JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Enantiyomerik zenginleştirilmiş bispiro [γ-butirolakton-pyrrolidin-4, 4'-pyrazolone] iskeletler asimetrik olarak basit organocatalytic 1,3-dipolar cycloaddition tepki ile sentezlenmiş.

Özet

Bispirocyclic iskele bir farklı ve çekici biyolojik etkinlikler sergi birçok doğal ürünlerde önemli yapısal alt birimleri vardır. Son zamanlarda, enantiyomerik zenginleştirilmiş bispiro [γ-butirolakton-pyrrolidin-4, 4'-pyrazolone] iskeletler çeşitli facile erişim sağlar verimli organocatalytic strateji geliştirdik. Bu yazıda, uyuşturucu gibi bispirocyclic bileşikler ile iki spirocyclic karbon merkezi bir organocatyltic 1,3-dipolar cycloaddition reaksiyon ile asimetrik sentez için detaylı bir protokol göstermektedir. Spirocyclization synthons α-imino γ-lactones ve alkylidene Pirazolonlar hazırlanmış ilk olarak, hangi o zaman bir cycloaddition tepki bifonksiyonel squaramide organocatalyst huzurunda tabi yüksek verimleri istenen bispirocycles göze ve mükemmel stereoselectivities. Kiral yüksek performanslı sıvı kromatografi (HPLC) enantiomeric saflık ürünleri belirlemek için yapıldığını ve Dr değer proton nükleer manyetik rezonans (1H NMR) tarafından incelenir. Ürünün mutlak yapılandırma bir x-ışını crystallographic analizine göre atanır. Bu sentetik strateji bispirocyclic iskele yüksek verim ve mükemmel diastereo - ve enantioselectivities bir çeşitlilik hazırlamak bilim adamları sağlar.

Giriş

Kiral spirocyclic bileşikleri doğal ürünler, kiral ligandlar yaygın bulmuş ve organometalik kompleksleri yapısal karmaşıklık ve biyolojik etkinlik1,2nedeniyle çekici sentetik hedefi olarak ortaya çıkmıştır. 3. Özellikle, bispirocyclic iskele, iki katı spirocenters ile üç yüzük tarafından özellikli önemli biyolojik etkinlikler4,5ile birçok doğal ürünlerde yapısal alt birimleri vardır. Sonuç olarak, inşaat stereocontrolled, optik saf bispirocyclic iskeletler ile bileşiklerin son birkaç on yıl boyunca büyük ilgi çekmiş olmalı. Spirocyclic bileşikleri, çok sayıda ve onların türevleri ile organometalik yaklaşımlar başarıyla sentez ve organocatalytic, örneğin, asimetrik cycloadditions 1,3-dipolar cycloadditions ve Diels-Alder gibi yaklaşımlar Tepkiler6,7,8. Ancak, bu moleküller çoğunlukla monospirocyclic yapıları, iken bispirocyclic daha az bildirdi ve indol tabanlı bispirocycles İnşaat için sınırlı yapılardır.

Daha fazla yapısal olarak farklı bispirocyclic bileşikler elde etmek için cycloaddition synthons spirocyclic merkezleri asimetrik inşası için çok yönlülük keşfedilmeyi9,10,11oldu. Özellikle bifonksiyonel squaramide organocatalysts ile azomethine ylide12,13,14, α-imino γ-lactones ve dipolarophiles, alkylidene Pirazolonlar15,16 gibi gibi ,17, yapım onları mükemmel spirocyclization synthons (Şekil 1) birden çok stereocenters ile bispirocyclic iskelet oluşturmak için basit bir 1,3-dipolar cycloaddition geçmesi mümkün olan. Sonra organocatalyst ve tepki solvent, bu cycloaddition işlem yapısı optimizasyonu verimli bir şekilde istenen ürün yüksek verim ve mükemmel enantio - ve diastereoselectivity ile tanıyor. Ayrıca, bu reaksiyon cycloaddition synthons farklı fonksiyonel gruplar18ile geniş bir kapsamı üzerinde nispeten yüksek yapısal tolerans sergiler. Bu yeni yöntem son derece functionalized uyuşturucu benzeri bileşikler çeşitlilik yönelik yapısal kendi uygulamasında ışıkları parlayan bir basit organocatalytic cycloaddition üzerinden iki Kuvaterner spirocenters ile çeşitli verimli bir erişim sağlar Bu ilgi çekici sınıf bileşiklerin sentezi.

Protokol

Dikkat: Lütfen ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce danışın. Kimyasal madde ve kullanılan çözücüler reaktif nitelikte olduğunu ve daha fazla arıtma kullanılmıştır. Bütün tepkiler hava veya nem duyarlı reaktifler veya ara ürün içeren bir argon atmosfer altında yapıldı.

1. α-Arylidiene Pyrazolinone türler hazırlanması

  1. Hazırlanması Pirazolonlar
    1. Buzul asetik asitin 40 mL 250 mL yuvarlak alt şişesi için oda sıcaklığında mezun silindir ekleyin. Çözüm hidrazin (1 eşdeğeri, 1.58 mol/L) ve metil phyiscally (1 eşdeğeri, 1.58 mol/L) süre ekleyerek karıştırın. Şişeye reflü kondansatör ile donatmak.
      Not: bir daha yavaş reaksiyon oranı düşük yoğunluklu yol açar çünkü bu konsantrasyon kullanılır.
    2. Reaksiyon şişesi 3 h için karıştırma sırasında bir yağ banyosunda 120 ° c ısı. Ortam sıcaklığı aşağı tepki şişeye soğutma sonra bar, bir heyecan bar retriever kullanarak manyetik heyecan kaldırın. 60 ° C'de döner buharlaştırıcı kullanarak tepki karışımı konsantre Negatif basınç nedeniyle tepki karışım dökülüp kaçının.
    3. Reaksiyon şişesi 20 mL deiyonize su ekleyin ve çözüm HCI'yi bir huni aktarın. Sulu katman 3 ayıklamak x etil asetat (30 mL) ile. HCI'yi huni organik katmanları birleştirmek ve onları yıkamak 2 x ile tuzlu su (50 mL).
    4. Susuz sodyum sülfat 1 h için üzerinde kombine organik katmanları kuru ve sodyum sülfat yerçekimi filtrasyon tarafından kaldırın.
    5. Düşük basınçta ve 35 ° C'de rotary Evaporatör üzerinde çözücü kaldırmak
    6. Tüm çözücü kaldırdıktan sonra pyrazolone tür Bölüm 4 işlemi sırasında uygulanır.
  2. Hazırlanması α-Arylidiene Pyrazolinones
    1. Pyrazolone (1 eşdeğeri, 0,49 mol/L), benzaldehyde (1 eşdeğeri, 0,49 mol/L), magnezyum oksit (0.5 g, 0,6 eşdeğer) ve manyetik heyecan bar N2 atmosfer altında bir fırın kurutulmuş 100 mL yuvarlak alt şişesi içine ekleyin.
    2. Hava geçirmez bir Ģırınga kullanarak tepki şişesi için susuz Asetonitril (40 mL) ekleyin ve sonra şişeye reflü kondansatör ile donatmak. Reaksiyon şişesi 12 h için karıştırma sırasında bir yağ banyosunda 120 ° c ısı.
    3. Petrol eter: etil asetat kullanarak ince tabaka Kromatografi (TLC), ile tepki ilerlemesini izlemek (2:1 [v/v], koruma faktörü Rf = 0.86) bir eluent olarak.
    4. Pyrazolone tam tüketimi sonra reaksiyon balonun aşağı oda sıcaklığına serin. Kapalı bir CELITE fiş aracılığıyla magnezyum oksit filtre.
    5. Aşırı Asetonitril düşük basınç altında ve 35 ° C'de döner buharlaştırıcı kullanarak kaldırma Kalıntı Silis jeli ile petrol eter: etil asetat (10:8:1 [v/v] 1) ham ürün sağlamak için eluting üzerinde sütun Kromatografi tarafından arındırmak.
    6. 100 mL Erlenmeyer olan manyetik heyecan çubuk donatılmış şişesi içine ham ürün ekleyin ve sonra en küçük birim % 95 etanol ekleyin. Şişeye sıcak bir tabağa yerleştirin ve tüm katı sadece eriyene kadar nazik bir raddeye getirmek. Şişeye sıcak plaka kapalı almak ve yavaş yavaş herhangi bir ajitasyon sakin ol.
      Not: oda sıcaklığına karışımı soğuyunca karşılık gelen α-arylidiene pyrazolinone saf kristalleri oluşur.

2. α-imino γ-lactones tür sentezi

  1. α-amino-γ-butirolakton hydrobromide (1 eşdeğeri, 0,41 mol/L), magnezyum sülfat (1 eşdeğeri, 0,41 mol/L), trietilamin (1 eşdeğeri, 0,41 mol/L) ve manyetik heyecan bar N2 atmosfer altında bir fırın kurutulmuş 100 mL yuvarlak alt şişesi içine ekleyin.
  2. Susuz diklorometan 36 mL hava geçirmez bir Ģırınga kullanarak tepki şişesi için ekleyin. Reaksiyon karışımı 1 h. Ekle ilgili tiyofen-2-carbaldehyde için oda sıcaklığında (1.1 eşdeğer, 0,45 mol/L) çözüm için ilave edin ve başka bir 12 h için ilave edin.
  3. TLC, lactone türlerin tam tüketimi oluştu kadar petrol eter: etil asetat (4:1 [v/v]) bir eluent kullanarak ve sonra filtre filtre kağıdı 30−50 mikron ile bir gözenek boyutu kullanarak tepki karışımı kapalı ile tepki ilerlemesini izlemek.
  4. 5 mL deiyonize su elde edilen karışıma ekleyin ve sulu faz organik katman ayrı. Sulu faz 2 ayıklamak x diklorometan (30 mL) ile. HCI'yi huni organik katmanları birleştirmek ve onları yıkamak 2 x ile tuzlu su (50 mL).
  5. Susuz sodyum sülfat 1 h için üzerinde kombine organik katmanları kuru ve sodyum sülfat yerçekimi filtrasyon tarafından kaldırın. Düşük basınçta ve 35 ° C'de rotary Evaporatör üzerinde çözücü kaldırmak
  6. Tüm çözücü kaldırdıktan sonra α-Imino γ-lactones tür Bölüm 4 işlemi sırasında uygulanır.

3. bifonksiyonel squaramide katalizör C519 sentezi

Not: organocatalysts 5 C sentezi için Şekil 2bakın.

  1. 3-((3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)amino)-4-methoxycyclobut-3-ene-1,2-dione (bileşik 1) hazırlanması
    1. 3,4-dimethoxycyclobut-3-ene-1,2-Dione (1 eşdeğeri, 0.63 mol/L), 3,5-bis (trifluoromethyl) anilin (1.1 eşdeğer, 0.69 mol/L), 20 mL metanol ve manyetik heyecan bar N2 atmosfer altında bir fırın kurutulmuş 100 mL yuvarlak alt şişesi içine ekleyin.
    2. 48 h için oda sıcaklığında karışımı ilave edin. Sarı çökelti oluşumunu reaksiyon yer alıyor bir göstergesidir.
    3. Filtre huni tepki çözüm filtre kağıdı ve yıkama katı ürün ile 3 x metanol (15 mL) ile donatılmıştır. Sarı katı olarak vacuo son ürünler kadar sarı sağlam göze gecede kuru.
  2. Katalizör C5 sentezi
    1. 3-((3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)amino)-4-methoxycyclobut-3-ene-1,2-Dione (bileşik 1; 1 eşdeğeri, 0.2 mol/L) ve (S)-(6-methoxyquinolin-4-yl)((1S,2R,4S,5R)-5-vinylquinuclidin-2-yl)methanamine (bileşik 2; 1 eşdeğeri, 0.2 mol/L) Ekle ve bir 25 mL yuvarlak alt şişesi N2 atmosfer altında manyetik heyecan bara.
    2. Susuz diklorometan (5 mL), hava geçirmez bir Ģırınga kullanarak ekleyin. 48 h için oda sıcaklığında karışımı ilave edin.
    3. TLC, dichloromethane:methanol kullanarak ile tepki ilerlemesini izlemek (10:1 [v/v], Rf 0.49 =) bir eluent olarak. Reaksiyon tamamlandıktan sonra 40 ° C'de döner buharlaştırıcı kullanarak tepki karışımı konsantre
    4. Kalıntı Silis jeli ile dichloromethane:methanol (20:1 [v/v])-istenen ürün sağlamak için eluting üzerinde sütun Kromatografi tarafından arındırmak.

4. asimetrik sentez bispirocyclic bileşikler

  1. Manyetik heyecan çubuğunu içeren bir 50 mL yuvarlak alt tepki şişesi kuru. Şişeye Fırından çıkarın ve oda sıcaklığında üzerinde kullanmadan önce inert gaz ile esen serin.
  2. α-arylidiene pyrazolinone (1 mmol, 1 eşdeğeri, 0,1 mol/L) ve α-imino γ-lactones (1.2 mmol, 1.2 eşdeğer, 0,12 mol/L) 50 mL yuvarlak alt şişeye N2 atmosfer altında ekleyin.
  3. Susuz etil eter (10 mL) hava geçirmez bir Ģırınga kullanarak tepki şişesi için ekleyin. Daha sonra karşılık gelen organocatalyst (0.1 eşdeğer, 0.01 mol/L) ekleyin ve 40 ° C'de tepki karışımı ilave edin
  4. TLC, petrol eter: etil asetat kullanarak ile tepki ilerlemesini izlemek (4:1 [v/v], Rf = 0,51) bir eluent olarak.
    Not: Noktalar başlangıç malzeme ve ürünleri el 254 nm UV lamba kullanarak görüntülenir.
  5. Reaksiyon tamamlandıktan sonra 40 ° C'de döner buharlaştırıcı kullanarak tepki karışımı konsantre
  6. Kalıntı Silis jeli nihai ürün sağlamak için petrol eter: etil asetat ile (4:1 [v/v]) eluting tarih sütun Kromatografi tarafından arındırmak.
  7. Nihai ürün 1H ve 13C NMR spectra, 400 MHz NMR spektrometresi kullanılarak tarafından karakterize. Kiral bir sütun kullanarak ürün, ee değerlerini belirler.

Sonuçlar

Çeşitli hidrojen bağı donör bifonksiyonel organocatalysts organocatalysts diklorometan (DCM) 25 ° c (Tablo 1) huzurunda incelenmiş. Organocatalysts temsilcisi sentetik sürecinin Şekil 1' de gösterilen. Farklı organocatalysts (Tablo 1, girişler 1-6) testi ile taranması ile mükemmel stereoselectivity C5 içinde sonuçlandı (% 94'ü ee, > 20:1 Dr, giriş 5) ve en iyi verimi (% 85 verim). Çözücüler (Tab...

Tartışmalar

Bispiro [γ-butirolakton-pyrrolidin-4, 4'-pyrazolone] iskeletler başarılı hazırlanması bir dizi faktöre bağlıdır.

Anahtar bu tek adımlı asimetrik cycloaddition işlem synergistical harekete geçirmek α-arylidiene pyrazolinone 1a ve çevrimsel imino ester 2a bifonksiyonel squaramide katalizör tarafından adımdır. Hidrojen bağı donör olarak katalizör ve iki reaksiyon yüzeylerde arasında birden çok cins hidrojen bağı oluşumu elde edilir. ...

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Yazarlar büyük ölçüde ulusal doğal Bilim Vakfı, Çin'den (No. 21708051 X.C. için) finansal destek için teşekkür ederiz.

Malzemeler

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

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

Kimyasay 144asimetrik sentezorganocatalysisbispirocyclic bile iklericycloadditionlactonesPirazolonlar

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır