Summary
1-aryl-1H-Pyrazole-5-amines worden bereid uit aryl hydrazines gecombineerd met ofwel 3-aminocrotononitrile of een α-cyanoketone in een 1 M HCl oplossing met behulp van een magnetron reactor. De meeste reacties worden gedaan in 10-15 minuten en zuiver product kan worden verkregen via vacuümfiltratie met typische geïsoleerde opbrengsten van 70-90%.
Abstract
Een synthetisch proces voor de voorbereiding van een verscheidenheid van 1-aryl-1H-Pyrazole-5-aminen werd ontwikkeld. De microgolf-gemedieerde aard van deze methode maakt het efficiënt in zowel tijd als middelen en gebruikt water als oplosmiddel. 3-Aminocrotononitrile of een geschikte α-cyanoketone wordt gecombineerd met een aryl hydrazine en opgelost in 1 M HCl. Het mengsel wordt vervolgens verhit in een magnetron reactor op 150 ° c, meestal voor 10-15 min. Het product kan gemakkelijk worden verkregen door basifying de oplossing met 10% NaOH en het isoleren van de gewenste verbinding met een eenvoudige vacuümfiltratie. Het gebruik van water als oplosmiddel in deze reactie leent aan zijn gemak en nut in productie, en deze methode is gemakkelijk reproduceerbaar met een verscheidenheid van functionele groepen. Typische geïsoleerde opbrengsten variëren van 70-90%, en reacties kunnen worden uitgevoerd op de milligram tot gram schaal met weinig tot geen verandering in de waargenomen opbrengsten. Sommige van de toepassingen van deze moleculen en hun derivaten omvatten pesticiden, anti-malaria middelen, en chemotherapeutica, onder vele anderen.
Introduction
De impuls om een gestroomlijnde synthese van 1-aryl-1H-Pyrazole-5-amines te creëren is toe te schrijven aan de horde toepassingen van deze kleine molecules. Ze verschijnen in kinase-remmers1, antibiotica2, pesticiden3, en onder vele andere biologisch actieve stoffen4,5. Synthetische schema's voor deze verbindingen zijn overvloedig, maar de meeste betrekken complexe isolatie-en zuiveringstechnieken. Een gemeenschappelijke methode impliceert de Terugvloeiing van aryl hydrazine en 3-aminocrotononitrile in of alcoholische of waterige oplossingen gevolgd door een verdere reiniging via chromatografie en/of herkristallisatie6,7, 8,9,10. Een handvol van geïsoleerde rapporten hebben gedetailleerd de synthese van deze verbindingen met behulp van microgolfstraling, maar alle vereiste uitgebreide verwarmingstijd en bood weinig voordeel in vergelijking met andere eerder gerapporteerde methoden11,12 .
Ondanks hun nut, zijn er een beperkt aantal van 1-aryl-1H-Pyrazole-5-aminen beschikbaar bij commerciële verkopers. We hadden onlangs succes voorbereiding stikstof azine met behulp van een magnetron reactor13 en besloten om een verwante methodologie voor Pyrazole-5-amine analogen te onderzoeken. In dit document, detailleren wij onze procedure om 1-aryl-1H-Pyrazole-5-aminen voor te bereiden door een aryl hydrazine met of 3-aminocrotononitrile of een α-cyanoketone in 1 M HCl onder microgolfstraling te reageren. De voordelen van deze procedure omvatten een korte reactietijd en de capaciteit om een verscheidenheid van functionele groepen met inbegrip van halonen, nitrilen, fenolen, sulfonen en Nitro groepen14op te nemen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Let op: Controleer voor gebruik alle relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS). Volg alle passende veiligheidspraktijken bij het gebruik van de magnetron reactor met inbegrip van de herziening van de magnetron reactor protocollen en het gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, lab jas, full-length broek, closed-teen schoenen). Deze procedure is ontworpen om te werken met behulp van een aryl hydrazine en ofwel 3-aminocrotononitrile of een α-cyanoketone. De juiste magnetron flacon en roerstaaf moet worden gebruikt op basis van de schaal van de reactie zoals aangegeven door de fabrikant.
1. bereiding van het reactiemengsel
Opmerking: de volgende reactie tussen 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride en 3-aminocrotononitrile op een 2 mmol schaal is representatief. De procedure is identiek wanneer het vervangen van α-cyanoketones in plaats van 3-aminocrotononitrile14.
- Verkrijg een magnetron flacon ontworpen voor reactie volumes van 2-5 mL, dat is 's nachts gedroogd in een glaswerk oven en voeg een passende roerstaaf.
- Voeg 0,325 g van 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride (1 equiv., 2 mmol) en 0,164 g van 3-aminocrotononitrile (1 equiv., 2 mmol) aan de magnetron flacon.
- Voeg 5 mL HCl van 1 M toe om de concentratie van start reagentia te maken als 0,4 M. met behulp van een roer plaat, zorg ervoor dat de heterogene schorsing wordt geroerd. Voeg extra oplosmiddel als reactanten hebben een slechte oplosbaarheid en de reactiemengsel kan niet goed worden geroerd. Breng de oplossing zo nodig over op een grotere flacon, om te voorkomen dat het volume van de aanbevolen oplosmiddelen wordt overschreden, zoals aangegeven door de gebruiksaanwijzing van de microgolf reactor.
2. het verwarmen van de reactie in de microgolf reactor
- Seal de magnetron flacon met een magnetron flacon dop met behulp van de juiste Crimper tool.
- Plaats de flacon in de magnetron reactor. Programma de microgolf montages voor tijd (10 min), temperatuur (150 °C), en absorptie (zeer hoog).
Let op: Let op de reactor druk tijdens de verwarmings fase. Een plotselinge daling van de druk kan wijzen op een lek en/of schip falen. - Zodra de reactie is afgekoeld (< 40 ° c), verwijder de flacon uit de magnetron reactor.
- Verwijder de dop met behulp van een passende deaftoper tool.
3. isolatie van het product door vacuümfiltratie
- In een goed geventileerde rook kap, klem de magnetron flacon over een roer plaat.
- Voeg 2 mL 10% NaOH toe met roeren om de oplossing alkalisch te maken en onmiddellijk neerslag van het product te veroorzaken. De pH van de oplossing moet worden > 10, zoals aangegeven door pH-papier. Sonication en schrapen van de flacon met een spatel kan helpen met het mengen en ontwoning van het product van het schip muren.
Opmerking: sommige producten olie uit de alkalische oplossing. Als dit gebeurt, breng de oplossing met behulp van ~ 20 mL van deioniseerde water naar een separator trechter en extract 3x met dichloormethaan of ethylacetaat. Droog de gecombineerde organische lagen en verdampen om het product te verkrijgen. - Stel een vacuümfiltratie apparaat in om vast product neerslag te isoleren. Gebruik deioniseerde water te spoelen alle resterende product uit de magnetron flacon en was het geïsoleerde product.
- Laat het product 's nachts drogen op de Bank boven of in een verdrooger. De geïsoleerde opbrengsten zijn typisch in de 70-90% waaier14.
- Verkrijg een 1H NMR-spectrum in CDCl3 om de product identiteit en zuiverheid te bevestigen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
In deze demonstratie, 3-aminocrotononitrile en 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride werden gereageerd op de productie van 1-(4-fluorophenyl) -3-methyl-1H-pyrazol-5-amine (Figuur 1). Het mengsel van het uitgangsmateriaal in de microgolf flacon gezien in Figuur 2a toont de heterogene suspensie gecreëerd door het combineren van de uitgangsmaterialen in de 1 M HCl oplosmiddel. Het is aanbevolen om pre-mix de oplossing voor een paar seconden over een roer plaat om ervoor te zorgen dat de roer Bar vrij kan draaien. Na de magnetron reactie optreedt, de oplossing wordt een homogene mengsel zoals te zien in Figuur 2b. Na het roeren en het toevoegen van voldoende 10% NaOH om de oplossing Basic, zal het product snel neerslag van de oplossing zoals weergegeven in Figuur 2c. Het neerslag kan vervolgens worden gefilterd en gewassen met deioniseerde water het produceren van de vaste stof gezien in Figuur 2d na het drogen. Als het product olie uit de oplossing (Figuur 2e), kan het in plaats daarvan worden geïsoleerd door extractie met ofwel dichloormethaan of ethylacetaat. Zodra het product is geïsoleerd en gedroogd, kan het worden gekarakteriseerd via NMR om de synthese van de doelstelling 5-aminopyrazole (Figuur 3) te bevestigen.
Figuur 1 . Synthese van 1-(4-fluorophenyl)-3-methyl-1H-pyrazol-5-amine. Reactie regeling waaruit de reactie tussen 3-aminocrotononitrile en 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride om het gewenste product te verkrijgen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 2 . Beelden van de oplossing in de loop van de reactie. (a) reactiemengsel voorafgaand aan de verwarming. b reactiemengsel na verhitting in de magnetron. (c) neerslag van het product na toevoeging van voldoende 10% NaOH om de oplossing alkalisch te maken (pH > 10). d uiterlijk van het product na isolatie door vacuümfiltratie. (e) voorbeeld van een product (3-methyl-1-(3-methylphenyl)-1h-pyrazol-5-amine) dat oliën uit oplossing na toevoeging van 10% NaOH, die een extractie vereist om te isoleren. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 3 . 1 H NMR (400 MHz) spectrum van 1-(4-fluorophenyl)-3-methyl-1H-pyrazol-5-amine in CDCl3. Spectrum aantonen van de zuiverheid van het product geïsoleerd door een eenvoudige filtratie. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Een aantal 1-aryl-1H-Pyrazole-5-amines werden voorbereid door een α-cyanoketone of 3-aminocrotonitile te combineren met een aryl hydrazine in 1 M HCl en de oplossing te verwarmen tot 150 °c in een microgolf reactor. Bijna werden alle samenstellingen samengesteld in 10-15 min, met het langzaamste substraat dat 35 min van het verwarmen14vereist. Het gebruik van water als oplosmiddel zorgt voor een snelle verwarming van de oplossing en minimaliseert het gebruik van gevaarlijke organische oplosmiddelen.
Hogere temperatuur en druk kan zeker worden bereikt in de magnetron reactoren, maar de reactiemengsel werd slechts verhit tot 150 ° c om de werkdruk onder de 10 bar te houden als een kwestie van veiligheid. Hogere temperaturen zou worden verwacht dat de reactietijden te verminderen en veel commerciële magnetron reactoren kunnen omgaan met hogere druk. Echter, onze ervaring is dat reactor schip falen wordt veel vaker bij druk boven de 15 bar en een aantal organische reactanten ontbinden bij hogere temperaturen.
Sommige substraten toonden beperkte oplosbaarheid in 1 M HCl, maar solubilize als de reactie vordert (Figuur 2). Echter, als de substraten niet oplossen op een merkbaar deel in het reactor schip, kan dit ertoe leiden dat de roer Bar vast te zitten en leiden tot een mislukte reactie. Zoals met alle magnetron reacties, een goede roeren is van cruciaal belang om reactie succes, zoals de meeste geleiders direct de straling naar de top van de oplossing, het maken van een bewogen oplossing van cruciaal belang voor de distributie van de warmte en het handhaven van een uniform Warmtedistributie profiel. In deze gevallen, meer oplosmiddel kan worden gebruikt om een goede roeren van de oplossing te garanderen. Terwijl de hogere concentraties van HCl ook kunnen worden gebruikt, zagen wij geen merkbaar verschil in of reactietijden of de oplosbaarheid van reactanten. Lagere concentraties van HCl leidden echter tot dikke schorsingen die niet efficiënt konden worden geroerd. Zodra de reactie is basified, de meerderheid van de verbindingen gemakkelijk neerslag van de oplossing en zijn gemakkelijk gevangen via vacuümfiltratie. Sommige verbindingen, echter, kan olie in oplossing. In deze gevallen is een vloeistof-vloeibare extractie met ofwel ethylacetaat of dichloormethaan nodig is om het product te isoleren.
Tot slot, deze methodologie zorgt voor de snelle voorbereiding van 1-aryl-1H-Pyrazole-5-amines zonder de noodzaak voor uitgebreide zuiverings protocollen gevonden in andere gerapporteerde procedure. Het gemak van de procedure en Workup kunnen de meeste producten worden geïsoleerd in minder dan 1 uur, en het gebruik van water als het oplosmiddel helpt om de veiligheid te verbeteren en de milieu-impact en de verwijdering kosten te verminderen. Deze procedure tolereert een breed scala van functionele groepen, en we verwachten verdere productie van nieuwe verbindingen gebruik te maken van deze methodologie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit onderzoek werd ondersteund door het Bill en Linda Frost Fund.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-5mL Microwave vial set | Chemglass | CG-4920-01 | Set includes appropriate stir bars and 20mm aluminum seals |
| Biotage Initiator+ microwave | Biotage | 356007 | Includes crimper and decapper tool. |
| Sonicator | Kendal | Ultrasonic Cleaner GB-928 | |
| Glassware oven | Quincy Lab | 20GC | |
| 4-Fluorophenylhydrazine hydrochloride | Fisher | AC119590100 | |
| 3-Aminocrotonitrile | Fisher | AC152451000 | |
| CDCl3 | Cambridge Labs | DLM-7-100 | 99.8% D |
| Hydrochloric acid, concentrated | Fisher | A144SI-212 | Used to prepare 1 M HCl solution |
| Sodium hydroxide pellets | Fisher | S318-100 | Used to prepare 10% NaOH solution |
References
- Gradler, U., et al. Fragment-based discovery of focal adhesion kinase inhibitors. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 23 (19), 5401-5409 (2013).
- Chandak, N., Kumar, S., Kumar, P., Sharma, C., Aneja, K. R., Sharma, P. K. Exploration of antimicrobial potential of pyrazolo[3,4-b]pyridine scaffold bearing benzenesulfonamide and trifluoromethyl moieties. Medicinal Chemistry Research. 22 (11), 5490-5503 (2013).
- Huo, J., et al. Synthesis and biological activity of novel N-(3-furan-2-yl-1-phenyl-1H-pyrazol-5-yl) amides derivatives. Chinese Chemical Letters. 27 (9), 1547-1550 (2016).
- Anand, D., et al. Antileishmanial activity of pyrazolopyridine derivatives and their potential as an adjunct therapy with miltefosine. Journal of Medicinal Chemistry. 60 (3), 1041-1059 (2017).
- Eldehna, W. M., El-Naggar, D. H., Hamed, A. R., Ibrahim, H. S., Ghabbour, H. A., Abdel-Aziz, H. A. One-pot three-component synthesis of novel spirooxindoles with potential cytotoxic activity against triple-negative breast cancer MDA-MB-231 cells. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. 33 (1), 309-318 (2017).
- Briebenow, N., et al. Identification and optimization of substituted 5-aminopyrazoles as potent and selective adenosine A1 receptor antagonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 20 (19), 5891-5894 (2010).
- Marinozzi, M., et al. Pyrazole[3,4-e][1,4]thiazepin-7-one derivatives as a novel class of Farnesoid X Receptor (FXR) agonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 20 (11), 3429-3445 (2012).
- Ochiai, H., et al. Discovery of new orally available active phosphodiesterase inhibitors. Chemical and Pharmaceutical Bulletin. 52 (9), 1098-1104 (2004).
- Ganesan, A., Heathcock, C. H. Synthesis of unsymmetrical pyrazines by reaction of an oxadiazinone with enamines. Journal of Organic Chemistry. 58 (22), 6155-6157 (1993).
- Sumesh, R. V., et al. Multicomponent dipolar cycloaddition strategy: combinatorial synthesis of novel spiro-tethered pyrazolo[3,4-b]quinoline hybrid heterocycles. ACS Combinatorial Science. 18 (5), 262-270 (2016).
- Bagley, M. C., Davis, T., Dix, M. C., Widdowson, C. S., Kipling, D. Microwave-assisted synthesis of N-pyrazole ureas and the p38α inhibitor BIRB 796 for study into accelerated cell ageing. Organic & Biomolecular Chemistry. 4 (22), 4158-4164 (2006).
- Su, W., Lin, T., Cheng, K., Sung, K., Lin, S., Wong, F. An efficient on-pot synthesis of N-(1,3-diphenyl-1H-pyrazol-5-yl)amides. Journal of Heterocyclic Chemistry. 47 (4), 831-837 (2010).
- Eagon, S., Anderson, M. O. Microwave-assisted synthesis of tetrahydro-β-carbolines and β-carbolines. European Journal of Organic Chemistry. (8), 1653-1665 (2014).
- Everson, N., et al.
