Name: preparation of contiguous bisaziridines for regioselective ring-opening reactions
Uploaded: 2022-07-28T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Contiguous Bisaziridines for Regioselective Ring-Opening Reactions at JoVE.com

Denne forskning blev støttet af Korea Basic Science Institute (National Research Facilities and Equipment Center) tilskud finansieret af Undervisningsministeriet (2022R1A6C101A751). Dette arbejde blev også støttet af National Research Foundation of Korea (NRF) tilskud (2020R1A2C1007102 og 2021R1A5A6002803).

Detaljerne om alle de syntetiserede produkter (1-5), herunder strukturen, fulde NMR-spektre, optisk renhed og HRMS-MALDI-data, findes i supplerende fil 1.
1. Syntese af 3-(aziridin-2-yl)acrylaldehyd (1a)
<ol><li>Flammetør en 50 ml rundbundet kolbe udstyret med en omrørerstang og en septum under vakuumforhold. Afkøl det til stuetemperatur, mens du fylder det med argongas.</li>
	<li>Tilsæt vandfri toluen (19 ml) og (R)-1-((R)-1-ph...

Dannelsen af en uadskillelig blanding af diastereomerer er lejlighedsvis blevet observeret i løbet af organokatalytisk aziridination af chiral 3-[1-(1-phenylethyl)aziridin-2-yl)]acrylaldehyd, når N-Boc-O-tosyl eller N-Ts-O-tosylhydroxylamin blev anvendt som nitrogenkilde. Endvidere faldt udbyttet af sammenhængende bisaziridinprodukt, når mængden af diaryl silylether prolinol som katalysator blev øget fra 7 mol% til 20 mol%47,48,49<sup class="xre...

Rationelt design af små organiske molekyler med forskellige reaktive steder, der præcist styrer produktselektiviteten, er et centralt mål i moderne organisk syntese og grøn kemi 1,2,3,4,5,6,7,8. For at nå dette mål var vi interesserede i den modulære syntese af aziridiner. Aziridiner er af interesse for de fleste organiske kemikere på grund af deres strukturelt vigtige ramme9 med et elektronisk forskelligt sæt N-substituenter, der kan føre til regioselektive ringåbningsreaktioner med multipel nukleofiler 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19 og varierede farmakologiske aktiviteter såsom antitumor-, antimikrobielle og antibakterielle egenskaber. På trods af fremskridtene inden for aziridinkemi har ikke-aktiveret aziridin og aktiveret aziridin uafhængige synteser og ringåbningsreaktioner i litteraturen20.
Derfor sigtede vi mod at syntetisere sammenhængende bisaziridiner, der omfatter både de ikke-aktiverede og aktiverede aziridiner. Disse sammenhængende bisaziridiner kan bruges til systematisk at rationalisere et kemoselektivt ringåbningsmønster baseret på følgende elektroniske egenskaber af de to forskellige aziridiner og deres reaktivitet over for nukleofiler 20,21,22,23,24: a) aktiverede aziridiner, hvor de elektronudtagne substituenter konjugativt stabiliserer den negative ladning på nitrogenet, reagerer let med multipel nukleofiler til tillade ringåbnede produkter b) ikke-aktiverede aziridiner, hvori nitrogenet er bundet til de elektrondonerende substituenter, er betydeligt inerte over for nukleofiler; derfor kræves et præaktiveringstrin med en passende aktivator (hovedsageligt Brønsted eller Lewis syrer) for at få råd til de ringåbnede produkter med høje udbytter20,21,25,26.
Denne undersøgelse beskriver det rationelle design af sammenhængende bisaziridiner som chirale byggesten via overgangsmetalfri organokatalyse og syntesen af forskellige nitrogenrige molekyler ved hjælp af prædiktive modelleringsværktøjer til ringåbningsreaktioner af bisaziridiner. Denne undersøgelse har til formål at stimulere udviklingen af praktiske metoder til konstruktion af nitrogenberigede bioaktive forbindelser og naturlige produkter og polymerisation af aziridiner.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>(R)-(+)-&#945;,&#945;-Diphenyl-2-pyrrolidinemethanol trimethylsilyl ether</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>677191</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(R)-1-((R)-1-phenylethyl)aziridine-2-carbaldehyde</td>
			<td>Imagene Co.,Ltd.</td>
			<td></td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(S)-(&#8211;)-&#945;,&#945;-Diphenyl-2-pyrrolidinemethanol trimethylsilyl ether</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>677183</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(S)-2-(diphenyl((trim ethylsilyl)oxy)methyl)pyrrolidine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>677183</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(Triphenylphosphoranylidene) acetaldehyde</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>280933</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-Dichloroethane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>284505</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AB Sciex 4800 Plus MALDI TOFTM (2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) matrix</td>
			<td>Sciex</td>
			<td></td>
			<td>High resolution mass spectra</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A6283</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>254134</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>aniline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>132934</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autopol III digital polarimeter</td>
			<td>Rudolph Research Analytical</td>
			<td></td>
			<td>polarimeter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AVANCE III HD (400 MHz) spectrometer</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td>NMR spectrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bruker Ascend 500 (500 MHz)</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td>NMR spectrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Celite 535</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>22138</td>
			<td>For Celite pad</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>270997</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Di-tert-butyl dicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>361941</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Acetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>270989</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl nitroacetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>192333</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imidazole</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I2399</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>INOVA 400WB (400 MHz)</td>
			<td>Varian</td>
			<td></td>
			<td>NMR spectrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JMS-700</td>
			<td>JEOL</td>
			<td></td>
			<td>High resolution mass spectra</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>322415</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Boc-O-tosylhydroxylamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>775037</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P-2000</td>
			<td>JASCO</td>
			<td></td>
			<td>polarimeter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Palladium hydroxide on carbon</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>212911</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenyl-1H-tetrazole-5-thiol</td>
			<td>TCI</td>
			<td>P0640</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica gel</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>227196</td>
			<td>For flash clromatography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica gel on TLC plates</td>
			<td>Merck</td>
			<td>60768</td>
			<td>TLC plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium acetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S8750</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium azide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S2002</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium borohydride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>452882</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium carbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S2127</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tert-Butyldimethylsilyl chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>190500</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>401757</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>244511</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc bromide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>230022</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>429430</td>
			<td>reagent</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of contiguous bisaziridines for regioselective ring-opening reactions

Aziridiner, en klasse af reaktive organiske molekyler indeholdende en treledet ring, er vigtige syntoner til syntese af et stort udvalg af funktionaliserede nitrogenholdige målforbindelser gennem den regiokontrollerede ringåbning af C-substituerede aziridiner. På trods af de enorme fremskridt inden for aziridinsyntese i løbet af det sidste årti er det fortsat vanskeligt at få adgang til sammenhængende bisaziridiner effektivt. Derfor var vi interesserede i at syntetisere sammenhængende bisaziridiner med et elektronisk forskelligt sæt N-substituenter ud over den enkelte aziridin-rygrad til regioselektive ringåbningsreaktioner med forskellige nukleofiler. I denne undersøgelse blev chirale sammenhængende bisaziridiner fremstillet ved organokatalytisk asymmetrisk aziridination af chiral (E)-3-((S)-1-((R)-1-phenylethyl)aziridin-2-yl)acrylaldehyd med N-Ts-O-tosyl eller N-Boc-O-tosylhydroxylamin som nitrogenkilde i nærværelse af (2 S)-[diphenyl(trimethylsilyloxy)methyl]pyrrolidin som en chiral organokatalysator. Også demonstreret her er repræsentative eksempler på regioselektive ringåbningsreaktioner af sammenhængende bisaziridiner med en række nukleofiler såsom svovl, nitrogen, kulstof og ilt og anvendelsen af sammenhængende bisaziridiner til syntesen af multisubstituerede chirale pyrrolidiner ved Pd-katalyseret hydrogenering.

For at undersøge opnåeligheden af at fremstille en sammenhængende bisaziridin blev (E)-3-((S)-1-((R)-1-phenylethyl)aziridin-2-yl)acrylaldehyd (1a) først syntetiseret som et modelsubstrat i henhold til proceduren nævnt i trin 1 (figur 1)28.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64019/64019fig01.jpg"> Figur ...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Contiguous Bisaziridines for Regioselective Ring-Opening Reactions at JoVE.com

Preparation of Contiguous Bisaziridines for Regioselective Ring-Opening Reactions

Sammenhængende bisaziridiner indeholdende ikke-aktiverede og aktiverede aziridiner blev syntetiseret ved asymmetriske organokatalytiske aziridinationer og derefter udsat for kemoselektive ringåbningsreaktioner under sure eller basiske betingelser. Den ikke-aktiverede aziridinring åbner med mindre reaktive nukleofiler under sure forhold, mens den aktiverede aziridinring åbner med mere reaktive nukleofiler under grundlæggende betingelser.

Fremstilling af sammenhængende bisaziridiner til regioselektive ringåbningsreaktioner

Aziridines, a class of reactive organic molecules containing a three-membered ring, are important synthons for the synthesis of a large variety of ...

Betydningen af vores protokol er rationelt design af sammenhængende bisaziridin indeholdende både aktiverede og ikke-aktiverede aziridiner og udsætte det for regioselektive ringåbningsreaktioner med forskellige nukleofiler. Fordelen ved denne teknik er, at den tillader syntese af nitrogenrige molekyler ved hjælp af prædiktive modelleringsværktøjer til selektive ringåbninger. Den nuværende protokol kan bruges til at udvikle praktiske metoder til syntese af nitrogenberigede bioaktive forbindelser og naturlige produkter.Til at begynde med tørrer flammen en 50 ml rundbundet kolbe med en omrørerstang og en septum under vakuumforhold. Efter afkøling til stuetemperatur skal du fylde den med argongas. Tilsæt derefter vandfri methanol og aldehyd til kolben, og rør opløsningen i et minut.Derefter tilsættes natriumborhydrid til den omrørte opløsning, og reaktionsblandingen omrøres ved nul grader Celsius i en time. Overvåg reaktionsforløbet ved TLC ved hjælp af ethylacetat og hexaner som eluent. Efter en time slukkes reaktionsblandingen med destilleret vand og ekstraheres med ethylacetat i en separationstragt.Tør det kombinerede organiske lag over vandfrit natriumsulfat, filtrer og koncentrer i vakuo. Rens råresterne ved silicagel flashkromatografi med ethylacetat og hexaner som eluent for at isolere rene produkter som en gul væske. Bekræft derefter produktet ved NMR- og polarimetermålinger.Først flammetørres en fem milliliter rundbundet kolbe med en omrørerstang og en septum under vakuumforhold. Derefter afkøles det til stuetemperatur, mens det fyldes med argongas. Derefter tilsættes den tidligere syntetiserede bisaziridin og eddikesyre til kolben.Omrør blandingen ved stuetemperatur i fem timer, og overvåg reaktionsforløbet ved TLC ved hjælp af ethylacetat og hexaner som eluent. Efter fem timer fjernes eddikesyren i vakuo, og råresten renses ved silicagel flashkromatografi med ethylacetat og hexaner som eluent for at isolere det rene produkt som en gul væske. Bekræft produktet ved NMR- og polarimetermålinger.Proton-NMR-spektret afslørede en top ved 1,42 ppm, svarende til alkoholhydrogenet i ethylalkoholen ved siden af aziridinen, hvilket indikerer reduktionen af et aldehyd til ethylalkohol. Desuden repræsenterer toppe ved 4,00 og 3,54 ppm methylenhydrogenerne i ethylalkohol. Den observerede top ved 2,13 ppm svarer til acetatets methylhydrogener, mens toppe ved 4,43 og 4,15 ppm svarer til methylenhydrogenerne ved siden af acetat dannet efter aziridinringåbningsreaktionen.Reduktion, der involverer NaBH4, har vist sig at være eksoterm og opretholder således reaktionstemperaturen ved nul grader Celsius. Der kræves også pleje under slukning af NaBH4 af H2O. Vi mener, at denne teknik vil stimulere yderligere forskning i retning af udvikling af praktiske metoder til konstruktion af nitrogenberigede komplekse molekyler med biologiske aktiviteter.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Microwave-assisted Intramolecular Dehydrogenative Diels-Alder Reactions for the Synthesis of Functionalized Naphthalenes/Solvatochromic Dyes

Mikrobølgeassisteret intramolekylære Dehydrogenative Diels-Alder reaktioner til syntese af Funktionaliserede naphthalener / Solvatochromic Farvestoffer

Functionalized naphthalenes have applications in a variety of research fields ranging from the synthesis of natural or biologically active molecules to ...

Hot Biological Catalysis: Isothermal Titration Calorimetry to Characterize Enzymatic Reactions

Hot Biologisk katalyse: Isothermal Titrering kalorimetri at karakterisere enzymatiske reaktioner

Isothermal titration calorimetry (ITC) is a well-described technique that measures the heat released or absorbed during a chemical reaction, using it as ...

Real-time Monitoring of Reactions Performed Using Continuous-flow Processing: The Preparation of 3-Acetylcoumarin as an Example

Real-time overvågning af reaktioner udført Brug af kontinuerlig flow Behandler: fremstilling af 3-acetylcoumarin som et eksempel

By using inline monitoring, it is possible to optimize reactions performed using continuous-flow processing in a simple and rapid way. It is also possible ...

A Protocol for Safe Lithiation Reactions Using Organolithium Reagents

En protokol for sikker lithiering Reaktioner Brug organolithiumreagenser

Organolithium reagents are powerful tools in the synthetic chemist&#39;s toolbox. However, the extreme pyrophoric nature of the most reactive reagents ...

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

Kontrolleret Photoredox Ring-åbning polymerisering af O- Carboxyanhydrides medieret af Ni/Zn komplekser

Here, we describe an effective protocol that combines photoredox Ni/Ir catalysis with the use of a Zn-alkoxide for efficient ring-opening polymerization, ...

Enzymatic Cascade Reactions for the Synthesis of Chiral Amino Alcohols from L-lysine

Enzymatisk Cascade reaktioner til syntese af Chiral Amino alkoholer fra L-lysin

Amino alcohols are versatile compounds with a wide range of applications. For instance, they have been used as chiral scaffolds in organic synthesis. ...

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Forberedelse og karakterisering af C60/Graphene Hybrid nanostrukturer

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We ...

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Forberedelse af stabile bicykliske Aziridinium ioner og deres Ring-åbning for syntese af Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2',3'-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2',3'-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Regioselective O- glykosylering af Nukleosider via den midlertidige 2', 3'-Diol beskyttelse af en Boronic Ester til syntese af disaccharid Nukleosider

Disaccharide nucleosides, which consist of disaccharide and nucleobase moieties, have been known as a valuable group of natural products having ...

Photogeneration of N-Heterocyclic Carbenes: Application in Photoinduced Ring-Opening Metathesis Polymerization

Photogeneration af N-Heterocycliske Carbenes: ansøgning i lysinducerede Ring-åbning Metathesis polymerisering

We report a method to generate the N-heterocyclic carbene (NHC) 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene (IMes) under UV-irradiation at 365 nm to characterize IMes ...