Name: cercosporin-photocatalyzed [4+1]- and [4+2]-annulations of azoalkenes under mild conditions
Uploaded: 2020-07-17T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- and [4+2]-Annulations of Azoalkenes Under Mild Conditions at JoVE.com

Vi takker for Det Nationale Centrale F&U-program i Kina (2018YFA0901700), Natural Science Foundation of Jiangsu Province (Grants No. BK20160167), Thousand Talents Plan (Young Professionals), Fundamental Research Funds for the Central Universities (JUSRP51712B), National First-class Discipline Program of Light Industry Technology and Engineering (LITE2018-14) og Postdoctoral Foundation i Jiangsu-provinsen (2018K153C) for støttestøtte.

BEMÆRK: α-Halo-N-acyl-hydrazones blev fremstillet efter en offentliggjort procedure60. Alle opløsningsmidler og andre kemiske reagenser blev fremstillet fra kommercielle kilder uden yderligere rensning. Vi beskrev først syntesen af α-Halo- N-acyl-hydrazones og biosyntesen af cercosporin som en metalfri fotokatalysator.N Dernæst illustrerede vi protokollerne for cercosporin-fotokatalyserede reaktioner for syntesen af 1,2,3-thiadiazoleer og 1,4,5,6-tetrahydr...

Nitrogenholdige heterocycles er vigtige motiver for mange nye lægemidler og blev traditionelt syntetiseret gennem termiske cycloaddition reaktioner. På grund af stor interesse, en ny fotokatalytisk metode til syntese af disse forbindelser er meget ønsket. For at drage fordel af cercosporins fremragende fotoensibiliseringsegenskaber anvendte vi cercosporin som en metalfri fotokatalysator i to kategorier af annulationsreaktioner til at syntetisere nitrogenholdige heterocycles.
For det første...

Kvælstofholdige heterocykler har tiltrukket sig stor opmærksomhed, da de ikke kun er vigtige skeletter for en bred vifte af naturlige produkter med bioaktiviteter, men også de syntetiske prækursorer for agrokemikalier og lægemiddelmolekyler1,2. Blandt de forskellige N-heterocycles er 1,2,3-thiadiazoler3,,4 og 1,4,5,6-tetrahydropyridazines5,6 de vigtigste molekyler, der anvendes som alsidige mellemprodukter i den syntetiske kemi (Figur 1). N Siden ændringen af deres funktionelle grupper altid fremkalder særlige farmakologiske aktiviteter , er der gjort en stor indsats for at udvikle effektive strategier for syntese af kvælstofholdige heterocycles , og de blev for det meste syntetiseret gennem termiske cycloaddition reaktioner7,8,9,10. For at opfylde kravene til bæredygtig udvikling og grøn kemi har fotokatalyse i dag udøvet stor betydning og fordele11,12,13,14, som omfatter effektivitet15,16,17,18,19 og undgåelse af støkiometriske reagenser til aktivering20,21. De kraftfulde og alsidige mellemprodukter med fire enheder, azoalkener (1,2-diaza-1,3-dienes)22,23,24,25,26,27,28,29, har været anvendt som prækursorer i metalbaserede Ru(bpy)3Cl2-fotokatalyseredereaktioner med høj effektivitet til chloration af halogenohydrzin og ketocarbonyl30. Desuden blev det også brugt i det metalfrie Eosin Y fotokatalyserede system, men gav det ønskede produkt i kun 7% udbytte. Da metal-fri fotokatalysatorer viser stor fordel i forhold til overgangen metal-baserede fotokatalysatorer, med hensyn til den miljømæssige faktor samt de billigere priser18,19, er det meget vigtigt at udvikle nye metal-fri fotokatalytiske systemer til syntese af N-heterocycles.
Cercosporin31,32,33,34,35, hypocrellin36,37,38,39,,40,helsingbind41 og phleichrome42,,43 ( Figur2) tilhører perylenequinonoider (PQPs) i naturen og fremstilles af endoofytiske svampe som er blevet undersøgt bredt med hensyn til deres fotofysiske og fotobiologiske egenskaber, og anvendes i fotodynamisk terapi og fotofysisk diagnose, på grund af deres stærke absorption i UV-vis region og unikke egenskaber photosensibilisering36,,44,,45,46,47. Ved bestråling kan disse PQP'er blive tilskyndet til ophidset tilstand og derefter generere aktive arter gennem energioverførsel (EnT) og elektronoverførsel (ET)35,38,44,48,49,50,51,52,53,54. Således forestillede vi os, at disse naturlige PQPs kan udnyttes som "metal-fri" fotokatalysatorer til at drive organiske reaktioner, som sjældent er blevet undersøgt55,,56,57,58,59.
Heri rapporterer vi protokollen for biosyntesen af cercosporin fra flydende gæring og anvender den derefter som en metalfri fotokatalysator for [4+1] annulationsreaktionen hos azoalkenes og KSCN, samt [4+2] cyclodimerisering af azoalkener, som leverer henholdsvis 1,2,3-thiadiazoler og 1,4,5,6- tetrahydropyridaziner med høj effektivitet under milde forhold (figur 3).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2,4&#39;-Dibromoacetophenone</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>D0500850050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2&#39;-bromo-4-chloroacetophenone</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>A0500400050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Bromo-4&#39;-fluoroacetophenone</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>A050037-5g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Bromoacetophenone</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>A0500870050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Bromobenzhydrazide</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>B0103390010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Chlorobenzhydrazide</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>D0511130050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Fluorobenzhydrazide</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>B010461-5g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 W blue LED</td>
			<td>PHILIPS</td>
			<td>29237328756</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzoyl hydrazine</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>D0500610250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CH2Cl2</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>80047360</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CH3CN</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>S3485101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CH3OH</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>100141190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cs2CO3</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>E060058-25g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl acetate</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>40065986</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>freeze dryer</td>
			<td>LABCONCO</td>
			<td>7934074</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HPLC</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>1260 Infinity II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KSCN</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>E0104021000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2SO4</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>51024461</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>organic microfiltration membrane</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>92412511</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S-7 medium</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Gluose 1g; Fructose 3g; Sucrose 6g; Sodium acetate 1g; Soytone 1g; Phenylalanine 5mg; Sodium benzoate 100mg; 1M KH2P04 buffer ph6.8; Biotin 1mg; Ca(NO3)2 6.5mg; Pyridoxal 1mg; Calcium pantothenate 1mg; Thiamine 1mg; MnCl2 5mg; FeCl3 2mg; Cu(NO3)2 1mg; MgSO4 3.6mg; ZnSO4 2.5mg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schlenk tub</td>
			<td>Synthware</td>
			<td>F891910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sephadex LH-20 column</td>
			<td>GE</td>
			<td>17009001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>shaker</td>
			<td>Lab Tools</td>
			<td>BSH00847</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silica gel</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>E011242-1kg</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tBuOK</td>
			<td>ENERGY</td>
			<td>E0610551000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vacuum bump</td>
			<td>Greatwall</td>
			<td>SHB-III</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vacuum evaporator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cercosporin-photocatalyzed [4+1]- and [4+2]-annulations of azoalkenes under mild conditions

Interessen for kvælstofholdige heterokler er vokset hurtigt i det syntetiske samfund, da de er vigtige motiver for nye lægemidler. Traditionelt blev de syntetiseret gennem termiske cycloaddition reaktioner, mens der i dag, fotokatalyse foretrækkes på grund af de milde og effektive forhold. Med dette fokus er en ny fotokatalytisk metode til syntesen af kvælstofholdige heterokler meget ønsket. Her rapporterer vi en protokol for biosyntesen af cercosporin, som kunne fungere som en metalfri fotokatalysator. Vi illustrerer derefter cercosporin-fotokatalyseret protokoller for syntesen af kvælstofholdige heterocycles 1,2,3-thiadiazoles gennem annulation af azoalkener med KSCN, og syntese af 1,4,5,6-tetrahydropyridazines [4+2] gennem cyclmerodiization af azoalkenes under milde forhold, henholdsvis. Som følge heraf er der en ny bro mellem den mikrobielle fermenteringsmetode og organisk syntese på en mild, omkostningseffektiv, miljøvenlig og bæredygtig måde.

Syntese af α-Halo-N-acyl-hydrazones: De syntetiseres i henhold til protokol 1.
Syntese af cercosporin: Det blev syntetiseret og renset i henhold til protokol 2. 1. H NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 14.82 (s, 2H, ArH), 7.06 (s, 2H, ArH), 5.57 (s, 2H, CH2), 4.20 (s, 6H, 2OCH3), 3.62-3.57 (m, 2H, CH2), 3.42-3.37 (m, 2H, CH2...

Watch this Scientific Journal Video about Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- and [4+2]-Annulations of Azoalkenes Under Mild Conditions at JoVE.com

Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- and [4+2]-Annulations of Azoalkenes Under Mild Conditions

Der blev udviklet nye veje til syntese af nitrogenholdige heterocykler, der udnytter cercosporin som en metalfri fotokatalysator.

Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- og [4+2]-Annulations af Azoalkenes under milde forhold

The interest on nitrogen-containing heterocycles has expanded rapidly in the synthetic community since they are important motifs for new drugs. ...

Denne protokol kan anvendes til biosyntese af cercosporiner gennem mikrobiel gæring, som igen kan bruges til at syntetisere kvælstofholdige heterocycles under de grønne og milde forhold. En fordel ved denne teknik er, at den kan bruges som bro mellem de mikrobielle fermenteringsmetoder og de organiske syntetiserede processer. Kvælstofholdige heterokkler er ikke kun vigtige skeletter for mange naturlige produkter med bioaktiviteter, men de er syntetiske prækursorer for mange agrokemikalier og narkotika.Demonstration af proceduren med Philippe Icyishaka vil være Yan Zhang, en tekniker fra mit laboratorium. Til fremstilling af alfa-Halo-N-acyl-hydrazone afvejes 10 millimolar keton og 10 millimolar benzoylhydrhanzin i en kolbe. Der tilsættes 20 milliliter methanol til kolben, og kolben udstyres med en rørestang og en gummiprop.Sprøjt langsomt 250 mikroliter saltsyre ind i blandingen, og kolben inkuberes i luften ved stuetemperatur. Efter en time opsaml bundfaldet efter reaktion ved filtrering, og produktet vaskes med acetone. Tør derefter bundfaldet ved vakuum, og identificer produktet ved NMR.For at forberede cercosporin oplades en tre-liters shake kolbe med en liter S-7 medium, og inokulere cercosporin-producerende stamme i rystekolben. Kultur blandingen under lysforhold ved 135 omdrejninger i minuttet og 25 grader Celsius i to uger. Ved slutningen af inkubationen skal du bruge en vakuumpumpe til at udsætte gæringsbouillon for at vakuumfiltrere og udvinde pellet og supernatanten separat med tre 50 milliliter mængder dichlormethan.Opsaml pellet til tørring i en fryser tørretumbler, og kombinere de organiske faser. De organiske faser vaskes med vand to til tre gange, og opløsningen koncentreres under vakuum. Reissolve restproduktet med analytisk methanol, og filtrer produktet gennem en 18-mikrometer, organisk mikrofiltreringsmembran.Rens derefter cercosporin med en Sephadex LH-20 kolonne, og identificere produktet ved HPLC i henhold til standardprotokoller. For at forberede 1, 2, 3-thiadiazol, tilsæt hele volumen af alfa-Halo-N-acyl-hydrazone, en milligram cercosporin, 27 milligram kalium tert-butoxid, og 39 milligram kalium thiocyanat i en 10-millimeter Schlenk rør udstyret med en gummi prop og en omrøring bar. Fjern Schlenk-røret med ilt tre gange, før du injicerer to milliliter tør acetonitril i røret.Ret røret på en 5 watt, blå LED fra bunden i 16 timer, før det vaskes fire gange med 15 milliliter mættet natriumchloridopløsning. Efter den sidste vask kombineres den vandige fase, og genudgør den vandige fase med fire 15-milliliter mængder ethylacetat. Kombiner den organiske fase, og tør med vandfri natriumsulfat.Fjern opløsningsmidlet med en vakuumfordamper. For at rense produktet med tyndtlagskromatografi tegnes der en lige linje på silicapladen, og det opløste produkt til linjen. Sæt silicapladen i kromatograficylinderen med 10 til 1 PE til EA. Derefter opløses silicaen i DCM.Silicaen fjernes fra produktet ved filtrering, og dæm DCM'en tørres med en roterende fordamper. Derefter identificere forbindelsen ved NMR i henhold til standardprotokol. For at forberede 1, 4, 5, 6-tetrahydropyazin, tilsæt hele volumen af alfa-Halo-N-acyl-hydrazone, 2,7 milligram cercosporin, og 195 milligram cæsiumcarbonat i en 10-milliliter Schlenk rør udstyret med en gummi prop og en omrøring bar.Fjern Schlenk-røret tre gange med nitrogen, og injicer to milliliter acetonitril i vand i røret. Se Schlenk-røret udsættes for en 5 watt, blå LED fra bunden i 16 timer efterfulgt af fire vaske med 15 milliliter mættet natriumchlorid pr. vask. Kombiner den vandige fase, og re-uddrag den vandige fase med fire 15-milliliter mængder af ethylacetat.Kombiner den organiske fase, og tør med vandfri natriumsulfat. Fjern opløsningsmidlet med en vakuumfordamper. For at rense produktet med tyndtlagskromatografi tegnes der en lige linje på silicapladen, og det opløste produkt til linjen.Sæt silicapladen i kromatograficylinderen med 10 til 1 PE til EA. Derefter opløses silicaen i DCM. Fjern silica fra produktet med filtrering, og tør DCM med en roterende fordamper. Derefter identificere forbindelsen ved NMR i henhold til standardprotokol.Disse repræsentative resultater viser, hvordan 4-aryl-1, 2, 3-thiadiazoler og 1, 4, 5, 6-tetrahydropyridaziner kan nemt syntetiseres af cercosporin-katalyserede fotokatalytiske reaktioner fra alfa-Halo-N-acyl-hydrazone. Den 4-aryl-1, 2, 3-thiadiazoler erhvervelse procedure er velegnet til substrater bærer både elektron-donere og elektron-accept grupper i phenyl ring, giver de ønskede produkter med moderat til godt udbytte. Husk altid at bruge kvælstof og ilt til to forskellige kategorier af reaktionerne.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Particles without a Box: Brush-first Synthesis of Photodegradable PEG Star Polymers under Ambient Conditions

Partikler uden boks: Brush-første syntese af lysnedbrydelig PEG stjerne Polymers under omgivelsesbetingelser

Convenient methods for the rapid, parallel synthesis of diversely functionalized nanoparticles will enable discovery of novel formulations for drug ...

Split-and-pool Synthesis and Characterization of Peptide Tertiary Amide Library

Split-og pool Syntese og karakterisering af peptid tertiær amid Library

Peptidomimetics are great sources of protein ligands. The oligomeric nature of these compounds enables us to access large synthetic libraries on solid ...

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-phosphinetriyltripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-Heck krydskoblingsreaktioner katalyseret af dichlor {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium Under milde reaktionsbetingelser

Dichloro-bis(aminophosphine) complexes of palladium with the general formula of [(P{(NC5H10)3-n(C6H11)n})2Pd(Cl)2] (where n = 0-2), belong to a new family ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

En simpel metode til størrelse Kontrolleret Syntese af stabile Oligomere Klynger af guld nanopartikler under omgivende betingelser

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntese og karakterisering af supramolekylære Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

Laser-varme og udstråling massespektrometri for studiet af nukleare materialer i betingelser simulerer et atomkraftværk ulykke

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

Fabrikation og afprøvning af fotoniske termometre

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

Phase Behavior of Charged Vesicles Under Symmetric and Asymmetric Solution Conditions Monitored with Fluorescence Microscopy

Fase Behavior af ladede vesikler symmetriske og asymmetriske løsning betingelser overvåges med Fluorescens mikroskopi

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to ...

Extraction of Lignin with High &#946;-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Extraction of Lignin with High ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Ekstraktion af Lignin med højt indhold af β-O-4 ved Mild Ethanol udvinding og dens virkning på Depolymerization udbyttet

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the ...

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in Poly(S-Divinylbenzene)

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in PolyS-Divinylbenzene

Syntese af Terpolymerer ved milde temperaturer ved anvendelse af dynamiske svovl bindinger i poly (S-divinylbenzen)

Elemental sulfur (S8) is a byproduct of the petroleum industry with millions of tons produced annually. Such abundant production and limited applications ...