RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
يصف هذا البروتوكول طريقة تحفيزية مفصلة توضع على الطاولة والتي تنتج مشتقا فريدا من الإيبوبروفين.
العقاقير غير الستيرويدية المضادة للالتهابات (مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية) هي من بين الأدوية الأكثر شيوعا المستخدمة لإدارة وعلاج الألم والالتهاب. في عام 2016 ، تم تصنيع فئة جديدة من مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية العاملة بالبورون (بورا-مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية) في ظل ظروف معتدلة عن طريق بوراكاربوكسيل انتقائي محفز بالنحاس لأرين الفينيل باستخدام ثاني أكسيد الكربون (بالون CO2) ومختزل ديبورون في درجة حرارة الغرفة. تم تنفيذ هذه الطريقة الأصلية بشكل أساسي في صندوق قفازات أو باستخدام مشعب غاز مفرغ (خط شلينك) في ظل ظروف صارمة خالية من الهواء والرطوبة ، مما أدى غالبا إلى نتائج تفاعل غير قابلة للتكرار بسبب الشوائب النزرة. يصف هذا البروتوكول طريقة طاولة أبسط وأكثر ملاءمة لتوليف ممثل بورا-مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية ، بورا-ايبوبروفين. ينتج تفاعل الاقتران المتقاطع بين سوزوكي مياورا بين 1-برومو-4-iسوبوتيل بنزين وإستر بيناكول حمض فينيل بورونيك 4-إيزوبوتيل ستايرين. يتم بعد ذلك إعادة إنتاج الستايرين بوراكاربوكسيل بشكل انتقائي لتوفير حمض بورا إيبوبروفين ، وهو حمض α-أريل-β-بوريل بروبيونيك ، مع عائد جيد على مقياس متعدد الجرامات. يسمح هذا الإجراء بالاستخدام الأوسع للبوراكاربوكسيل المحفز بالنحاس في المختبرات الاصطناعية ، مما يتيح إجراء مزيد من الأبحاث حول مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية بورا وغيرها من الجزيئات الفريدة الشبيهة بالأدوية التي تعمل بالبورون.
تم استخدام مركبات Organoboron بشكل استراتيجي في التخليق الكيميائي لأكثر من 50 عاما1،2،3،4،5،6. أدت تفاعلات مثل الأكسدة المائية7،8،9،10 ، الهلجنة 11،12 ، amination 13،14 ، واقتران Suzuki-Miyauraالمتقاطع 15،16،17 إلى ابتكارات كبيرة متعددة التخصصات في الكيمياء والتخصصات ذات الصلة. تمثل تفاعلات سوزوكي مياورا ، على سبيل المثال ، 40٪ من جميع تفاعلات تكوين روابط الكربون والكربون في السعي وراء الأدوية الصيدلانيةالمرشحة 18. ينتج تفاعل الاقتران المتقاطع Suzuki-Miyaura أرينات الفينيل في خطوة واحدة من سلائف الأرين المهلجنة19. هذه الاستراتيجية التحفيزية الأكثر اخضرارا ذات قيمة بالنسبة لتوليفات Wittig التقليدية من الألدهيدات التي لديها اقتصاد ذري ضعيف وتنتج منتجا ثانويا لأكسيد ثلاثي فينيل فوسفين متكافئ.
كان من المتوقع أن يسمح كربوكسيل غير متجانس (عنصر) انتقائي لأرينات الفينيل بالوصول المباشر إلى العقاقير غير الستيرويدية المضادة للالتهابات (مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية) الجديدة التي تحتوي على (عنصر) ، باستخدام CO2 مباشرة في التوليف. ومع ذلك ، كانت تفاعلات الكربوكسيل غير المتجانسة (العنصرية) نادرة للغاية واقتصرت على ركائز الألكينيل والألينيل قبلعام 2016 20،21،22. إن تمديد تفاعل البوراكاربوكسيل إلى أرينات الفينيل من شأنه أن يوفر مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية التي تعمل بالبورون ، وقد اكتسب المرشحون الصيدلانيون القائمون على البورون (الشكل 1) شعبية ، كما يتضح من القرارات الأخيرة الصادرة عن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية للموافقة على بورتيزوميب العلاج الكيميائي ، والتافابورول المضاد للفطريات ، والكريسابورول المضاد للالتهابات. حموضة لويس للبورون مثيرة للاهتمام من وجهة نظر تصميم الدواء بسبب القدرة على ربط قواعد لويس بسهولة ، مثل الديولات أو مجموعات الهيدروكسيل على الكربوهيدرات أو قواعد النيتروجين في الحمض النووي الريبي والحمض النووي ، لأن قواعد لويس هذه تلعب أدوارا مهمة في العمليات الفسيولوجية والمرضية23.
يعتمد هذا النهج التحفيزي لبوراكاربوكسيل على بوريل كوبراتيون الألكين بواسطة وسيط Cu-boryl ، يليه إدخال CO2 في وسيط Cu-alkyl الناتج. أبلغ Laitar et al. عن بوريل كوبراتيون مشتقات الستايرين من خلال استخدام (NHC) Cu-boryl24 ، كما تم إثبات كربوكسيل أنواع Cu-alkyl25. في عام 2016 ، طور مختبر Popp نهجا اصطناعيا جديدا لتحقيق خلل وظيفي خفيف لأرين الفينيل باستخدام محفز (NHC) Cu-boryl و 1 atm فقط من ثاني أكسيد الكربون الغازي226. باستخدام هذه الطريقة ، يتم الوصول إلى دواء حمض البروبيونيك α-aryl في خطوة واحدة ، ويمكن تحضير فئة جديدة غير مستكشفة من مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية المعدلة بالبورون بعائد ممتاز. في عام 2019 ، حسنت المضافات الحفازة كفاءة المحفز ووسعت نطاق الركيزة ، بما في ذلك تحضير اثنين إضافيين من مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية27 (الشكل 1).
لا يمكن تحقيق تفاعلات بوراكاربوكسيل سابقة للألكينات إلا في ظل ظروف صارمة خالية من الهواء والرطوبة باستخدام محفز أولي معزول من النحاس (I) غير المتجانس (NHC-Cu; NHC = 1،3-مكرر (سيكلوهيكسيل) -1،3-ثنائي هيدرو-2 H-إيميدازول-2-يليدين ، ICy). إن طريقة الطاولة حيث يمكن تصنيع الإيبوبروفين المبور باستخدام كواشف بسيطة ستكون مرغوبة أكثر للمجتمع الاصطناعي ، مما يدفعنا إلى تطوير ظروف تفاعل تسمح لبوراكاربوكسيل أرينات الفينيل ، وخاصة 4-إيزوبوتيل ستايرين ، بالانتقال من التوليد في الموقع لمحفز NHC-Cu المسبق ودون الحاجة إلى صندوق قفازات. في الآونة الأخيرة ، تم الإبلاغ عن بروتوكول بوراكاربوكسيل باستخدام أملاح الإيميدازوليوم وكلوريد النحاس (I) لتوليد محفز نشط للنحاس (I) مرتبط ب NHC في الموقع 28. باستخدام هذه الطريقة ، تم بوراكاربوكسيل α ميثيل ستايرين لإعطاء عائد معزول بنسبة 71٪ من المنتج المطلوب ، وإن كان ذلك باستخدام صندوق القفازات. مستوحاة من هذه النتيجة ، تم ابتكار إجراء معدل لبوراكاربوكسيلات ثلاثي بوتيل ستايرين دون استخدام صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين. تم إنتاج منتج ثلاثي بوتيل البوراتسيلات المطلوب بعائد 90٪ على مقياس 1.5 جم. ومما يبعث على السرور ، يمكن تطبيق هذه الطريقة على 4-isobutylstyrene لإنتاج مشتق بورا ايبوبروفين مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية مع عائد معتدل. إن فارماكوفور حمض البروبيونيك α-aryl هو الشكل الأساسي بين مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية. لذلك ، فإن الاستراتيجيات الاصطناعية التي تسمح بالوصول المباشر إلى هذا الشكل هي تحولات كيميائية مرغوبة للغاية. هنا ، يتم تقديم مسار اصطناعي للوصول إلى مشتق بورا-ايبوبروفين NSAID الفريد من مادة بدء 1-برومو-4-إيزوبوتيل بنزين وفيرة وغير مكلفة (~ $ 2.50 / 1 g) مع عائد معتدل في خطوتين ، دون الحاجة إلى صندوق قفازات.
1. تخليق 4-إيزوبوتيل ستايرين من خلال اقتران سوزوكي المتقاطع ل 1-برومو-4-إيزوبوتيل بنزين مع إستر بيناكول حمض فينيل بورونيك
2. توليف واسع النطاق من بورا ايبوبروفين في صندوق القفازات
ملاحظة: تم تحضير هذا التفاعل داخل صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين (انظر جدول المواد). تم تجفيف جميع المواد الكيميائية أو تنقيتها قبل الانتقال إلى الصندوق. تم إذابة 4-isobutylstyrene بالتجميد قبل الاستخدام. تم تجفيف جميع القوارير والأواني الزجاجية وتسخينها في فرن (180 درجة مئوية) لمدة 24 ساعة على الأقل قبل الاستخدام. تم تحضير محفز النحاس (ICyCuCl) وفقا لتقرير نشر سابقا29.
3. توليف على نطاق واسع من بورا ايبوبروفين
ملاحظة: تم تنفيذ إجراء التفاعل هذا دون استخدام صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين. تم استخدام جميع المواد الكيميائية كما تم استلامها أو تصنيعها دون مزيد من التنقية (التجفيف والتقطير وما إلى ذلك). تم تجفيف جميع القوارير والأواني الزجاجية وتسخينها في فرن (180 درجة مئوية) لمدة 24 ساعة على الأقل قبل الاستخدام وتبريدها تحت الأرجون إلى درجة حرارة الغرفة مباشرة قبل إعداد التفاعل.
تم تمييز 4-isobutylstyrene بواسطة التحليل الطيفي 1 H و 13C NMR. تم تمييز بورا-ايبوبروفين بواسطة التحليل الطيفي 1H و 13C و 11B NMR لتأكيد بنية المنتج وتقييم النقاء. يتم وصف البيانات الرئيسية لهذه المركبات في هذا القسم.
تتفق البيانات الطيفية بشكل جيد مع بنية 4-isobutylstyrene (1) (الشكل 2). يظهر طيف الرنين المغناطيسي النووي 1H الذي تم الحصول عليه في CDCl 3 (الشكل 3) نمط تقسيم AMX المميز الذي شوهد لمشتقات الستايرين أحادية الاستبدال. لوحظت هذه الرنين كمضاعفة عند 5.17 (d ، J = 10.9 هرتز ، 1H) ، ومضاعفة عند 5.69 (d ، J = 17.6 هرتز ، 1H) ، ومضاعفة من الزوجي عند 6.62-6.78 (dd ، J = 10.9 ، 17.6 هرتز ، 1H). السمة المميزة الثانية هي بروتون الميثين إيزو بوتيل ، الذي يظهر كنونيت عند 2.37-2.52 (م ، 2H) مع مجموعات الميثيل المقابلة عند 0.89 (d ، J = 6.6 هرتز ، 6H)30. تتفق الرنين التسعة التي لوحظت في طيف الرنين المغناطيسي النووي 13C مع قيم الأدبيات30 (الشكل 4).
ينتج تخليق 4-isobutylstyrene عبر هذا البروتوكول المنتج بشكل موثوق مع عائد 89 ٪ (متوسط ثلاثة تفاعلات ، مقياس 5 مليمول) ؛ ومع ذلك، فإن الانحراف عن أي من ظروف التفاعل الرئيسية، مثل درجة الحرارة والزمن، يؤثر بشكل كبير على كفاءة التفاعل. يجب تسخين التفاعل عند درجة حرارة لا تقل عن 85 درجة مئوية. يجب التحقق من اكتمال التفاعل بواسطة TLC عند أو بعد 24 ساعة.
تتفق البيانات الطيفية بشكل جيد مع بنية منتج البوراكاربوكسيل (2) (الشكل 5). كما هو الحال مع الركيزة السابقة ، يظهر طيف الرنين المغناطيسي النووي 1H الذي تم الحصول عليه في CDCl3 (الشكل 6) نمط تقسيم ABX ، ولكن هذا النمط يحدث بسبب بروتونات الميثيلين diastereotopic الناشئة عن مركز الستيروجينيك البنزيلي المتولد حديثا. لوحظت رنين AB كمضاعفة من الزوجي عند 1.53 (dd ، J = 16.0 ، 9.1 هرتز ، 1H) و 1.29 (dd ، J = 16.0 ، 7.6 هرتز ، 1H) ، بينما لوحظ الرنين X عند 3.82 (dd ، J = 9.1 ، 7.6 هرتز ، 1H). يتم إزالة الرنين الأخير ، وهو ما يتوافق مع بروتون الميثين ألفا إلى اثنين من ذرات الكربونsp 2. مجموعة أخرى من الرنين المهم هي عند 1.12 (s ، 6H) و 1.11 (s ، 6H) ، المقابلة لمجموعات الميثيل غير المتكافئة مغناطيسيا على جانبي مجموعة البورونpinacolato 26.
يظهر طيف الرنين المغناطيسي النووي 13 C لمنتج البوراكاربوكسيل 2 (الشكل 7) إشارة واسعة جدا عند 16جزء في المليون ، وهي سمة من سمات الكربون الموسع رباعي الأقطاب المرتبط بالبورون. رنين مهم آخر هو 180.8 جزء في المليون ، وهو ما يتوافق مع كربون الكربونيل لمجموعة حمض الكربوكسيل الحرة.
يظهر طيف الرنين المغناطيسي النووي 11B (الشكل 8) رنينا عريضا واحدا عند 33.0 جزء في المليون ، وهو سمة من سمات الإستر البوروني ثلاثي التكافؤ.
تخليق بورا ايبوبروفين عبر هذا البروتوكول ينتج بشكل موثوق المنتج مع العائد 62 ٪ (متوسط اثنين من ردود الفعل ، 2.05 غرام معزولة) ؛ ومع ذلك ، فإن هذا التفاعل أكثر حساسية بكثير من تفاعل سوزوكي المتقاطع السابق. أي انحراف عن البروتوكول المبلغ عنه سيؤدي إلى انخفاض كبير في الغلة. يجب إيلاء اهتمام خاص للطبيعة الحساسة للهواء لهذا التفاعل. باستخدام بروتوكول الطاولة ، يوفر التوليف واسع النطاق لبورا إيبوبروفين المنتج المطلوب بعائد 59٪ (1.95 جم معزول) ، مقارنة بطريقة صندوق القفازات.

الشكل 1: الأهمية الطبية لمركبات الأوروبونوبورون العضوي. أ: تحتوي مجموعة الأحماض الكربوكسيلية على عقاقير غير ستيرويدية مضادة للالتهابات. (ب) المستحضرات الصيدلانية المحتوية على البورون المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء. (ج) نظائر مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية المحتوية على البورون (bora-NSAIDs). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: تخليق 4-إيزوبوتيل ستايرين (1) عبر تفاعل سوزوكي للاقتران المتقاطع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 3: طيف الرنين المغناطيسي النووي 1 H من 4-isobutylstyrene (1). تم الحصول على طيف الرنين المغناطيسي النووي 1H في CDCl3. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: طيف الرنينالمغناطيسي النووي 13 C من 4-isobutylstyrene (1). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: تخليق بورا-ايبوبروفين (2) عبر صندوق القفازات وطرق بوراكاربوكسيل الطاولة. كان العائد من بورا ايبوبروفين 62 ٪ و 59 ٪ من خلال طرق القفازات والبوراكاربوكسيل ، على التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: طيف الرنينالمغناطيسي النووي 1 H من بورا ايبوبروفين (2). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 7: 13C NMR طيف بورا ايبوبروفين (2). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 8: 11B طيف الرنين المغناطيسي النووي من بورا ايبوبروفين (2). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 9: اشتقاق بورا ايبوبروفين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود مصالح مالية متنافسة.
يصف هذا البروتوكول طريقة تحفيزية مفصلة توضع على الطاولة والتي تنتج مشتقا فريدا من الإيبوبروفين.
نود أن نشكر برامج CAREER والتصوير بالرنين المغناطيسي لمؤسسة العلوم الوطنية (CHE-1752986 و CHE-1228336) ، وبرنامج أطروحة EXCEL بجامعة ويست فرجينيا (ASS & ACR) ، والتدريب المهني البحثي بجامعة ويست فرجينيا (RAP) وبرامج الخبرة البحثية الصيفية للطلاب الجامعيين (SURE) (ACR) ، وعائلة برودي (صندوق موارد دون وليندا برودي للابتكار) لدعمهم السخي لهذا البحث.
| قارورة ترشيح 125 مل | قارورة ChemGlass | ||
| 20 مل مع غطاء تخفيف الضغط | ChemGlass | ||
| 4-isobutylbromobenzene   ؛ | مصفوفة علمية | 8824 | |
| كربونات البوتاسيوم اللامائية | بيانتاون كيماويات | 124060 | |
| كبريتات الصوديوم اللامائية | أوكوود | 44702 | |
| مكرر (بيناكولاتو) ديبورون | البورون للكيماويات الجزيئية | BM002 | |
| قمع Buchner مع محول مطاطي | ChemGlass | ||
| غاز ثاني أكسيد الكربون (العظام الجافة) | أنابيبماتيسون | Tygon تربط منظم الأسطوانة بالإبرة المستخدمة لتطهير التفاعل | |
| كلوريد النحاس (I) ، درجة الكاشف ، 97٪ | ألدريتش | 212946 | |
| ثنائي كلورو المثان - نقاء عالي | فيشر | D37-20 | |
| ثنائي إيثيل الأثير - قارورة فيشر | E138-20 | عالية | |
| النقاء ، 125 مل | ChemGlass | CG-8496-125 | |
| ورق ترشيح | فيشر | ||
| هيبتان | فيشر | H360-4 | |
| حمض الهيدروكلوريك | فيشر | AC124635001 | |
| IKA تحريك صفيحة ساخنة | فيشر | 3810001 RCT Basic MAG | |
| النيتروجين ملء القفازات | مربع البلاديوم | ||
| (0) tetrakistriphenylphosine | Ark Pharm | ||
| SilicaFlash P60 هلام السيليكا | SiliCycle | R12030B | |
| بيكربونات الصوديوم | فيشر | S233-3 | |
| الصوديوم ثلاثي بوتوكسيد   ؛ | فيشر | A1994222 | |
| رباعي هيدروفوران - فيشر | T425SK-4 | عالي النقاءمجفف على زجاج نظام تنقية المذيبات | |
| Triphenylphosphine | Sigma | T84409 | |
| مشعب | فراغ / غاز | يستخدم لإعداد تفاعل صندوق القفازات boracarboxyaltion | |
| حمض الفينيل بورونيك بيناكول إستر   ؛ | أوكسكيم |