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

Dit onderzoek werd ondersteund door de Korea Basic Science Institute (National Research Facilities and Equipment Center) subsidie gefinancierd door het ministerie van Onderwijs (2022R1A6C101A751). Dit werk werd ook ondersteund door subsidies van de National Research Foundation of Korea (NRF) (2020R1A2C1007102 en 2021R1A5A6002803).

De details van alle gesynthetiseerde producten (1-5), inclusief de structuur, volledige NMR-spectra, optische zuiverheid en HRMS-MALDI-gegevens, worden verstrekt in aanvullend bestand 1.
1. Synthese van 3-(aziridin-2-yl)acrylaldehyde (1a)
<ol><li>Vlamdroog een kolf met ronde bodem van 50 ml, uitgerust met een roerstaaf en een septum onder vacuümomstandigheden. Koel het af tot kamertemperatuur terwijl het wordt gevuld met argongas.</li>
	<li...

De vorming van een onafscheidelijk mengsel van diastereomeren is af en toe waargenomen tijdens de organokatalytische aziridinatie van chirale 3-[1-(1-fenylethyl)aziridin-2-yl)]acrylaldehyde, toen N-Boc-O-tosyl of N-Ts-O-tosylhydroxylamine als stikstofbron werd gebruikt. Verder nam de opbrengst van het aaneengesloten bisaziridineproduct af wanneer de hoeveelheid diaryl silyletherprolinol als katalysator werd verhoogd van 7 mol% naar 20 mol%47,48,49.<su...

Rationeel ontwerp van kleine organische moleculen met diverse reactieve locaties die de selectiviteit van producten nauwkeurig regelen, is een belangrijk doel in de moderne organische synthese en groene chemie 1,2,3,4,5,6,7,8. Om dit doel te bereiken, waren we geïnteresseerd in de modulaire synthese van aziridines. Aziridines zijn van belang voor de meeste organische chemici, vanwege hun structureel belangrijke raamwerk9 met een elektronisch diverse set N-substituenten die kunnen leiden tot regioselectieve ringopeningsreacties met meerdere nucleofielen 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19, en gevarieerde farmacologische activiteiten zoals antitumor, antimicrobiële en antibacteriële eigenschappen. Ondanks de vooruitgang in de aziridinechemie hebben niet-geactiveerd aziridine en geactiveerd aziridine onafhankelijke syntheses en ringopeningsreacties in de literatuur20.
Daarom wilden we aaneengesloten bisaziridines synthetiseren die zowel de niet-geactiveerde als geactiveerde aziridines omvatten. Deze aaneengesloten bisaziridines kunnen worden gebruikt om systematisch een chemoselectief ringopeningspatroon te rationaliseren op basis van de volgende elektronische eigenschappen van de twee verschillende aziridinen en hun reactiviteit op nucleofielen 20,21,22,23,24: a) geactiveerde aziridinen, waarbij de elektron-terugtrekkende substituenten conjugatief de negatieve lading op de stikstof stabiliseren, gemakkelijk reageren met meerdere nucleofielen op producten met ringopeningen toestaan; b) niet-geactiveerde aziridinen, waarbij de stikstof gebonden is aan de elektron-donerende substituenten, aanzienlijk inert zijn ten opzichte van nucleofielen; daarom is een pre-activeringsstap met een geschikte activator (voornamelijk Brønsted- of Lewiszuren) vereist om de ringgeblokte producten in hoge opbrengsten 20,21,25,26 te bieden.
De huidige studie beschrijft het rationele ontwerp van aaneengesloten bisaziridines als chirale bouwstenen via overgangsmetaalvrije organocatalysis en de synthese van diverse stikstofrijke moleculen met behulp van voorspellende modelleringstools voor ringopeningsreacties van bisaziridines. Deze studie heeft tot doel de vooruitgang van praktische methoden voor de bouw van met stikstof verrijkte bioactieve stoffen en natuurlijke producten en de polymerisatie van aziridines te stimuleren.

<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

Aziridines, een klasse van reactieve organische moleculen die een ring met drie leden bevatten, zijn belangrijke synthons voor de synthese van een grote verscheidenheid aan gefunctionaliseerde stikstofhoudende doelverbindingen door de regiogecontroleerde ringopening van C-gesubstitueerde aziridines. Ondanks de enorme vooruitgang in de synthese van aziridine in het afgelopen decennium, blijft het moeilijk om efficiënt toegang te krijgen tot aaneengesloten bisaziridines. Daarom waren we geïnteresseerd in het synthetiseren van aaneengesloten bisaziridines met een elektronisch diverse set N-substituenten voorbij de enkele aziridine-ruggengraat voor regioselectieve ringopeningsreacties met diverse nucleofielen. In deze studie werden chirale aaneengesloten bisaziridines bereid door organokatalytische asymmetrische aziridinatie van chirale (E)-3-((S)-1-((R)-1-fenylethyl)aziridin-2-yl)acrylaldehyde met N-Ts-O-tosyl of N-Boc-O-tosylhydroxylamine als stikstofbron in aanwezigheid van (2S)-[difenyl(trimethylsilyloxy)methyl]pyrrolidine als chiraal organokatalysator. Hier worden ook representatieve voorbeelden aangetoond van regioselectieve ringopeningsreacties van aaneengesloten bisaziridines met een verscheidenheid aan nucleofielen zoals zwavel, stikstof, koolstof en zuurstof, en de toepassing van aaneengesloten bisaziridines op de synthese van multi-gesubstitueerde chirale pyrrolidines door Pd-gekatalyseerde hydrogenering.

Om de haalbaarheid van het bereiden van een aaneengesloten bisaziridine te onderzoeken, werd (E)-3-((S)-1-(R)-1-fenylethyl)aziridin-2-yl)acrylaldehyde (1a) eerst gesynthetiseerd als een modelsubstraat volgens de procedure vermeld in stap 1 (Figuur 1)28.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64019/64019fig01.jpg"> <strong class="xfi...

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

Aaneengesloten bisaziridines die niet-geactiveerde en geactiveerde aziridines bevatten, werden gesynthetiseerd door asymmetrische organokatalytische aziridinaties en vervolgens onderworpen aan chemoselectieve ringopeningsreacties onder zure of basische omstandigheden. De niet-geactiveerde aziridinering opent met minder reactieve nucleofielen onder zure omstandigheden, terwijl de geactiveerde aziridinering opent met meer reactieve nucleofielen onder basische omstandigheden.

Bereiding van aaneengesloten bisaziridines voor regioselectieve ringopeningsreacties

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

De betekenis van ons protocol is rationeel ontwerp van aaneengesloten bisaziridine dat zowel geactiveerde als niet-geactiveerde aziridines bevat, en het onderwerpt aan regioselectieve ringopeningsreacties met diverse nucleofielen. Het voordeel van deze techniek is dat het de synthese van stikstofrijke moleculen mogelijk maakt met behulp van voorspellende modelleringstools voor selectieve ringopeningen. Het huidige protocol kan worden gebruikt om praktische methoden te ontwikkelen voor de synthese van met stikstof verrijkte bioactieve stoffen en natuurlijke producten.Om te beginnen, vlamdrogen een kolf met ronde bodem van 50 milliliter met een roerstaaf en een septum onder vacuümomstandigheden. Nadat je het hebt afgekoeld tot kamertemperatuur, vul je het met argongas. Voeg vervolgens watervrije methanol en aldehyde toe aan de kolf en roer de oplossing een minuut.Voeg vervolgens natriumboorhydride toe aan de geroerde oplossing en roer het reactiemengsel gedurende een uur op nul graden Celsius. Monitor de reactievoortgang door TLC, met ethylacetaat en hexanen als eluent. Doof na een uur het reactiemengsel met gedestilleerd water en extraheer met ethylacetaat in een separatortrechter.Droog de gecombineerde organische laag over watervrij natriumsulfaat, filter en concentraat in vacuo. Zuiver het ruwe residu door silicagel flash chromatografie met ethylacetaat en hexanen als eluent, om zuivere producten te isoleren als een gele vloeistof. Bevestig daarna het product met NMR- en polarimetermetingen.Droog eerst een kolf met ronde bodem van vijf milliliter met een roerstaaf en een septum onder vacuümomstandigheden. Koel het vervolgens af tot kamertemperatuur terwijl het wordt gevuld met argongas. Voeg vervolgens de eerder gesynthetiseerde bisaziridine en azijnzuur toe aan de kolf.Roer het mengsel gedurende vijf uur op kamertemperatuur en controleer de reactievoortgang door TLC, met ethylacetaat en hexanen als eluent. Verwijder na vijf uur het azijnzuur in vacuo en zuiver het ruwe residu door silicagel flash chromatografie met ethylacetaat en hexanen als eluent, om het zuivere product als gele vloeistof te isoleren. Bevestig het product met NMR- en polarimetermetingen.Het proton NMR-spectrum onthulde een piek bij 1,42 ppm, overeenkomend met de alcohol waterstof in de ethylalcohol naast de aziridine, wat wijst op de reductie van een aldehyde tot ethylalcohol. Bovendien vertegenwoordigen de pieken op 4,00 en 3,54 ppm de methyleenwaterstoffen in ethylalcohol. De waargenomen piek bij 2,13 ppm komt overeen met de methylwaterstoffen van acetaat, terwijl pieken bij 4,43 en 4,15 ppm overeenkomen met de methyleenwaterstoffen naast acetaat gevormd na de aziridine ringopeningsreactie.Reductie met NaBH4 is exotherm gebleken en houdt dus de reactietemperatuur op nul graden Celsius. Ook is zorg vereist tijdens het blussen van NaBH4 door H2O. Wij geloven dat deze techniek verder onderzoek zal stimuleren naar de ontwikkeling van praktische methoden voor de constructie van met stikstof verrijkte complexe moleculen met biologische activiteiten.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Microgolf-geassisteerde Intramoleculaire dehydrogenerende Diels-Alder reacties voor de synthese van gefunctionaliseerde naftalenen / Solvatochromic Kleurstoffen

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 Biologische Katalyse: Isothermisch titratiecalorimetrie om enzymatische reacties karakteriseren

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 monitoring van de reacties uitgevoerd met behulp van continue flow Verwerking: De Bereiding van 3-acetylcumarine als een voorbeeld

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

Een protocol voor veilige lithiering Reacties Met behulp van organolithiumchemie

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

Gecontroleerd Photoredox Ring-Opening polymerisatie van O- Carboxyanhydrides gemedieerd door Ni/Zn complexen

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

Enzymatische Cascade reacties voor de synthese van chirale Amino alcoholen van L-lysine

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

Bereiding en karakterisatie van C60/Graphene hybride nanostructuren

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

Voorbereiding op stabiele bicyclische Aziridinium ionen en hun Ring-Opening voor de synthese van 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

Regioselectieve O- glycosylatie van nucleosiden via de tijdelijke 2', 3'-Diol bescherming door een koppeling Ester voor de synthese van Disaccharide nucleosiden

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 van N-heterocyclische carbenen: toepassing in licht Ring-Opening Metathese polymerisatie

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 ...