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 forskningen ble støttet av Korea Basic Science Institute (National Research Facilities and Equipment Center) stipend finansiert av Utdanningsdepartementet (2022R1A6C101A751). Dette arbeidet ble også støttet av National Research Foundation of Korea (NRF) tilskudd (2020R1A2C1007102 og 2021R1A5A6002803).

Detaljer om alle syntetiserte produkter (1-5), inkludert strukturen, full NMR spektra, optisk renhet, og HRMS-MALDI data, er gitt i tilleggsfil 1.
1. Syntese av 3-(aziridin-2-yl)akrylaldehyd (1a)
<ol><li>Flammetørk en 50 ml rundbunnet kolbe utstyrt med en omrørerstang og en septum under vakuumforhold. Avkjøl den til romtemperatur mens du fyller den med argongass.</li>
	<li>Tilsett vannfritt toluen (19 ml) og (R)-1-((R)-1...

Dannelsen av en uatskillelig blanding av diastereomerer har av og til blitt observert i løpet av organokatalytisk aziridinering av kiral 3-[1-(1-fenyletyl)aziridin-2-yl)]akryldehyd, når N-Boc-O-tosyl eller N-Ts-O-tosylhydroksylamin ble brukt som nitrogenkilde. Videre ble utbyttet av sammenhengende bisaziridinprodukt redusert når mengden diaryl silyleterprolinol som katalysator ble økt fra 7 mol% til 20 mol%47,48,49</su...

Rasjonell design av små organiske molekyler med forskjellige reaktive steder som nøyaktig kontrollerer produktselektivitet er et sentralt mål i moderne organisk syntese og grønn kjemi 1,2,3,4,5,6,7,8. For å oppnå dette målet var vi interessert i modulær syntese av aziridiner. Aziridiner er av interesse for de fleste organiske kjemikere, på grunn av deres strukturelt viktige rammeverk9 med et elektronisk mangfoldig sett med N-substituenter som kan føre til regioselektive ringåpningsreaksjoner med flere nukleofiler 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19, og varierte farmakologiske aktiviteter som antitumor, antimikrobielle og antibakterielle egenskaper. Til tross for fremskritt innen aziridinkjemi har ikke-aktivert aziridin og aktivert aziridin uavhengige synteser og ringåpningsreaksjoner i litteraturen20.
Derfor hadde vi som mål å syntetisere sammenhengende bisaziridiner som omfatter både ikke-aktiverte og aktiverte aziridiner. Disse sammenhengende bisaziridinene kan brukes til systematisk å rasjonalisere et kjemoselektivt ringåpningsmønster basert på følgende elektroniske egenskaper til de to forskjellige aziridinene og deres reaktivitet mot nukleofiler 20,21,22,23,24: a) aktiverte aziridiner, hvor de elektronuttakende substituentene konjugativt stabiliserer den negative ladningen på nitrogenet, reagerer lett med flere nukleofiler til tillate ringåpnede produkter; b) ikke-aktiverte aziridiner, der nitrogenet er bundet til elektrondonerende substituenter, er betydelig inerte mot nukleofiler; derfor er det nødvendig med et forhåndsaktiveringstrinn med en egnet aktivator (hovedsakelig Brønsted- eller Lewis-syrer) for å ha råd til de ringåpnede produktene i høye utbytter20,21,25,26.
Denne studien beskriver den rasjonelle utformingen av sammenhengende bisaziridiner som kirale byggesteiner via overgangsmetallfri organokatalyse og syntese av forskjellige nitrogenrike molekyler ved bruk av prediktive modelleringsverktøy for ringåpningsreaksjoner av bisaziridiner. Denne studien tar sikte på å stimulere utviklingen av praktiske metoder for konstruksjon av nitrogenberikede bioaktive forbindelser og naturlige produkter og polymerisering av 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 av reaktive organiske molekyler som inneholder en tre-leddet ring, er viktige syntoner for syntesen av et stort utvalg av funksjonaliserte nitrogenholdige målforbindelser gjennom den regiokontrollerte ringåpningen av C-substituerte aziridiner. Til tross for den enorme fremgangen i aziridinsyntese i løpet av det siste tiåret, er det fortsatt vanskelig å få tilgang til sammenhengende bisaziridiner effektivt. Derfor var vi interessert i å syntetisere sammenhengende bisaziridiner som bærer et elektronisk mangfoldig sett med N-substituenter utover den eneste aziridinryggraden for regioselektive ringåpningsreaksjoner med forskjellige nukleofiler. I denne studien ble kirale sammenhengende bisziridiner fremstilt ved organokatalytisk asymmetrisk aziridinering av kiral (E)-3-((S)-1-((R)-1-fenyletyl)aziridin-2-yl)akryldehyd med N-Ts-O-tosyl eller N-Boc-O-tosylhydroksylamin som nitrogenkilde i nærvær av (2 S)-[difenyl(trimetylsilyloksy)metyl]pyrrolidin som kiral organokatalysator. Også demonstrert her er representative eksempler på regioselektive ringåpningsreaksjoner av sammenhengende bisazirider med en rekke nukleofiler som svovel, nitrogen, karbon og oksygen, og anvendelse av sammenhengende bisazirider til syntese av multisubstituerte kirale pyrrolidiner ved Pd-katalysert hydrogenering.

For å undersøke oppnåeligheten av å fremstille et sammenhengende bisaziridin ble (E)-3-((S)-1-((R)-1-fenyletyl)aziridin-2-yl)akrylaldehyd (1a) først syntetisert som et modellsubstrat i henhold til prosedyren nevnt i trinn 1 (figur 1)28.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64019/64019fig01.jpg"> Figur 1</...

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

Sammenhengende bisazirider som inneholder ikke-aktiverte og aktiverte aziridiner ble syntetisert ved asymmetriske organokatalytiske aziridinasjoner og deretter utsatt for kjemoselektive ringåpningsreaksjoner under sure eller basiske forhold. Den ikke-aktiverte aziridinringen åpner med mindre reaktive nukleofiler under sure forhold, mens den aktiverte aziridinringen åpner med mer reaktive nukleofiler under grunnleggende forhold.

Tilberedning av sammenhengende bisazirider for regioselektive ringåpningsreaksjoner

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

Betydningen av vår protokoll er rasjonell utforming av sammenhengende bisaziridin som inneholder både aktiverte og ikke-aktiverte aziridiner, og utsetter den for regioselektive ringåpningsreaksjoner med forskjellige nukleofiler. Fordelen med denne teknikken er at den tillater syntese av nitrogenrike molekyler ved hjelp av prediktive modelleringsverktøy for selektive ringåpninger. Den nåværende protokollen kan brukes til å utvikle praktiske metoder for syntese av nitrogenberikede bioaktive forbindelser og naturlige produkter.Til å begynne med flammetørk en 50 milliliter rundbunnet kolbe med en omrørerstang og en septum under vakuumforhold. Etter avkjøling til romtemperatur, fyll den med argongass. Tilsett deretter vannfri metanol og aldehyd til kolben, og rør løsningen i et minutt.Deretter tilsettes natriumborhydrid til den omrørte løsningen, og rør reaksjonsblandingen ved null grader Celsius i en time. Overvåk reaksjonsfremgangen ved TLC, ved hjelp av etylacetat og heksaner som et eluent. Etter en time, slukk reaksjonsblandingen med destillert vann og trekk ut med etylacetat i en separatorisk trakt.Tørk det kombinerte organiske laget over vannfritt natriumsulfat, filtrer og konsentrer i vacuo. Rens råresten ved silikagel flashkromatografi med etylacetat og heksaner som eluent, for å isolere rene produkter som en gul væske. Etterpå bekrefter du produktet ved hjelp av NMR- og polarimetermålinger.Først flammetørker du en fem milliliter rundbunnet kolbe med en omrørerstang og en septum under vakuumforhold. Avkjøl den deretter til romtemperatur mens du fyller den med argongass. Deretter legger du til det tidligere syntetiserte bisaziridin og eddiksyre til kolben.Rør blandingen ved romtemperatur i fem timer, og overvåk reaksjonsfremgangen ved TLC, ved bruk av etylacetat og heksaner som et eluent. Etter fem timer, fjern eddiksyren i vacuo, og rens råresten ved silikagel flashkromatografi med etylacetat og heksaner som eluent, for å isolere det rene produktet som en gul væske. Bekreft produktet ved hjelp av NMR- og polarimetermålinger.Proton NMR-spekteret avslørte en topp på 1, 42 ppm, tilsvarende alkoholhydrogenet i etylalkoholen ved siden av aziridin, noe som indikerer reduksjonen av et aldehyd i etylalkohol. Videre representerer toppene på 4,00 og 3,54 ppm metylenhydrogenene i etylalkohol. Toppen observert ved 2,13 ppm tilsvarer metylhydrogenene av acetat, mens topper ved 4,43 og 4,15 ppm tilsvarer metylenhydrogenene ved siden av acetat dannet etter aziridinringåpningsreaksjonen.Reduksjon som involverer NaBH4 har vist seg å være eksoterm, og dermed opprettholde reaksjonstemperaturen ved null grader Celsius. Det kreves også forsiktighet under slukking av NaBH4 av H2O. Vi tror at denne teknikken vil stimulere til videre forskning mot utvikling av praktiske metoder for konstruksjon av nitrogenberikede komplekse molekyler som har biologiske aktiviteter.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Mikrobølgeovn-assistert intramolekylære Dehydrogenative Diels-Alder reaksjoner for syntese av funksjonalisert naftalener / Solvatochromic Fargestoffer

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 Biological Katalyse: Isotermisk Titrering Calorimetry å karakter enzymatiske reaksjoner

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

Sanntidsovervåking av reaksjoner utføres ved hjelp av kontinuerlig flyt Foredling: Fremstilling av 3-Acetylcoumarin som 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 protokoll for sikker litium Reaksjoner Bruke organolitiumreagenser

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

Kontrollert Photoredox Ring-åpning polymerisering av O- Carboxyanhydrides formidlet av 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 reaksjoner for syntese av Chiral Amino alkoholer fra 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

Forberedelse og karakterisering av 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

Utarbeidelse av stabile bisyklisk Aziridinium ioner og deres Ring-åpning for syntese av 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 av Nucleosides via den midlertidige 2', 3-Diol beskyttelse av en Boronic Ester for syntese av smakløst Nucleosides

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 av N-hetrosyklisk Carbenes: programmet i Photoinduced Ring-åpning 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 ...