Summary
Mevcut protokol, benzersiz bir borile edilmiş ibuprofen türevi veren ayrıntılı bir tezgah üstü katalitik yöntemi açıklamaktadır.
Abstract
Non-steroidal anti-enflamatuar ilaçlar (NSAID'ler), ağrı ve inflamasyonu yönetmek ve tedavi etmek için kullanılan en yaygın ilaçlar arasındadır. 2016 yılında, yeni bir bor işlevselleştirilmiş NSAID sınıfı (bora-NSAID'ler), karbondioksit (CO2 balonu) ve oda sıcaklığında bir dibor indirgeyici kullanılarak vinil arenlerin bakır katalizörlü regioselektif borakarboksilasyonu yoluyla hafif koşullar altında sentezlendi. Bu orijinal yöntem, öncelikle bir eldiven kutusunda veya bir vakum gazı manifoldu (Schlenk hattı) ile zorlu havasız ve nemsiz koşullar altında gerçekleştirildi ve bu da genellikle eser safsızlıklar nedeniyle tekrarlanamayan reaksiyon sonuçlarına yol açtı. Mevcut protokol, temsili bir bora-NSAID, bora-ibuprofen sentezlemek için daha basit ve daha uygun bir tezgah üstü yöntemi tanımlamaktadır. 1-bromo-4-isobütilbenzen ve vinilboronik asit pinacol ester arasındaki bir Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonu 4-izobütilstiren üretir. Stiren daha sonra, multi-gram ölçeğinde iyi bir verime sahip bir α-aril-β-boril-propiyonik asit olan bora-ibuprofen sağlamak için regioselektif olarak borakarboksillenir. Bu prosedür, sentetik laboratuvarlarda bakır katalizörlü borakarboksilasyonun daha geniş kullanımına izin vererek, bora-NSAID'ler ve diğer benzersiz bor işlevli ilaç benzeri moleküller hakkında daha fazla araştırma yapılmasını sağlar.
Introduction
Organoboron bileşikleri, 50 yılı aşkın bir süredir kimyasal sentezde stratejik olarak kullanılmaktadır 1,2,3,4,5,6. Hidroborasyon-oksidasyon 7,8,9,10, halojenasyon 11,12, aminasyon 13,14 ve Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma15,16,17 gibi reaksiyonlar, kimya ve ilgili disiplinlerde önemli multidisipliner yeniliklere yol açmıştır. Örneğin, Suzuki-Miyaura reaksiyonları, farmasötik ilaç adaylarının peşinde koşan tüm karbon-karbon bağı oluşturan reaksiyonların%40'ını oluşturmaktadır 18. Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonu, halojenli arene öncüsü19'dan bir adımda vinil arenes üretir. Bu daha yeşil katalitik strateji, zayıf atom ekonomisine sahip olan ve stokiyometrik trifenilfosfin oksit yan ürünü üreten aldehitlerden geleneksel Wittig sentezlerine göre değerlidir.
Vinil arenlerin regioselektif hetero(element)karboksilasyonunun, doğrudan sentezde CO2 kullanan yeni hetero(element) içeren steroidal olmayan anti-enflamatuar ilaçlara (NSAID'ler) doğrudan erişime izin vereceği tahmin edildi. Bununla birlikte, hetero (element) karboksilasyon reaksiyonları son derece nadirdi ve 201620,21,22'den önce alkinil ve allenil substratlarla sınırlıydı. Borakarboksilasyon reaksiyonunun vinil arenlere uzatılması, bor fonksiyonelleştirilmiş NSAID'ler sağlayacaktır ve bor bazlı farmasötik adaylar (Şekil 1), FDA'nın kemoterapötik bortezomib, antifungal tavaborol ve anti-enflamatuar crisaborole'yi onaylama kararlarında belirtildiği gibi popülerlik kazanmaktadır. Borun Lewis asitliği, dioller, karbonhidratlar üzerindeki hidroksil grupları veya RNA ve DNA'daki azot bazları gibi Lewis bazlarını kolayca bağlama kabiliyeti nedeniyle ilaç tasarımı açısından ilginçtir, çünkü bu Lewis bazları fizyolojik ve patolojik süreçlerde önemli roller oynar23.
Borakarboksilasyona bu katalitik yaklaşım, alkenin bir Cu-boril ara maddesi tarafından borilcuprasyonuna ve ardından elde edilen Cu-alkil ara maddesine CO2 yerleştirilmesine dayanır. Laitar ve ark., stiren türevlerinin (NHC) Cu-boryl24 kullanımı yoluyla borilcupration'unu bildirmiştir ve Cu-alkil türlerinin karboksilasyonu dagösterilmiştir 25. 2016 yılında, Popp laboratuvarı, bir (NHC) Cu-boril katalizörü ve sadece 1 atm gaz halindeki CO226 kullanarak vinil arenlerin hafif disfonksiyonelizasyonunu sağlamak için yeni bir sentetik yaklaşım geliştirdi. Bu yöntemi kullanarak, α-aril propiyonik asit farmakoforuna tek bir adımda erişilir ve yeni keşfedilmemiş bir bor modifiye NSAID sınıfı mükemmel verimle hazırlanabilir. 2019 yılında, katalitik katkı maddeleri katalizör verimliliğini artırdı ve ilave iki yeni borile NSAIDs27'nin hazırlanması da dahil olmak üzere substrat kapsamını genişletti (Şekil 1).
Alkenlerin önceki borakarboksilasyon reaksiyonları, ancak izole bir N-heterosiklik-karben-bağlı bakır (I) prekatalizörü (NHC-Cu; NHC = 1,3-bis (sikloheksil)-1,3-dihidro-2 H-imidazol-2-ylidene, ICy). Borillenmiş ibuprofenin basit reaktifler kullanılarak sentezlenebildiği bir tezgah üstü yöntem, sentetik topluluk için daha arzu edilir olacaktır, bu da vinil arenlerin, özellikle de 4-izobütilstirenin borakarboksilasyonunun, bir NHC-Cu ön katalizörünün in situ üretiminden ve bir eldiven kutusuna ihtiyaç duymadan ilerlemesine izin veren reaksiyon koşulları geliştirmemizi sağlayacaktır. Son zamanlarda, aktif bir NHC bağlı bakır (I) katalizörü28'i in situ üretmek için imidazolyum tuzları ve bakır (I)-klorür kullanılarak bir borakarboksilasyon protokolü bildirilmiştir. Bu yöntemi kullanarak, α-metil stiren, bir eldiven kutusu kullanılarak da olsa, istenen ürünün% 71'lik izole bir verimini vermek için borakarboksillendi. Bu sonuçtan esinlenerek, azot dolgulu bir eldiven kutusu kullanmadan borakarboksilat tert-bütilstiren için modifiye edilmiş bir prosedür geliştirilmiştir. İstenilen borakarboksillenmiş tert-bütilstiren ürünü 1.5 gr'lık bir ölçekte %90 verim ile üretilmiştir. Memnuniyet verici bir şekilde, bu yöntem ılımlı verime sahip bir bora-ibuprofen NSAID türevi üretmek için 4-izobütilstirene uygulanabilir. α-aril propiyonik asit farmakoforu, NSAID'ler arasındaki temel motiftir; Bu nedenle, bu motife doğrudan erişime izin veren sentetik stratejiler oldukça arzu edilen kimyasal dönüşümlerdir. Burada, bir eldiven kutusuna ihtiyaç duymadan, iki adımda ılımlı verime sahip, bol, ucuz bir 1-bromo-4-izobütilbenzen başlangıç malzemesinden (~ $ 2.50 / 1 g) benzersiz bir bora-ibuprofen NSAID türevine erişmek için sentetik bir yol sunulmaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 1-bromo-4-izobütilbenzenin vinilboronik asit pinacol ester ile Suzuki çapraz bağlanması yoluyla 4-izobütilstiren sentezi
- 40 mL'lik bir sintilasyon şişesine 144 mg paladyum (0) tetrakistriphenylphosphine (% 5 mol, Malzeme Tablosuna bakınız), 1.04 g susuz potasyum karbonat (2 eq) ve manyetik bir karıştırma çubuğu (0.5 in x 0.125 in) ekleyin ve ardından bir basınç tahliye kapağı ile kapatın. Flakon contasını elektrik bandı ile tamamen kapsülleyin.
- Reaksiyon karışımını argon ile 2 dakika boyunca temizleyin. 2 dakika sonra, 1.07 g 1-bromo-4-izobütilbenzen (1 eq, Malzeme Tablosuna bakınız) ekleyin, ardından sürekli argon akışına sahip bir çözücü saflaştırma sisteminden (veya hala tencereden) elde edilen 13 mL susuz tetrahidrofuran (THF) ekleyin ve ardından manyetik karıştırmaya başlayın.
NOT: Argon gazı kuru azot gazı ile değiştirilebilir. - Çözeltiye 1.5 mL argon-sparged deiyonize su, ardından 0.72 mL vinilboronik asit pinacol ester (1.5 eq, Malzeme Tablosuna bakınız) ekleyin ve ardından reaksiyon karışımını argon ile 5 dakika daha temizleyin.
- Argon temizleme işlemi bittikten sonra, reaksiyon karışımını 85 ° C'de 24 saat boyunca karıştıran bir sıcak plaka üzerinde ısıtın ( Malzeme Tablosuna bakınız).
- 24 saat sonra, reaksiyon karışımından küçük bir alikotu çıkarın, 2 mL diklorometan ile seyreltin ve daha sonra reaksiyonun tamamlanmasını sağlamak için hekzan kullanarak ince tabaka kromatografisi (TLC, UV görselleştirme) yapın (R f = 0.9 reaktan, Rf = 0.91 ürün).
- Reaksiyon karışımını argon ile 2 dakika boyunca temizleyin. 2 dakika sonra, 1.07 g 1-bromo-4-izobütilbenzen (1 eq, Malzeme Tablosuna bakınız) ekleyin, ardından sürekli argon akışına sahip bir çözücü saflaştırma sisteminden (veya hala tencereden) elde edilen 13 mL susuz tetrahidrofuran (THF) ekleyin ve ardından manyetik karıştırmaya başlayın.
- 1-bromo-4-izobütilbenzen tüketiminin doğrulanması üzerine, reaksiyon karışımını 125 mL'lik bir ayırıcı huniye ekleyin ve ardından 30 mL deiyonize su ekleyin.
- 5 mL diklorometan ile 3x ekstrakt edin, organik ekstraktları 125 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine ekleyin ( Malzeme Tablosuna bakınız) ve ardından sulu tabakayı atın.
- Organik ekstraktları 125 mL'lik bir ayırıcı huniye aktarın, 30 mL tuzlu su (sulu doymuş sodyum klorür çözeltisi) ile yıkayın ve tuzlu suyu atın.
- Organik tabakayı 125 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine aktarın, ardından 5 g sodyum sülfat ekleyin ve şişeyi en az 20 s boyunca döndürün.
- Bir Buchner hunisi kullanarak ( bakınız Malzeme Tablosu), çözeltiyi 125 mL'lik bir filtre şişesine vakumlayın.
- Organik tabakayı 100 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye aktarın ve ardından soluk sarı viskoz bir yağ sağlamak için reaksiyonu 15-30 dakika boyunca (vakum mukavemetine bağlı olarak) bir vakumda yoğunlaştırın.
- Saf 4-izobütilstiren elde etmek için ham reaksiyon karışımını 50 g SilicaFlash P60 silika jel ( Malzeme Tablosuna bakınız) ve saf hekzan kullanarak sütun kromatografisine tabi tutun (1) (Şekil 2).
NOT: Bu çalışma için verim% 89 idi (üç reaksiyonun ortalaması). 4-izobütilstiren, ışık altında oda sıcaklığında polimerizasyona tabi tutulur, bu nedenle izole edildikten sonra, ürün ihtiyaç duyulana kadar karanlıkta -20 ° C'de veya altında saklanmalıdır. Gerekirse, polimerizasyonu inhibe etmek için az miktarda bütillenmiş hidroksitoluen (BHT) eklenebilir. BHT, bakır katalizörlü borakarboksilasyonun verimliliğini etkilemez.
2. Bir eldiven kutusunda bora-ibuprofenin büyük ölçekli sentezi
NOT: Bu reaksiyon azot dolu bir eldiven kutusu içinde hazırlanmıştır ( Malzeme Tablosuna bakınız). Tüm kimyasallar kutuya taşınmadan önce kurutuldu veya saflaştırıldı. 4-izobütilstiren, kullanımdan önce dondurularak pompalanarak çözüldü. Tüm şişeler ve cam eşyalar kurutuldu ve kullanımdan önce en az 24 saat boyunca bir fırında (180 ° C) ısıtıldı. Bakır prekatalizör (ICyCuCl) daha önce yayınlanan bir rapor29'a göre hazırlanmıştır.
- 160 mg ICyCuCl (% 5 mol), 131 mg trifenilfosfin (% 5 mol), 1.92 g sodyum tert-butoksit (2 eq), 20 mL susuz, gazdan arındırılmış THF ve manyetik karıştırma çubuğunda 0.5 x 0.125 inç ilave ederek 20 mL'lik bir sintilasyon şişesine ekleyin, ardından hava geçirmez bir septumla kapatın ve elde edilen çözeltiyi 20 dakika karıştırın.
- 20 dakika sonra, katalizör çözeltisini 60 mL'lik bir şırıngaya aktarın ve iğneyi bir septuma takın.
- 500 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye 2,79 g bis (pinacolato)diboron (1,1 eq), 1,87 mL 4-izobütilstiren (1 eq), 140 mL THF ve manyetik karıştırma çubuğunda 2 inç x 0,3125 ekleyin, bir septumla kapatın ve ardından conta kapsüllenene kadar septumun etrafını bantlayın.
- Stiren çözeltisini içeren 500 mL yuvarlak tabanlı şişeyi ve katalizör çözeltisini içeren 60 mL şırıngayı eldiven kutusundan çıkarın ve bir duman başlığına geçin.
NOT: Hazırlandıktan sonra, 500 mL yuvarlak tabanlı şişe ve katalizör çözeltisi şırıngası derhal eldiven kutusundan çıkarılmalıdır. Stiren substratı THF'de polimerizasyona tabi tutulur ve katalizör çözeltisi uzun süre bekletildiğinde veya havaya maruz kaldığında ayrışır.- 500 mL'lik yuvarlak tabanlı şişeyi karbondioksit (kemik kurusu) ile temizlemeye başlayın (Malzeme Tablosuna bakın). 5 dakika sonra, katalizör çözeltisini 30 s'nin üzerine ekleyin, 10 dakika daha boşaltın ve ardından reaksiyonu ortam sıcaklığında 3 saat boyunca karıştırın.
- 3 saat sonra, yuvarlak tabanlı şişeyi 15 dakika boyunca karbondioksit (kemik kurusu) ile temizleyin ( Malzeme Tablosuna bakın) ve ardından ortam sıcaklığında 33 saat boyunca karıştırın.
- Reaksiyon tamamlandıktan sonra, reaksiyon karışımını bir vakumda yoğunlaştırın ve daha sonra 30 mL sulu HCl (1.0 M) ile asitleştirin.
- Asitleştirilmiş reaksiyon çözeltisini içeren yuvarlak tabanlı şişeye 50 mL dietil eter ekleyin, çözeltiyi en az 10 s döndürün, çözeltiyi 500 mL'lik bir ayırıcı huniye aktarın ve sulu tabakayı 1.000 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine ekleyerek organik ve sulu tabakaları ayırın.
- Organik tabakayı (8x) 50 mL doymuş NaHCO3 ile ayıklayın ve sulu ekstraktları 1.000 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine aktarın.
- 1.000 mL Erlenmeyer şişesindeki kombine sulu tabakaları 12 M HCl ile asitleştirin (turnusol kağıdı ile pH ≤ 1.0'a) ve çözeltiyi temiz bir 1.000 mL ayırıcı huniye aktarın.
- Sulu çözeltiyi (8x) 50 mL diklorometan ile ekstrakte edin ve organik ekstraktları temiz bir 1.000 mL Erlenmeyer şişesine aktarın.
- Organik ekstraksiyon çözeltisine 50 g sodyum sülfat ekleyin ve şişeyi en az 20 s boyunca döndürün.
- Organik ekstraksiyon çözeltisini bir Buchner hunisinden filtreleyin ve temiz bir 1.000 mL filtreleme şişesinde toplayın.
- Soluk sarı viskoz bir yağ sağlamak için reaksiyonu 15-30 dakika boyunca (vakum mukavemetine bağlı olarak) bir vakumda yoğunlaştırın.
- Kalıntıyı 10 mL HPLC sınıfı heptan içinde çözün ve daha sonra saf yeniden kristalize bora-Ibuprofen üretmek için gece boyunca bir dondurucuda ( -20 ° C) saklayın (Şekil 1).
NOT: Bu çalışmada, bora-ibuprofen verimi% 62 idi (iki reaksiyonun ortalaması).
3. Bora-ibuprofen'in tezgah üstü büyük ölçekli sentezi
NOT: Bu reaksiyon prosedürü azot dolgulu eldiven kutusu kullanılmadan gerçekleştirilmiştir. Tüm kimyasallar daha fazla saflaştırma (kurutma, damıtma vb.) olmadan alındığı veya sentezlendiği gibi kullanılmıştır. Tüm şişeler ve cam eşyalar, kullanımdan önce en az 24 saat boyunca bir fırında (180 ° C) kurutuldu ve ısıtıldı ve reaksiyon kurulumundan hemen önce argon altında oda sıcaklığına soğutuldu.
- 20 mL'lik bir parıltı şişesine 334 mg ICyH•Cl (%13 mol), 2.92 g sodyum tert-butoksit (3 eq) ve manyetik karıştırma çubuğunda 0.5 x 0.125 inç ekleyin, ardından hava geçirmez bir septumla kapatın ve hemen 5 dakika boyunca argon ile temizleyin.
- Ligand ve baz karışımını içeren 20 mL sintilasyon şişesine bir şırınga yoluyla 20 mL susuz, gazdan arındırılmış THF ekleyin, elde edilen çözeltiyi argon ile 5 dakika boyunca temizleyin ve ardından 30 dakika daha karıştırın.
- 20 mL'lik bir sintilasyon şişesine 119 mg CuCl (% 12 mol) ve manyetik karıştırma çubuğunda 0.5 inç x 0.125 ekleyin, ardından hava geçirmez bir septumla kapatın ve hemen 5 dakika boyunca argon ile temizleyin. Ligand çözeltisini (adım 3.1.1'den itibaren) 30 dakika karıştırdıktan sonra, pozitif bir argon akışı altında CuCl sintilasyon şişesine ekleyin ve ardından elde edilen çözeltiyi 1 saat boyunca karıştırın.
NOT: CuCl'yi tartarken, şişenin iç köşe kenarlarına sıkışma eğiliminde olduğundan, doğrudan sintilasyon şişesinin tabanının ortasına yerleştirmeye dikkat edin, bu da ligand çözeltisinde zayıf çözünmeye neden olur.
- 5.08 g bis (pinacolato) diboron (2 eq) ve 2 x 0.3125 inç ekleyin. 500 mL'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye manyetik karıştırma çubuğu koyun ve bir septum ile kapatın ve ardından septum contasını siyah elektrik bandı ile kapsülleyin. Kapatıldıktan sonra, şişeye 140 mL THF ve 1.78 mL 4-izobütilstiren (1 eq) ekleyin ve ardından 5 dakika boyunca argon ile temizleyin.
- Argon temizlemesinin hemen ardından 500 mL'lik yuvarlak tabanlı şişeyi kuru karbondioksit ile temizleyin. Ardından, katalizör çözeltisini (adım 3.1.2'den itibaren) 30 s boyunca ekleyin, 15 dakika boyunca kuru karbondioksit ile temizlemeye devam edin ve ardından reaksiyonu 16 saat boyunca ortam sıcaklığında karıştırın.
- Reaksiyon tamamlandıktan sonra reaksiyon karışımını bir vakumda 15-30 dakika konsantre edin ve daha sonra 30 mL sulu HCl (1.0 M) ile asitleştirin.
- Asitleştirilmiş reaksiyon çözeltisini içeren yuvarlak tabanlı şişeye 50 mL dietil eter ekleyin, çözeltiyi en az 10 s döndürün, çözeltiyi 500 mL'lik bir ayırıcı huniye aktarın, organik ve sulu tabakaları ayırın ve sulu tabakayı 1.000 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine ekleyin.
- Organik tabakayı (8x) 50 mL doymuş NaHCO3 ile ayıklayın ve sulu ekstraktları 1.000 mL'lik bir Erlenmeyer şişesine aktarın.
- 1.000 mL Erlenmeyer şişesindeki birleşik sulu tabakaları 12 M HCl ile asitleştirin (turnusol kağıdı ile pH ≤ 1.0'a) ve çözeltiyi temiz bir 1.000 mL ayırıcı huniye aktarın.
- Sulu çözeltiyi (8x) 50 mL diklorometan ile ekstrakte edin ve organik ekstraktları temiz bir 1.000 mL Erlenmeyer şişesine aktarın.
- Organik ekstraksiyon çözeltisine 50 g sodyum sülfat ekleyin ve şişeyi en az 20 s boyunca döndürün.
- Organik ekstraksiyon çözeltisini bir Buchner hunisinden filtreleyin ve temiz bir 1.000 mL filtreleme şişesinde toplayın. Filtratı yuvarlak tabanlı bir şişeye aktarın.
- Soluk sarı viskoz bir yağ sağlamak için reaksiyonu 15-30 dakika boyunca (vakum mukavemetine bağlı olarak) bir vakumda yoğunlaştırın.
- Kalıntıyı 10 mL HPLC sınıfı heptan içinde çözün ve daha sonra saf yeniden kristalize bora-ibuprofen üretmek için gece boyunca bir dondurucuda ( -20 ° C) saklayın (Şekil 1).
NOT: Bu çalışmada bora-ibuprofen verimi %59 olarak bulunmuştur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
4-izobütilstiren 1H ve 13C NMR spektroskopisi ile karakterize edildi. Bora-ibuprofen, ürün yapısını doğrulamak ve saflığı değerlendirmek için 1H, 13 C ve 11B NMR spektroskopisi ile karakterize edildi. Bu bileşikler için anahtar veriler bu bölümde açıklanmaktadır.
Spektral veriler 4-izobütilstiren (1) yapısı ile iyi bir uyum içindedir (Şekil 2). CDCl 3'te elde edilen 1H NMR spektrumu (Şekil 3), monosübstitüe stiren türevleri için görülen karakteristik AMX bölme paternini göstermektedir. Bu rezonanslar 5.17'de (d, J = 10.9 Hz, 1H) bir çift, 5.69'da bir çift (d, J = 17.6 Hz, 1H) ve 6.62-6.78'de bir çift çift olarak gözlenir (dd, J = 10.9, 17.6 Hz, 1H). İkinci bir karakteristik özellik, 0.89'da (d, J = 6.6 Hz, 6H) karşılık gelen metil gruplarıyla 2.37-2.52'de (m, 2H) bir nonet olarak görünen izo-bütil metin protonudur. 13C NMR spektrumunda gözlenen dokuz rezonans, literatür değerleri30 ile uyumludur (Şekil 4).
Bu protokol aracılığıyla 4-izobütilstiren sentezi, ürünü% 89 verimle (ortalama üç reaksiyon, 5 mmol ölçeği) güvenilir bir şekilde üretir; Bununla birlikte, sıcaklık ve zaman gibi temel reaksiyon koşullarından herhangi birinden sapma, reaksiyonun verimliliğini önemli ölçüde etkiler. Reaksiyon en az 85 ° C'de ısıtılmalıdır. Reaksiyonun tamamlanması TLC tarafından 24 saat içinde veya sonrasında doğrulanmalıdır.
Spektral veriler, borakarboksillenmiş ürünün yapısı ile iyi bir uyum içindedir (2) (Şekil 5). Önceki substratta olduğu gibi, CDCl3'te elde edilen 1H NMR spektrumu (Şekil 6) bir ABX bölünme paterni gösterir, ancak bu model yeni üretilen benzillik stereojenik merkezden kaynaklanan diastereotopik metilen protonları nedeniyle oluşur. AB rezonansları 1.53 (dd, J = 16.0, 9.1 Hz, 1H ) ve 1.29'da (dd, J = 16.0, 7.6 Hz, 1H) çiftlerin bir çifti olarak gözlenirken, X rezonansı 3.82'de (dd, J = 9.1, 7.6 Hz, 1H) gözlenir . İkinci rezonans, iki sp2 karbona bir methine proton alfa ile tutarlı olan deshielded. Başka bir önemli rezonans kümesi, pinacolato bor moiety26'nın iki tarafındaki manyetik olarak eşdeğer olmayan metil gruplarına karşılık gelen 1.12 (s, 6H) ve 1.11 (s, 6H) 'dir.
Borakarboksillenmiş ürün 2'nin 13 C NMR spektrumu (Şekil 7), bora bağlı dörtlü genişlemiş bir karbonun karakteristiği olan 16ppm'de çok geniş bir sinyal göstermektedir. Bir diğer önemli rezonans, serbest karboksilik asit grubunun karbonil karbonuna karşılık gelen 180.8 ppm'dir.
11B NMR spektrumu (Şekil 8), üç değerlikli bir boronik esterin karakteristiği olan 33.0 ppm'de tek bir geniş rezonans gösterir.
Bora-ibuprofen'in bu protokol aracılığıyla sentezi,% 62 verim ile ürünü güvenilir bir şekilde üretir (iki reaksiyonun ortalaması, 2.05 g izole edilmiş); Bununla birlikte, bu reaksiyon önceki Suzuki çapraz bağlanma reaksiyonundan çok daha hassastır. Bildirilen protokolden herhangi bir sapma, verimin önemli ölçüde azalmasına neden olacaktır. Bu reaksiyonun havaya duyarlı doğasına özellikle dikkat edilmelidir. Tezgah üstü protokolü kullanarak, bora-ibuprofenin büyük ölçekli sentezi, istenen ürüne eldiven kutusu yöntemiyle karşılaştırılabilir% 59'luk bir verim (1.95 g izole edilmiş) sağlar.
Şekil 1: Organoboron bileşiklerinin tıbbi ilgisi. (A) Karboksilik asit grubu, steroidal olmayan anti-enflamatuar ilaçlar içerir. (B) FDA onaylı bor içeren ilaçlar. (C) Bor içeren NSAID analogları (bora-NSAID'ler). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 2: Suzuki çapraz bağlanma reaksiyonu ile 4-izobütilstiren (1) sentezi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: 4-izobütilstiren e'nin 1 H NMR spektrumu (1). 1H NMR spektrumu CDCl3'te elde edildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: 4-izobütilstiren e'nin 13 C NMR spektrumu (1). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Bora-ibuprofen (2)'nin eldiven kutusu ve tezgah üstü borakarboksilasyon yöntemleri ile sentezi. Bora-ibuprofen verimi, eldiven kutusu ve borakarboksilasyon yöntemleri ile sırasıyla% 62 ve% 59 idi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Bora-ibuprofenin 1H NMR spektrumu (2). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Bora-ibuprofenin 13C NMR spektrumu (2). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 8: Bora-ibuprofenin 11B NMR spektrumu (2). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 9: Bora-ibuprofenin türetilmesi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
4-İzobütilstiren (1), ucuz, ticari olarak temin edilebilen 1-bromo-4-izobütilbenzen ve vinilboronik asit pinacol esterinden bir Suzuki çapraz bağlanma reaksiyonu ile verimli bir şekilde elde edildi. Wittig yaklaşımı ile karşılaştırıldığında, bu reaksiyon istenen stirenin daha çevre dostu bir şekilde ve daha iyi atom ekonomisi ile üretilmesini sağlar. TLC yoluyla reaksiyon izleme, 1-bromo-4-izobütilbenzen substratının tam dönüşümünü sağlamak için çok önemliydi, çünkü tam dönüşüme devam etmeyen reaksiyonlar, substratın ve ürünlerin flaş kromatografik olarak ayrılmasının zor olmasına neden oldu.
Gaz halindeki CO 2 atmosferi altında bir pinacolato diboron indirgeyici kullanılarak ortam sıcaklığında bir NHC-bakır (I) katalizörü ile 4-izobütilstirenin borakarboksilasyonu, yüksek verime sahip bora-ibuprofen (2) üretti. Muhtemelen bakır (I)-aerobik ayrışma 32 nedeniyle, çözelti içinde dioksijen kalmamasınısağlamak için stirenin titizlikle dondurulması pompasıyla çözülmesi gerektiğine dikkat etmek önemlidir32, bu da reaktivitenin azalmasına ve stirenin resmi hidroborasyonu gibi istenmeyen yan ürünlere yol açar. Katalizörün havaya duyarlı doğası nedeniyle reaksiyon karışımına hızlı bir şekilde katalizör eklenmelidir. Dioksijenin reaksiyonu kirlettiğine dair bir anlatı işareti, gök mavisi reaksiyon renginin evrimidir. Yüksek verime uygun şekilde ilerleyen reaksiyonlar, katalizör çözeltisinin eklenmesinden sonra hafif pembe bir renk tonu ile bulutlu beyaz görünecek ve daha sonra reaksiyon 3 saat veya daha uzun süre CO2'ye maruz kaldıktan sonra kahverengiye ve nihayetinde açık yeşile dönecektir. Borakarboksilasyon reaksiyonu 45 ° C'ye kadar hafif ısınmayı tolere edebilir, ancak daha yüksek sıcaklıklar verimin azalmasına neden olur27.
Reaksiyon herhangi bir süre saklanamaz ve derhal saflaştırılmalıdır. Başarılı bir borakarboksilasyon reaksiyonunun ortaya çıkan son rengi kahverengi veya açık yeşildir. Hemen saflaştırılmayan reaksiyonlar, eşlik eden ürün ayrışması ile bakır oksidasyonu nedeniyle gökyüzü mavisine dönecektir. Ürün izolasyonu hala mümkündür, ancak verim düşecektir. bora-Ibuprofen, herhangi bir tipte (örneğin, silika jel, Florisil) kolon kromatografisi ile izole edilemez ve yukarıda açıklanan asit-baz çalışma protokolünü takiben izole edilmelidir. İzole edildikten sonra, bora-ibuprofen ve şimdiye kadar incelenen diğer birçok benzer α-aril-β-boril proprionik asit türevi, havaya dayanıklı beyaz bir katıdır. Eser miktarda dibor indirgeyici genellikle ilk asit-baz çalışmasından sonra kalır. Heptandaki ikinci yeniden kristalizasyonun ardından ikinci bir asit-baz çalışması, analitik olarak saf ürünler sağlamak için genellikle eser safsızlıkları giderir.
Tezgah üstü borakarboksilasyon yöntemi, benzer reaksiyon sonuçları üretirken eldiven kutusu yönteminden daha uygun ve uygulanması daha kolaydır. Bununla birlikte, tezgah üstü yöntemiyle ilişkili bilinen bazı sınırlamalar vardır. Reaksiyon nemsiz ve havasız koşullar altında gerçekleştirilmelidir. Nem hassasiyetini daha iyi anlamak için, hem yerinde katalizör hazırlığı hem de reaksiyon adımları için "ıslak" THF (daha önce açılmış yüksek saflıkta 4 L'lik bir şişe) ile tezgah üstü yöntem kullanılarak bir borakarboksilasyon reaksiyonu gerçekleştirildi. Bu durumda, istenen ürünün sadece% 2'lik bir NMR verimi elde edildi. Daha sonra, katalizör çözeltisinin susuz THF (çözücü sistemi kurutulmuş) kullanılarak hazırlandığı, reaksiyonda kullanılan kalan THF'nin ise "ıslak" olduğu bir reaksiyon gerçekleştirildi. Borakarboksillenmiş ürünün% 13'lük bir NMR verimine mütevazı bir artış gözlendi. İz maceracı suyun, özellikle pre-aktif-katalizör oluşumu sırasında reaksiyonu olumsuz yönde etkilediği açıktır. CO2 gazının uygulanmasından önce reaksiyon çözeltisinin Ar tahliyesi (veyaN2 tasfiyesi) olmadan tezgah üstü protokolü kullanılarak,% 46'lık bir NMR verimi (Ar temizleme ile% 66'ya karşı) elde edildi. Bununla birlikte, ikinci bir özdeş reaksiyon kurulumu, sadece% 17'lik bir NMR verimi sağladı, bu da maceracı oksijen / havanın reaksiyonu çeşitli tekrarlanamaz şekillerde etkilediğini düşündürmektedir.
Gelecekte, Popp Group, bora-ibuprofen ve diğer borakarboksillenmiş bileşiklerin, bir dizi diğer işlevselleştirilmiş ibuprofen türevlerine (Şekil 9) erişim sağlayacağını ve böylece ağrı yönetimi için potansiyel terapötik ajanlar olarak çalışmalarına izin vereceğini beklemektedir 33,34,35,36,37 veya diğer farmasötik uygulamalar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar rakip finansal çıkarlar olmadığını beyan ederler.
Acknowledgments
Ulusal Bilim Vakfı KARİYER ve MRI programlarına (CHE-1752986 ve CHE-1228336), West Virginia Üniversitesi Onur EXCEL Tez Programına (ASS & ACR), Batı Virginia Üniversitesi Araştırma Çıraklığına (RAP) ve Yaz Lisans Araştırma Deneyimi (SURE) Programlarına (ACR) ve Brodie ailesine (Don ve Linda Brodie İnovasyon Kaynak Fonu) bu araştırmaya verdikleri cömert destek için teşekkür ederiz.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 125 mL filtration flask | ChemGlass | ||
| 20 mL vial with pressure relief cap | ChemGlass | ||
| 4-isobutylbromobenzene | Matrix scientific | 8824 | |
| Anhydrous potassium carbonate | Beantown chemicals | 124060 | |
| Anhydrous sodium sulfate | Oakwood | 44702 | |
| Bis(pinacolato)diboron | Boron Molecular chemicals | BM002 | |
| Buchner funnel with rubber adaptor | ChemGlass | ||
| Carbon dioxide gas (Bone dry) | Mateson | Tygon tubing connects cylinder regulator to needle used for reaction purging | |
| COPPER(I) CHLORIDE, REAGENT GRADE, 97% | Aldrich | 212946 | |
| Dichloromthane - high purity | Fisher | D37-20 | |
| Diethyl ether - high purity | Fisher | E138-20 | |
| Erlenmyer Flask, 125 mL | ChemGlass | CG-8496-125 | |
| filter paper | Fisher | ||
| Heptane | Fisher | H360-4 | |
| Hydrochloric acid | Fisher | AC124635001 | |
| IKA stirring hot plate | Fisher | 3810001 RCT Basic MAG | |
| Nitrogen filled glove box | MBRAUN | ||
| Palladium(0) tetrakistriphenylphosine | Ark Pharm | ||
| SilicaFlash P60 silica gel | SiliCycle | R12030B | |
| Sodium bicarbonate | Fisher | S233-3 | |
| Sodium tert-butoxide | Fisher | A1994222 | |
| Tetrahydrofuran - high purity | Fisher | T425SK-4 | Dried on a GlassContours Solvent Purification System |
| Triphenylphosphine | Sigma | T84409 | |
| Vacuum/gas manifold | Used for glovebox boracarboxyaltion reaction setup | ||
| Vinylboronic acid pinacol ester | Oxchem |
References
- Bose, S. K., et al. First-row d-block element-catalyzed carbon-boron bond formation and related processes. Chemical Reviews. 121 (21), 13238-13341 (2021).
- Hemming, D., Fritzemeier, R., Westcott, S. A., Santos, W. L., Steel, P. G.
- Taniguchi, T. Boryl radical addition to multiple bonds in organic synthesis. European Journal of Organic Chemistry. 2019 (37), 6308-6319 (2019).
- Budiman, Y. P., Westcott, S. A., Radius, U., Marder, T. B. Fluorinated aryl boronates as building blocks in organic synthesis. Advanced Synthesis & Catalysis. 363 (9), 2224-2255 (2021).
- Wang, M., Shi, Z. Methodologies and strategies for selective borylation of C-Het and C-C bonds. Chemical Reviews. 120 (15), 7348-7398 (2020).
- Tian, Y. -M., Guo, X. -N., Braunschweig, H., Radius, U., Marder, T. B. Photoinduced borylation for the synthesis of organoboron compounds: Focus review. Chemical Reviews. 121 (7), 3561-3597 (2021).
- Brown, H. C., Rathke, M. W., RogiC´, M. M., De Lue, N. R. Organoboranes for synthesis. 9. Rapid reaction of organoboranes with iodine under the influence of base. A convenient procedure for the conversion of alkenes into iodides via hydroboration. Tetrahedron. 44 (10), 2751-2762 (1988).
- Shegavi, M. L., Bose, S. K. Recent advances in the catalytic hydroboration of carbonyl compounds. Catalysis Science and Technology. 9 (13), 3307-3336 (2019).
- Clay, J. M., Vedejs, E. Hydroboration with pyridine borane at room temperature. Journal of the American Chemical Society. 127 (16), 5766-5767 (2005).
- Mao, L., Bose, S. K. Hydroboration of enynes and mechanistic insights. Advanced Synthesis & Catalysis. 362 (20), 4174-4188 (2020).
- Pattison, G.
- Zhu, C., Falck, J. R. Transition metal-free ipso-functionalization of arylboronic acids and derivatives. Advanced Synthesis & Catalysis. 356 (11-12), 2395-2410 (2014).
- Chen, J., Li, J., Dong, Z. A review on the latest progress of Chan-Lam coupling reaction. Advanced Synthesis & Catalysis. 362 (16), 3311-3331 (2020).
- Rucker, R. P., Whittaker, A. M., Dang, H., Lalic, G. Synthesis of tertiary alkyl amines from terminal alkenes: Copper-catalyzed amination of alkyl boranes. Journal of the American Chemical Society. 134 (15), 6571-6574 (2012).
- Miyaura, N., Suzuki, A. Palladium-catalyzed cross-coupling reactions of organoboron compounds. Chemical Reviews. 95 (7), 2457-2483 (1995).
- Lennox, A. J. J., Lloyd-Jones, G. C. Selection of boron reagents for Suzuki-Miyaura coupling. Chemical Society Reviews. 43 (1), 412-443 (2014).
- Osakada, K., Nishihara, Y. Transmetalation of boronic acids and their derivatives: mechanistic elucidation and relevance to catalysis. Dalton Transactions. 51 (3), 777-796 (2022).
- Sharma, S., Das, J., Braje, W. M., Dash, A. K., Handa, S. A glimpse into green chemistry practices in the pharmaceutical industry. ChemSusChem. 13 (11), 2859-2875 (2020).
- Bhaskaran, S., Padusha, M. S. A., Sajith, A. M. Application of palladium based precatalytic systems in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions of chloro-heterocycles. ChemistrySelect. 5 (29), 9005-9016 (2020).
- Fujihara, T., Tani, Y., Semba, K., Terao, J., Tsuji, Y. Copper-catalyzed silacarboxylation of internal alkynes by employing carbon dioxide and silylboranes. Angewandte Chemie International Edition. 51 (46), 11487-11490 (2012).
- Tani, Y., Fujihara, T., Terao, J., Tsuji, Y. Copper-catalyzed regiodivergent silacarboxylation of allenes with carbon dioxide and a silylborane. Journal of the American Chemical Society. 136 (51), 17706-17709 (2014).
- Zhang, L., Cheng, J., Carry, B., Hou, Z. Catalytic boracarboxylation of alkynes with diborane and carbon dioxide by an N-heterocyclic carbene copper catalyst. Journal of the American Chemical Society. 134 (35), 14314-14317 (2012).
- Schwarz, J. Atypical Elements in Drug Design. , Springer International Publishing. Cham, Switzerland. (2016).
- Laitar, D. S., Tsui, E. Y., Sadighi, J. P. Copper(I) β-boroalkyls from alkene insertion: Isolation and rearrangement. Organometallics. 25 (10), 2405-2408 (2006).
- Mankad, N. P., Laitar, D. S., Sadighi, J. P. Synthesis, structure, and alkyne reactivity of a dimeric (carbene)copper(I) hydride. Organometallics. 23 (14), 3369-3371 (2004).
- Butcher, T. W., et al. Regioselective copper-catalyzed boracarboxylation of vinyl arenes. Organic Letters. 18 (24), 6428-6431 (2016).
- Perrone, T. M., et al. Beneficial effect of a secondary ligand on the catalytic difunctionalization of vinyl arenes with boron and CO2. ChemCatChem. 11 (23), 5814-5820 (2019).
- Knowlden, S. W., Popp, B. V. Regioselective boracarboxylation of α-substituted vinyl arenes. Organometallics. 41 (14), 1883-1891 (2022).
- Santoro, O., Collado, A., Slawin, A. M. Z., Nolan, S. P., Cazin, C. S. J. A general synthetic route to [Cu(X)(NHC)] (NHC = N-heterocyclic carbene, X = Cl, Br, I) complexes. Chemical Communications. 49 (89), 10483 (2013).
- Su, M., Huang, X., Lei, C., Jin, J. Nickel-catalyzed reductive cross-coupling of aryl bromides with vinyl acetate in dimethyl isosorbide as a sustainable solvent. Organic Letters. 24 (1), 354-358 (2022).
- JoVE. JoVE Science Education Database. Organic Chemistry. Degassing liquids with freeze-pump-thaw cycling. Journal of Visual Experiments. , Cambridge, MA. (2022).
- Li, D., Ollevier, T. Mechanism studies of oxidation and hydrolysis of Cu(I)-NHC and Ag-NHC in solution under air. Journal of Organometallic Chemistry. 906, 121025-121035 (2018).
- Hernández-Díaz, S., Rodríguez, L. A. G. Association between nonsteroidal anti-inflammatory drugs and upper gastrointestinal tract bleeding/perforation: An overview of epidemiologic studies published in the 1990s. Archives of Internal Medicine. 160 (14), 2093 (2000).
- Wolfe, M. M., Singh, G. Gastrointestinal toxicity of nonsteroidal antiinflammatory drugs. The New England Journal of Medicine. 340 (24), 1888-1899 (1999).
- Singh, G. Gastrointestinal tract complications of non-steroidal anti-inflammatory drug treatment in rheumatoid arthritis. A prospective observational cohort study. Archives of Internal Medicine. 156 (14), 1530-1536 (1996).
- Lichtenstein, D. R., Syngal, S., Wolfe, M. M. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs and the gastrointestinal tract the double-edged sword. Arthritis & Rheumatism. 38 (1), 5-18 (1995).
- Singh, G., Triadafilopoulos, G. Epidemiology of NSAID induced gastrointestinal complications. The Journal of Rheumatology. 56, 18-24 (1999).
