Synthesis of 1,2-Diketones from β-Keto Nitriles via a Protection-Oxidative-Decyanation-Deprotection Protocol

Abstract

A variety of 1,2-diketones were prepared from β-keto nitriles via a three-step protocol including the protection of the ketones with methoxyamine, oxidative decyanation, and microwave-assisted deprotection in the final step. This approach provides a novel and efficient access to a wide scope of symmetric and unsymmetric 1,2-diketones using molecular oxygen as the oxidant in the decyanation process.

Key words

β-keto nitriles - oxygen - oxidative decyanation - microwave - 1,2-diketones

References

• 1a Matsushita Electric Industrial Co. Ltd.; Jpn. Kokai Tokkyo Koho  1981,  203:  8198 ; Chem. Abstr. 1981, 95, 188163u
• 1b Li J.-T. Liu X.-R. Wang W.-F. Ultrason. Sonochem.  2009,  16:  331 
• 1c Khurana JM. Kandpal BM. Tetrahedron Lett.  2003,  44:  4909 
• 2a Hillis LR. Ronald RC. J. Org. Chem.  1985,  50:  470 
• 2b Agelastro MR. Mehdi S. Burkhart JP. Peet NP. Bey P. J. Med. Chem.  1990,  33:  13 
• 2c Miller AG. Meade SJ. Gerrard JA. Bioorg. Med. Chem.  2003,  11:  843 
• 2d Tanaka T. Kawase M. Tani S. Bioorg. Med. Chem.  2004,  12:  501 
• 2e Hicks LD. Hyatt JL. Moak T. Edwards CC. Tsurkan L. Wierdl M. Ferreira AM. Wadkins RM. Potter PM. Bioorg. Med. Chem.  2007,  15:  3801 
• 2f Ögel ZB. Yüzügüllü Y. Mete S. Bakir U. Kaptan Y. Sutay D. Demir AS. Appl. Microbiol. Biotechnol.  2006,  71:  853 
• 2g Hyatt JL. Stacy V. Wadkins RM. Yoon KJ. Wierdl M. Edwards CC. Zeller M. Hunter AD. Danks MK. Crundwell G. Potter PM. J. Med. Chem.  2005,  48:  5543 
• 2h Wadkins RM. Hyatt JL. Wei X. Yoon KJP. Wierdl M. Edwards CC. Morton CL. Obenauer JC. Damodaran K. Beroza P. Danks MK. Potter PM. J. Med. Chem.  2005,  48:  2906 
• 2i Hyatt JL. Wadkins RM. Tsurkan L. Hicks L. Hatfield MJ. Edwards CC. Ross CR. Cantalupo SA. Crundwell G. Danks MK. Guy RK.  Potter PM. J. Med. Chem.  2007,  50:  5727 
• 3 Ita BI. Offiong OE. Mater. Chem. Phys.  2001,  70:  330 
• 4a Trost BM. Keinan E. J. Org. Chem.  1980,  45:  2741 
• 4b Mattay J. Runsink J. J. Org. Chem.  1985,  50:  2815 
• 4c Yang JC. Verkade JG. J. Organomet. Chem.  2002,  651:  15 
• 4d Thaher BA. Koch P. Schattel V. Laufer S. J. Med. Chem.  2009,  52:  2613 
• 4e Guirado A. Zapata A. Andreu R. De Arellano R. Jones PG. Gálvez J. Tetrahedron  2009,  65:  3886 
• 4f Nowak P. Cole DC. Aulabaugh A. Bard J. Chopra R. Cowling R. Fan KY. Hu B. Jacobsen S. Jani M. Jin G. Lo M.-C. Malamas MS. Manas ES. Narasimhan R. Reinhart P. Robichaud AJ. Stock JR. Subrath J. Svenson K. Turner J. Wagner E. Zhou P. Ellingboe JW. Bioorg. Med. Chem. Lett.  2010,  20:  632 
• 4g Nowak P. Malwitz D. Cole DC. Synth. Commun.  2010,  40:  2164 
• For more recent examples, see:
• 5a Shamim T. Choudhary D. Mahajan S. Gupta R. Paul S. Catal. Commun.  2009,  10:  1931 
• 5b Irannejad H. Amini M. Khodagholi F. Ansari N. Tusi SK. Sharifzadeh M. Shafiee A. Bioorg. Med. Chem.  2010,  18:  4224 
• 5c Shimakawa Y. Morikawa T. Sakaguchi S. Tetrahedron  2010,  51:  1786 
• 5d Sachdev D. Naik MA. Dubey A. Mishra BG. Catal. Commun.  2010,  11:  684 
• 5e Sarmah P. Das BK. Phukan P. Catal. Commun.  2010,  11:  932 
• 5f Patil VB. Medhi M. Bhairamadgi NS. Wadgaonkar PP. Maldar NN. Mater. Sci. Eng., B  2010,  168:  186 
• 5g Saio D. Amaya T. Hirao T. Adv. Synth. Catal.  2010,  352:  2177 
• 5h Chakravorty S. Das B. Polyhedron  2010,  29:  2006 
• 6a Vedejs E. Engler DA. Telschow JE. J. Org. Chem.  1978,  43:  188 
• 6b Wasserman HH. Ives JL. J. Org. Chem.  1985,  50:  3573 
• 6c Lee JC. Park HJ. Park JY. Tetrahedron Lett.  2002,  43:  5661 
• 6d Ghazanfari D. Najafizadeh F. Khosravi F. Monatsh. Chem.  2004,  135:  1409 
• 6e De Kimpe N. Verhé R. De Buyck L. Schamp N. J. Org. Chem.  1978,  43:  2933 
• 7 Katritzky AR. Zhang DZ. Kirichenko K. J. Org. Chem.  2005,  70:  3271 
• 8a Ren W. Xia Y. Ji S.-J. Zhang Y. Wan X. Zhao J. Org. Lett.  2009,  11:  1841 
• 8b Sugimoto H. Sawyer DT. J. Am. Chem. Soc.  1984,  106:  4283 
• 8c Ishii Y. Sakata Y. J. Org. Chem.  1990,  55:  5545 
• 8d Tiecco M. Testaferri L. Tingoli M. Chianelli D. Bartoli D. J. Org. Chem.  1991,  56:  4529 
• 8e Nugent RA. Schlachter ST. Murphy M. Dunn CJ. Staite ND. Galinet LA. Shields SK. Wu H. Aspar DG. Richard KA. J. Med. Chem.  1994,  37:  4449 
• 8f Tatlock JH. J. Org. Chem.  1995,  60:  6221 
• 8g Che C.-M. Yu W.-Y. Chan P.-M. Cheng W.-C. Peng S.-M. Lau K.-C. Li W.-K. J. Am. Chem. Soc.  2000,  122:  11380 
• 8h Yusubov MS. Zholobova GA. Vasilevsky SF. Tretyakov EV. Knight DW. Tetrahedron  2002,  58:  1607 
• 8i Niu M. Fu H. Jiang Y. Zhao Y. Synthesis  2008,  2879 
• 8j Walsh CJ. Mandal BK. J. Org. Chem.  1999,  64:  6102 
• 8k Srinivasan NS. Lee DG. J. Org. Chem.  1979,  44:  1574 
• 8l Yusubov MS. Krasnokutskaya EA. Vasilyeva VP. Filimonov VD. Chi K.-W. Bull. Korean Chem. Soc.  1995,  16:  86 
• 8m Santoro S. Battistelli B. Gjoka B. Si CS. Testaferri L. Tiecco M. Santi C. Synlett  2010,  1402 
• 9a Buehler CA. Harris JO. Arendale WF. J. Am. Chem. Soc.  1950,  72:  4953 
• 9b Martinez RI. Herron JT. J. Phys. Chem.  1988,  92:  4644 
• 9c Moorthy JN. Senapati K. Singhal N. Tetrahedron Lett.  2009,  50:  2493 
• 9d Moorthy JN. Singhal N. Senapati K. Tetrahedron Lett.  2006,  47:  1757 
• 10a Vedejs E. Engler DA. Telschow JE. J. Org. Chem.  1978,  43:  188 
• 10b Wasserman HH. Ives JL. J. Org. Chem.  1985,  50:  3573 
• 10c Lee JC. Park HJ. Park JY. Tetrahedron Lett.  2002,  43:  5661 
• 10d Ghazanfari D. Najafizadeh F. Khosravi F. Monatsh. Chem.  2004,  135:  1409 
• 11 Zhang Q. Xu C.-M. Chen J.-X. Xu X.-L. Ding J.-C. Wu H.-Y. Appl. Organomet. Chem.  2009,  23:  524 
• 12 Kashiwabara T. Tanaka M. J. Org. Chem.  2009,  74:  3958 
• 13 Kim JI. Kim NJ. Bull. Korean Chem. Soc.  1988,  9:  30 
• 14a Baruah B. Boruah A. Prajapati D. Sandhu JS. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  7603 
• 14b Baek HS. Lee SJ. Yoo BW. Ko JJ. Kim SH. Kim JH. Tetrahedron Lett.  2000,  41:  8097 
• 14c Saikia P. Laskar DD. Prajapati D. Sandhu JS. Tetrahedron Lett.  2002,  43:  7525 
• 15a Concellin JM. Rodríguez-Solla H. Bardales E. Huerta M. Eur. J. Org. Chem.  2003,  1775 
• 15b Lee SW. Lee K. Seomoon D. Kim S. Kim H. Kim H. Shim E. Lee S. Kim M. Lee PH. J. Org. Chem.  2004,  69:  4852 
• 15c Matsukawa S. Ichikawa K. Ogura Y. Synth. Commun.  2010,  40:  1345 
• 15d Dams R. Malinowski M. Westdorp I. Geise HJ. J. Org. Chem.  1981,  46:  2407 
• 16 Wang X. Zhang Y. Tetrahedron Lett.  2002,  43:  5431 
• 17 Kumagai T. Anki T. Ebi T. Konishi A. Matsumoto K. Kurata H. Kubo T. Katsumoto K. Kitamura C. Kawase T. Tetrahedron  2010,  66:  8968 
• 18 Chang C.-L. Kumar MP. Liu R.-S. J. Org. Chem.  2004,  69:  2793 
• 19a Seyferth D. Weinstein RM. Hui RC. Wang W.-L. Archer CM. J. Org. Chem.  1991,  56:  5768 
• 19b Paleo MR. Calaza MI. Grana P. Sardina FJ. Org. Lett.  2004,  6:  1061 
• 19c Sibi MP. Marvin M. Sharma R. J. Org. Chem.  1995,  60:  5016 
• 20a Toye J. Ghosez L. J. Am. Chem. Soc.  1975,  97:  2276 
• 20b Nudelman NS. Outumuro P. J. Org. Chem.  1982,  47:  4347 
• 20c Surmont R. De Corte B. De Kimpe N. Tetrahedron Lett.  2009,  50:  3877 
• 21a Kharasch MS. Sosnovsky G. Tetrahedron  1958,  3:  97 
• 21b Parker KA. Kallmerten J. J. Org. Chem.  1980,  45:  2614 
• 21c Freerksen RW. Selikson SJ. Wroble RR.
  J. Org. Chem.  1983,  48:  4087 
• 21d Kulp SS. McGee MJ. J. Org. Chem.  1983,  48:  4097 
• 21e Jung ME. Lam P Y.-S. Mansuri MM. Speltz LM. J. Org. Chem.  1985,  50:  1087 
• 21f Hermann CKF. Sachdeva YP. Wolfe JF. J. Heterocycl. Chem.  1987,  24:  1061 
• 21g Donetti A. Boniardi O. Ezhaya A. Synth. Commun.  1980,  10:  1009 
• 21h Yamanaka H. Ohba S. Heterocycles  1990,  31:  895 
• 21i Hamada H. Tanaka T. Furuya T. Takahata H. Nemoto H. Tetrahedron Lett.  2001,  42:  909 
• 21j Seto M. Aramaki Y. Imoto H. Aikawa K. Oda T. Kanzaki N. Iizawa Y. Baba M. Shiraishi M. Chem. Pharm. Bull.  2004,  52:  818 
• 21k Yin Z. Zhang Z. Kadow JF. Meanwell NA. Wang T. J. Org. Chem.  2004,  69:  1364 
• 21l Kahanapure SP. Augustyniak ME. Earl RA. Garvey DS. Letts G. Martino AM. Murty MG. Schwalb DJ. Shumway MJ. Trocha AM. Young DV. Zemtseva IS. Janero DR. J. Med. Chem.  2005,  48:  3930 
• For preparation, see:
• 22a Du Y. Chang J. Reiner J. Zhao K. J. Org. Chem.  2008,  73:  2007 
• 22b Noh HK. Lee JS. Kim Y. Hwang G. Chang JH. Shin H. Nam DH. Lee KH. Org. Process Res. Dev.  2004,  8:  781 
• 22c

  For the assignment of the cis and trans geometries, see ref. 22a and the references cited therein.

• 23a Petrova OV. Mikhaleva AI. Sobenina LN. Trofimov BA. Russ. J. Org. Chem.  2010,  46:  452 
• 23b Shmidt EY. Zorina NV. Mikhaleva AI. Ushakov IA. Skital’tseva EV. Trofimov BA. Russ. J. Org. Chem.  2010,  46:  457 
• 23c Neufeldt SR. Sanford MS. Org. Lett.  2010,  12:  532 
• 24 Lakouraj MM. Noorian M. Makhtary M. React. Funct. Polym.  2006,  66:  910 
• 25a Chan C.-W. Zhou Z. Chan ASC. Yu W.-Y. Org. Lett.  2010,  12:  3926 
• 25b Murakami M. Masuda H. Kawano T. Nakamura H. Ito Y. J. Org. Chem.  1991,  56:  1 
• 26 Hershberg EB. J. Org. Chem.  1948,  13:  542 
• 27 Cava MP. Litle RL. Napier DR. J. Am. Chem. Soc.  1958,  80:  2257 
• 28a Levy GC. Nelson GL. J. Am. Chem. Soc.  1972,  94:  4897 
• 28b Olivato PR. Ribeiro DS. Rittner R. Hase Y. del Pra D. Bombieri G. Spectrochim. Acta  1995,  51:  1479 
• 29 Kreutz OC. Moran PJS. Rodrigues AR. Tetrahedron: Asymmetry  1997,  8:  2649 
• 30 Kreutz OC. Segura RCM. Rodrigues ARR. Moran PJS. Tetrahedron: Asymmetry  2000,  11:  2107 
• 32 For an example describing the dipole-dipole repulsion between a carbonyl oxygen and an ether oxygen, see: Vinter JG. Hoffmann HMR. J. Am. Chem. Soc.  1974,  96:  5466 
• 33 Büchi G. Galindo J. J. Org. Chem.  1991,  56:  2605 
• 34a Bai X. Eliel EL. J. Org. Chem.  1991,  56:  2086 
• 34b Sharma SD. Pandhi SB. J. Org. Chem.  1990,  55:  2196 
• 35 Deng MZ. Caubere P. Senet JP. Lecolier S. Tetrahedron  1988,  44:  6079 
• 36a Dieker J. Fröhlich R. Würthwein E.-U. Eur. J. Org. Chem.  2006,  5339 
• 36b Masui M. Shioiri T. Tetrahedron Lett.  1998,  39:  5195 
• 36c Tang H. Wei Y.-B. Zhang C. Ning F.-X. Qiao W. Huang S.-L. Ma L. Huang Z.-S. Gu L.-Q. Eur. J. Med. Chem.  2009,  44:  2523 
• 36d Corrêa IR. Moran PJS. Tetrahedron  1999,  55:  14221 
• 36e Shimizu M. Tsukamoto K. Matsutani T. Fujisawa T. Tetrahedron  1998,  54:  10265 
• 36f Shimizu M. Tsukamoto K. Fujisawa T. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  5193 
• 37 Armarego WLF. Perrin DR. Purification of Laboratory Chemicals   Butterworth-Heinemann; Oxford: 1996. 
• 38 Bovicelli P. Sanetti A. Tetrahedron  1996,  52:  10969 
• 39 Hu B, Wrobel JE, Jetter JW, O’Neill DJ, Mann CW, and Unwalla RJ. inventors; US Patent 20100120778  A1.  ; Chem. Abstr. 2010, 152, 568171
• 40 Yusubov MS. Filimonov VD. Chi K.-W. Russ. Chem. Bull., Int. Ed.  2001,  50:  649 
• 41 Kawai Y. Hida K. Tsujimoto M. Kondo S. Kitano K. Nakamura K. Ohno A. Bull. Chem. Soc. Jpn.  1999,  72:  99 
• 42 Hirano H. Kurumaya K. Tada M. Bull. Chem. Soc. Jpn.  1981,  54:  2708 
• 43 Yamane M. Uera K. Narasaka K. Bull. Chem. Soc. Jpn.  2005,  78:  477 
• 44a Liptrot D. Alcaraz L. Roberts B. Adv. Synth. Catal.  2010,  352:  2183 
• 44b Pace A. Buscemi S. Vivona N.
  J. Org. Chem.  2005,  70:  2322 

31

Moran observed that the Z-isomer of 3d was completely converted into the E-isomer in CDCl₃ at r.t. after a few days. For details, see ref. 28b. We also found the existence of both Z- and E-isomers in the crude mixture of 3a-j, but the mixture turned into a single isomer in CDCl₃ at r.t. after some time.