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

Denna forskning stöddes av Korea Basic Science Institute (National Research Facilities and Equipment Center) bidrag finansierat av utbildningsministeriet (2022R1A6C101A751). Detta arbete stöddes också av National Research Foundation of Korea (NRF) bidrag (2020R1A2C1007102 och 2021R1A5A6002803).

Detaljerna för alla syntetiserade produkter (1-5), inklusive strukturen, fullständiga NMR-spektra, optisk renhet och HRMS-MALDI-data, finns i tilläggsfil 1.
1. Syntes av 3-(aziridin-2-yl)akrylaldehyd (1a)
<ol><li>Flamma en 50 ml rundkolv försedd med omrörarstång och septum under vakuumförhållanden. Kyl den till rumstemperatur medan du fyller den med argongas.</li>
	<li>Tillsätt vattenfri toluen (19 ml) och (R)-1-((R</em...

Bildandet av en oskiljaktig blandning av diastereomerer har ibland observerats under loppet av organokatalytisk aziridination av kiral 3-[1-(1-fenyletyl)aziridin-2-yl)]akrylaldehyd, när N-Boc-O-tosyl eller N-Ts-O-tosylhydroxilamin användes som kvävekälla. Vidare minskade utbytet av sammanhängande bisaziridinprodukt när mängden diarylsilyleterprolinol som katalysator ökades från 7 mol% till 20 mol%47,48,49<su...

Rationell design av små organiska molekyler med olika reaktiva platser som exakt styr produktselektiviteten är ett viktigt mål i modern organisk syntes och grön kemi 1,2,3,4,5,6,7,8. För att uppnå detta mål var vi intresserade av den modulära syntesen av aziridiner. Aziridiner är av intresse för de flesta organiska kemister på grund av deras strukturellt viktiga ramverk9 med en elektroniskt varierad uppsättning N-substituenter som kan leda till regioselektiva ringöppningsreaktioner med flera nukleofiler 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19, och varierade farmakologiska aktiviteter såsom antitumör, antimikrobiella och antibakteriella egenskaper. Trots framstegen inom aziridinkemi har icke-aktiverat aziridin och aktiverat aziridin oberoende synteser och ringöppningsreaktioner i litteraturen20.
Därför syftade vi till att syntetisera sammanhängande bisaziridiner som omfattar både de icke-aktiverade och aktiverade aziridinerna. Dessa sammanhängande bisaziridiner kan användas för att systematiskt rationalisera ett kemoselektivt ringöppningsmönster baserat på följande elektroniska egenskaper hos de två olika aziridinerna och deras reaktivitet mot nukleofiler 20,21,22,23,24: a) aktiverade aziridiner, i vilka de elektronuttagande substituenterna konjugativt stabiliserar den negativa laddningen på kvävet, reagerar lätt med flera nukleofiler till tillåta ringöppnade produkter; b) icke-aktiverade aziridiner, i vilka kvävet är bundet till de elektrondonerande substituenterna, är avsevärt inerta mot nukleofiler; Därför krävs ett föraktiveringssteg med en lämplig aktivator (främst Brønsted- eller Lewis-syror) för att ge de ringöppnade produkterna i höga utbyten20,21,25,26.
Den aktuella studien beskriver den rationella utformningen av sammanhängande bisaziridiner som kirala byggstenar via övergångsmetallfri organokatalys och syntesen av olika kväverika molekyler med hjälp av prediktiva modelleringsverktyg för ringöppningsreaktioner av bisaziridiner. Denna studie syftar till att stimulera utvecklingen av praktiska metoder för konstruktion av kväveberikade bioaktiva föreningar och naturliga produkter och polymerisation 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 klass av reaktiva organiska molekyler innehållande en treledad ring, är viktiga syntoner för syntesen av en stor variation av funktionaliserade kväveinnehållande målföreningar genom den regiokontrollerade ringöppningen av C-substituerade aziridiner. Trots de enorma framstegen i aziridinsyntesen under det senaste decenniet är det fortfarande svårt att få tillgång till sammanhängande bisaziridiner effektivt. Därför var vi intresserade av att syntetisera sammanhängande bisaziridiner med en elektroniskt varierad uppsättning N-substituenter bortom den enda aziridin-ryggraden för regioselektiva ringöppningsreaktioner med olika nukleofiler. I denna studie framställdes kirala sammanhängande bisaziridiner genom organokatalytisk asymmetrisk aziridination av kiral (E)-3-((S)-1-((R)-1-fenyletyl)aziridin-2-yl)akrylaldehyd med N-Ts-O-tosyl eller N-Boc-O-tosylhydroxilamin som kvävekälla i närvaro av (2 S)-[difenyl(trimetylsilyloxi)metyl]pyrrolidin som en kiral organokatalysator. Här demonstreras också representativa exempel på regioselektiva ringöppningsreaktioner av angränsande bisaziridiner med en mängd olika nukleofiler såsom svavel, kväve, kol och syre, och appliceringen av angränsande bisaziridiner på syntesen av multisubstituerade kirala pyrrolidiner genom Pd-katalyserad hydrering.

För att undersöka möjligheten att framställa ett sammanhängande bisaziridin syntetiserades (E)-3-((S)-1-((R)-1-fenylethyl)aziridin-2-yl)akrylaldehyd (1a) först som ett modellsubstrat enligt det förfarande som nämns i steg 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

Angränsande bisaziridiner innehållande icke-aktiverade och aktiverade aziridiner syntetiserades genom asymmetriska organokatalytiska aziridinationer och utsattes sedan för kemoselektiva ringöppningsreaktioner under sura eller basiska förhållanden. Den icke-aktiverade aziridinringen öppnas med mindre reaktiva nukleofiler under sura förhållanden, medan den aktiverade aziridinringen öppnas med mer reaktiva nukleofiler under grundläggande förhållanden.

Beredning av angränsande bisazilidiner för regioselektiva ringöppningsreaktioner

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

Betydelsen av vårt protokoll är rationell design av sammanhängande bisaziridin innehållande både aktiverade och icke-aktiverade aziridiner, och utsätter det för regioselektiva ringöppningsreaktioner med olika nukleofiler. Fördelen med denna teknik är att den möjliggör syntes av kväverika molekyler med hjälp av prediktiva modelleringsverktyg för selektiva ringöppningar. Det nuvarande protokollet kan användas för att utveckla praktiska metoder för syntes av kväveberikade bioaktiva föreningar och naturprodukter.Till att börja med, flamma torka en 50-ml rundbottnad kolv med en omrörarstång och en septum under vakuumförhållanden. Efter kylning till rumstemperatur fyller du den med argongas. Tillsätt sedan vattenfri metanol och aldehyd till kolven och rör om lösningen i en minut.Tillsätt sedan natriumborhydrid till den omrörda lösningen och rör om reaktionsblandningen vid noll grader Celsius i en timme. Övervaka reaktionsförloppet med TLC med etylacetat och hexaner som elueringsmedel. Efter en timme släcker du reaktionsblandningen med destillerat vatten och extraherar med etylacetat i en separatorytratt.Torka det kombinerade organiska skiktet över vattenfritt natriumsulfat, filtrera och koncentrera i vakuo. Rena råresten med kiselgelblixtkromatografi med etylacetat och hexaner som elueringsmedel, för att isolera rena produkter som en gul vätska. Bekräfta sedan produkten med NMR- och polarimetermätningar.Flamtorka först en fem-milliliter rundbottnad kolv med en omrörarstång och en septum under vakuumförhållanden. Kyl den sedan till rumstemperatur medan du fyller den med argongas. Tillsätt sedan den tidigare syntetiserade bisaziridin och ättiksyra till kolven.Rör om blandningen vid rumstemperatur i fem timmar och övervaka reaktionsförloppet med TLC med etylacetat och hexaner som elueringsmedel. Efter fem timmar, ta bort ättiksyran i vakuo och rena råresten med kiselgelblixtkromatografi med etylacetat och hexaner som elueringsmedel för att isolera den rena produkten som en gul vätska. Bekräfta produkten med NMR- och polarimetermätningar.Proton NMR-spektrumet avslöjade en topp vid 1,42 ppm, vilket motsvarar alkoholvätet i etylalkoholen intill aziridin, vilket indikerar reduktionen av en aldehyd till etylalkohol. Dessutom representerar topparna vid 4,00 och 3,54 ppm metylenvätena i etylalkohol. Den topp som observerats vid 2,13 ppm motsvarar metylvätena i acetat, medan toppar vid 4,43 och 4,15 ppm motsvarar metylenvätena intill acetat som bildas efter aziridinringöppningsreaktionen.Reduktion som involverar NaBH4 har visat sig vara exoterm och därmed bibehålla reaktionstemperaturen vid noll grader Celsius. Dessutom krävs försiktighet vid släckning av NaBH4 med H2O. Vi tror att denna teknik kommer att stimulera ytterligare forskning mot utveckling av praktiska metoder för konstruktion av kväveberikade komplexa molekyler med biologiska aktiviteter.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Mikrovågsassisterad Intramolekylära Dehydrogenative Diels-Alder-reaktioner för syntes av Funktionaliserade naftalener / Färgämnen 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

Hot biologisk katalys: Isotermiska Titrering Calorimetry för att karaktärisera enzymatiska 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

Realtidsövervakning av reaktionerna Bilds-flöde Bearbetning: Den Framställning av 3-acetylkoumarin som exempel

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

Ett protokoll för säker litiering Reaktioner Använda litiumorganisk Reagens

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

Kontrollerade Photoredox ringa-öppning polymerisation av O- Carboxyanhydrides medieras av Ni/Zn komplex

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 för syntesen av kirala Amino alkoholer från 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

Förberedelse och 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

Beredning av stabil bicykliska Aziridinium joner och deras ringa-öppning för syntesen 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- Glycosylation av nukleosider via den tillfälliga 2', 3'-Diol skydd av en Boronic Ester för syntesen av disackarid 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 av N-heterocykliska karbener: tillämpning i Photoinduced ringa-öppning metates polymerisation

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 ...