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

מחקר זה נתמך על ידי מענק המכון הלאומי למדע בסיסי של קוריאה (מתקני מחקר וציוד לאומי) במימון משרד החינוך (2022R1A6C101A751). עבודה זו נתמכה גם על ידי מענקי קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) (2020R1A2C1007102 ו- 2021R1A5A6002803).

הפרטים של כל המוצרים המסונתזים (1-5), כולל המבנה, ספקטרום NMR מלא, טוהר אופטי ונתוני HRMS-MALDI, מסופקים בקובץ משלים 1.
1. סינתזה של 3-(aziridin-2-yl)אקריל אלדהיד (1a)
<ol><li>ייבשו להבה בקבוקון בעל תחתית עגולה של 50 מ"ל המצויד במוט מערבל ומחיצת בתנאי ואקום. מצננים אותו לט...

היווצרותה של תערובת בלתי נפרדת של דיאסטראומרים נצפתה מדי פעם במהלך אזירידינציה אורגנוקטליטית של כיראלית 3-[1-(1-פנילתיל)אזירידין-2-yl)]אקרילאלדהיד, כאשר N-Boc-O-tosyl או N-Ts-O-tosyl hydroxylamine שימש כמקור החנקן. יתר על כן, התשואה של תוצר bisaziridine רציף ירדה כאשר כמות דיריל סיליל אתר פרולינול ...

תכנון רציונלי של מולקולות אורגניות קטנות עם אתרים תגובתיים מגוונים השולטים במדויק בסלקטיביות המוצר הוא מטרה מרכזית בסינתזה אורגנית מודרנית ובכימיה ירוקה 1,2,3,4,5,6,7,8. כדי להשיג מטרה זו, התעניינו בסינתזה מודולרית של אזירידינים. אזירידינים מעניינים את רוב הכימאים האורגניים, בשל המסגרת החשובה מבחינה מבניתשלהם 9 עם קבוצה מגוונת אלקטרונית של N-substituents שיכולה להוביל לתגובות פתיחת טבעת רג'יוסלקטיביות עם מספר נוקלאופילים 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19, ופעילויות פרמקולוגיות מגוונות כגון תכונות אנטי-סרטניות, אנטי-מיקרוביאליות ואנטי-בקטריאליות. למרות ההתקדמות בכימיה של אזירידין, לאזירידין לא פעיל ואזירידין פעיל יש סינתזות עצמאיות ותגובות פתיחת טבעת בספרות20.
לכן, כיוונו לסנתז ביסאזירידינים רציפים הכוללים הן את האזירידים הלא מופעלים והן את האזירידים המופעלים. ניתן להשתמש בביסאזירידינים רציפים אלה כדי לתרץ באופן שיטתי תבנית פתיחת טבעת כימוסלקטיבית המבוססת על התכונות האלקטרוניות הבאות של שני האזירידינים השונים ותגובתיותם לנוקלאופילים 20,21,22,23,24: א) אזירידינים מופעלים, שבהם תחליפי משיכת האלקטרונים מייצבים באופן מצומד את המטען השלילי על החנקן, מגיבים בקלות עם נוקלאופילים מרובים כדי לאפשר מוצרים שנפתחו טבעת; ב) אזירידינים שאינם מופעלים, שבהם החנקן קשור לתחליפים התורמים אלקטרונים, הם אינרטיים במידה ניכרת כלפי נוקלאופילים; לפיכך, נדרש שלב טרום הפעלה עם אקטיבטור מתאים (בעיקר חומצות Brønsted או Lewis) כדי להרשות לעצמו את המוצרים שנפתחו בטבעת בתשואות גבוהות20,21,25,26.
המחקר הנוכחי מתאר את התכנון הרציונלי של ביסאזירידינים רציפים כאבני בניין כיראליות באמצעות אורגנוקטליזה נטולת מתכות מעבר וסינתזה של מולקולות מגוונות עשירות בחנקן תוך שימוש בכלי מודלים מנבאים לתגובות פתיחה טבעתיות של ביסאזירידינים. מחקר זה נועד לעורר את קידומן של שיטות מעשיות לבניית תרכובות ביו-אקטיביות מועשרות בחנקן ומוצרים טבעיים ופולימריזציה של אזירידינים.

<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, קבוצה של מולקולות אורגניות תגובתיות המכילות טבעת בעלת שלושה איברים, הם סינתונים חשובים לסינתזה של מגוון גדול של תרכובות מטרה פונקציונליות המכילות חנקן באמצעות פתיחת טבעת רג'יונטורית של אזירידינים בתחליפי C. למרות ההתקדמות האדירה בסינתזה של אזירידין בעשור האחרון, גישה יעילה לביסאזירידינים רציפים עדיין קשה. לכן, התעניינו בסינתזה של ביסאזירידינים רציפים הנושאים קבוצה מגוונת אלקטרונית של N-תחליפי מעבר לעמוד השדרה האזירידין הבודד לתגובות פתיחת טבעת רג'יוזלקטיביות עם נוקלאופילים מגוונים. במחקר זה, ביסאזירידינים ציראליים רציפים הוכנו על ידי אזירידינציה אסימטרית אורגנוקטליטית של כיראלית (E)-3-((S)-1-((R)-1-פנילתיל)אזירידין-2-yl)אקרילאלדהיד עם N-Ts-O-tosyl או N-Boc-O-tosyl hydroxylamine כמקור החנקן בנוכחות (2 S)-[דיפניל(טרימתיל-סילילוקסי)מתיל]פירולידין כאורגנוקטליסט כיראלי. כמו כן מודגמות כאן דוגמאות מייצגות לתגובות פתיחת טבעת רג'יוסלקטיביות של ביסאזירידינים רציפים עם מגוון נוקלאופילים כגון גופרית, חנקן, פחמן וחמצן, ויישום של ביסאזירידינים רציפים לסינתזה של פירולידינים כיראליים מרובי תחליפים על ידי הידרוגנציה מזורזת של Pd.

כדי לחקור את יכולת ההשגה של הכנת ביסאזירידין רציף, (E)-3-((S)-1-(R)-1-פנילאתיל)אזירידין-2-yl)אקרילאלדהיד (1a) סונתז לראשונה כמצע מודל על פי הנוהל המוזכר בשלב 1 (איור 1)28.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64019/64019fig0...

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

ביסאזירידינים רציפים המכילים אזירידינים לא מופעלים ומופעלים סונתזו על ידי אזירידינציות אורגנוקטליטיות אסימטריות ולאחר מכן היו נתונים לתגובות כימוסלקטיביות של פתיחת טבעת בתנאים חומציים או בסיסיים. טבעת האזירידין הלא מופעלת נפתחת עם פחות נוקלאופילים תגובתיים בתנאים חומציים, ואילו טבעת האזירידין המופעלת נפתחת עם נוקלאופילים תגובתיים יותר בתנאים בסיסיים.

הכנת ביסאזירידינים רציפים לתגובות פתיחת טבעת רגיוזלקטיביות

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

המשמעות של הפרוטוקול שלנו היא תכנון רציונלי של ביסאזירידין רציף המכיל אזירידינים מופעלים ולא מופעלים, וכפוף אותו לתגובות פתיחת טבעת רגיוזלקטיות עם נוקלאופילים מגוונים. היתרון של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת סינתזה של מולקולות עשירות בחנקן באמצעות כלי מידול ניבוי עבור פתחי טבעות סלקטיביים. הפרוטוקול הנוכחי יכול לשמש לפיתוח שיטות מעשיות לסינתזה של תרכובות ביו-אקטיביות מועשרות בחנקן ומוצרים טבעיים.כדי להתחיל, להבה לייבש בקבוק 50 מיליליטר עגול עם תחתית עם מוט מערבל ומחיצת בתנאי ואקום. לאחר קירורו לטמפרטורת החדר, מלאו אותו בגז ארגון. לאחר מכן מוסיפים מתנול נטול מים ואלדהיד לבקבוקון, ומערבבים את התמיסה במשך דקה.לאחר מכן, מוסיפים נתרן בורוהידריד לתמיסה המוערבבת, ומערבבים את תערובת התגובה באפס מעלות צלזיוס למשך שעה. עקוב אחר התקדמות התגובה על ידי TLC, תוך שימוש באתיל אצטט והקסנים כאלואנט. לאחר שעה, להרוות את תערובת התגובה עם מים מזוקקים, ולחלץ עם אתיל אצטט במשפך מפריד.יבשו את השכבה האורגנית המשולבת מעל נתרן גופרתי נטול מים, סננו והתרכזו בוואקוו. לטהר את השאריות הגולמיות על ידי כרומטוגרפיית פלאש ג'ל סיליקה עם אתיל אצטט והקסנים כאלואנט, כדי לבודד מוצרים טהורים כנוזל צהוב. לאחר מכן, אשר את המוצר על ידי מדידות NMR ופולרימטר.ראשית, ייבשו בלהבה בקבוקון בעל תחתית עגולה של חמישה מיליליטר עם מוט מערבל ומחיצת בתנאי ואקום. לאחר מכן מקררים אותו לטמפרטורת החדר תוך כדי מילויו בגז ארגון. לאחר מכן, מוסיפים את bisaziridine מסונתז בעבר וחומצה אצטית לבקבוקון.ערבבו את התערובת בטמפרטורת החדר במשך חמש שעות, ועקבו אחר התקדמות התגובה על ידי TLC, תוך שימוש באתיל אצטט והקסאנס כאלואנט. לאחר חמש שעות, הסר את החומצה האצטית ב vacuo, ולטהר את שאריות גולמי על ידי כרומטוגרפיה פלאש ג'ל סיליקה עם אתיל אצטט ו hexanes כמו eluent, כדי לבודד את המוצר הטהור כמו נוזל צהוב. אשר את המוצר על ידי מדידות NMR ופולרימטר.ספקטרום הפרוטונים NMR גילה שיא של 1.42 ppm, המקביל לאלכוהול מימן באלכוהול האתילי הסמוך לאזירידין, מה שמעיד על הפחתת אלדהיד לאלכוהול אתילי. יתר על כן, הפסגות ב 4.00 ו 3.54 ppm מייצגים את המימן מתילן באלכוהול אתילי. השיא שנצפה ב-2.13 ppm מתאים למתיל מימן של אצטט, ואילו פסגות ב-4.43 ו-4.15 ppm תואמות את המימן מתילן הסמוך לאצטט שנוצר לאחר תגובת פתיחת טבעת האזירידין.הפחתה המערבת את NaBH4 נמצאה אקסותרמית, ובכך לשמור על טמפרטורת התגובה באפס מעלות צלזיוס. כמו כן, נדרשת זהירות במהלך המרווה של NaBH4 על ידי H2O. אנו מאמינים כי טכניקה זו תעודד מחקר נוסף לקראת פיתוח שיטות מעשיות לבניית מולקולות מורכבות מועשרות בחנקן בעלות פעילות ביולוגית.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

מיקרוגל בסיוע תגובות Dehydrogenative intramolecular דילס-Alder לסינתזה של Naphthalenes הפונקציונלי / צבעי Solvatochromic

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

הביולוגי קטליזה חמה: Isothermal טיטרציה Calorimetry לאפיין תגובות אנזימטיות

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

ניטור בזמן אמת של תגובות בוצעו באמצעות רציפה זרימת עיבוד: הכנת 3-Acetylcoumarin כדוגמא

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

פרוטוקול תגובות בטוח Lithiation באמצעות ריאגנטים Organolithium

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

נשלט Photoredox הפילמור טבעת-פתיחה של O- Carboxyanhydrides מתווכת על-ידי Ni/Zn מתחמי

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

תגובות אנזימטיות אשד לסינתזה של כהלים אמינו כיראלי מ L-ליזין

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

הכנה ואפיון של C60/Graphene היברידית Nanostructures

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

הכנת יציב Aziridinium Bicyclic יונים, פתיחת הטבעת שלהם לסינתזה של 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- גליקוזילציה של נוקלאוזידים via זמני 2', 3'-Diol הגנה על ידי אסתר Boronic לסינתזה של דו-סוכר נוקלאוזידים

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 של N-אורגנית Carbenes: יישום Photoinduced פתיחת הטבעת שיכול עיצורים פלמור

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 ...