本实验方案描述了一种详细的台式催化方法,可制备布洛芬的一种独特硼化衍生物。
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本实验方案描述了一种详细的台式催化方法,可制备布洛芬的一种独特硼化衍生物。
非甾体抗炎药(NSAIDs)是最常用于缓解和治疗疼痛与炎症的药物之一。2016年,一类新型的硼功能化NSAIDs(bora-在温和条件下合成了非甾体抗炎药(NSAIDs) 通过 二氧化碳(CO₂)参与的铜催化乙烯基芳烃区域选择性硼羰基化反应2 气球)和一种二硼还原剂在室温下进行。该原始方法主要在手套箱中或使用真空气体操作装置(Schlenk线)下严格无水无氧条件下进行,常因痕量杂质导致反应结果不可重复。本方案描述了一种更简单、便捷的台面操作方法,用于合成一种代表性产物 bora-非甾体抗炎药, bora-布洛芬。一种布洛芬与 Suzuki-Miyaura 偶联反应之间的交叉偶联反应 1-溴-4-碘仲丁基苯 异丁基苯乙烯,并通过区域选择性硼羰基化反应进一步生成 bora-布洛芬,一种α-芳基-β-硼基丙酸,在多克级规模上以高收率获得。该方法有助于在合成实验室中更广泛地应用铜催化的硼羧基化反应,推动相关领域的进一步研究 bora-非甾体抗炎药及其他具有硼功能化的类药物分子。
有机硼化合物在化学合成中已有超过50年的战略性应用1,2,3,4,5,6。诸如氢硼化-氧化7,8,9,10、卤化11,12, 胺化13,14以及Suzuki-Miyaura偶联反应15,16,17等反应,已在化学及相关学科中推动了重要的跨学科创新。例如,在药物候选物研发中,Suzuki-Miyaura反应占所有碳-碳键形成反应的40%18。Suzuki-Miyaura偶联反应可从卤代芳烃前体一步合成乙烯基芳烃19。 与传统的由醛出发的Wittig合成法相比,该催化策略更加绿色环保;后者原子经济性差,并产生化学计量的三苯基氧化膦副产物。
人们预测,通过乙烯基芳烃的区域选择性杂(元素)羧基化反应,可直接利用CO2合成新型含杂(元素)的非甾体抗炎药(NSAIDs)。然而,在2016年之前,杂(元素)羧基化反应极为罕见,仅限于炔基和联烯基底物20,21,22。若能将硼羧基化反应拓展至乙烯基芳烃,将可获得含硼官能团的NSAIDs;而含硼药物候选分子(图1)近年来日益受到关注,这一点从美国食品药品监督管理局(FDA)近期批准化疗药物硼替佐米、抗真菌药他伐硼罗以及抗炎药克立硼罗的决定中可见一斑。从药物设计的角度来看,硼的路易斯酸性具有重要意义,因其能够容易地与二醇、碳水化合物上的羟基或RNA与DNA中的氮碱等路易斯碱结合,而这些路易斯碱在生理和病理过程中发挥着关键作用23。
这种硼羧基化催化方法依赖于Cu-硼中间体对烯烃的硼铜加成反应,随后CO2插入生成的Cu-烷基中间体中。Laitar等人曾报道通过(NHC)Cu-硼中间体实现苯乙烯衍生物的硼铜加成24,且Cu-烷基物种的羧化反应也已有研究证实25。2016年,Popp课题组开发了一种新的合成方法,利用(NHC)Cu-硼催化剂在仅1 atm气态CO2条件下实现了乙烯基芳烃的温和双官能团化26。采用该方法,可在单步反应中构建α-芳基丙酸类药效团,并以优异产率制备出一类结构新颖且尚未被探索的硼修饰非甾体抗炎药(NSAIDs)。2019年,通过引入催化添加剂进一步提高了催化剂效率并拓展了底物适用范围,成功合成了另外两种新型的硼化NSAIDs27(图1)。
以往的烯烃硼羧基化反应仅能在严格无水无氧条件下,使用一种分离的氮杂环卡宾配位亚铜(I)预催化剂(NHC-Cu;NHC = 1,3-双(环己基)-1,3-二氢-2H咪唑-2-亚基(ICy)。一种可在常规实验台条件下使用简单试剂合成硼化布洛芬的方法将更受合成化学界青睐,这促使我们开发出能够实现乙烯基芳烃(特别是4-异丁基苯乙烯)硼羧基化的反应条件,从而实现从该前体出发的高效合成 原位 NHC-Cu预催化剂的制备无需使用手套箱。最近,有报道采用咪唑盐与氯化亚铜反应生成硼羧基化反应体系 原位 一种活性NHC配位的铜(I)催化剂28. 采用该方法,α-甲基苯乙烯发生硼羧基化反应,以71%的分离产率得到目标产物,但该过程需使用手套箱。受此结果启发,研究人员设计了一种改进的方案,可在无需氮气手套箱的条件下实现叔丁基苯乙烯的硼羧基化反应。在1.5 g规模下,目标硼羧基化叔丁基苯乙烯产物的产率达到90%。令人欣慰的是,该方法还可应用于4-异丁基苯乙烯,以生成相应的产物 bora-布洛芬NSAID衍生物,产率中等。α-芳基丙酸药效团是NSAIDs中的核心结构单元;因此,能够直接构建该结构单元的合成策略属于极具价值的化学转化。本文报道了一种获取独特 bora- 布洛芬非甾体抗炎药衍生物,以廉价易得的1-溴-4-异丁基苯为起始原料(约2.50美元/1 g),经两步反应,以中等产率制得,无需使用手套箱。
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1. 通过1-溴-4-异丁基苯与乙烯基硼酸频哪醇酯的Suzuki偶联反应合成4-异丁基苯乙烯
2. 在手套箱中大规模合成bora-布洛芬
注意:该反应在充满氮气的手套箱内进行(参见材料表)。所有化学品在放入手套箱前均已干燥或纯化。4-异丁基苯乙烯在使用前经冷冻-抽气-解冻处理。所有小瓶和玻璃器皿在使用前均在烘箱中干燥并加热(180 °C)至少24小时。铜预催化剂(ICyCuCl)的制备参照先前发表的文献方法29。
3. 台式大规模合成bora-布洛芬
注意:本反应操作无需在充满氮气的手套箱中进行。所有化学品均直接使用或合成后未经进一步纯化(如干燥、蒸馏等)。所有小瓶和玻璃器皿在使用前均已在烘箱中(180 °C)干燥并加热至少24小时,并在反应组装前立即在氩气氛围下冷却至室温。
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采用1H和13C核磁共振波谱对4-异丁基苯乙烯进行表征。为确认产物结构并评估纯度,采用1H、13C和11B核磁共振波谱对硼代布洛芬(bora-ibuprofen)进行表征。本节描述了这些化合物的关键数据。
光谱数据与4-异丁基苯乙烯(1)的结构高度一致(图2)。在CDCl3中测得的1H NMR谱图(图3)显示出单取代苯乙烯衍生物典型的AMX裂分模式。这些共振信号表现为:5.17处的双峰(d,J = 10.9 Hz,1H)、5.69处的双峰(d,J = 17.6 Hz,1H),以及6.62–6.78处的双二重峰(dd,J = 10.9, 17.6 Hz,1H)。另一个特征信号为异丁基次甲基质子,在2.37–2.52处呈现多重峰(m,2H),其相应...
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4-异丁基苯乙烯(1高效地获得了) 通过 一种由廉价且市售可得的1-溴-4-异丁基苯与乙烯基硼酸频哪醇酯进行的Suzuki偶联反应。与Wittig方法相比,该反应能够以更环保的方式合成目标苯乙烯,且具有更高的原子经济性。反应监测 通过 薄层色谱(TLC)对于确保1-溴-4-异丁基苯底物完全转化至关重要,因为未完全转化的反应会导致底物与产物在快速柱层析中难以分离。
在室温下,使用NHC-铜(I)催化剂和频哪醇二硼还原剂,在气态CO2氛围中对4-异丁基苯乙烯进行硼羧基化反应,可高产率地生成硼-布洛芬(2)。需要注意的是,苯乙烯必须严格进行冷冻-抽气-解冻循环处理31,以确保溶液中无任何氧气残留,这可能是由于铜(I)在有氧条件下易分解32,从而导致反应活性降低,并产生如苯乙烯的直接氢硼化等不希望的副产物。由于催化剂对空气敏感,必须迅速...
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作者声明不存在竞争性财务利益。
我们感谢美国国家科学基金会CAREER项目和MRI项目(CHE-1752986和CHE-1228336)、西弗吉尼亚大学荣誉EXCEL论文计划(ASS & ACR)、西弗吉尼亚大学研究学徒计划(RAP)和暑期本科生科研体验计划(SURE)(ACR),以及布罗迪家族(Don和Linda Brodie创新基金)对本研究提供的慷慨支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 125 mL 抽滤瓶 | ChemGlass | ||
| 20 mL 带泄压盖的小瓶 | ChemGlass | ||
| 4-异丁基溴苯 | Matrix scientific | 8824 | |
| 无水碳酸钾 | Beantown chemicals | 124060 | |
| 无水硫酸钠 | Oakwood | 44702 | |
| 双(频哪醇合)二硼 | Boron Molecular chemicals | BM002 | |
| 布氏漏斗及橡胶接头 | ChemGlass | ||
| 二氧化碳气体(极干燥) | Mateson | 使用Tygon管将气瓶减压阀连接至用于反应体系吹扫的针头 | |
| 氯化亚铜,试剂级,97% | Aldrich | 212946 | |
| 二氯甲烷 - 高纯度 | Fisher | D37-20 | |
| 乙醚 - 高纯度 | Fisher | E138-20 | |
| 125 mL 锥形瓶 | ChemGlass | CG-8496-125 | |
| 滤纸 | Fisher | ||
| 庚烷 | Fisher | H360-4 | |
| 盐酸 | Fisher | AC124635001 | |
| IKA 搅拌加热板 | Fisher | 3810001 RCT Basic MAG | |
| 充氮气手套箱 | MBRAUN | ||
| 四(三苯基膦)合钯(0) | Ark Pharm | ||
| SilicaFlash P60 硅胶 | SiliCycle | R12030B | |
| 碳酸氢钠 | Fisher | S233-3 | |
| 叔丁醇钠 | Fisher | A1994222 | |
| 四氢呋喃 - 高纯度 | Fisher | T425SK-4 | 在GlassContours溶剂纯化系统上干燥 |
| 三苯基膦 | Sigma | T84409 | |
| 真空/气体多通管 | 用于手套箱内硼羧基化反应装置 | ||
| 乙烯基硼酸频哪醇酯 | Oxchem |
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