JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يتم تقديم بروتوكول لسهولة التخليق للسلفوناميدات الأليفاتية باستخدام كلوريد السلفامويل ، (TMS) 3SiH و Eosin Y تحت إشعاع الضوء الأزرق.

Abstract

السلفوناميدات هي زخارف سائدة في الأدوية والمنتجات الطبيعية المسوقة. يمثل توليفها اهتماما كبيرا بصناعة الأدوية ، نظرا لخصائصها البيولوجية الفريدة. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير عدة طرق لتخليق سلفوناميدات الأريل ، ولكن لم يركز سوى القليل من الجهد على تطوير منهجيات من خطوة واحدة للوصول إلى السلفوناميدات المحاطة بمجموعتين من الألكيل. يصف هذا البروتوكول طريقة عملية وسهلة لصافي هيدروسلفامويلة الألكينات التي تعاني من نقص الإلكترون باستخدام كلوريدات السلفامويل كسلائف جذرية تحت تنشيط الضوء الأزرق. يتم تنفيذ هذه المنهجية العملية والفعالة من حيث التكلفة في وجود المحفز الضوئي الخالي من المعادن Eosin Y ويستخدم الضوء كمصدر طاقة نظيف لا أثر له. الإجراء قابل للتطوير ، ويعرض تفامعا واسعا للمجموعة الوظيفية ، ويمكن تطبيقه على الوظائف في المرحلة المتأخرة. جميع الكواشف المستخدمة في هذا البروتوكول متاحة تجاريا. يظهر إعداد التفاعل البسيط ، وغياب العمل والتنقية السهلة ، راحة هذا البروتوكول. من الأفضل تطبيق التفاعل على الألكينات التي تعاني من نقص الإلكترون.

Introduction

على مدى العقود الأخيرة ، ظهرت السلفوناميدات في مجموعة واسعة من الجزيئات النشطة بيولوجيا وهي زخارف شائعة في المستحضرات الصيدلانية والكيماوياتالزراعية 1،2. تم استخدام هذا الشكل في البداية لأغراض مضادة للبكتيريا3،4 ، وقد امتد تطبيق هذا الشكل في اكتشاف الأدوية إلى العديد من الأمراض بما في ذلك السرطان واضطرابات الجهاز العصبي المركزي والسكري والخرف وفيروس نقص المناعة البشرية5،6،7،8،9،10،11. تبرز السلفوناميدات على أنها أيسوستيرات حيوية مستقرة الأيض للأحماض الكربوكسيلية والكربوكسميدات ، حيث يمكن ضبط N-H pKa من خلال أنماط الاستبدال المتغيرة12،13،14،15.

تقليديا ، يتم تصنيع السلفوناميدات عن طريق استبدال كلوريد السلفونيل بأمين16،17. غالبا ما يعتمد تخليق كلوريد السلفونيل على إجراء متعدد الخطوات يستخدم ظروفا قاسية ، مثل المؤكسدات القوية. في حين تم تطوير بروتوكولات أكثر اعتدالا من خطوة واحدة لتركيب المواد الوسيطة لكلوريدالسلفونيل 18،19 ، فإن تصميم التحول بخطوة واحدة للوصول إلى السلفوناميدات أمر مرغوب فيه للغاية.

في العقود الماضية ، تم تطوير استراتيجيات قوية لتخليق سلفوناميدات أريل (غير المتجانسة) ، باستخدام المعادن الانتقالية أو تحفيز الأكسدة الضوئية أو المحفزات العضوية20،21،22،23،24،25،26،27،28،29،30،31،32، 33،34. ومع ذلك ، فإن التوليف المكون من خطوة واحدة لنظائرها الأليفاتية لا يزال غير مستكشف35،36،37،38،39،40. استثناء ملحوظ هو الاقتران التأكسدي الكهروكيميائي للأمينات والثيولات ، الذي أبلغ عنه نويل وزملاؤه41. كنا مهتمين باستراتيجية وظيفية تكميلية في المرحلة المتأخرة ، مما يسمح بالربط المباشر بكلوريد السلفامويل المتاح تجاريا بالأوليفينات الرخيصة لتحمل منتجات صافي هيدروسلفامويل تحت تنشيط الضوء المرئي. على وجه التحديد ، تتطلب هذه العملية جذريا سلفامويل مولدا في الموقع ، ومانحا مناسبا لذرة الهيدروجين.

أشارت الدراسات الأولية إلى أن الاختزال المباشر للإلكترون الفردي لكلوريد N ، N-dimethylsulfamoyl (Ered = -1.59 V مقابل قطب الكالوميل المشبع (SCE) في MeCN) 42 أكثر صعوبة من كلوريد الميثان سولفونيل (Ered = -1.30 V مقابل SCE في MeCN) 43 ، وهي ملاحظة تشجع على تحديد طريقة بديلة للتنشيط لتوليد جذور السلفامويل. مستوحاة من عمل Chatgilialoglu في عام 198844 ، اعتقدنا أن tris(trimethylsilyl) silane يمكن أن يعمل كمصدر جذري للسيليل قادر على تنشيط كلوريدات السلفامويل ، وكمانح لذرة الهيدروجين. يعد تشعيع الضوء الأزرق ضروريا لاستمرار هذا التفاعل ، في حين أن Eosin Y مفيد ولكنه ليس ضروريا.

تتسامح هذه الطريقة العملية والفعالة من حيث التكلفة المكونة من خطوة واحدة مع العديد من المجموعات الوظيفية ، مما يسمح بالوصول إلى مجموعة واسعة من الألكيل سلفوناميدات الجديدة بما في ذلك السيكلوبوتيل سبيرووكسيندول المعقدة المحتوية على السلفوناميد والتي تعد جميعها لبنات بناء قيمة لاكتشاف الأدوية. كجزء من التحديات التي تواجهها الصناعات التي تهدف إلى تجنب العمليات المعقدة من الناحية التشغيلية والمفرطة في الهندسة والمكلفة ، فإن هذا التحول ليس حساسا للأكسجين أو الرطوبة ، ويستخدم محفزا ضوئي خال من المعادن ، وهو بسيط من الناحية التشغيلية. علاوة على ذلك ، فإن استخدام الضوء الأزرق كبادئ لهذا التحول الكيميائي يجعل هذا البروتوكول أخضر ومستداما.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

تنبيه: يجب التعامل مع جميع المواد الكيميائية المستخدمة في هذا البروتوكول بحذر. يرجى قراءة أوراق بيانات سلامة المواد (MSDS) بعناية للمذيبات والكواشف المستخدمة في هذا البروتوكول. (TMS)3ثبت أن SiH و dimethylsulfamoyl chloride و MeCN و EtOAc والسيليكا سامة ومسببة للتآكل ومهيجة وسرطانية وقابلة للاشتعال. تدابير السلامة القياسية في المختبر ذات صلة بالتعامل مع تلك المواد الكيميائية. يجب إجراء جميع عمليات التلاعب في غطاء دخان مختبر جيد التهوية واستخدام معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) ، بما في ذلك معطف المختبر ونظارات السلامة وقفازات النتريل إلزامي.

1. هيدروسلفاموليشن الألكينات التي تعاني من نقص الإلكترون

  1. أضف شريط تحريك مغناطيسي إلى قارورة سعة 7 مل.
  2. وزن 73.5 مجم من N-phenylacrylamide (0.50 مليمول ، 1.0 ما يعادل) و 1.7 مجم من المحفز الضوئي Eosin Y (0.0025 مليمول ، 0.5 مول٪) وأضف كلاهما إلى نفس القارورة.
  3. أضف بالتتابع 3.0 مل من MeCN ، 309 ميكرولتر من (TMS) 3SiH (1.0 مليمول ، 2.0 ما يعادل) و 134 ميكرولتر من N ، N-dimethylsulfamoyl chloride (1.25 مليمول ، 2.5 ما يعادل) مع حقنة. قم بتغطية القارورة بغطاء لولبي.
  4. ضع القارورة في صندوق الصور المجهز بمصباح LED أزرق بقوة 18 واط (λ = 450 نانومتر) ومروحة.
  5. حرك المستحلب بقوة عند 1,000 دورة في الدقيقة لمدة 4 ساعات.

2. مراقبة تحويل المواد الأولية بواسطة كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC)

  1. قم بإذابة 1 مجم من N-phenylacrylamide في 1 مل من ثنائي كلورو الميثان (DCM). عينة من هذا الحل على لوحة TLC (البقعة اليسرى والوسطى).
  2. قم بأخذ عينات من 50 ميكرولتر من خليط التفاعل وانقلها إلى قارورة سعة 1.5 مل تحتوي على 50 ميكرولتر من DCM. تذوق هذا المحلول على لوحة TLC (النقطة الوسطى واليمنى).
  3. أضف خليطا مذيبا من البنتان وخلات الإيثيل (مادة مسيلة: 80/20 بنتان / أسيتات إيثيل) إلى غرفة TLC.
  4. قم بتشغيل لوحة TLC في الغرفة حتى تصبح مقدمة المذيب على مسافة 0.5 سم من الجزء العلوي من اللوحة.
  5. قم بإزالة اللوحة من الغرفة ، وجففها تحت الهواء وعرض اللوحة للأشعة فوق البنفسجية (λ = 254 نانومتر) تحت مصباح (قيم الترددات اللاسلكية : مادة البداية = 0.4 ؛ المنتج = 0.2).

3. العمل والتنقية

  1. انقل خليط التفاعل إلى قارورة دائرية القاع سعة 25 مل وركز الخليط تحت ضغط منخفض باستخدام مبخر دوار (150 دورة في الدقيقة ؛ حتى 20 ملي بار) مزود بحمام مائي ، يسخن إلى 40 درجة مئوية للحصول على زيت خام.
  2. قم بتكييف عمود السيليكا (حجم المسام 60 Å ، 230-400 حجم جسيمات الشبكة ، 12 جم) عن طريق تمرير 60 مل من البنتان عبر العمود عبر حقنة.
  3. خفف الزيت الخام في 2 مل من DCM وانقل المحلول إلى العمود.
  4. قم بتشغيل شطف متدرج على العمود الآلي (EtOAc في البنتان 0/100 إلى 100/0 على مدار 20 دقيقة) ومراقبه بواسطة UV-VIS (254 نانومتر) لتصفية المركبات.
  5. اجمع الكسور في أنابيب الاختبار وراقب الكسور المجمعة بواسطة TLC (انظر القسم 2).
  6. عينة من حصص الكسور المجمعة على لوحة TLC.
  7. قم بتشغيل لوحة TLC في الغرفة حتى تصل مقدمة المذيب تقريبا إلى أعلى اللوحة وقارن قيم الترددات اللاسلكية (انظر الخطوة 2.5).
  8. اجمع الكسور المطلوبة على النحو المحدد بواسطة تحليل TLC وقم بتركيز المحلول تحت ضغط منخفض على مبخر دوار (150 دورة في الدقيقة ؛ أقل من 20 ملي بار) مزود بحمام مائي يتم تسخينه إلى 40 درجة مئوية.
  9. قم بإذابة 5 ملغ من المنتج في 0.6 مل CDCl3 وأضف هذا المحلول إلى أنبوب التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR).
  10. قم بتشغيل 1ساعة من الرنين المغناطيسي النووي و 13درجة مئوية بالرنين المغناطيسي النووي وقارن الأطياف بالمعلومات المدرجة أدناه.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

أنتج التسلسل منتج الهيدروسلفامويلات المطلوب بنسبة 83٪ (106 مجم ، 0.41 مليمول) كمادة صلبة بيضاء مصفورة. يمكن تقييم الهيكل والنقاء من خلال أطياف الرنين المغناطيسي النووي 1H و 13C (الشكل 1 ، الشكل 2). وبشكل أكثر تحديدا ، في 1H و 13

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

يستخدم هذا البروتوكول البسيط من الناحية التشغيلية ركائز متاحة تجاريا. لا يلزم وجود غلاف جوي للنيتروجين بالإضافة إلى الظروف الصارمة الخالية من الماء حتى يستمر التفاعل في عوائد عالية ، مما يدل على سهولة هذا البروتوكول. غالبا ما تكتمل هذه التفاعلات في غضون 4 ساعات في درجة ح...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

تلقى هذا المشروع تمويلا من برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي في إطار اتفاقية منحة Marie Skłodowska-Curie رقم 721902.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AcetonitrileSigma Aldrich34851for HPLC, ≥99.9%
Biotage#
Black Polypropylene Screw CapsFisherbrand15394789-
Blue LEDHepatoChemP201-18-2 450 nm 18W-
Capillary tubeSigma AldrichZ114960volume 5-25 µL
Eosin YSigma AldrichE4009Dye content ~99 %
EtOAcSigma Aldrich34858for HPLC, ≥99.7%
GraceResolv LOK flash cartridgeGrace5171343
Magnetic stirring barBiotage355543-
N,N-Dimethylsulfamoyl chlorideSigma AldrichD186252-
N-PhenylacrylamideHomemade--
PentaneSigma Aldrich34956for HPLC, ≥99.0%
Photoredox BoxHepatoChemHCK1006-01-016-
TLC Silica gel 60 F254Merck105554aluminium sheets 20 x 20 cm
Tris(trimethylsilyl)silaneCombi-BlocksQF-2110-
Vial holderHepatoChemHCK1006-01-020-
Vial screw glass 7mlSamcoT101/V3-

References

  1. Feng, M., Tang, B., Liang, S. H., Jiang, X. Sulfur Containing Scaffolds in Drugs: Synthesis and Application in Medicinal Chemistry. Current Topics in Medicinal Chemistry. 16, 1200-1216 (2016).
  2. Drews, J. Drug discovery: a historical perspective. Science. 287, 1960-1964 (2000).
  3. Wainwright, M., Kristiansen, J. E. On the 75th anniversary of Prontosil. Dyes Pigments. 88, 231-234 (2011).
  4. Zaffiri, L., Gardner, J., Toledo-Pereyra, L. H. History of antibiotics. From Salvarsan to Cephalosporins. Journal of Investigative Surgery. 25, 67-77 (2012).
  5. Casini, A., Scozzafava, A., Mastrolorenzo, A., Supuran, C. T. Sulfonamides and Sulfonylated Derivatives as Anticancer Agents. Current Cancer Drug Targets. 2, 55-75 (2002).
  6. Shah, S. A., Rivera, G., Ashfaq, M. Recent Advances in Medicinal Chemistry of Sulfonamides. Rational Design as Anti-Tumoral, Anti-Bacterial and Anti-Inflammatory Agents. Mini-Reviews in Medicinal Chemistry. 13, 70-86 (2013).
  7. Smith, B. R., Eastman, C. M., Njardarson, J. T. Beyond C, H, O, and N! Analysis of the Elemental Composition of U.S. FDA Approved Drug Architectures. Journal of Medicinal Chemistry. 57, 9764-9773 (2014).
  8. Ilardi, E. A., Vitaku, E., Njardarson, J. T. Data-Mining for Sulfur and Fluorine: An Evaluation of Pharmaceuticals to Reveal Opportunities for Drug Design and Discovery. Journal of Medicinal Chemistry. 57, 2832-2842 (2014).
  9. Bag, S., et al. Sulfonamides as multifunctional agents for Alzheimer's disease. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 25, 626-630 (2015).
  10. Gao, H. D., Liu, P., Yang, Y., Gao, F. Sulfonamide-1,3,5-triazine–thiazoles: discovery of a novel class of antidiabetic agents via inhibition of DPP-4. RSC Advances. 6, 83438-83447 (2016).
  11. Apaydın, S., Török, M. Sulfonamide derivatives as multi-target agents for complex diseases. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 29, 2042-2050 (2019).
  12. Pinter, T., Jana, S., Courtemanche, R. J. M., Hof, F. Recognition Properties of Carboxylic Acid Bioisosteres: Anion Binding by Tetrazoles, Aryl Sulfonamides, and Acyl Sulfonamides on a Calix[4]arene Scaffold. The Journal of Organic Chemistry. 76, 3733-3741 (2011).
  13. Ballatore, C., Huryn, D. M., Smith, A. B. III Carboxylic Acid (Bio)Isosteres in Drug Design. ChemMedChem. 8, 385-395 (2013).
  14. Lassalas, P., et al. Structure Property Relationships of Carboxylic Acid Isosteres. Journal of Medicinal Chemistry. 59, 3183-3203 (2016).
  15. Şanli, N., Şanli, S., Özkan, G., Denizlic, A. Determination of pKa values of some sulfonamides by LC and LC-PDA methods in acetonitrile-water binary mixtures. Journal of the Brazilian Chemical Society. 21, 1952-1960 (2010).
  16. Bahrami, K., Khodaei, M. M., Soheilizad, M. Direct Conversion of Thiols to Sulfonyl Chlorides and Sulfonamides. The Journal of Organic Chemistry. 74, 9287-9291 (2009).
  17. Veisi, H., Ghorbani-Vaghei, R., Hemmati, S., Mahmoodi, J. Convenient One-Pot Synthesis of Sulfonamides and Sulfonyl Azides from Thiols Using N-Chlorosuccinimide. Synlett. 16, 2315-2320 (2011).
  18. Rawner, T., Knorn, M., Lutsker, E., Hossain, A., Reiser, O. Synthesis of Trifluoromethylated Sultones from Alkenols Using a Copper Photoredox Catalyst. The Journal of Organic Chemistry. 81, 7139-7147 (2016).
  19. Bagal, D. B., et al. Trifluoromethylchlorosulfonylation of Alkenes:Evidence for an Inner-Sphere Mechanism by a Copper Phenanthroline Photoredox Catalyst. Angewandte Chemie International Edition. 54, 6999(2015).
  20. Yin, J., Buchwald, S. L. Palladium-Catalyzed Intermolecular Coupling of Aryl Halides and Amides. Organic Letters. 2, 1101-1104 (2000).
  21. Burton, G., Cao, P., Li, G., Rivero, R. Palladium-Catalyzed Intermolecular Coupling of Aryl Chlorides and Sulfonamides under Microwave Irradiation. Organic Letters. 5, 4373-4376 (2003).
  22. Shaabani, A., Soleimani, E., Rezayan, A. H. A novel approach for the synthesis of alkyl and aryl sulfonamides. Tetrahedron Letters. 48, 2185-2188 (2007).
  23. Baffoe, J., Hoe, M. Y., Touré, B. B. Copper-Mediated N-Heteroarylation of Primary Sulfonamides: Synthesis of Mono-N-heteroaryl Sulfonamides. Organic Letters. 12, 1532-1535 (2010).
  24. DeBergh, J. R., Niljianskul, N., Buchwald, S. L. Synthesis of Aryl Sulfonamides via Palladium-Catalyzed Chlorosulfonylation of Arylboronic Acids. Journal of the American Chemical Society. 135, 10638-10641 (2013).
  25. Yang, B., et al. Synthesis of N-arylsulfonamides through a Pd-catalyzed reduction coupling reaction of nitroarenes with sodium arylsulfinates. Organic & Biomolecular Chemistry. 16, 8150-8154 (2018).
  26. Chen, Y., Murray, P. R. D., Davies, A. T., Willis, M. C. Direct Copper-Catalyzed Three-Component Synthesis of Sulfonamides. Journal of the American Chemical Society. 140, 8781-8787 (2018).
  27. Kim, T., McCarver, S. J., Lee, C., MacMillan, D. W. C. Sulfonamidation of Aryl and Heteroaryl Halides through Photosensitized Nickel Catalysis. Angewandte Chemie International Edition. 57, 3488-3492 (2018).
  28. Chan, W. Y., Berthelette, C. A mild, efficient method for the synthesis of aromatic and aliphatic sulfonamides. Tetrahedron Letters. 43, 4537-4540 (2002).
  29. 1-Sulphonyl piperidine derivatives. , WO 2004/024698A1 (2004).
  30. Hydroxamic acid derivatives as metalloprotease inhibitors. , WO 2005/117882A2 (2005).
  31. C5-c6 oxacyclic-fused thiadiazine dioxide compounds as BACE inhibitors, compositions, and their use. , WO 2012/138734A1 (2012).
  32. Joyard, Y., Papamicaël, C., Bohn, P., Bischoff, L. Synthesis of Sulfonic Acid Derivatives by Oxidative Deprotection of Thiols Using tert-Butyl Hypochlorite. Organic Letters. 15, 2294-2297 (2013).
  33. Shavnya, A., Coffey, S. B., Hesp, K. D., Ross, S. C., Tsai, A. S. Reaction of Alkyl Halides with Rongalite: One-Pot and Telescoped Syntheses of Aliphatic Sulfonamides, Sulfonyl Fluorides, and Unsymmetrical Sulfones. Organic Letters. 18, 5848-5851 (2016).
  34. Wang, M., Fan, Q., Jiang, X. Metal-free construction of primary sulfonamides through three diverse salts. Green Chemistry. 20, 5469-5473 (2018).
  35. Wallentin, C. J., Nguyen, J. D., Finkbeiner, P., Stephenson, C. R. J. Visible Light-Mediated Atom Transfer Radical Addition via Oxidative and Reductive Quenching of Photocatalysts. Journal of the American Chemical Society. 134, 8875-8884 (2012).
  36. Jiang, H., Cheng, Y., Zhang, Y., Yu, S. Sulfonation and Trifluoromethylation of Enol Acetates with Sulfonyl Chlorides Using Visible-Light Photoredox Catalysis. European Journal of Organic Chemistry. 24, 5485-5492 (2013).
  37. Liu, X., Cong, T., Liu, P., Sun, P. Visible light-promoted synthesis of 4-(sulfonylmethyl)isoquinoline-1,3(2H,4H)-diones via a tandem radical cyclization and sulfonylation reaction. Organic & Biomolecular Chemistry. 14, 9416-9422 (2016).
  38. Pagire, S. K., Paria, S., Reiser, O. Synthesis of β-Hydroxysulfones from Sulfonyl Chlorides and Alkenes Utilizing Visible Light Photocatalytic Sequences. Organic Letters. 18, 2106-2109 (2016).
  39. Alkan-Zambada, M., Hu, X. Cu-Catalyzed Photoredox Chlorosulfonation of Alkenes and Alkynes. The Journal of Organic Chemistry. 84, 4525-4533 (2019).
  40. Luo, Q., Mao, R., Zhu, Y., Wang, Y. Photoredox-Catalyzed Generation of Sulfamyl Radicals: Sulfonamidation of Enol Silyl Ether with Chlorosulfonamide. The Journal of Organic Chemistry. 84, 13897-13907 (2019).
  41. Laudadio, G., et al. Sulfonamide Synthesis through Electrochemical Oxidative Coupling of Amines and Thiols. Journal of the American Chemical Society. 141, 5664-5668 (2019).
  42. Hell, S. M., et al. Silyl Radical-Mediated Activation of Sulfamoyl Chlorides Enables Direct Access to Aliphatic Sulfonamides from Alkenes. Journal of the American Chemical Society. 142, (2020).
  43. Ignat’ev, N., Kucherina, A., Sartori, P. Comparative Electrochemical Fluorination of Ethanesulfonyl Chloride and Fluoride. Acta Chemica Scandinavica. 53, 1110-1116 (1999).
  44. Chatgilialoglu, C., Griller, D., Rossini, S. Amino- and Alkoxysulfonyl Radicals. The Journal of Organic Chemistry. 54, 2734-2737 (1989).
  45. Hell, S. M., et al. Hydrosulfonylation of Alkenes with Sulfonyl Chlorides under Visible Light Activation. Angewandte Chemie International Edition. 59, 11620-11626 (2020).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

Y

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved