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Chemistry

A Direct, Early Stage Protocole Guanidinylation pour la synthèse de complexes contenant aminoguanidine-produits naturels

Published: September 9, 2016 doi: 10.3791/53593
Automatic Translation
1, 2
1Department of Chemistry, Central Washington University, 2Department of Chemistry, Utah Valley University

Abstract

Le groupe fonctionnel guanidine, affiché le plus en évidence dans l'arginine d'acide aminé, l'un des éléments fondamentaux de la vie, est un élément structurel important dans de nombreux produits pharmaceutiques et naturels complexes. En raison de la découverte continuelle de nouveaux produits naturels contenant guanidine-et de petites molécules conçues, les méthodes de guanidinylation rapides et efficaces sont d'un grand intérêt pour les chimistes organiques synthétiques et médicinales. Parce que la nucléophilie et basicité de guanidines peuvent affecter les transformations chimiques ultérieures, guanidinylation indirecte traditionnelle est généralement poursuivi. Les méthodes indirectes emploient généralement plusieurs étapes de protection comportant un précurseur amine latente, tel qu'un azide, phtalimide, ou un carbamate. En contournant ces méthodes détournées et employant une réaction guanidinylation directe au début de la séquence de synthèse, il était possible de forger la guanidine terminale linéaire contenant épine dorsale de clavatadine A à réaliserune synthèse courte et simplifiée de ce facteur inhibiteur puissant XIa. Dans la pratique, le chlorhydrate de guanidine est élaboré avec un réseau protégeant soigneusement construit qui est optimisé pour survivre aux étapes de synthèse à venir. Dans la préparation d'un clavatadine, guanidinylation directe d'une diamine disponible dans le commerce a éliminé deux étapes inutiles de sa synthèse. Couplé avec la grande variété de groupes protecteurs de guanidine connu, guanidinylation directe témoigne d'une pratique succincte et efficace inhérente aux méthodes qui permettent de trouver une maison dans la boîte à outils d'un chimiste de synthèse.

Introduction

L'objectif de cette vidéo est de montrer comment utiliser une méthode de guanidinylation direct et rapide pour faire une structure de guanidine terminale est plus pratique rapide et efficace que les méthodes de guanidinylation traditionnelles dans la synthèse organique. Le groupe fonctionnel guanidine, qui se trouve sur l'arginine de l'acide aminé, est un élément structurel clé dans de nombreux produits naturels complexes et des produits pharmaceutiques. La découverte et la conception de nouveaux produits naturels contenant de la guanidine et des petites molécules établissent la nécessité d'un procédé de guanidinylation plus efficace. L'approche détournée utilisée comprend l'introduction d'un précurseur de guanidine latent qui est démasqué à un stade tardif de la synthèse. En revanche, une tactique simple installe une guanidine protégée sur une amine primaire au début d'une voie de synthèse.

La nature réactive de guanidines les empêche généralement de l'utilisation de routine sans une stratégie appropriée de groupe protecteur. Traditionnellement, les méthodesà ajouter un groupe fonctionnel guanidine impliqué une approche indirecte qui implique plusieurs étapes de protection, suivie par l'addition de la guanidine à la fin de la synthèse. Deux synthèses récentes illustrent les inconvénients inhérents à guanidinylation 1,2 indirecte. La méthode directe rapportée ici consiste à faire réagir un réactif de guanidine protégé avec une amine primaire très tôt dans la synthèse d'une molécule donnée, puis à déprotéger à la fin de la synthèse. Cette stratégie a été déployée avec succès dans la récente synthèse totale des alcaloïdes marins biologiquement actifs clavatadine A et phidianidine A et B 3,4.

Bien que cette méthode de guanidinylation directe a ses avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de guanidinylation il a encore ses inconvénients. Les conditions chimiques de la guanidine protégée peut survivre dépendra du groupe protecteur utilisé. En dépit de ces inconvénients potentiels, le procédé de guanidinylation directe est une stratégie qui permetpour ajouter des guanidines terminales amines primaires pour une utilisation dans la synthèse de molécules organiques complexes.

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Protocol

Attention: S'il vous plaît consulter et tenir compte Fiches de Données de Sécurité (FDS) pour chaque produit chimique avant l'utilisation. Quelques-uns des produits chimiques utilisés dans cette synthèse sont corrosifs, toxiques, cancérigènes, ou autrement nuisibles. Par conséquent, prendre toutes les précautions pour éviter l'inhalation, ingestion ou contact avec la peau avec ces produits chimiques. S'il vous plaît porter un équipement de protection individuelle (EPI) correctement. Une bonne PPE comprend des lunettes enveloppantes de sécurité, des gants en nitrile ou plus chimiquement des gants résistants, une blouse, des pantalons longs qui couvrent les sommets des chaussures, des chaussures fermées. Utilisez une hotte de travailler avec la ceinture à la hauteur la plus basse possible, en tandem avec des contrôles supplémentaires d'ingénierie pertinents, afin de minimiser le risque d'exposition accidentelle. Des parties de la procédure impliquent l'air standard et technique exempt d'humidité, telles que l'utilisation d'une ligne de Schlenk, des bouteilles de stockage de produits chimiques ambre avec bouchons couronne et disques en élastomère, seringue et le transfert de la canule de liquides et de solutions, gaz comprimés, et til distillation de liquides inflammables sous atmosphère inerte. 5

1. Direct Guanidinylation

  1. Guanidinylation directe du butane-1,4-diamine (5) avec le réactif de Goodman (6) pour la préparation de di- tert - butoxycarbonyle (Boc) -agmatine (7) 3,6
    1. Sécher un 1000 ml, à trois cols de flacon de réaction, à fond rond contenant une barre d'agitation magnétique, 50 ml d'équilibrage de pression entonnoir d'addition, et un adaptateur 14/20-24/40 rez-de-verre la nuit dans un four de séchage à ou au-dessus 130 ° C. Retirer le flacon du four et couvrir rapidement l'ouverture du droit et le cou gauche avec septa en caoutchouc. Pliez le septum en caoutchouc sur la lèvre du flacon. Sur le col central, fixer l'adaptateur de verre, suivie par l'entonnoir d'addition.
      NOTE: Au lieu de séchage au four pendant une nuit, la barre de flacon et mélanger peut être recouvert d'un septum, placé sur une ligne Schlenk sous vide ou gaz inerte, et séché à la flamme à l'aide d'un chalumeau au propane. S'il vous plaît consulter tressources pour es des informations plus détaillées sur l' utilisation de septa, une ligne Schlenk, et d' un entonnoir d'addition. 7-9
      1. Recouvrir la partie supérieure de l'entonnoir d'addition avec une cloison en caoutchouc, le pliage de la cloison en caoutchouc au-dessus de la lèvre du flacon. Refroidir l'appareil assemblé à la température ambiante sous un courant positif de gaz inerte en utilisant une ligne Schlenk.
    2. Placez la bouteille de butane-1,4-diamine (5) (point de fusion 25-28 ° C) dans un bain d'eau chaude pour faire fondre partiellement le produit chimique solide. Une fois un petit volume de liquéfiés butane-1,4-diamine (5) est disponible, utiliser une pipette Pasteur au four chauffé à transférer 2,32 ml (2,03 g, 0,0231 mol, équivalents 3,00 molaires) du composé 5 de la bouteille de un four chauffé 10 ml cylindre gradué. Transférer la diamine 5 liquéfié dans le ballon de réaction à fond rond à l' aide de la pipette Pasteur.
      NOTE: S'il vous plaît consulter ces ressources pour des informations plus détaillées on en utilisant une pipette Pasteur. 7,10
    3. Ajouter 320 ml de dichlorométhane (CH 2 Cl 2) dans le ballon de réaction à fond rond à partir d' une éprouvette graduée à température ambiante (20 ° C). Agiter la solution tout en ajoutant 1,1 ml de triéthylamine (Et 3 N) (0,78 g, 0,0077 mole, 1,00 équivalents molaires) à partir d' un 2 ml plongeur en verre seringue munie d'une aiguille métallique de calibre 20 de 12 pouces avec une pointe biseautée.
      NOTE: S'il vous plaît consulter ces ressources pour des informations plus détaillées sur l' utilisation d' une seringue 7,8,10 Consultez aussi cette ressource pour des informations détaillées sur l' utilisation d' une plaque d'agitation magnétique 8. (Pp 26-29.).
    4. En utilisant une balance analytique, peser 3,01 g (0,00769 mol, 1,00 équivalents molaires) de N, N'-di-Boc- -triflylguanidine N (6) (réactif de Goodman). 11,12 Verser ce solide dans un bécher. Dissoudre ce composé dans 25 ml de CH 2 Cl 2 anhydre. Dessinez cette solution into 50 ml plongeur en verre seringue munie d'une aiguille métallique de calibre 20 de 12 pouces avec une pointe biseautée. Distribuer cette solution de la seringue dans l'ampoule d'addition, en veillant à ce que le robinet d'arrêt au fond de l'entonnoir est fermé.
      NOTE: S'il vous plaît consulter ces ressources pour obtenir des informations détaillées sur l' utilisation d' une balance analytique 7,13.
    5. Tout en continuant l'agitation magnétique sur la plaque d'agitation magnétique, ouvrir le robinet lentement pour permettre à la solution préparée à l'étape 1.1.4 goutte à goutte dans le ballon de réaction à fond rond à un taux d'environ une goutte toutes les quatre secondes de sorte que l'ensemble de la solution est ajoutée sur environ 1 h. Lorsque l'addition est terminée, agiter la solution à température ambiante pendant 12 heures. Formation d'un précipité ou un résidu qui adhère à la paroi du ballon est généralement observée pendant les 12 h d'agitation.
  2. Un traitement aqueux pour l'isolement de di-Boc-agmatine (7)
    1. Après 12 h, exposer la solution à l'air en retirant le septum. Retirez la barre d'agitation magnétique à l'aide d'une barre d'agitation retriever. Verser la solution incolore à partir du ballon de réaction à fond rond dans une ampoule à décanter.
    2. Laver la solution organique avec deux portions successives de 50 ml de bicarbonate de sodium aqueux saturé (NaHCO 3). Après chaque lavage, vider la couche organique inférieure dans un ballon de Erlenmeyer propre. Verser la couche aqueuse supérieure dans un second flacon Erlenmeyer. Ajouter la couche organique retour à l'ampoule à décanter.
      NOTE: S'il vous plaît consulter ces ressources pour des informations plus détaillées sur l' extraction et à l' aide d' une ampoule à décanter 7-9,14.
    3. Laver la solution organique avec deux successives de 50 ml d'eau. Après chaque lavage, vider la couche organique inférieure dans un ballon de Erlenmeyer propre. Verser la couche aqueuse supérieure dans un second flacon Erlenmeyer. Ajouter la couche organique retour à l'ampoule à décanter.
    4. Laver la solution organique avec une portion de 50 ml de saumure. Égoutter le lcouche eurs organique dans un ballon de Erlenmeyer propre et sèche avec du sulfate de sodium anhydre (Na 2 SO 4). Gravity filtrer la solution à travers un entonnoir muni de papier cannelé de filtration (porosité grossière, écoulement rapide, 20-25 microns rétention de particules) dans un environnement propre, taré ballon à fond rond.
      NOTE: S'il vous plaît consulter ces ressources pour obtenir des informations plus détaillées sur le séchage des solutions organiques en utilisant un agent de séchage 7-9,14 S'il vous plaît consulter ces ressources pour obtenir des informations plus détaillées sur la filtration par gravité 7-9,15..
    5. Évaporer le liquide dans le ballon à fond rond à l'aide d'un évaporateur rotatif, la température du bain à 40 ° C et la rotation réglé à 120 tours par minute.
      NOTE: S'il vous plaît consulter ces ressources pour des informations plus détaillées sur l' utilisation d' un évaporateur rotatif 7-9,16.
  3. Une purification du di-Boc-agmatine (7) 3,6
    1. Préparer une colonne pour Chromatographie éclair en utilisant un éluant de 5: 3: 2 éthyleacétate d' éthyle (EtOAc) -méthanol-Et3N à travers une phase stationnaire de gel de silice. Utiliser une colonne de Chromatographie en verre qui est de 3,8 cm de largeur par 45 cm de hauteur.
      NOTE: S'il vous plaît consulter ces ressources pour obtenir des informations plus détaillées sur la purification de composés organiques par chromatographie sur colonne 7-9,17,18.
      1. Ajouter la diatomite dans la colonne pour former une base qui est d'environ 2 cm de hauteur. Cet agent de filtrage permet d'éviter tout gel de silice dissoute contaminent les fractions de la colonne. Ajouter éluant jusqu'à ce que la colonne de la suspension de la terre de diatomées éluant atteint environ 10 cm de hauteur, environ 40-50 ml. Mélanger l'éluant et la terre de diatomées en remuant doucement pour assurer la suspension est uniforme, et ensuite permettre le solide à régler.
        NOTE: S'il vous plaît consulter cette ressource pour des informations plus détaillées sur l' utilisation de la terre de diatomées comme auxiliaire de filtration 8.
      2. Pack humide de la colonne en faisant une suspension constituée de 100 g de gel de silice et un volum suffisantee d'éluant pour permettre à la suspension d'être facilement agité à l'aide d'une spatule métallique. Verser la pâte dans la colonne à travers un entonnoir en verre ou en plastique.
      3. Utilisez la pression d'air pour forcer l'éluant à travers la colonne de telle sorte que l'efflux coule comme un léger courant de liquide. Le débit éluant doit être pouces environ deux-linéaires par minute. Arrêter l'écoulement de l'éluant quand il atteint le niveau du gel de silice, en veillant à ce que le gel de silice est constamment mouillé avec l'éluant.
    2. Dissoudre le contenu du flacon (4,21 g) dans un volume de l'éluant qui est juste suffisante pour dissoudre complètement le produit brut, soit environ 15 à 20 ml. charger soigneusement la solution sur du gel de silice, sans perturber le gel de silice, en transférant la solution dans le ballon à la colonne à l'aide d'une pipette Pasteur. Tapoter la colonne pour assurer la partie supérieure du gel de silice est plate. Drainer l'éluant de sorte qu'il atteigne le niveau du gel de silice. Ajouter une petite quantité de l'éluant et répéter.
      NOTE: S'il vous plaît consulter cette ressource pour des informations détaillées sur la dissolution des solides utilisant des solvants 9.
      1. Pour ne pas perturber le gel de silice lors de l'élution de la colonne, ajouter du sable à la partie supérieure du gel de silice pour former un cylindre qui est d'environ 0,5 à 1 cm de hauteur. Ajouter quelques millilitres d'éluant pour humidifier le sable. Drainer l'éluant de sorte qu'il atteigne le niveau du sable.
      2. Remplir la colonne avec l'éluant. Utiliser la pression d'air pour forcer l'éluant à travers le gel de silice comme décrit dans l'étape 1.3.1.3. Recueillir l'éluant dans les tubes à essai, chaque tube à essai constituant une fraction du mélange éluant.
    3. Recueillir des fractions jusqu'à ce que le produit a complètement élue de la colonne. Pour déterminer quand cela a eu lieu, repérer une personne sur quelques fractions de colonne sur une plaque chromatographie sur couche mince (CCM). Di-Boc agmatine (7) présente un Rf de 0,39 à 5: 3: 2 EtOAc-méthanol-Et3N
      NOTE: S'il vous plaît consulterces ressources pour obtenir des informations plus détaillées sur TLC. 7-9,19,20
    4. Rassembler toutes les fractions contenant le produit désiré dans un ballon à fond rond taré et évaporer le solvant en utilisant un évaporateur rotatif. Sécher le liquide jaune résultant nuageux pâle sous une nuit sous vide poussé pour éliminer le solvant résiduel. Dissoudre un échantillon analytique (environ 5 mg) du produit purifié, le composé 7 (2,49 g, rendement de 98%), avec 0,75 ml de deutérochloroforme (CDCl 3) , et les analyser par proton (1 H) et du carbone (RMN 13 C) La spectroscopie.
      NOTE:. S'il vous plaît consulter ces ressources pour obtenir des informations plus détaillées sur la préparation d' un échantillon pour analyse par RMN et la conduite d' une expérience de RMN 7-9,21
  4. Synthèse du di-Boc-agmatine isocyanate (8) 3
    1. Préparer un nettoyage de 100 ml à fond rond de ballon de réaction contenant un barreau d'agitation magnétique.
    2. Sur une balance analytique, ajoutez le di-Boc agmatine (7) dans le ballon de réaction à fond rond à l' aide d' une spatule en métal jusqu'à ce que le poids net supplémentaire du composé 7 est de 1,00 g (0,00303 moles, 1,00 équivalents molaires). Ajouter 25 ml de CH 2 Cl 2 dans le ballon de réaction à fond rond à partir d' une éprouvette graduée à température ambiante (20 ° C). Placer la solution dans un bain d'eau glacée pour refroidir la solution à 0 ° C.
    3. Dans une hotte, utilisez une balance analytique pour peser 0,297 g (0,00303 mol, 1,00 équivalents molaires) de triphosgène. Ajouter ce solide dans le ballon de réaction à fond rond et en le versant à travers un entonnoir en verre ou en matière plastique.
      ATTENTION: triphosgène est extrêmement toxique. Porter deux paires de gants en nitrile lors de la manipulation de ce composé. Ses vapeurs sont également nocifs; par conséquent, il ne doit être manipulé dans une hotte de travail. Transférer une balance analytique dans une hotte de travail avant la pesée triphosgène pour cette réaction.
    4. Tout en continuant l'agitation magnétique, ajouter 25ml d' une solution aqueuse saturée de NaHCO 3 en le versant dans le ballon de réaction à fond rond et à travers un entonnoir en verre ou en matière plastique. Lorsque l'addition est terminée, agiter vigoureusement le mélange biphasique à 0 ° C pendant 30 min en utilisant une plaque d'agitation magnétique.
  5. Un traitement aqueux de di-Boc-agmatine isocyanate (8) 3
    1. Au bout de 30 min, en remuant de cesser et retirer la barre d'agitation magnétique à l'aide d'une barre d'agitation retriever. Verser le mélange dans le ballon de réaction à fond rond dans une ampoule à décanter contenant 100 ml de CH 2 Cl 2 et 100 ml d'eau.
    2. Agiter l'ampoule à décanter énergiquement pour mélanger les couches. Égoutter la partie organique inférieure dans un ballon de Erlenmeyer propre. On extrait la couche aqueuse avec trois portions successives de 15 ml de CH 2 Cl 2. Après chaque extraction, vidanger la couche organique inférieure dans le flacon Erlenmeyer contenant les extraits organiques combinés. Après trois extractions, versez le aqcouche ueous dans un second ballon de Erlenmeyer propre.
    3. Sécher les extraits organiques combinés avec de sodium anhydre 2 SO 4. Gravity filtrer la solution à travers un entonnoir muni de papier cannelé de filtration (porosité grossière, écoulement rapide, 20-25 microns rétention de particules) dans un environnement propre, taré de 250 ml flacon à fond rond.
    4. Évaporer le liquide dans le ballon à fond rond à l'aide d'un évaporateur rotatif, la température du bain à 40 ° C et la rotation réglé à 120 tours par minute. Dissoudre un échantillon analytique (environ 5 mg) , de la lumière huile brune résultante, le composé 8 (1,11 g, 103% de la valeur théorique), dans le CDCl 3 et l' analyser par 1 H et 13 spectroscopie RMN, et (IR) infrarouge.
      NOTE: Les isocyanates se dégrade en quelques heures à la température ambiante et doit être utilisé immédiatement dans l'étape suivante lors de l'isolement. S'il vous plaît consulter ces ressources pour des informations plus détaillées sur la spectroscopie infrarouge (IR) (référence 7: pp. 269-303; référence 9: pp 146-147;. référence 10:. 66-76) 7-9

2. Synthèse de la 9 Carbamate de di-Boc agmatine Isocyanate (8) et le 2,4-DibromoHGAL (3) 3

  1. Mettre en place la réaction du di-isocyanate de Boc agmatine (8) avec le 2,4-dibromoHGAL (3)
    1. Sécher 250 ml à fond rond ballon de réaction contenant une barre d'agitation magnétique pendant une nuit dans un four de séchage ou au-dessus de 130 ° C. Retirer le flacon du four et couvrir rapidement l'ouverture du flacon avec un septum en caoutchouc. Pliez le septum en caoutchouc sur la lèvre du flacon. Refroidir le ballon à la température ambiante sous un courant positif de gaz inerte en utilisant une ligne Schlenk.
      NOTE: Au lieu de séchage au four pendant une nuit, la barre de flacon et mélanger peut être placé sur une ligne Schlenk sous vide ou gaz inerte et séché à la flamme à l'aide d'un chalumeau au propane.
    2. En utilisant une balance analytique, peser 0,933 g (0,00303 mol, 1,00 équivalents molaires) de 2,4-dibromoHGAL (3), unD ajouter ce solide dans le ballon de réaction à fond rond sous un parapluie d'azote.
      REMARQUE: le 2,4-dibromoHGAL (3) a été préparé en deux étapes à partir 2,5- (diméthoxyphényl) acétique (1), comme illustré sur la figure 1a 3,22,23 Le principal sous-produit formé lors de la synthèse. le composé 3 est 4-bromoHGAL (4) qui est formée après la première bromation Hgal (2) 3 au cours de la purification du composé 3 par Chromatographie sur colonne, l' élution est poursuivie avec 1: 1. EtOAc-hexane permet composé de collecte 4, qui a un R f de 0,34 lorsque l'éluant TLC est de 1:.. 1 EtOAc-hexane 3 typiques rendements isolés de sous-produit de 4 gamme 11-15% 3
    3. Ajouter 30 ml de CH 2 Cl 2 anhydre dans le ballon de réaction à fond rond d'un piston de seringue en verre muni d'une aiguille métallique de calibre 20 de 12 pouces avec unpointe biseautée, à température ambiante (20 ° C). Remuez pour dissoudre le solide.
      NOTE: Distiller le CH 2 Cl 2 sur hydrure de calcium (CaH 2) sous azote sur 3 tamis moléculaires activés Å avant utilisation.
    4. Ajouter 0,103 ml de base de Hünig (0,0078 g, 0,000606 mol, 0,2 équivalents molaires) dans le ballon de réaction à fond rond par seringue.
      NOTE: "Par seringue" signifie que le liquide a été recueillie et distribuée en utilisant un métal / polytétrafluoroéthylène revêtu plongeur, une seringue étanche aux gaz (cylindre en verre) muni d'une aiguille métallique de calibre 20 de 6 pouces avec une pointe biseautée. Distiller la base du Hünig sur CaH2 sous azote sur 3 tamis moléculaires activés Å avant utilisation.
    5. Couvrir l'ouverture du flacon à fond rond contenant de l'isocyanate non purifié provenant de l' étape 8 1.5.4 avec une cloison en caoutchouc. Pliez le septum sur la lèvre du flacon. Raccorder le ballon à la ligne Schlenk et purger les flasK avec de l'azote gazeux pendant 10 minutes.
    6. Pour le flacon contenant de l' isocyanate 8, ajouter 30 ml de CH 2 Cl 2 anhydre à partir d' une seringue de verre plongeur muni d'une aiguille métallique de calibre 20 de 12 pouces avec une pointe biseautée à température ambiante (20 ° C). Agiter le flacon pour dissoudre le solide.
  2. Transférer la solution d'isocyanate de 8 à 2,4 dibromoHGAL (3) et la base de Hünig par la canule
    1. connecter directement les deux flacons en ponctionnant chaque septum soit avec embout métallique biseauté d'un 18 pouces de long, de calibre 20 canule métallique.
      NOTE: S'il vous plaît consulter cette ressource pour des informations plus détaillées sur l' utilisation d' une canule pour transférer une solution à l' autre sous atmosphère inerte (de référence 8: pp . 74-79). 8
    2. Retirer l'entrée d'azote dans le ballon contenant le CH 2 Cl 2 solution de 2,4-dibromoHGAL (3) et la base de Hünig, et insérer un 2,5 cm disposable calibre 16 aiguille métallique (aiguille de sortie) à travers le septum. Fermez le barboteur qui sert de l'orifice de sortie de la ligne Schlenk.
      ATTENTION: Fermant le barboteur d'une ligne Schlenk qui est sous pression de gaz inerte positif peut être dangereux. Assurez-vous que l'aiguille de sortie est dégagée avant fermer le barboteur.
    3. Inférieur une extrémité de la canule métallique dans la solution de CH 2 Cl 2 8 d'isocyanate, et de transférer la totalité de la solution dans le ballon à fond rond de réaction pendant environ 1 heure. Régler la pression d'azote en tant que nécessaire pour le débit désiré d'environ 0,5 ml par minute.
    4. Rincer la fiole contenant l' isocyanate 8 avec deux portions successives de 5 ml de CH 2 Cl 2. Transférer chacun Cl 2 CH 2 rinçage par la canule dans le ballon de réaction à fond rond.
    5. Après avoir transféré les deux rinçages dans le ballon de réaction, de démonter le dispositif de canule.
      1. Remove l'aiguille de sortir du flacon de réaction pendant la réouverture simultanément un courant d'azote dans le barboteur. Transférer l'entrée d'azote provenant de la ligne de Schlenk de la fiole contenant l'isocyanate dans le ballon de réaction à fond rond.
    6. Retirer la canule du flacon de réaction à fond rond et on agite la solution à température ambiante pendant 3 h.
  3. Une purification du carbamate de 3 9
    1. Après 3 h, exposer la solution à l'air en retirant le septum. Retirez la barre d'agitation magnétique à l'aide d'une barre d'agitation retriever.
    2. Évaporer le liquide dans le ballon de réaction à fond rond à l'aide d'un évaporateur rotatif, la température du bain à 40 ° C et la rotation réglé à 120 tours par minute.
    3. On purifie le produit brut par Chromatographie éclair sur colonne en utilisant une élution à gradient de 100: 0 à 90:10 CH 2 Cl 2 diethyl éther (Et 2 O) à travers une phase stationnaire de gel de silice. Utilisez un verre ccolonne hromatography qui est de 3,8 cm de large par 45 cm de hauteur.
    4. Pack humide de la colonne en faisant une suspension constituée de 60 g de gel de silice et d' un volume suffisant de CH 2 Cl 2 pour permettre à la suspension d'être versé dans la colonne.
    5. Utilisez la pression d'air pour forcer l'éluant à travers la colonne de telle sorte que l'efflux coule comme un léger courant de liquide. Le débit éluant doit être pouces environ deux-linéaires par minute. Arrêter l'écoulement de l'éluant quand il atteint le niveau du gel de silice, en veillant à ce que le gel de silice est constamment mouillé avec l'éluant.
    6. On dissout le produit brut (2,202 g, 110% de la théorie) dans un volume minimum de CH 2 Cl 2. charger soigneusement la solution sur du gel de silice, sans perturber le gel de silice. Tapoter la colonne pour assurer la partie supérieure du gel de silice est plate. Drainer l'éluant de sorte qu'il atteigne le niveau du gel de silice. Ajouter une petite quantité de CH 2 Cl 2 et répéter.
    7. Pour éviter perturbaterril du gel de silice lors de l'élution de la colonne, ajouter du sable à la partie supérieure du gel de silice pour former un cylindre qui est d'environ 0,5 à 1 cm de hauteur. Ajouter quelques millilitres de CH 2 Cl 2 pour humidifier le sable. Drainer l'éluant de sorte qu'il atteigne le niveau du sable.
    8. Remplir la colonne avec du CH 2 Cl 2. Utiliser la pression d'air pour forcer l'éluant à travers le gel de silice comme décrit dans l'étape 2.3.5. Recueillir l'éluant dans les tubes à essai, chaque tube à essai constituant une fraction du mélange éluant.
    9. Recueillir des fractions jusqu'à ce que le premier composé soit complètement élue de la colonne. Pour déterminer quand cela a eu lieu, repérer une personne sur quelques fractions de colonne sur une plaque de CCM.
      NOTE: Le premier composé à éluer est inaltéré 2,4-dibromoHGAL (3) qui présente un Rf de 0,74 à 90:10 CH 2 Cl 2 O 2 -Et
    10. Qui n'a pas réagi lorsque le 2,4-dibromoHGAL (3) est élue de lacolonne, remplacer l'éluant avec 90:10 CH 2 Cl 2 -Et 2 O. Continuer à recueillir des fractions jusqu'à ce que le produit souhaité soit complètement élue de la colonne. Pour déterminer quand cela a eu lieu, repérer une personne sur quelques fractions de colonne sur une plaque de CCM.
      NOTE: Le produit désiré, le carbamate 9, a un Rf de 0,31 à 90:10 CH 2 Cl 2 O 2 -Et
    11. Recueillir toutes les fractions contenant le carbamate 9 dans un ballon à fond rond taré et évaporer le solvant en utilisant un évaporateur rotatif. Sécher le solide mousseux à sec sous vide élevé résultant. Analyser un échantillon analytique (environ 5 mg) du produit, le carbamate de 9 (1,36 g, rendement de 68%), de 1 H et 13 C - RMN dans CDCl 3. Également recueillir 1 H et 13 spectres RMN C dans le diméthylsulfoxyde deutéré (DMSO - d 6), ce qui permet une comparaison directe avec solvant til produit de l'étape 3.

3. Synthèse et isolement de Clavatadine A (10) 3

  1. Préparer clavatadine A (10) , par une hydrolyse concomitante lactone et la guanidine d'acide , catalysée par déprotection du carbamate 9
    1. Préparer un nettoyage de 250 ml à fond rond de ballon de réaction contenant un barreau d'agitation magnétique.
    2. Sur une balance analytique, peser 1,205 g (0,00181 mol, 1,00 équivalents molaires) de carbamate 9, préparé à l' étape 2, et ajouter ce solide dans le ballon de réaction à fond rond.
    3. Ajouter 12 ml de tétrahydrofuranne (THF) dans le ballon de réaction à fond rond à partir d'une éprouvette graduée à température ambiante (20 ° C). Le solide devrait dissoudre que la solution est agitée.
    4. Préparer 48 ml d'acide chlorhydrique aqueux 1,0 M (HCl).
      1. Ajouter 4 ml de concentré (12,0 M) une solution de HCl à une 10 ml graduée.
      2. Transférer la solution HCl concentré par tuyau Pasteurt à un gradué de 50 ml cylindre qui contient 30-40 ml d'eau distillée. Diluer cette solution avec de l'eau distillée jusqu'à un volume final de 48 ml.
    5. Ajouter 48 ml d'une solution aqueuse de HCl 1,0 M préparé dans l'étape 3.1.4.3 dans le ballon de réaction à fond rond à température ambiante sous agitation.
    6. Placez délicatement un bouchon 24/40 rez-de-verre pour couvrir l'ouverture du flacon de réaction.
    7. Immerger le ballon réactionnel dans un bain d'eau qui a été préchauffé à 30 ° C sur une plaque chauffante à température contrôlée. Faire en sorte que le niveau de la solution dans le flacon de réaction est au-dessous du niveau d'eau dans le bain.
      NOTE: A cette échelle, la réaction va produire 2 équivalents molaires de dioxyde de carbone et 2 équivalents molaires de gaz isobutène, qui devrait occuper un espace d'environ 0,174 L. Assurer le bouchon est placé légèrement sur le flacon pour faire en sorte que tout excès de pression qui développe peut être libéré à travers le joint en verre rodé.
    8. Bien que continuing l'agitation magnétique, chauffer la solution à 30 ° C pendant 20 heures.
    9. Après 20 h, sous vide filtre la suspension résultante à travers une porosité moyenne entonnoir fritte de verre dans un flacon à fond rond taré propre pour éliminer toute matière insoluble.
    10. Evaporer la solution de couleur jaune dans le flacon de réaction en utilisant un évaporateur rotatif avec la température du bain à 50 ° C et la rotation réglé à 120 tours par minute.
    11. Sécher le solide amorphe résultant jaune à couleur pêche à poids constant sous vide poussé. Faciliter le séchage en chauffant le ballon sous vide dans un cadre chaleureux (40 ° C) bain d'eau.
    12. Dissoudre un échantillon analytique (environ 5 mg) du produit, qui est le sel chlorhydrate clavatadine A (10) (0,866 g, rendement de 93%), sous forme anhydre DMSO - d6, et à l' analyser par unidimensionnel 1 H et 13 spectroscopie RMN.

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Representative Results

Guanidinylation directe d'une α disponible dans le commerce, ω-diamine, puis par réaction avec du triphosgène, a donné l'isocyanate réactif 8 pour la partie linéaire de clavatadine A (figure 1b). Les rendements de cette séquence de réaction en deux étapes sont toujours élevés, 95% ou plus. Réactif Guanidinylation 6 a été préparé exactement comme décrit par Goodman. 11,24

Quand l' isocyanate 8 a été combiné avec du phénol dibromé 3 (dont la synthèse est représentée sur la figure 1a) , en présence d'une quantité catalytique de base organique la N, N - diisopropyléthylamine, la formation du carbamate fourni le composé 9 (figure 1c) avec un rendement modéré. Une aliquote du mélange réactionnel a été prélevé après 15 minutes et on le traite. L'analyse IR de ce mélange shdevait que l'isocyanate avait été complètement consommé. Avec ces données, on ne sait pas pourquoi le rendement de la réaction ne soit pas supérieure. Réisolement de 3 dibromophénol après chromatographie suggère que peut - être une partie de l'isocyanate décomposé dans les conditions de réaction, ou bien le produit peut avoir partiellement hydrolysé lors de retraitement ou la chromatographie. Enfin, l' hydrolyse de la lactone dans des conditions acides a été accompagnée d' une déprotection du groupe protecteur guanidique conduisant à la molécule finale, clavatadine A (10) (figure 1d). L'exposition de toutes les molécules contenant benzofuranone-à methanol à un stade quelconque de la synthèse invariablement conduit à une méthanolyse irréversible de la lactone; Par conséquent, le contact avec les petits alcools doit être évitée.

Les figures 2-8 comprennent RMN ou spectres IR qui confirment la structure de chacun des composés dont la préparation est décrite ici. Comparaison des ee spectre RMN de chaque composé synthétisé avec le spectre RMN de son précurseur synthétique révèle des changements structurels qui confirment l'identité de la molécule préparée. Chaque spectre RMN est décorée avec des flèches qui indiquent les affectations possibles ou confirmées par résonance spectrale pour chaque groupe d'atomes d'hydrogène uniques dans une molécule préparée. Données supplémentaires de soutien qui confirme les attributions de structure au sein de molécules synthétisées a été publié ailleurs. 3

Figure 1
Figure 1. synthèse par étapes de clavatadine A (10) par une approche de guanidinylation directe, stade précoce. Schémas ad illustrent la séquence de réactifs chimiques et des conditions de réaction pour la préparation de clavatadine A (10) par une approche de guanidinylation directe, stade précoce . (A) Synthèse de l'arpartie omatic, lactone acide 2,4-dibromohomogentisic (3). (B) Synthèse de la partie linéaire, l' isocyanate 8, par guanidinylation directe. (C) la réaction de formation de carbamate réunir les sous - unités aromatiques et linéaires. (D) hydrolyse acide et Boc-déprotection du carbamate 9 conduisant au sel de chlorhydrate de clavatadine A (10). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2
Figure 2. Spectre RMN du proton confirme la préparation d' un composé linéaire de di-Boc-agmatine (7). Les valeurs numériques se rapportant à des changements chimiques et l' intégration relative des signaux des protons visibles sont marquées au- dessus et au- dessous du spectre,respectivement; missions de pointe proviennent de la structure représentée; et les impuretés connues sont énumérés ci - dessus chaque pic correspondant 3. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3
. Figure 3. Spectre RMN du proton confirme la préparation de l' isocyanate linéaire composé di-Boc-agmatine (8) Les valeurs numériques se rapportant à des changements chimiques et l' intégration relative des signaux des protons visibles sont marquées au- dessus et au- dessous du spectre, respectivement; missions de pointe proviennent de la structure représentée; et les impuretés connues sont énumérés ci - dessus chaque pic correspondant 3. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.


Figure 4 infrarouge (IR) du spectre confirme la préparation de l' isocyanate linéaire composé di-Boc-agmatine (8). Les valeurs numériques relatives aux nombres d' onde d'absorption de liaison sont marqués en dessous du spectre, mais au- dessus de l'axe des abscisses. L'isocyanate étirement caractéristique du composé 8 peut être trouvé à 2,265 cm -1. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5
Figure 5. Spectre RMN du proton confirme la préparation de carbamate 9, dans CDCl 3. Les valeurs numériques relatives aux déplacements chimiques et l' intégration relative de pr visible Oton signaux sont marquées au-dessus et au-dessous du spectre, respectivement; missions de pointe proviennent de la structure représentée; et les impuretés connues sont énumérés ci - dessus chaque pic correspondant 3. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 6
. Figure 6. Spectre RMN du proton confirme la préparation de carbamates 9, dans DMSO - d6 Les valeurs numériques se rapportant à des changements chimiques et l' intégration relative des signaux des protons visibles sont marquées au- dessus et au- dessous du spectre, respectivement; missions de pointe proviennent de la structure représentée; et les impuretés connues sont énumérés ci-dessus chaque pic correspondant.ank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 7
. Figure 7. Spectre RMN du proton confirme la préparation de clavatadine A (10), DMSO - d6 Les valeurs numériques se rapportant à des changements chimiques et l' intégration relative des signaux des protons visibles sont marquées au- dessus et au- dessous du spectre, respectivement; missions de pointe proviennent de la structure représentée; et les impuretés connues sont énumérés ci - dessus chaque pic correspondant 3. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 8
Figure 8 carbone (13 C) spectre RMN confirmant la préparation de clavatadine A (10), dans le DMSO - d6. Les valeurs numériques relatives aux déplacements chimiques sont marqués au- dessus du spectre 3. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Discussion

Les efforts initiaux pour préparer clavatadine A enrôlées une approche traditionnelle, indirecte à guanidinylation à partir d'un précurseur d'amine appropriée, qui dans ce cas était un azoture terminal. Au centre de cet effort était l'union des deux moitiés de la molécule pour construire le fragment carbamate. Malheureusement, toutes les tentatives pour réaliser une réduction de l' azoture en prévision d'un guanidinylation prévu un stade avancé ont été infructueuses. 25,26 Ces revers ont inspiré la poursuite du composé 7, qui pourrait être préparé en une seule étape par guanidinylation directe à partir de matériaux disponibles dans le commerce. Bien que cette méthode avait été utilisée dans les synthèses totales antérieures, dans ce cas, une approche directe contournée d' une impasse critique rencontré au milieu innombrables tentatives pour installer la fonctionnalité guanidine protégée dans un synthétique intermédiaire avancé. 27-29

L'application de cette approche aminoguanidinylation directe a commencé avec le pla réparation du N connue, N -di guanidique 7-Boc-protégé de réactif de Goodman (6) et le 1,4-butanediamine (5) dans un rendement élevé. 3,6,30 L'amine terminale de la guanidine protégée 7 a été transformé en l'isocyanate réactif 8 par exposition à une triphosgène dans un mélange de solvants biphasique. 3 dans la transformation synthétique avant - dernier, l'isocyanate électrophile 8 a été traité avec une lactone de l' acide 2,4-dibromohomogentisic (3) pour former la liaison carbamate central dans le composé 9. 3 Enfin, l' hydrolyse tandem lactone et guanidine déprotection se sont produits dans des conditions acides dilués pour fournir clavatadine A (10) 93% de rendement. 3 le rendement global pour l'ensemble de la synthèse en quatre étapes ( la plus longue séquence linéaire) est 41-43%. 3

Pour chaque réaction chimique décrite dansle protocole qui n'a pas été effectuée dans des milieux aqueux, l'utilisation de haute pureté, des solvants exemptes d'humidité était critique. Certains des intermédiaires réactifs formés au cours de ces transformations réagissent probablement avec de l'eau adventice, conduisant à une décomposition. Bien que le réactif de Goodman (6) est disponible dans le commerce, son coût substantiel et la facilité relative de la synthèse ont fait sa préparation un choix raisonnable. Encore une fois, ce qui réduit l' humidité en distillant chaque contrôle de réactif et de la température minutieuse ont été essentiels à sa synthèse réussie, comme indiqué dans la procédure publiée. 11

Malgré l'opportunité inhérent à cette approche directe pour la synthèse de composés contenant de l'aminoguanidine biologiquement pertinentes, il y a des limites à cette méthode. Utilisation de différents groupes de protection amine est possible dans cette méthode de guanidinylation directe, mais le succès global dépendra toujours de la stratégie du groupe protecteur choisi. Principalement, esélection de e des groupes aminoguanidine la protection exige la prévoyance importante, parce que la guanidine masquée doit rester intact tout au long de chaque étape de synthèse suivante. En outre, la molécule cible avancée doit être capable de supporter les conditions et les réactifs nécessaires à la guanidine déprotection au moment opportun. Dans la synthèse de clavatadine A (10), les groupes Boc sensibles aux acides ont été utilisés pour protéger la guanidine, ce qui a nécessité d'éviter des réactions qui sont requises ou crée un environnement acide. Dans ce cas, la nécessité d'employer des conditions acides pour hydrolyser la lactone était optimale en raison du fait que l' acide est un moyen commode pour cliver carbamates Boc. 31 Bien que clavatadine A représente un modèle idéal pour mettre en valeur cette approche, guanidinylation directe devrait se prêter à la préparation d'un grand nombre d'autres molécules organiques naturelles et non naturelles. À cette fin, des efforts sont en cours dans notre laboratoire pour préparer plusieurs ana non-naturellelogues de clavatadine A dans le cadre d'un programme de découverte de médicaments à développer, un inhibiteur réversible et sélectif à base de produits naturels du facteur humain de coagulation du sang XIa. 32

Ce qui rend cette méthode directe potentiellement mieux que l'approche traditionnelle, indirecte est qu'il peut raccourcir une voie de synthèse organique par de multiples étapes, en supprimant la nécessité de protéger et de déprotéger un terminal à plusieurs reprises amine avant d'installer la fonctionnalité de guanidine souhaitée. Bien que les méthodes de guanidinylation traditionnelles, indirectes sont efficaces, tel que celui illustré dans la récente synthèse totale de Looper de saxitoxine, l'inclusion d'étapes superflues dans une synthèse est temps à forte intensité et peut potentiellement réduire le rendement global. 33 En outre, la valeur de guanidinylation directe était mis en évidence dans une synthèse totale récente de 1,2,4-oxadiazole-contenant des produits naturels phidianidine a et B. Cette synthèse totale était deux étapes plus courtes que la synthèse rapportéeun an plus tôt par Snider et ses collègues 4,34.

À l'avenir, la méthode de guanidinylation directe doit être élargi et testé sur différents échafauds contenant aminoguanidine, inéluctablement, vers l'exploration de groupes guanidine protéger variés. Clavatadine A et phidianidine A et B à la fois utilisés groupes protecteurs Boc pour masquer la fonctionnalité guanidine. La prochaine étape dans le raffinement de cette méthode serait d'essayer les mêmes réactions avec des groupes protecteurs différents pour voir si des rendements plus élevés peuvent être obtenus. 4 Les travaux récents de Pfeffer, 35 Looper, 36 et Nagasawa 37 suggère que divers groupes de aminoguanidine protéger en plus de Boc, par exemple Cbz, ainsi que des dérivés de Cbz peut être engagé. Une autre approche impliquerait l'utilisation de deux groupes protecteurs différents sur l'échafaud de aminoguanidine. groupes de masquage Judicieusement choisis avec une réactivité orthogonale peuvent permettre à l'aminoguanidine à SURVIVconditions E de réaction qui clivent un groupe protecteur , tout en laissant l'autre intact. 38 En conclusion, le procédé de guanidinylation directe utilisée pour la synthèse totale de clavatadine A et des variations de ceux - ci peuvent être utilisés pour synthétiser des produits naturels nouvellement découverts contenant des guanidines et des produits pharmaceutiques destinés. 39 40

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Chloroform-d Sigma-Aldrich 612200-100G 99.8% D, 0.05% v/v tetramethylsilane; Caution: toxic
Dimethylsulfoxide-d6 185965-50G 99.9% D, 1% v/v tetramethylsilane
sodium thiosulfate pentahydrate Sigma-Aldrich S8503-2.5KG
sodium sulfate, anhydrous Sigma-Aldrich 238597-2.5KG
silica gel Fisher Scientific S825-25 Merck, Grade 60, 230-400 mesh
washed sea sand Sigma-Aldrich 274739-5KG
hexane Sigma-Aldrich 178918-20L Caution: flammable
ethyl acetate Sigma-Aldrich 319902-4L
methylene chloride Sigma-Aldrich D65100-4L
sodium chloride Sigma-Aldrich S9888-10KG
sodium bicarbonate Sigma-Aldrich S6014-2.5KG
acetic acid Sigma-Aldrich 695092-2.5L
hydrochloric acid Sigma-Aldrich 258248-2.5L Caution: Corrosive
bromine Sigma-Aldrich 470864-50G >99.99% trace metals basis; Caution: Corrosive, causes severe burns
hydrobromic acid Sigma-Aldrich 244260-500ML 48% aqueous; Caution: Corrosive
2,5-dimethoxyphenylacetic acid ChemImpex 26909
chloroform Sigma-Aldrich 132950-4L Caution: Toxic
tetrahydrofuran Sigma-Aldrich 360589-4x4L Caution: highly flammable
N,N-diisopropylethylamine Sigma-Aldrich D125806-500ML Caution: Corrosive
triethylamine Sigma-Aldrich T0886-1L Caution: Corrosive
3 Angstrom molecular sieves Sigma-Aldrich 208574-1KG
calcium hydride Sigma-Aldrich 213268-100G Caution: Corrosive, reacts violently with water
ammonium molybdate Sigma-Aldrich 431346-50G
phosphomolybdic acid Sigma-Aldrich 221856-100G
cerium(IV) sulfate Sigma-Aldrich 359009-25G
1-butanol Sigma-Aldrich 537993-1L
1,4-butanediamine Sigma-Aldrich D13208-100G Caution: Corrosive / warm in hot water bath to melt prior to use
triphosgene VWR 200015-064 Caution: Highly Toxic
methanol Sigma-Aldrich 646377-4X4L
sodium acetate Sigma-Aldrich 241245-100G
Dimethylsulfoxide-d6 Sigma-Aldrich 570672-50G Anhydrous, 99.9% D
sodium hydroxide Sigma-Aldrich 221465-500G Caution: Corrosive
guanidine hydrochloride Sigma-Aldrich G4505-25G Caution: Toxic, Corrosive
di-tert-butyl dicarbonate VWR 200002-018% Caution: Toxic / may warm in hot water bath to melt prior to use
trifluoromethanesulfonic anhydride Fisher Scientific 50-206-771 98%, anhydrous; Caution: toxic, corrosive, extremely moisture sensitive

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References

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  16. Digital Lab Techniques: Reaction Work-Up II: Using the Rotovap. , MIT OpenCourseWare. at http://ocw.mit.edu/resources/res-5-0001-digital-lab-techniques-manual-spring-2007/videos/reaction-work-up-ii/ (2007).
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Chimie numéro 115 Chimie Total Synthesis Marine Produit naturel Guanidinylation Guanidine carbamate Hydrolyse Facteur XIa Clavatadine
A Direct, Early Stage Protocole Guanidinylation pour la synthèse de complexes contenant aminoguanidine-produits naturels
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Malmberg, C. E., Chamberland, S. A Direct, Early Stage Guanidinylation Protocol for the Synthesis of Complex Aminoguanidine-containing Natural Products. J. Vis. Exp. (115), e53593, doi:10.3791/53593 (2016).

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