar S. Sonenfeld D. Tamiri T. J. Forensic Sci.  2004,  49:  935 
• 8a Terent’ev AO. Borisov DA. Chernyshev VV. Nikishin GI. J. Org. Chem.  2009,  74:  3335 
• 8b Terent’ev AO. Borisov DA. Yaremenko IA. Chernyshev VV. Nikishin GI. J. Org. Chem.  2010,  75:  5065 
• 9a Kharasch MS. Pauson P. Nudenberg W. J. Org. Chem.  1953,  18:  322 
• 9b Kharasch MS. Fono A. J. Org. Chem.  1958,  23:  324 
• 9c Kharasch MS. Fono A. J. Org. Chem.  1959,  24:  72 
• 10a Shul’pin GB. Gradinaru J. Kozlov YN. Org. Biomol. Chem.  2003,  1:  3611 
• 10b Araneo S. Fontana F. Minisci F. Recupero F. Serri A. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1995,  1399 
• 10c Bravo A. Bjørsvik H.-R. Fontana F. Liguori L. Minisci F. J. Org. Chem.  1997,  62:  3849 
• 10d Meder MB. Gade LH. Eur. J. Inorg. Chem.  2004,  2716 
• 10e Vida JA. Samour CM. O’Dea MH. Wang TST. Reinhard JF. J. Med. Chem.  1974,  17:  1194 
• 10f Li Z. Li C.-J. J. Am. Chem. Soc.  2005,  127:  6968 
• 10g Punniyamurthy T. Rout L. Coord. Chem. Rev.  2008,  252:  134 
• 11a Treibs W. Pellmann G. Chem. Ber.  1954,  87:  1201 
• 11b Saussine L. Brazi E. Robine A. Mimoun H. Fischer J. Weiss R. J. Am. Chem. Soc.  1985,  107:  3534 
• 12a Leising RA. Norman RE. Que L. Inorg. Chem.  1990,  29:  2553 
• 12b Leising RA. Zang Y. Que L.
  J. Am. Chem. Soc.  1991,  113:  8555 
• 12c Kojima T. Leising RA. Yan S. Que L. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  11328 
• 12d Leising RA. Kim J. Perez MA. Que L. J. Am. Chem. Soc.  1993,  115:  9524 
• 12e Arends IWCE. Ingold KU. Wayner DDM. J. Am. Chem. Soc.  1995,  117:  4710 
• 13 Minisci F. Fontana F. Araneo S. Recupero F. J. Chem. Soc., Chem. Commun.  1994,  1823 
• 14 Minisci F. Fontana F. Araneo S. Recupero F. Banfi S. Quici S. J. Am. Chem. Soc.  1995,  117:  226 
• 15a Murahashi S.-I. Zhang D. Chem. Soc. Rev.  2008,  37:  1490 
• 15b Murahashi S.-I. Naota T. Kuwabara T. Saito T. Kumobayashi H. Akutagawa S. J. Am. Chem. Soc.  1990,  112:  7820 
• 15c Murahashi S.-I. Naota T. Yonemura K. J. Am. Chem. Soc.  1988,  110:  8256 
• 16a Heathcock CH. Mahaim C. Schlecht MF. Utawanit T. J. Org. Chem.  1984,  49:  3264 
• 16b Ancerewicz J. Vogel P. Helv. Chim. Acta  1996,  79:  1393 
• 16c Rubottom GM. Vazquez MA. Pelegrina DR. Tetrahedron Lett.  1974,  15:  4319 
• 16d Andriamialisoa RZ. Langlois N. Langlois Y. J. Org. Chem.  1985,  50:  961 
• 17a Adam W. Smerz AK. Tetrahedron  1996,  52:  5799 
• 17b Barrett AGM. Head J. Smith ML. Stock NS. White AJP. Williams DJ. J. Org. Chem.  1999,  64:  6005 
• 17c Smith AMR. Billen D. Hii KKM. Chem. Commun.  2009,  3925 
• 18a Li D. Schröder K. Bitterlich B. Tse MK. Beller M. Tetrahedron Lett.  2008,  49:  5976 
• 18b Abu-Omar MM. Espenson JH. Organometallics  1996,  15:  3543 
• 19a Yoshioka M. Nishioka T. Hasegawa T. J. Org. Chem.  1993,  58:  278 
• 19b Christoffers J. Werner T. Frey W. Baro A. Eur. J. Org. Chem.  2003,  4879 
• 19c Rahman MT. Nishino H. Org. Lett.  2003,  5:  2887 
• 19d Irie H. Katakawa J. Tomita M. Mizuno Y. Chem. Lett.  1981,  637 
• 19e Wasserman HH. Pickett JE. J. Am. Chem. Soc.  1982,  104:  4695 
• 19f Hiroya K. Ogasawara K. Chem. Commun.  1999,  2197 
• 19g Watanabe T. Ishikawa T. Tetrahedron Lett.  1999,  40:  7795 
• 19h Christoffers J. J. Org. Chem.  1999,  64:  7668 
• 19i Baucherel X. Levoirier E. Uziel J. Juge S. Tetrahedron Lett.  2000,  41:  1385 
• 19j Richardson AM. Chen C.-H. Snider BB. J. Org. Chem.  2007,  72:  8099 
• 19k Monguchi Y. Takahashi T. Iida Y. Fujiwara Y. Inagaki Y. Maegawa T. Sajiki H. Synlett  2008,  2291 
• 20a Shu X.-Z. Xia X.-F. Yang Y.-F. Ji K.-G. Liu X.-Y. Liang Y.-M. J. Org. Chem.  2009,  74:  7464 
• 20b Li Z. Bohle DS. Li C.-J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.  2006,  103:  8928 
• 21a Li C.-J. Acc. Chem. Res.  2009,  42:  335 
• 21b Li Z. Li C.-J. J. Am. Chem. Soc.  2006,  128:  56 
• 21c Yoo W.-J. Li C.-J. J. Org. Chem.  2006,  71:  6266 
• 21d Li Z. Cao L. Li C.-J. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  46:  6505 
• 21e Borduas N. Powell DA. J. Org. Chem.  2008,  73:  7822 
• 21f Correia CA. Li C.-J. Tetrahedron Lett.  2010,  51:  1172 
• 22 Mohamadin AM. J. Inorg. Biochem.  2001,  84:  97 
• 23a Kujime M. Hikichi S. Akita M. Inorg. Chim. Acta  2003,  350:  163 
• 23b Min’ko YA. Belina NV. Sushev VV. Fukin GK. Bubnov MP. Kornev AN. J. Organomet. Chem.  2007,  692:  4157 
• 23c Bruce MI. Buntine MA. Costuas K. Ellis BG. Halet J.-F. Low PJ. Skelton BW. White AH. J. Organomet. Chem.  2004,  689:  3308 
• 23d Kukushkin VYu. Armando JL. Inorg. Chim. Acta  2005,  358:  1 
• 23e Banerjee A. Banu KS. Podder N. Mukherjee M. Ghosh M. Suresh E. Das D. J. Mol. Struct.  2008,  888:  62 
• 23f Yang L.-Z. Li Y. Zhuang X.-M. Jiang L. Chen J.-M. Luck RL. Lu T.-B. Chem. Eur. J.  2009,  15:  12399 
• 24a Minisci F. Fontana F. Araneo S. Recupero F. Zhao L. Synlett  1996,  119 
• 24b Avila DV. Ingold KU. Lusztyk J. Green WH. Procopio DR. J. Am. Chem. Soc.  1995,  117:  2929 
• 24c Paul H. Small RD. Scaiano JC.
  J. Am. Chem. Soc.  1978,  100:  4520 
• 24d Barton DHR. Le Gloahec VN. Patin H. Launay F. New J. Chem.  1998,  559 
• 25a Kratochvil B. Zatko DA. Markuszewski R. Anal. Chem.  1966,  38:  770 
• 25b Kratochvil B. Quirk PF. Anal. Chem.  1970,  42:  492 
• 25c Mruthyunjaya HC. Murthy ARV. Indian J. Chem.  1969,  7:  403 
• 26 Mruthyunjaya HC. Murthy ARV. Indian J. Chem.  1973,  11:  481 
• 27a Senne JK. Kratochvil B. Anal. Chem.  1971,  43:  79 
• 27b Persson I. Penner-Hahn JE. Hodgson KO. Inorg. Chem.  1993,  32:  2497 
• 28 Dunham JC. Richardson AD. Sammelson RE. Synthesis  2006,  680 
• 29 Ramachary DB. Reddy GB. Org. Biomol. Chem.  2006,  4:  4463 
• 30 Abd El Samii ZKM. Al Ashmawy MI. Mellor JM. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1  1988,  2523 
• 31 Seela F. Lüpke U. Chem. Ber.  1977,  110:  1462 
• 32 Koelsch CF. J. Am. Chem. Soc.  1943,  65:  2458