JoVE Logo
Authors
Contact Us

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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Enantiomerically מועשר bispiro [γ-ביוטרולקטון-pyrrolidin-4, 4'-pyrazolone] שלדים הם בצורה א-סימטרית מסונתז דרך תגובה 1, 3-dipolar cycloaddition organocatalytic פשוטה.

Abstract

פיגומים Bispirocyclic הם אחד subunits מבנית חשוב במוצרים טבעיים רבים כי התערוכה מגוונת ומושכת פעילויות ביולוגיות. לאחרונה פיתחנו אסטרטגיית organocatalytic יעיל, אשר מספקת גישה נתיישב למגוון של שלדים מועשר enantiomerically bispiro [γ-ביוטרולקטון-pyrrolidin-4, 4'-pyrazolone]. בנייר זה, נדגים פרוטוקול מפורט עבור סינתזה אסימטרית של סם דמוי bispirocyclic תרכובות עם שני מרכזים פחמן spirocyclic ויה לתגובה 1, 3-dipolar cycloaddition organocatyltic. Spirocyclization synthons α-imino וγ-lactones ו- alkylidene pyrazolones מוכנים קודם, אשר נחשפים אז לתגובה cycloaddition בנוכחות organocatalyst bifunctional squaramide כדי לממן את bispirocycles הרצוי של התשואות גבוהות, stereoselectivities מעולה. ביצועים גבוהים כיראלי כרומטוגרפיה נוזלית (HPLC) מתבצעת כדי לקבוע את טוהר המוצרים enantiomeric, הערך d.r. נבדק ע י תהודה מגנטית גרעינית פרוטון (1H NMR). התצורה המוחלטת של המוצר מוקצה על-פי ניתוח לחקר הגבישים רנטגן. אסטרטגיה סינתטי זו מאפשרת למדענים להכין מגוון של פיגומים bispirocyclic תפוקה גבוהה, diastereo מעולה - ואת enantioselectivities.

Introduction

Spirocyclic כיראלי תרכובות שנמצאו שכיחה במוצרים טבעיים, ליגנדים כיראלי ואת מתחמי אורגנומתכתית הופיעו כמטרות סינתטי אטרקטיבי בשל מורכבותו המבנית שלהם פעילות ביולוגית1,2, 3. באופן ספציפי, פיגומים bispirocyclic, מוצעים על-ידי שלוש טבעות עם שני spirocenters נוקשה, הם subunits מבנית במוצרים טבעיים רבים עם פעילות ביולוגית חשובה4,5. כתוצאה מכך, הקמת מתחמים עם stereocontrolled, bispirocyclic טהור שטיחות שלדים משך תשומת לב רבה במהלך העשורים האחרונים. מספר רב של תרכובות spirocyclic ונגזרותיהם צריך להיות מסונתז בהצלחה באמצעות גישות אורגנומתכתית ואת הגישות organocatalytic, לדוגמה, cycloadditions האסימטריים כגון cycloadditions dipolar-1, 3 ותגובת דילס-אלדר תגובות6,7,8. לעומת זאת, מולקולות אלה הן בעיקר מבנים monospirocyclic, בעוד bispirocyclic מבנים הם פחות דיווחו על ומוגבלים הקמת מבוסס אינדול bispirocycles.

על מנת לקבל תרכובות bispirocyclic מבנית מגוונות יותר, צדדיות של cycloaddition synthons להקמת מרכזי spirocyclic אסימטרי כבר בחנו9,10,11. במיוחד עם bifunctional squaramide organocatalysts, azomethine ylide12,13,14, כגון וγ α-imino-lactones ו- dipolarophiles, כגון alkylidene pyrazolones15,16 ,17, מסוגלות לעבור cycloaddition 1, 3-dipolar פשוט לבנות שלדים bispirocyclic עם stereocenters מרובות, שהופך אותם synthons את spirocyclization המושלם (איור 1). לאחר אופטימיזציה של המבנה של organocatalyst ו ממס התגובה, תהליך cycloaddition זה מעניק ביעילות המוצר הרצוי עם תפוקה גבוהה של enantio מעולה - ו diastereoselectivity. יתר על כן, התגובה הזו תערוכות סובלנות מבנית גבוהה יחסית על טווח רחב של cycloaddition synthons עם קבוצות פונקציונליות מגוונת18. שיטה חדשה זו מספקת גישה יעיל למגוון רחב של חומרים דמויי סמים functionalized מאוד עם שני רבעוני spirocenters ויה cycloaddition organocatalytic פשוטים, זוהר אורות על הבקשה, מבנה מונחה גיוון סינתזה של המעמד הזה מסקרן של תרכובות.

Protocol

אזהרה: נא עיין כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. כימיקלים, ממיסים השתמשו היו של ריאגנט כיתה, שימשו ללא טיהור נוסף. כל התגובות המערבים אוויר או לחות רגיש ריאגנטים intermediates בוצעו תחת אווירה ארגון.

1. הכנת מינים Pyrazolinone α-Arylidiene

  1. הכנת pyrazolones
    1. להוסיף 40 מ ל חומצה אצטית אל בקבוק עגול-התחתון 250 מ ל משורה בטמפרטורת החדר. מערבבים את הפתרון תוך הוספת הידרזין (שווה ערך 1, 1.58 מול/ליטר) ומתיל acetoacetate (שווה ערך 1, 1.58 מול/ליטר). לצייד את הבקבוק עם הקבל ריפלוקס.
      הערה: במכלול זה משמש כי ריכוז נמוך יותר של מוביל קצב התגובה איטית יותר.
    2. מחממים את הבקבוקון התגובה עד 120 ° C באמבט שמן תוך כדי ערבוב במשך 3 שעות. לאחר קירור את הבקבוקון התגובה עד טמפרטורת הסביבה להסיר וההדים מגנטי בר, באמצעות רטריבר בר מערבבים. לרכז את תערובת התגובה, באמצעות המאדה ב 60 מעלות צלזיוס. הימנע לשפוך את תערובת התגובה בגלל לחץ שלילי.
    3. להוסיף 20 מיליליטר מים יונים הבקבוקון התגובה, להעביר את הפתרון משפך. לחלץ את השכבה המימית 3 x עם אתיל אצטט (30 מ ל). לשלב את שכבות אורגניים בתוך משפך מפריד ולשטוף אותם 2 x עם מי מלח (50 מ"ל).
    4. יבש הרבדים אורגני משולב מעל נטול מים נתרן גופרתי לשעה, ואז, להסיר את נתרן גופרתי על-ידי סינון הכבידה.
    5. להסיר את הממס על המאדה לחץ מופחת וכן ב 35 ° C.
    6. לאחר הסרת כל הממס, חלות המין pyrazolone בעת ביצוע סעיף 4.
  2. הכנת Α-Arylidiene Pyrazolinones
    1. בוזקים את הבקבוק העגול-התחתון מיובש בתנור 100 מ ל תחת האווירה2 N pyrazolone (שווה ערך 1, 0.49 מול/ליטר), benzaldehyde (שווה ערך 1, 0.49 מול/ליטר), תחמוצת מגנזיום (0.5 g, 0.6 המקביל), ובר מערבבים מגנטי.
    2. להוסיף הבקבוקון התגובה, באמצעות מזרק של אטום, נטול מים acetonitrile (40 מ ל), ואז, לצייד את הבקבוק עם הקבל ריפלוקס. מחממים את הבקבוקון התגובה עד 120 ° C באמבט שמן תוך כדי ערבוב במשך 12 שעות.
    3. מעקב אחר התקדמות התגובה על ידי שכבה דקה כרומטוגרפיה (TLC), באמצעות נפט אתר: אתיל אצטט (2:1 [וי/v], השמירה מקדם Rf = 0.86 ולגובה) כמו eluent.
    4. לאחר אכילת pyrazolone מלאה, מגניב את הבקבוקון התגובה עד לטמפרטורת החדר. לסנן את תחמוצת מגנזיום דרך שקע Celite.
    5. להסיר את עודף acetonitrile באמצעות המאדה תחת לחץ מופחת ו- 35 ° C. לטהר את השאריות על ידי טור כרומטוגרפיה-סיליקה ג'ל eluting עם נפט אתר: אתיל אצטט (10:1 ל 8:1 [וי/v]) כדי לספק את המוצר הגולמי.
    6. הוספת המוצר גסה לתוך 100 מ ל Erlenmeyer את הבקבוק מצויד עם פס מגנטי stir, ולאחר מכן, להוסיף נפח מינימלי של 95% אתנול. הניחו את הבקבוק על פלטה חמה ולהביא אותו לרתיחה עדינה עד המוצק כולו פשוט התפרקה. לקחת את הבקבוק הכיריים, לצנן את זה לאט לאט בלי שום עצבנות.
      הערה: כאשר התערובת הוא מקורר לטמפרטורת החדר, pyrazolinone המקביל α-arylidiene נוצר כגבשושיות טהור.

2. סינתזה של זן וγ α-imino-lactones

  1. בוזקים את הבקבוק העגול-התחתון מיובש בתנור 100 מ ל תחת האווירה2 N מנות α-אמינו-γ-ביוטרולקטון (שווה ערך 1, 0.41 מול/ליטר), מגנזיום גופרתי (שווה ערך 1, 0.41 מול/ליטר), triethylamine (שווה ערך 1, 0.41 מול/ליטר), ובר מערבבים מגנטי.
  2. להוסיף מ 36 ל דיכלורומתאן נטול מים הבקבוקון התגובה, באמצעות מזרק של אטום. מערבבים את התגובה התערובת בטמפרטורת החדר במשך ה 1 הוסף המקביל thiophene-2-carbaldehyde (שווה ערך 1.1, 0.45 מול/ליטר) הפתרון ומערבבים במשך עוד 12 שעות.
  3. מעקב אחר התקדמות התגובה TLC, באמצעות נפט אתר: אתיל אצטט (4:1 [וי/v]) כמו eluent עד מלאה צריכת המין לקטון אירעה, ולאחר מכן, לסנן את התערובת התגובה, באמצעות נייר סינון עם גודל הנקבוביות של 30−50 μm.
  4. הוסף 5 מ ל מים יונים התערובת המתקבלת ולהפריד את השכבה אורגני מהשלב מימית. תמצית מימית שלב 2 x עם דיכלורומתאן (30 מ ל). לשלב את שכבות אורגניים בתוך משפך מפריד ולשטוף אותם 2 x עם מי מלח (50 מ"ל).
  5. יבש את השכבות אורגני משולב מעל נטול מים נתרן גופרתי עבור 1 h ולאחר מכן, הסר את נתרן גופרתי על ידי כוח המשיכה סינון. להסיר את הממס על המאדה לחץ מופחת וכן ב 35 ° C.
  6. לאחר הסרת כל הממס, חלות המין γ α-Imino-lactones בעת ביצוע סעיף 4.

3. סינתזה של זרז bifunctional squaramide C519

הערה: לסינתזה של organocatalysts 5C, ראה איור 2.

  1. הכנת 3-((3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)amino)-4-methoxycyclobut-3-ene-1,2-dione (מתחם 1)
    1. בוזקים את הבקבוק העגול-התחתון מיובש בתנור 100 מ ל תחת האווירה2 N 3,4-dimethoxycyclobut-3-ene-1,2-dione (שווה ערך 1, 0.63 מול/ליטר), אנילין 3.5-bis (trifluoromethyl) (המקבילה 1.1, 0.69 מול/ליטר), 20 מ של מתנול, ובר מערבבים מגנטי.
    2. מערבבים את התערובת בטמפרטורת החדר במשך 48 שעות. היווצרות של התמיסה צהוב הוא אינדיקציה כי התגובה מתרחש.
    3. מסנן הפתרון התגובה דרך משפך מצויד עם נייר סינון, לשטוף המוצר מוצק 3 x עם מתנול (15 מ ל). יבש המוצק צהוב, vacuo בין לילה כדי לקנות את המוצרים הסופיים כמו מוצק צהוב.
  2. סינתזה של זרז C5
    1. להוסיף 3-((3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)amino)-4-methoxycyclobut-3-ene-1,2-dione (שווה ערך 1; 1 מתחם, 0.2 מול/ליטר) ו- (S)-(6-methoxyquinolin-4-yl)((1S,2R,4S,5R)-5-vinylquinuclidin-2-yl)methanamine (שווה ערך 2; 1 מתחם, 0.2 מול/ליטר) ובר מגנטי מערבבים לתוך בקבוקון סיבוב המדרגה 25 מ ל תחת האווירה2 N.
    2. הוסף נטול מים דיכלורומתאן (5 מ"ל), באמצעות מזרק של אטום. מערבבים את התערובת בטמפרטורת החדר במשך 48 שעות.
    3. מעקב אחר התקדמות התגובה על ידי TLC, באמצעות dichloromethane:methanol (10:1 [וי/v], Rf = 0.49) כמו eluent. לאחר השלמת התגובה, לרכז את תערובת התגובה, באמצעות המאדה ב- 40 מעלות צלזיוס.
    4. לטהר את השאריות על ידי טור כרומטוגרפיה-סיליקה ג'ל eluting עם dichloromethane:methanol (20:1 [וי/v]) כדי לספק את המוצר הרצוי.

4. אסימטרית סינתזה של תרכובות bispirocyclic

  1. יבש בקבוקון סיבוב למטה תגובה 50 מ ל המכילה בר מערבבים מגנטי. להסיר את הבקבוקון מהתנור, לצנן את זה לטמפרטורת החדר על ידי נושף עליה עם גז אינרטי לפני השימוש.
  2. להוסיף הבקבוק העגול-התחתון 50 מ ל תחת האווירה2 N pyrazolinone α-arylidiene (1 mmol, שווה ערך 1, 0.1 מול/ליטר) וγ α-imino-lactones (1.2 mmol, 1.2 שוות-ערך, 0.12 מול/ליטר).
  3. הוסף סם אתיל נטול מים (10 מ"ל) הבקבוקון התגובה, באמצעות מזרק של אטום. לאחר מכן, להוסיף את organocatalyst המתאים (המקבילה 0.1, 0.01 מול/ליטר) הפתרון ומערבבים את תערובת התגובה ב- 40 מעלות צלזיוס.
  4. מעקב אחר התקדמות התגובה על ידי TLC, באמצעות נפט אתר: אתיל אצטט (4:1 [וי/v], Rf = 0.51) כמו eluent.
    הערה: המקומות של חומרים ומוצרים המוצא היו visualized באמצעות מנורת ידניים 254 ננומטר UV.
  5. עם השלמת התגובה, לרכז את תערובת התגובה, באמצעות המאדה ב- 40 מעלות צלזיוס.
  6. לטהר את השאריות על ידי טור כרומטוגרפיה-סיליקה ג'ל eluting עם נפט אתר: אתיל אצטט (4:1 [וי/v]) כדי לספק את המוצר הסופי.
  7. לאפיין את המוצר הסופי על ידי 1H וספקטרום C NMR 13, באמצעות ספקטרומטר NMR של 400 מגה-הרץ. לקבוע את הערכים ee של המוצר, באמצעות עמודה כיראלי.

תוצאות

קשר מימן שונים התורמים organocatalysts bifunctional נבחנו בנוכחות organocatalysts ב דיכלורומתאן (DCM) 25 ° c (טבלה 1). התהליך סינתטי נציג של organocatalysts מוצג באיור1. הקרנת הסרט שונה organocatalysts (טבלה 1, ערכים 1-6) גרמו C5 עם סטריאוסלקטיביות מעולה (94% ee, > היפיפייה 20:1, כניסה 5), א...

Discussion

הכנת bispiro [γ-ביוטרולקטון-pyrrolidin-4, 4'-pyrazolone] שלדים מוצלחת תלויה במספר גורמים.

השלב מפתח של תהליך cycloaddition אסימטרי בשלב אחד הוא הפעלת synergistical של α-arylidiene pyrazolinone 1a , אסתר imino מחזורית 2a מאת הזרז bifunctional squaramide. זה מושגת על ידי היווצרות של קשרי מימן מרובים הבין-מולקולרי ב...

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgements

המחברים מעריך מאוד את התמיכה הכלכלית מסין נבחרת מדעי הטבע קרן של (מספר 21708051 כדי X.C.).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Acetonitrile, anhydrous, 99.9%Innochem (China)A0080
α-amino-γ-butyrolactone hydrobromide, 98%Alfa AesarB23148
3,5-bis(trifluoromethyl)aniline, 98+%Adamas48611B
Dichloromethane, 99.5%Greagent G81014H
3,4-dimethoxycyclobut-3-ene-1,2-dione, 98+%Leyan (China)1062550
Ethanol, 99.5%Greagent G73537B
Ethyl acetate, 99.5%Greagent G23272L
Ethyl ether,anhydrous,99.5%GreagentG69159B
Ethyl 3-oxobutanoate, 98%TCIA0649
4-fluorobenzaldehyde, 98%Innochem (China)A24295
 Glacial acetic acid, 99.5%Greagent G73562B
Magnesium oxide, 99+%Alfa Aesar44733
Magnesium sulfate, 98%GreagentG80872C
Methanol, 99.5%GreagentG75851A
Petroleum etherGreagent G84208D
Phenylhydrazine, 98%Innochem (China)A57671
(S)-(6-methoxyquinolin-4-yl)((1S,2R,4S,5R)-5-vinylquinuclidin-2-yl)methanamineDAICEL Group111240
Sodium sulfate,anhydrous,99%GreagentG82667A
Thiophene-2-carbaldehyde, 98%J & K scientific (China)124605
Triethylamine, 99%J & k scientific (China)432915

References

  1. Rios, R. Enantioselective methodologies for the synthesis of spiro compounds. Chemical Society Reviews. 41 (3), 1060-1074 (2012).
  2. Khan, R. K., et al. Synthesis, isolation, characterization, and reactivity of high-energy stereogenic-at-Ru carbenes: stereochemical inversion through olefin metathesis and other pathways. Journal of the American Chemical Society. 134 (30), 12438-12441 (2012).
  3. Wang, X., Han, Z., Wang, Z., Ding, K. Catalytic asymmetric synthesis of aromatic spiroketals by spinphox/iridium(I)-catalyzed hydrogenation and spiroketalization of alpha,alpha'-bis(2-hydroxyarylidene) ketones. Angewandte Chemie International Edition. 51 (4), 936-940 (2012).
  4. Kim, N., Sohn, M. J., Koshino, H., Kim, E. H., Kim, W. G. Verrulactone C with an unprecedented dispiro skeleton, a new inhibitor of Staphylococcus aureus enoyl-ACP reductase, from Penicillium verruculosum F375. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 24 (1), 83-86 (2014).
  5. Mulholland, D. A., Schwikkard, S. L., Crouch, N. R. The chemistry and biological activity of the Hyacinthaceae. Natural Product Reports. 30 (9), 1165-1210 (2013).
  6. Tan, B., Hernandez-Torres, G., Barbas, C. F. Highly efficient hydrogen-bonding catalysis of the Diels-Alder reaction of 3-vinylindoles and methyleneindolinones provides carbazolespirooxindole skeletons. Journal of the American Chemical Society. 133 (32), 12354-12357 (2011).
  7. Cayuelas, A., et al. Enantioselective Synthesis of Polysubstituted Spiro-nitroprolinates Mediated by a (R,R)-Me-DuPhos.AgF-Catalyzed 1,3-Dipolar Cycloaddition. Organic Letters. 18 (12), 2926-2929 (2016).
  8. Lacharity, J. J., et al. Total Synthesis of Unsymmetrically Oxidized Nuphar Thioalkaloids via Copper-Catalyzed Thiolane Assembly. Journal of the American Chemical Society. 139 (38), 13272-13275 (2017).
  9. Liu, K., Teng, H. L., Yao, L., Tao, H. Y., Wang, C. J. Silver-catalyzed enantioselective desymmetrization: facile access to spirolactone-pyrrolidines containing a spiro quaternary stereogenic center. Organic Letters. 15 (9), 2250-2253 (2013).
  10. Zhu, G., et al. Asymmetric [3 + 2] Cycloaddition of 3-Amino Oxindole-Based Azomethine Ylides and alpha,beta-Enones with Divergent Diastereocontrol on the Spiro[pyrrolidine-oxindoles]. Organic Letters. 19 (7), 1862-1865 (2017).
  11. Sun, W., et al. Organocatalytic diastereo- and enantioselective 1,3-dipolar cycloaddition of azlactones and methyleneindolinones. Angewandte Chemie International Edition. 52 (33), 8633-8637 (2013).
  12. Grigg, R., Kilner, C., Sarker, M. A. B., Orgaz de la Cierva, C., Dondas, H. A. X=Y–ZH compounds as potential 1,3-dipoles. Part 64: Synthesis of highly substituted conformationally restricted and spiro nitropyrrolidines via Ag(I) catalysed azomethine ylide cycloadditions. Tetrahedron. 64 (37), 8974-8991 (2008).
  13. Liu, T. L., He, Z. L., Tao, H. Y., Wang, C. J. Stereoselective construction of spiro(butyrolactonepyrrolidines) by highly efficient copper(I)/TF-BiphamPhos-catalyzed asymmetric 1,3-dipolar cycloaddition. Chemistry. 18 (26), 8042-8046 (2012).
  14. Wang, L., Shi, X. M., Dong, W. P., Zhu, L. P., Wang, R. Efficient construction of highly functionalized spiro[gamma-butyrolactone-pyrrolidin-3,3'-oxindole] tricyclic skeletons via an organocatalytic 1,3-dipolar cycloaddition. Chemical Communications. 49 (33), 3458-3460 (2013).
  15. Yetra, S. R., Mondal, S., Mukherjee, S., Gonnade, R. G., Biju, A. T. Enantioselective Synthesis of Spirocyclohexadienones by NHC-Catalyzed Formal [3+3] Annulation Reaction of Enals. Angewandte Chemie International Edition. 55 (1), 268-272 (2016).
  16. Liu, J. Y., Zhao, J., Zhang, J. L., Xu, P. F. Quaternary Carbon Center Forming Formal [3 + 3] Cycloaddition Reaction via Bifunctional Catalysis: Asymmetric Synthesis of Spirocyclohexene Pyrazolones. Organic Letters. 19 (7), 1846-1849 (2017).
  17. Mondal, S., Mukherjee, S., Yetra, S. R., Gonnade, R. G., Biju, A. T. Organocatalytic Enantioselective Vinylogous Michael-Aldol Cascade for the Synthesis of Spirocyclic Compounds. Organic Letters. 19 (16), 4367-4370 (2017).
  18. Chen, N., et al. Asymmetric Synthesis of Bispiro[γ-butyrolactone-pyrrolidin-4,4'-pyrazolone] Scaffolds Containing Two Quaternary Spirocenters via an Organocatalytic 1,3-Dipolar Cycloaddition. European Journal of Organic Chemistry. 2018 (23), 2939-2943 (2018).
  19. Yang, W., Du, D. M. Highly enantioselective Michael addition of nitroalkanes to chalcones using chiral squaramides as hydrogen bonding organocatalysts. Organic Letters. 12 (23), 5450-5453 (2010).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

144organocatalysisbispirocycliccycloadditionlactonespyrazolones

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved