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

Wir danken für das National Key R&D Program of China (2018YFA0901700), Natural Science Foundation of Jiangsu Province (Grants No. BK20160167), der Thousand Talents Plan (Young Professionals), die Fundamental Research Funds for the Central Universities (JUSRP51712B), das National First-Class Discipline Program of Light Industry Technology and Engineering (LITE2018-14) und die Postdoctoral Foundation in Jiangsu Province (2018K153C) zur Förderung.

ANMERKUNG: -Halo-N-acyl-hydrazones wurden nach einem veröffentlichten Verfahren60hergestellt. Alle Lösungsmittel und anderen chemischen Reagenzien wurden ohne weitere Reinigung aus kommerziellen Quellen gewonnen. Wir beschrieben zuerst die Synthese von Halo-N-Acyl-Hydrazonen und die Biosynthese von Cercosporin als metallfreien Photokatalysator.N Als nächstes illustrierten wir die Protokolle der Cercosporin-photokatalysierten Reaktionen zur Synthese von 1,2,3-...

Stickstoffhaltige Heterozyklen sind wichtige Motive für viele neue Medikamente und wurden traditionell durch thermische Zykloadditionsreaktionen synthetisiert. Aufgrund des großen Interesses ist eine neue photokatalytische Methode zur Synthese dieser Verbindungen sehr erwünscht. Um die hervorragenden Photosensibilisierungseigenschaften von Cercosporin zu nutzen, haben wir Cercosporin als metallfreien Photokatalysator in zwei Kategorien von Annulationsreaktionen zur Synthese stickstoffhaltiger Heterozyklen eingesetzt.<...

Stickstoffhaltige Heterozyklen haben viel Aufmerksamkeit erregt, da sie nicht nur wichtige Skelette für eine breite Palette natürlicher Produkte mit Bioaktivitäten sind, sondern auch die synthetischen Vorläufer stoffe für Agrochemikalien und Wirkstoffmoleküle1,2. Unter den verschiedenen N-Heterozyklen sind 1,2,3-Thiadiazole3,4 und 1,4,5,6-Tetrahydropyridazine5,6 die wichtigsten Moleküle, die als vielseitige Zwischenprodukte in der synthetischen Chemie eingesetzt werden (Abbildung 1). N Da die Modifikation ihrer funktionellen Gruppen immer zu ausgeprägten pharmakologischen Aktivitäten führt, wurden umfangreiche Anstrengungen unternommen, um wirksame Strategien für die Synthese von stickstoffhaltigen Heterozyklen zu entwickeln, und sie wurden meist durch thermische Cycloadditionsreaktionen7,8,9,10synthetisiert. Heute, um die Anforderungen der nachhaltigen Entwicklung und grüne Chemie zu erfüllen, Photokatalyse hat große Bedeutung und Vorteile11,12,13,14, die Wirksamkeit15,16,17,18,19 und Vermeidung von stoichiometrischen Reagenzien für die Aktivierung20,21umfasst . Die leistungsstarken und vielseitigen Vier-Einheiten-Zwischenprodukte, Azoalkene (1,2-Diaza-1,3-Dienes)22,23,24,25,26,27,28,29, wurden als Vorläufer in metallbasierten Ru(bpy)3Cl2-photokatalysierten Reaktionen mit hoher Effizienz zur Annulation von Halogenhydrazin und Ketocarbonyl30 eingesetzt.30 Darüber hinaus wurde es auch im metallfreien Eosin Y Photocatalyzed System verwendet, aber das gewünschte Produkt in nur 7% Ausbeute. Da metallfreie Photokatalysatoren einen großen Vorteil gegenüber Übergangs-Metall-photokatalysatoren aufweisen, in Bezug auf den Umweltfaktor sowie die günstigeren Preise18,19, ist es sehr wichtig, neue metallfreie photokatalytische Systeme für die Synthese von N-Heterozyklen zu entwickeln. N
Cercosporin31,32,33,34,35, Hypocrellin36,37,38,39,40, elsinochrome41 und phleichrome42,43 ( Abbildung2) gehören zu perylenequinonoidpigmenten (PQPs) in der Natur und werden von endophytischen Pilzen hergestellt, die in Bezug auf ihre photophysikalischen und photobiologischen Eigenschaften umfassend untersucht und in der photodynamischen Therapie und photophysikalischen Diagnostik angewendet wurden, aufgrund ihrer starken Absorption in UV-vis-Bereich und einzigartigen Eigenschaften der Photosensition36,44,45,46,47. Bei Bestrahlung können diese PQPs zum Angeregter Zustand aufgefordert werden und dann aktive Arten durch Energietransfer (EnT) und Elektronentransfer (ET)35,38,44,48,49,50,51,52,53,54generieren. So stellten wir uns vor, dass diese natürlichen PQPs als "metallfreie" Photokatalysatoren verwendet werden können, um organische Reaktionen anzutreiben, die selten untersucht wurden55,56,57,58,59.
Hierin melden wir das Protokoll zur Biosynthese von Cercosporin aus der flüssigen Fermentation und wenden es dann als metallfreien Photokatalysator für die [4+1] Annulationsreaktion von Azoalkenen und KSCN an, sowie die [4+2] Cyclodimerisierung von Azoalkenen, die 1,2,3-Thiadiazole und 1,4,5,6- Tetrahydropyridazine mit hoher Effizienz unter milden Bedingungen liefern (Abbildung 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

Das Interesse an stickstoffhaltigen Heterozyklen hat in der synthetischen Gemeinschaft rapide zugenommen, da sie wichtige Motive für neue Medikamente sind. Traditionell wurden sie durch thermische Zykloadditionsreaktionen synthetisiert, während heute die Photokatalyse aufgrund der milden und effizienten Bedingungen bevorzugt wird. Mit diesem Fokus ist eine neue photokatalytische Methode zur Synthese stickstoffhaltiger Heterozyklen sehr erwünscht. Hier berichten wir über ein Protokoll zur Biosynthese von Cercosporin, das als metallfreier Photokatalysator fungieren könnte. Anschließend illustrieren wir Cercosporin-photokatalysierte Protokolle zur Synthese stickstoffhaltiger Heterozyklen 1,2,3-Thiadiazole durch Annulation von Azoalkenen mit KSCN und Synthese von 1,4,5,6-Tetrahydropyridazinen [4+2] durch Cyclodimerisierung von Azoalkenen unter milden Bedingungen. Dadurch gibt es eine neue Brücke zwischen der mikrobiellen Fermentationsmethode und der organischen Synthese auf milde, kostengünstige, umweltfreundliche und nachhaltige Weise.

Synthese von Halo-N-Acyl-Hydrazonen:N Sie werden gemäß Protokoll 1 synthetisiert.
Synthese von Cercosporin: Es wurde gemäß Protokoll 2 synthetisiert und gereinigt. 1 H NMR (400 MHz, CDCl3): spm 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, CH<sub...

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

Es wurden neue Wege zur Synthese stickstoffhaltiger Heterozyklen entwickelt, die Cercosporin als metallfreien Photokatalysator verwenden.

Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- und [4+2]-Annulationen von Azoalkenen unter milden Bedingungen

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

Dieses Protokoll kann für die Biosynthese von Cercosporinen durch mikrobielle Fermentation verwendet werden, die wiederum verwendet werden kann, um stickstoffhaltige Heterozyklen unter grünen und milden Bedingungen zu synthetisieren. Ein Vorteil dieser Technik ist, dass sie als Brücke zwischen den mikrobiellen Fermentationsmethoden und den organischen Synthetisierungsprozessen verwendet werden kann. Stickstoffhaltige Heterozyklen sind nicht nur ein wichtiges Skelett für viele Naturprodukte mit Bioaktivitäten, sondern sie sind synthetische Vorläufer für viele Agrochemikalien und Medikamente.Das Verfahren mit Philippe Icyishaka demonstriert Yan Zhang, ein Techniker aus meinem Labor. Für die Alpha-Halo-N-Acyl-Hydrazone-Präparation 10 Millimolar Keton und 10 Millimolar Benzoylhydrazin in einen Kolben wiegen. 20 Milliliter Methanol in den Kolben geben und den Kolben mit einer Rührstange und einem Gummistopfen ausstatten.250 Mikroliter Salzsäure langsam in das Gemisch injizieren und den Kolben bei Raumtemperatur in die Luft gießen. Nach einer Stunde den Niederschlag nach der Reaktion durch Filtration sammeln und das Produkt mit Aceton waschen. Trocknen Sie dann den Niederschlag durch Vakuum, und identifizieren Sie das Produkt durch NMR.Um Cercosporin vorzubereiten, laden Sie einen Dreiliter-Schüttelkolben mit einem Liter S-7 Medium auf und impfen Sie die Cercosporin-produzierende Sorte in den Schüttelkolben. Kultur die Mischung unter Lichtbedingungen bei 135 Umdrehungen pro Minute und 25 Grad Celsius für zwei Wochen. Am Ende der Inkubation verwenden Sie eine Vakuumpumpe, um die Fermentationsbrühe einer Vakuumfiltration zu unterwerfen, und extrahieren Sie das Pellet und den Überstand separat mit drei 50-Milliliter-Volumen Dichlormethan.Sammeln Sie das Pellet zum Trocknen in einem Gefriertrockner und kombinieren Sie die organischen Phasen. Waschen Sie die organischen Phasen mit Wasser zwei bis drei Mal, und konzentrieren Sie die Lösung unter Vakuum. Lösen Sie den Rückstand mit analytischem Methanol auf und filtern Sie das Produkt durch eine organische Mikrofiltrationsmembran mit 18 Mikrometern.Reinigen Sie dann das Cercosporin mit einer Sephadex LH-20-Säule und identifizieren Sie das Produkt per HPLC nach Standardprotokollen. Zur Zubereitung von 1, 2, 3-Thiadiazol das gesamte Volumen des Alpha-Halo-N-Acyl-Hydraons, ein Milligramm Cercosporin, 27 Milligramm Kaliumtert-Butoxid und 39 Milligramm Kaliumthiocyanat in ein 10-Millimeter-Schlenk-Rohr mit Gummistopfen und Rührstab geben. Reinigen Sie das Schlenk-Rohr dreimal mit Sauerstoff, bevor Sie zwei Milliliter trockenes Acetonitril in das Rohr injizieren.Unterziehen Sie das Rohr 16 Stunden lang einer fünf Watt,blauen LED von unten, bevor Sie viermal mit 15 Millilitern gesättigter Natriumchloridlösung waschen. Nach der letzten Wäsche die wässrige Phase kombinieren und die wässrige Phase mit vier 15-Milliliter-Volumen Ethylacetat wiederextrahieren. Kombinieren Sie die organische Phase und trocknen Sie mit wasserfreiem Natriumsulfat.Entfernen Sie das Lösungsmittel mit einem Vakuumverdampfer. Um das Produkt mit dünnschichtiger Chromatographie zu reinigen, zeichnen Sie eine gerade Linie auf die Kieselsäureplatte und fügen Sie das gelöste Produkt in die Linie ein. Legen Sie die Kieselsäureplatte in den Chromatographiezylinder mit 10 bis 1 PE auf EA. Danach die Kieselsäure in DCM auflösen.Entfernen Sie das Kieselsäure aus dem Produkt durch Filtration, und trocknen Sie das DCM mit einem Rotationsverdampfer. Identifizieren Sie dann die Verbindung durch NMR nach Standardprotokoll. Zur Vorbereitung von 1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridazin das gesamte Volumen der Alpha-Halo-N-Acyl-Hydrazone, 2,7 Milligramm Cercosporin und 195 Milligramm Cäsiumcarbonat in ein 10-Milliliter-Schlenk-Rohr mit Gummistopfen und Rührstab geben.Spülen Sie das Schlenk-Rohr dreimal mit Stickstoff und injizieren Sie zwei Milliliter Acetonitril in Wasser in die Röhre. Unterziehen Sie das Schlenk-Rohr 16 Stunden lang einer fünf Watt,blauen LED von unten, gefolgt von vier Wäschen mit 15 Millilitern gesättigtem Natriumchlorid pro Wäsche. Kombinieren Sie die wässrige Phase und extrahieren Sie die wässrige Phase mit vier 15-Milliliter-Volumen Ethylacetat.Kombinieren Sie die organische Phase und trocknen Sie mit wasserfreiem Natriumsulfat. Entfernen Sie das Lösungsmittel mit einem Vakuumverdampfer. Um das Produkt mit dünnschichtiger Chromatographie zu reinigen, zeichnen Sie eine gerade Linie auf die Kieselsäureplatte und fügen Sie das gelöste Produkt in die Linie ein.Legen Sie die Kieselsäureplatte in den Chromatographiezylinder mit 10 bis 1 PE auf EA. Danach die Kieselsäure in DCM auflösen. Entfernen Sie das Kieselsäure aus dem Produkt mit Filtration, und trocknen Sie das DCM mit einem Rotationsverdampfer. Identifizieren Sie dann die Verbindung durch NMR nach Standardprotokoll.Diese repräsentativen Ergebnisse zeigen, wie 4-Aryl-1, 2, 3-Thiadiazole und 1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridazine bequem durch Cercosporin-katalysierte photokatalytische Reaktionen aus Alpha-Halo-N-Acyl-Hydraon synthetisiert werden können. Das Erfassungsverfahren 4-aryl-1, 2, 3-thiadiazoles eignet sich für Substrate, die sowohl elektronen- als auch elektronenakzeptierende Gruppen im Phenylring tragen und die gewünschten Produkte mit moderaten bis guten Erträgen liefern. Denken Sie immer daran, Stickstoff und Sauerstoff für zwei verschiedene Kategorien der Reaktionen zu verwenden.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Partikel ohne Box: Bürsten erste Synthese von Photochemisch PEG-Sterne-Polymers unter Umgebungsbedingungen

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

Forschung

Chemie

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

Split-and-Pool-Synthese und Charakterisierung von Peptid-Amid-Tertiär-Bibliothek

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-Kreuzkupplungsreaktionen von Dichloro {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} katalysierte Palladium unter milden Reaktionsbedingungen

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

Eine einfache Methode für die Größe kontrollierte Synthese von stabilen Oligomere Cluster von Goldclustern unter Umgebungsbedingungen

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

Synthese und Charakterisierung von supramolekularen Kolloid-

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-Heizung und Ausstrahlung Spektrometrie für die Untersuchung von Kernmaterial in Bedingungen simulieren einen Atomkraftwerksunfall

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

Herstellung und Prüfung von photonischen Thermometer

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

Phasenverhalten von geladenen Vesikeln unter symmetrischen und asymmetrischen Lösungsbedingungen überwacht mit Fluoreszenz-Mikroskopie

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

Gewinnung von Lignin mit hohen Gehalt an β-O-4 durch milde Ethanol Extraktion und seine Wirkung auf die Depolymerisation Ausbeute

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

Synthese von Terpolymeren bei Mildtemperaturen mit dynamischen Schwefelbonds in Poly (S-Divinylbenzene)

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