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Chemistry

Un diretto, Early Stage Guanidinylation protocollo per la sintesi di complessi Aminoguanidine contenenti prodotti naturali

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

Il gruppo funzionale di guanidina, mostrata più prominente nella aminoacido arginina, uno dei mattoni fondamentali della vita, è un elemento strutturale che può essere trovato in molti prodotti naturali complessi e prodotti farmaceutici. A causa della continua scoperta di nuovi prodotti naturali guanidina contenenti e piccole molecole progettate, metodi guanidinylation rapidi ed efficaci sono di grande interesse per i chimici organici sintetici e medicinali. Perché il nucleofilia e basicità di guanidine possono influenzare le successive trasformazioni chimiche, tradizionale, guanidinylation indiretta è tipicamente perseguita. I metodi indiretti comunemente utilizzate varie fasi di protezione comportanti un precursore ammina latente, ad esempio un azide, ftalimmide o carbammato. Per aggirare questi metodi tortuosi e impiegando una reazione diretta guanidinylation presto nella sequenza sintetica, è stato possibile stringere la guanidina terminale lineare contenente spina dorsale clavatadine A realizzareuna breve e semplificata sintesi di questo potente fattore XIa inibitore. In pratica, guanidina cloridrato viene elaborato con una matrice di proteggere attentamente costruito che è ottimizzato per sopravvivere i passaggi sintetici a venire. Nella preparazione di clavatadine A, guanidinylation diretta di una diammina commercialmente disponibile eliminato due passi necessari dalla sua sintesi. Accoppiato con la grande varietà di gruppi protettori noto guanidina, guanidinylation diretta manifesta una praticità succinta ed efficiente inerenti ai metodi che trovano una casa in cassetta degli attrezzi di un chimico di sintesi.

Introduction

L'obiettivo di questo video è quello di mostrare come l'uso di un metodo guanidinylation diretta e presto per fare una struttura guanidina terminale è più pratico, rapido ed efficiente rispetto ai metodi tradizionali guanidinylation in sintesi organica. Il gruppo funzionale di guanidina, indicato sul arginina, è un elemento strutturale chiave in molti prodotti naturali complessi e farmaceutici. La scoperta e la progettazione di nuovi guanidina contenenti prodotti naturali e piccole molecole stabiliscono la necessità di un metodo guanidinylation più efficiente. L'approccio tortuoso comunemente utilizzato presenta l'introduzione di un precursore guanidina latente che viene smascherato tardivamente nella sintesi. Al contrario, una tattica semplice installa un guanidina protetto su una ammina primaria presto in una via sintetica.

La natura reattiva di guanidine generalmente impedisce loro di uso di routine, senza una strategia di gruppo protettivo appropriato. Tradizionalmente, i metodiaggiungere un guanidina gruppo funzionale prevede un approccio indiretto che coinvolge più passaggi di protezione seguiti aggiungendo la guanidina alla fine della sintesi. Due recenti sintesi illustrano gli svantaggi inerenti a 1,2 guanidinylation indiretta. Il metodo diretto qui riportate comporta reagire un reagente guanidina protetta con una ammina primaria presto nella sintesi di una molecola e poi deprotezione alla fine della sintesi. Questa strategia è stata implementata con successo nel recente sintesi totale di alcaloidi marini biologicamente attive clavatadine A e phidianidine A e B 3,4.

Mentre questo metodo guanidinylation diretta ha i suoi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali di guanidinylation ha ancora i suoi svantaggi. Le condizioni chimiche che la guanidina protetto può sopravvivere dipenderà dal gruppo protettivo impiegato. Nonostante questi potenziali svantaggi, il metodo guanidinylation diretta è una strategia che consenteaggiungere guanidine terminali di ammine primarie per uso nella sintesi di molecole organiche complesse.

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Protocol

Attenzione: Si prega di consultare e ascoltare Schede di Sicurezza (SDS) per ogni sostanza chimica prima dell'uso. Alcuni dei prodotti chimici utilizzati in questa sintesi sono corrosivi, tossici, cancerogeni, o comunque dannosi. Di conseguenza, prendere tutte le precauzioni per evitare l'inalazione, l'ingestione o contatto della pelle con queste sostanze chimiche. Si prega di indossare adeguati dispositivi di protezione individuale (DPI) in modo corretto. La corretta DPI comprende occhiali avvolgenti di sicurezza, guanti di nitrile o più chimicamente guanti resistenti, un camice da laboratorio, pantaloni lunghi che coprono le cime delle scarpe, scarpe chiuse. Utilizzare una cappa di lavoro con la fascia al minor altezza possibile, in tandem con ulteriori controlli tecnici pertinenti, per minimizzare il rischio di esposizione accidentale. Porzioni del procedimento comportano aria standard tecnica privo di umidità, come l'uso di una linea di Schlenk, bottiglie di immagazzinaggio chimica ambra con tappo a corona e dischi elastomero, siringa e cannula di liquidi e soluzioni, gas compressi, e tha distillazione di liquidi infiammabili sotto atmosfera inerte. 5

1. Diretta Guanidinylation

  1. Guanidinylation diretta di butano-1,4-diammina (5) con il reagente di Goodman (6) per preparare di- -butoxycarbonyl tert (Boc) -agmatine (7) 3,6
    1. Asciugare un 1.000 ml, a tre colli, pallone di reazione a fondo rotondo contenente una ancoretta magnetica, 50 ml di pressione compensazione Inoltre imbuto, e un adattatore 14/20 al 24/40 a vetro smerigliato durante la notte in un forno di essiccazione pari o superiore 130 ° C. Rimuovere la beuta dal forno e coprire rapidamente l'apertura del diritto e colli sinistra con setti di gomma. Piegare il setto di gomma sopra il labbro del pallone. Per collo centrale, apporre l'adattatore di vetro, seguita dalla imbuto.
      NOTA: Al posto del forno di essiccazione durante la notte, la barra pallone e mescolare può essere coperta con un setto, posto su una linea Schlenk sotto vuoto o gas inerte, e fiamma essiccata usando un cannello propano. Si prega di consultare trisorse ueste per informazioni più dettagliate sull'uso setti, una linea di Schlenk, e imbuto. 7-9
      1. Coprire all'inizio della imbuto con un setto di gomma, piegando il setto di gomma sopra il labbro del pallone. Raffreddare l'apparato assemblato a temperatura ambiente sotto un flusso positivo di gas inerte utilizzando una linea Schlenk.
    2. Posizionare la bottiglia stock di butano-1,4-diammina (5) (punto di fusione 25-28 ° C) in un bagno di acqua calda per fondere parzialmente chimico solido. Una volta che un piccolo volume di liquido butano-1,4-diamine (5) è disponibile, utilizzare una pipetta Pasteur in forno riscaldato a trasferire 2,32 ml (2,03 g, 0,0231 mol, equivalenti 3,00 molari) di composto 5 dal magazzino bottiglia a un forno riscaldato a 10 ml cilindro graduato. Trasferire la diammina liquefatto 5 al pallone di reazione a fondo tondo con la pipetta Pasteur.
      NOTA: Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate on utilizzando una pipetta Pasteur. 7,10
    3. Aggiungere 320 ml di diclorometano (CH 2 Cl 2) al pallone di reazione a fondo tondo da un cilindro graduato a temperatura ambiente (20 ° C). Agitare la soluzione aggiungendo 1,1 ml di trietilammina (Et 3 N) (0,78 g, 0,0077 moli, 1,00 equivalenti molari) da 2 ml siringa di vetro pistone munito di 12 pollici, 20-gauge metallo con una punta smussata.
      NOTA: Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate sull'utilizzo di una siringa 7,8,10 consultare anche questa risorsa per informazioni dettagliate sull'utilizzo di un piatto mescolare magnetica 8. (Pp 26-29.).
    4. Utilizzando una bilancia analitica, pesa 3.01 g (0,00,769 mila mol, 1,00 equivalenti molari) di N, N'-di-Boc- N -triflylguanidine (6) (reattivo di Goodman). 11,12 Versare questo solido in un bicchiere. Sciogliere questo composto in 25 ml di CH 2 Cl 2 anidro. Disegnare questa soluzione into un 50 ml siringa di vetro stantuffo dotato di un 12 pollici, 20-gauge metallo con una punta smussata. Versare questa soluzione dalla siringa nell'imbuto Inoltre, assicurando che il rubinetto sul fondo dell'imbuto è chiusa.
      NOTA: Si prega di consultare queste risorse per informazioni dettagliate sull'uso una bilancia analitica 7,13.
    5. Continuando l'agitazione magnetica sulla piastra ancoretta magnetica, aprire il rubinetto lentamente per permettere la soluzione preparata nel passaggio 1.1.4 di gocciolare nel pallone di reazione a fondo tondo a una velocità di circa una goccia ogni quattro secondi in modo che l'intera soluzione è aggiunto in circa 1 ora. Quando l'aggiunta è completa, agitare la soluzione a temperatura ambiente per 12 ore. La formazione di un precipitato o residuo che aderisce alla parete pallone viene tipicamente osservato in tutto il 12 ore di agitazione.
  2. Workup acquosa per l'isolamento di di-Boc-agmatine (7)
    1. Dopo 12 ore, esporre la solution all'aria rimuovendo il setto. Rimuovere il ancoretta magnetica utilizzando un stir-bar retriever. Versare la soluzione incolore dal pallone di reazione a fondo tondo in un imbuto separatore.
    2. Lavare la soluzione organica con due successive 50 ml di bicarbonato di sodio acquoso saturo (NaHCO 3). Dopo ogni lavaggio, svuotare lo strato organico inferiore in un beuta pulita. Versare lo strato superiore acquosa in una seconda beuta. Aggiungere lo strato organico indietro al imbuto separatore.
      NOTA: Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate sulla estrazione e l'utilizzo di un imbuto separatore 7-9,14.
    3. Lavare la soluzione organica con due successive 50 ml di acqua. Dopo ogni lavaggio, svuotare lo strato organico inferiore in un beuta pulita. Versare lo strato superiore acquosa in una seconda beuta. Aggiungere lo strato organico indietro al imbuto separatore.
    4. Lavare la soluzione organica con un 50 ml di salamoia. Scolate la lotenza strato organico in una beuta pulita e asciutta con solfato di sodio anidro (Na 2 SO 4). La gravità filtrare la soluzione attraverso un imbuto munito di carta scanalata filtro (grossolano-porosità, flusso veloce, 20-25 ritenzione delle particelle micron) in un ambiente pulito, tarato pallone a fondo tondo.
      NOTA: Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate all'essiccazione soluzioni organiche mediante un disidratante 7-9,14 consultare queste risorse per informazioni più dettagliate sulla filtrazione a gravità 7-9,15..
    5. Evaporare il liquido nel pallone a fondo tondo con un evaporatore rotante con la temperatura del bagno a 40 ° C e la rotazione impostato a 120 rpm.
      NOTA: Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate sull'utilizzo di un evaporatore rotante 7-9,16.
  3. Purificazione di-Boc-agmatine (7) 3,6
    1. Preparare una colonna per cromatografia flash utilizzando un eluente di 5: 3: 2 etilacetato (EtOAc) -metanolo-Et 3 N attraverso una fase stazionaria di gel di silice. Utilizzare una colonna cromatografica in vetro che è di 3,8 cm per 45 cm di altezza.
      NOTA: Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate sulla purificare composti organici mediante cromatografia su colonna 7-9,17,18.
      1. Aggiungere terra di diatomee alla colonna per formare una base che è alto circa 2 cm. Questo agente filtro impedirà qualsiasi gel di silice disciolta contaminare le frazioni di colonna. Aggiungere eluente finché la colonna della sospensione terra eluente-diatomee raggiunge circa 10 cm di altezza, circa 40-50 ml. Mescolare il eluente e farina fossile delicatamente vorticoso per garantire la sospensione è uniforme, e quindi consentire il solido di depositarsi.
        NOTA: Si prega di consultare questa risorsa per informazioni più dettagliate sull'utilizzo di farina fossile come un aiuto di filtraggio 8.
      2. confezione Wet colonna facendo un impasto costituito da 100 g di gel di silice e un volum sufficientie di eluente per consentire la sospensione di essere facilmente mescolato con una spatola metallica. Versare l'impasto nella colonna attraverso un imbuto di plastica o di vetro.
      3. Utilizzare la pressione dell'aria per forzare l'eluente attraverso la colonna in modo che l'efflusso scorre come una leggera corrente di liquido. La velocità di flusso dell'eluente dovrebbe essere circa due pollici lineari al minuto. Arrestare il flusso dell'eluente quando raggiunge il livello del gel di silice, assicurando che il gel di silice è costantemente bagnato con l'eluente.
    2. Sciogliere il contenuto del pallone (4.21 g) in un volume di eluente che è appena sufficiente a sciogliere il prodotto grezzo completamente, circa 15-20 ml. caricare con cautela la soluzione sul gel di silice senza disturbare il gel di silice trasferimento della soluzione dal pallone alla colonna usando una pipetta Pasteur. Toccare la colonna di garantire la parte superiore del gel di silice è piatta. Scaricare l'eluente in modo che raggiunga il livello del gel di silice. Aggiungere una piccola quantità di eluente e ripetere.
      NOTA: Si prega di consultare questa risorsa per informazioni dettagliate sulla dissoluzione di solidi che utilizzano solventi 9.
      1. Per evitare di disturbare il gel di silice durante la eluizione della colonna, aggiungere sabbia all'inizio del gel di silice per formare un cilindro che è di circa 0,5 a 1 cm di altezza. Aggiungere qualche ml di eluente per bagnare la sabbia. Scaricare l'eluente in modo che raggiunga il livello della sabbia.
      2. Riempire la colonna con eluente. Utilizzare la pressione dell'aria per forzare l'eluente attraverso il gel di silice come descritto al punto 1.3.1.3. Raccogliere l'eluente in provette, ciascuna provetta costituente una frazione della miscela eluente.
    3. Raccogliere frazioni finché il prodotto è completamente eluito dalla colonna. Per determinare quando questo si è verificato, individuare uno su ogni poche frazioni di colonna su un piatto cromatografia su strato sottile (TLC). Di-Boc agmatine (7) ha un R f 0,39 a 5: 3: 2 EtOAc-metanolo-Et 3 N.
      NOTA: Si prega di consultarequeste risorse per informazioni più dettagliate su TLC. 7-9,19,20
    4. Raccogliere tutte le frazioni contenenti il ​​prodotto desiderato in un pallone a fondo tondo tarato ed evaporare il solvente usando un evaporatore rotante. Asciugare il nuvoloso, liquido di colore giallo pallido risultante in alto durante la notte a vuoto per rimuovere solvente residuo. Sciogliere un campione da analizzare (circa 5 mg) del prodotto purificato, composto 7 (2,49 g, 98% resa), con 0,75 ml di deuterato (CDCl 3) e analizzarlo protone (1 H) e carbonio (13 C NMR) spettroscopia.
      NOTA:. Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate sulla preparazione di un campione per l'analisi NMR e condurre un esperimento NMR 7-9,21
  4. Sintesi di di-Boc-agmatine isocianato (8) 3
    1. Preparare un ambiente pulito da 100 ml a fondo rotondo pallone di reazione contenente una ancoretta magnetica.
    2. Su una bilancia analitica, aggiungere il di-Boc agmatine (7) al pallone di reazione a fondo tondo con una spatola metallica finché il peso netto aggiunta del composto 7 è 1.00 g (0,00,303 mila mol, 1,00 equivalenti molari). Aggiungere 25 ml di CH 2 Cl 2 al pallone di reazione a fondo tondo da un cilindro graduato a temperatura ambiente (20 ° C). Posizionare la soluzione in un bagno di acqua-ghiaccio per raffreddare la soluzione a 0 ° C.
    3. In una cappa aspirante, utilizzare una bilancia analitica per pesare 0,297 g (0,00,303 mila mol, 1,00 equivalenti molari) di trifosgene. Aggiungere questo solido al pallone di reazione a fondo tondo versandolo attraverso una lente o un imbuto di plastica.
      ATTENZIONE: triphosgene è estremamente tossico. Indossare due paia di guanti di nitrile quando si maneggia questo composto. I suoi vapori sono anche dannosi; pertanto deve essere manipolato solo sotto cappa di lavoro. Trasferire una bilancia analitica in una cappa di lavoro prima della pesatura triphosgene per questa reazione.
    4. Mentre continua l'agitazione magnetica, aggiungere 25ml di satura acquosa NaHCO 3 versandolo nel pallone di reazione a fondo tondo attraverso un vetro o imbuto di plastica. Quando l'aggiunta è completa, vigorosamente agitare la miscela bifasica a 0 ° C per 30 minuti usando una piastra di agitazione magnetica.
  5. Workup acquosa di di-Boc-agmatine isocianato (8) 3
    1. Dopo 30 minuti, mescolando cessare e rimuovere l'ancoretta magnetica utilizzando un stir-bar retriever. Versare il composto dal pallone di reazione a fondo tondo in un imbuto separatore contenente 100 ml di CH 2 Cl 2 e 100 ml di acqua.
    2. Agitare il imbuto separatore energicamente per mescolare gli strati. Scolate la frazione organica inferiore in un beuta pulita. Estrarre lo strato acquoso con tre successive 15 ml di CH 2 Cl 2. Dopo ogni estrazione, svuotare lo strato organico inferiore nella beuta contenente gli estratti organici combinati. Dopo le tre estrazioni, versare il aqstrato ueous in una seconda beuta pulita.
    3. Essiccare gli estratti organici combinati con anidra Na 2 SO 4. La gravità filtrare la soluzione attraverso un imbuto munito di carta scanalata filtro (grossolano-porosità, flusso veloce, 20-25 ritenzione delle particelle micron) in un ambiente pulito, tarato da 250 ml pallone a fondo rotondo.
    4. Evaporare il liquido nel pallone a fondo tondo con un evaporatore rotante con la temperatura del bagno a 40 ° C e la rotazione impostato a 120 rpm. Sciogliere un campione da analizzare (circa 5 mg) dell'olio marrone chiaro risultante, composto di 8 (1,11 g, 103% del teorico), in CDCl 3 e analizzare entro 1 H e 13 spettroscopia C NMR e spettroscopia infrarossa (IR).
      NOTA: Le degrada isocianato entro ore a temperatura ambiente, e dovrebbe essere utilizzato immediatamente nella fase successiva su di isolamento. Si prega di consultare queste risorse per informazioni più dettagliate sulla spettroscopia infrarossa (IR) (riferimento 7: pp. 269-303; di riferimento 9: pp 146-147;. di riferimento. 10: 66-76) 7-9

2. Sintesi del carbammato 9 da di-Boc Agmatina isocianato (8) e 2,4-DibromoHGAL (3) 3

  1. Impostare la reazione di di-Boc agmatine isocianato (8) con 2,4-dibromoHGAL (3)
    1. Asciugare da 250 ml a fondo rotondo pallone di reazione contenente una ancoretta magnetica durante la notte in un forno di essiccazione pari o superiore a 130 ° C. Rimuovere la beuta dal forno e coprire rapidamente l'apertura pallone con un setto di gomma. Piegare il setto di gomma sopra il labbro del pallone. Raffreddare il matraccio a temperatura ambiente sotto un flusso positivo di gas inerte utilizzando una linea Schlenk.
      NOTA: Al posto del forno di essiccazione durante la notte, la barra pallone e mescolare può essere posizionato su una linea Schlenk sotto vuoto o gas inerte e fiamma essiccata usando un cannello propano.
    2. Utilizzando una bilancia analitica, pesare 0,933 g (0,00,303 mila mol, 1,00 equivalenti molari) di 2,4-dibromoHGAL (3), und aggiungere questo solido per il pallone di reazione a fondo tondo sotto un ombrello di azoto.
      NOTA: 2,4-dibromoHGAL (3) è stato preparato in due fasi da 2,5- (dimetossifenil) acetico (1), come mostrato in Figura 1a 3,22,23 Il principale sottoprodotto formata durante la sintesi. composto 3 è (4) 4-bromoHGAL, che si forma dopo la prima bromurazione di HGAL (2) 3 Durante la purificazione del composto 3 mediante cromatografia su colonna, l'eluizione proseguito con 1:. 1 EtOAc-esano consente raccolta composto 4, che ha un R f di 0,34 quando dell'eluente TLC è 1:.. 1 EtOAc-esano 3 rese isolati tipici di sottoprodotto 4 compresa tra 11-15% 3
    3. Aggiungere 30 ml di CH 2 Cl 2 anidro al pallone di reazione a fondo tondo da una siringa di vetro pistone munito di 12 pollici, 20-gauge metallo con unpunta smussata, a temperatura ambiente (20 ° C). Mescolare per sciogliere il solido.
      NOTA: distillare l'CH 2 Cl 2 su idruro di calcio (CaH 2) sotto azoto sulla attivati ​​3 setacci molecolari Å prima dell'uso.
    4. Aggiungere 0.103 ml di base di Hünig (0,0078 g, 0,000,606 mila mol, 0,2 equivalenti molari) per il pallone di reazione a fondo tondo da siringa.
      NOTA: "Con siringa" significa che il liquido è stato raccolto e erogato utilizzando un metallo / politetrafluoroetilene rivestita stantuffo, siringa a tenuta di gas (cilindro in vetro) dotato di 6 pollici, 20-gauge metallo con una punta smussata. Distillare base del Hünig sopra CaH 2 sotto azoto sulla attivati ​​3 setacci molecolari Å prima dell'uso.
    5. Coprire l'apertura del pallone a fondo rotondo contenente l'isocianato non purificata 8 dal punto 1.5.4 con un setto di gomma. Piegare il setto sopra il labbro del pallone. Raccordare il pallone sulla linea Schlenk e spurgare i flask con azoto per 10 minuti.
    6. Nel pallone contenente isocianato 8, aggiungere 30 ml di CH 2 Cl 2 anidro da una siringa di vetro-pistone munito di 12 pollici, metallo ago calibro 20 con una punta smussata a temperatura ambiente (20 ° C). Agitare il pallone per sciogliere il solido.
  2. Trasferire la soluzione di isocianato 8 alla 2,4-dibromoHGAL (3) e la base di Hünig mediante cannula
    1. Direttamente collegare i due palloni da puntura ogni setto sia con punta in metallo smussato di un lungo da 18 pollici, 20-gauge cannula metallica.
      NOTA: Si prega di consultare questa risorsa per informazioni più dettagliate sull'utilizzo di una cannula per trasferire una soluzione ad un altro in atmosfera inerte (riferimento 8: pp. 74-79). 8
    2. Rimuovere l'ingresso azoto dal pallone contenente il CH 2 Cl 2 soluzione di 2,4-dibromoHGAL (3) e la base di Hünig, e inserire un 2,5 centimetri disposable 16-gauge metallo (uscita ago) attraverso il setto. Chiudere il gorgogliatore che serve come apertura di uscita della linea di Schlenk.
      ATTENZIONE: blocco del gorgogliatore di una linea di Schlenk che si trova sotto pressione positiva gas inerte può essere pericoloso. Assicurarsi che l'ago di uscita è ostruita prima di chiudere fuori il gorgogliatore.
    3. Bassa un'estremità della cannula metallica nella soluzione CH 2 Cl 2 di isocianato 8, e trasferire l'intera soluzione al pallone di reazione a fondo tondo in circa 1 ora. Regolare la pressione dell'azoto come necessario per la portata desiderata di circa 0,5 ml al minuto.
    4. Lavare il pallone contenente isocianato 8 con due successivi 5 ml di CH 2 Cl 2. Trasferire ogni CH 2 Cl 2 risciacquo dalla cannula nel pallone di reazione a fondo tondo.
    5. Dopo aver trasferito entrambi risciacqui nel pallone di reazione, smontare l'apparecchio cannula.
      1. Rimuovi l'ago uscita dal pallone di reazione contemporaneamente riapertura flusso di azoto nel gorgogliatore. Trasferire l'ingresso di azoto proveniente dalla linea Schlenk dal pallone contenente l'isocianato al pallone di reazione a fondo tondo.
    6. Rimuovere la cannula dal pallone di reazione a fondo tondo, e agitare la soluzione a temperatura ambiente per 3 ore.
  3. Purificazione di carbammato 9 3
    1. Dopo 3 ore, la soluzione esporre all'aria rimuovendo il setto. Rimuovere il ancoretta magnetica utilizzando un stir-bar retriever.
    2. Evaporare il liquido nel pallone di reazione a fondo tondo con un evaporatore rotante con la temperatura del bagno a 40 ° C e la rotazione impostato a 120 rpm.
    3. Purificare il prodotto grezzo dal flash cromatografia su colonna usando un gradiente di eluizione di 100: 0 a 90:10 CH 2 Cl 2 -diethyl etere (Et 2 O) attraverso una fase stazionaria di gel di silice. Utilizzare un bicchiere ccolonna hromatography che è di 3,8 cm per 45 cm di altezza.
    4. Confezione Wet colonna facendo una sospensione con 60 g di gel di silice e un volume sufficiente di CH 2 Cl 2 per consentire la sospensione da versare nella colonna.
    5. Utilizzare la pressione dell'aria per forzare l'eluente attraverso la colonna in modo che l'efflusso scorre come una leggera corrente di liquido. La velocità di flusso dell'eluente dovrebbe essere circa due pollici lineari al minuto. Arrestare il flusso dell'eluente quando raggiunge il livello del gel di silice, assicurando che il gel di silice è costantemente bagnato con l'eluente.
    6. Sciogliere il prodotto grezzo (2.202 g, 110% del teorico) in un volume minimo di CH 2 Cl 2. caricare con cautela la soluzione sul gel di silice senza disturbare il gel di silice. Toccare la colonna di garantire la parte superiore del gel di silice è piatta. Scaricare l'eluente in modo che raggiunga il livello del gel di silice. Aggiungere una piccola quantità di CH 2 Cl 2 e ripetere.
    7. Per evitare disturbing il gel di silice durante la eluizione della colonna, aggiungere sabbia all'inizio del gel di silice per formare un cilindro che è di circa 0,5 a 1 cm di altezza. Aggiungere un paio di millilitri di CH 2 Cl 2 per bagnare la sabbia. Scaricare l'eluente in modo che raggiunga il livello della sabbia.
    8. Riempire la colonna con CH 2 Cl 2. Utilizzare la pressione dell'aria per forzare l'eluente attraverso il gel di silice come descritto al punto 2.3.5. Raccogliere l'eluente in provette, ciascuna provetta costituente una frazione della miscela eluente.
    9. Raccogliere frazioni finché il primo composto è completamente eluito dalla colonna. Per determinare quando questo si è verificato, individuare uno su ogni qualche frazione di colonne su una piastra TLC.
      NOTA: Il primo composto eluire è non reagito (3) 2,4-dibromoHGAL, che ha un R f 0,74 a 90:10 CH 2 Cl 2 -Et 2 O.
    10. Quando il non reagito 2,4-dibromoHGAL (3) è eluito dallacolonna, sostituire il eluente con 90:10 CH 2 Cl 2 -Et 2 O. Continuare a raccogliere frazioni finché il prodotto desiderato è completamente eluito dalla colonna. Per determinare quando questo si è verificato, individuare uno su ogni qualche frazione di colonne su una piastra TLC.
      NOTA: Il prodotto desiderato, carbammato 9, ha un R f di 0,31 in 90:10 CH 2 Cl 2 -Et 2 O.
    11. Raccogliere tutte le frazioni contenenti carbammato 9 in un pallone a fondo tondo tarato ed evaporare il solvente usando un evaporatore rotante. Essiccare il schiumosa solido risultante a secco sotto vuoto spinto. Analizzare un campione da analizzare (circa 5 mg) del prodotto, carbammato 9 (1,36 g, 68% resa), da 1 H e 13 C NMR in CDCl 3. Raccogliere anche 1 H e 13 C NMR in dimetilsolfossido deuterato (DMSO d 6), che permette il confronto diretto con solvente tha prodotto dello stadio 3.

3. Sintesi e l'isolamento di Clavatadine A (10) 3

  1. Preparare clavatadine A (10) di concomitante acido-catalizzata lattone idrolisi e guanidina deprotezione del carbammato 9
    1. Preparare un ambiente pulito da 250 ml a fondo rotondo pallone di reazione contenente una ancoretta magnetica.
    2. Su una bilancia analitica, pesare 1.205 g (0,00,181 mila mol, 1,00 equivalenti molari) di carbammato 9, preparata nella fase 2, e aggiungere questo solido al pallone di reazione a fondo tondo.
    3. Aggiungere 12 ml di tetraidrofurano (THF) al pallone di reazione a fondo tondo da un cilindro graduato a temperatura ambiente (20 ° C). Il solido dovrebbe sciogliere come la soluzione viene agitata.
    4. Preparare 48 ml di 1,0 M di acido cloridrico acquoso (HCl).
      1. Aggiungere 4 ml di concentrato (12,0 M) soluzione di HCl ad un 10 ml cilindro graduato.
      2. Trasferire la soluzione di HCl concentrato per tubi Pasteurt a 50 ml cilindro graduato contenente 30-40 ml di acqua distillata. Diluire questa soluzione con acqua distillata fino ad un volume finale di 48 ml.
    5. Aggiungere 48 ml di soluzione acquosa 1,0 M di HCl soluzione preparata al punto 3.1.4.3 al pallone di reazione a fondo tondo a temperatura ambiente sotto agitazione.
    6. Posizionare delicatamente un tappo di vetro smerigliato 24/40 a coprire l'apertura del pallone di reazione.
    7. Immergere il pallone di reazione in un bagno di acqua che è stata preriscaldata a 30 ° C su una piastra calda a temperatura controllata. Assicurarsi che il livello della soluzione nel pallone di reazione è al di sotto del livello dell'acqua nella vasca.
      NOTA: A questa scala, la reazione produrrà 2 equivalenti molari di anidride carbonica e 2 equivalenti molari di gas isobutene, che dovrebbe occupare uno spazio di circa 0,174 L. Assicurarsi che il tappo è posto leggermente sul pallone per assicurare che la pressione in eccesso che sviluppa può essere rilasciato attraverso la giunzione di vetro smerigliato.
    8. mentre condi continuare, l'agitazione magnetica, riscaldare la soluzione a 30 ° C per 20 ore.
    9. Dopo 20 ore, sotto vuoto filtrare la sospensione risultante attraverso un mezzo di porosità imbuto di vetro sinterizzato in un pallone a fondo tondo pulito, tarato per rimuovere il materiale insolubile.
    10. Evaporare la soluzione di colore giallo nel pallone di reazione usando un evaporatore rotante con la temperatura del bagno a 50 ° C e la rotazione impostato a 120 rpm.
    11. Asciugare il solido risultante giallo- di color pesca amorfa a peso costante sotto vuoto spinto. Facilitare l'asciugatura riscaldando il pallone evacuato in un ambiente caldo (40 ° C) bagnomaria.
    12. Sciogliere un campione da analizzare (circa 5 mg) del prodotto, che è il sale cloridrato di clavatadine A (10) (0,866 g, 93% resa), in anidra DMSO d 6, e analizzarlo unidimensionale 1 H e 13 C spettroscopia NMR.

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Representative Results

Guanidinylation diretta di un α disponibile in commercio, ω-diammina, seguita da reazione con trifosgene, offerto l'isocianato reattivo 8 come parte lineare clavatadine A (Figura 1b). I rendimenti di questa sequenza di reazione in due fasi sono invariabilmente alta, 95% o superiore. Guanidinylation reagente 6 è stato preparato esattamente come descritto da Goodman. 11,24

Quando isocianato 8 è stato combinato con fenolo dibrominated 3 (la cui sintesi è mostrata in figura 1a) in presenza di una quantità catalitica di base N organica, N -diisopropylethylamine, formazione di carbammato disponibile composto 9 (figura 1c) in resa moderata. Una aliquota della miscela di reazione è stata presa dopo 15 minuti e lavorata. analisi IR di questa miscela shdovuto che l'isocianato era stato completamente consumato. Con questi dati, non è chiaro perché la resa della reazione non è più elevato. Reisolamento di dibromophenol 3 dopo cromatografia suggerisce che forse alcuni dei isocianato scomposto nelle condizioni di reazione, oppure il prodotto potrebbe essere parzialmente idrolizzato durante iter o cromatografia. Infine, l'idrolisi del lattone in condizioni acide è stata accompagnata da deprotezione del guanidina gruppi protettivi che portano alla molecola finale, clavatadine A (10) (Figura 1d). Esposizione di eventuali molecole benzofuranone contenenti a metanolo in qualsiasi fase della sintesi invariabilmente portato a metanolisi irreversibile del lattone; Pertanto, il contatto con piccole alcoli è da evitare.

Le figure 2-8 includono NMR o spettri IR che confermano la struttura di ciascun composto la cui preparazione è descritta. Confronto di the spettro NMR di ciascun composto sintetizzato con lo spettro NMR del suo precursore sintetico rivela cambiamenti strutturali che confermano l'identità della molecola preparato. Ogni spettro NMR è addobbato con le frecce che mostrano le assegnazioni probabili o confermati per ogni risonanza spettrale con ogni gruppo di atomi di idrogeno unici in una molecola preparato. Ulteriori dati di supporto che conferma ulteriormente le assegnazioni strutturali all'interno di molecole sintetizzate è stato pubblicato altrove. 3

Figura 1
Figura 1. sintesi graduale di clavatadine A (10) da un approccio diretto guanidinylation fase iniziale. Annuncio schemi illustrano la sequenza di reagenti chimici e condizioni di reazione per la preparazione di clavatadine A (10) da un approccio diretto guanidinylation fase precoce . (A) Sintesi del arporzione omatic, 2,4-dibromohomogentisic lattone dell'acido (3). (B) Sintesi della porzione lineare, isocianato 8, da guanidinylation diretta. (C) reazione di carbammati formante unire le subunità aromatici e lineari. (D) idrolisi acida e Boc-deprotezione di carbammato 9 che porta alla sale cloridrato di clavatadine A (10). Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

figura 2
Figura 2. Spettro Proton NMR conferma la preparazione del composto lineare di-Boc-agmatine (7). I valori numerici relativi a spostamenti chimici e relativa integrazione dei segnali protonici visibili sono etichettati sopra e sotto lo spettro,rispettivamente; le assegnazioni di picco provengono dalla struttura mostrata; e le impurità noti sono elencati sopra ogni picco rilevante 3. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
. Figura 3. Spettro Proton NMR conferma la preparazione di composti di isocianato di-Boc-agmatine lineare (8) I valori numerici relativi a spostamenti chimici e relativa integrazione dei segnali protonici visibili sono etichettati sopra e sotto lo spettro, rispettivamente; le assegnazioni di picco provengono dalla struttura mostrata; e le impurità noti sono elencati sopra ogni picco rilevante 3. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.


Figura 4. infrarossi (IR) Spettro confermando la preparazione di composti di isocianato di-Boc-agmatine lineare (8). I valori numerici relativi ad agitare numero di assorbimenti obbligazioni sono etichettati sottostante allo spettro, ma soprattutto l'ascissa. Il tratto caratteristico isocianato di composto 8 è disponibile all'indirizzo 2.265 cm -1. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5. Proton NMR conferma la preparazione di carbammato 9, in CDCl 3. I valori numerici relativi a spostamenti chimici e relativa integrazione di pr visibile segnali oton sono etichettati sopra e sotto lo spettro, rispettivamente; le assegnazioni di picco provengono dalla struttura mostrata; e le impurità noti sono elencati sopra ogni picco rilevante 3. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6
. Figura 6. spettro Proton NMR conferma la preparazione di carbammato 9, in DMSO d 6 valori numerici relativi a spostamenti chimici e relativa integrazione dei segnali protonici visibili sono etichettati sopra e sotto lo spettro, rispettivamente; le assegnazioni di picco provengono dalla struttura mostrata; e le impurità noti sono elencati sopra ogni picco rilevante.ank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 7
. Figura 7. spettro Proton NMR conferma la preparazione di clavatadine A (10), in DMSO d 6 valori numerici relativi a spostamenti chimici e relativa integrazione dei segnali protonici visibili sono etichettati sopra e sotto lo spettro, rispettivamente; le assegnazioni di picco provengono dalla struttura mostrata; e le impurità noti sono elencati sopra ogni picco rilevante 3. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 8
Figura 8. carbonio (13 C) NMR conferma la preparazione di clavatadine A (10), in DMSO d 6. I valori numerici relativi a spostamenti chimici sono etichettati sopra lo spettro 3. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Gli sforzi iniziali per preparare clavatadine A arruolato un approccio tradizionale, indiretto guanidinylation da un opportuno precursore ammina, che in questo caso era una azide terminale. Al centro di questo sforzo è stato l'unione delle due metà della molecola per costruire la porzione carbammato. Purtroppo, tutti i tentativi di realizzare una riduzione azide in previsione di un guanidinylation ritardo-fase pianificata non hanno avuto successo. 25,26 Questi contrattempi hanno ispirato la ricerca del composto 7, che potrebbe essere preparato in un unico passo per guanidinylation diretta da materiali disponibili in commercio. Anche se questo metodo era stato usato in precedenti sintesi totali, in questo caso, un approccio diretto aggirata un'impasse critica incontrato mezzo miriade tentativi di installare la funzionalità guanidina protetta in un sintetico advanced intermedia. 27-29

L'applicazione di questo approccio diretto aminoguanidinylation è iniziata con la priparazione del noto N, N'guanidina 7 -di-Boc-protetto dal reagente di Goodman (6) e 1,4-butandiammina (5) con alta resa. 3,6,30 L'ammina terminale della guanidina protetta 7 è stato convertito in l'isocianato reattivo 8 dall'esposizione ad trifosgene in una miscela solvente bifasico. 3 nella trasformazione sintetica penultima, l'isocianato elettrofilo 8 è stato trattato con 2,4-lattone dibromohomogentisic acido (3) per formare il legame carbammato centrale nel composto 9. 3 Infine, tandem lattone idrolisi e guanidina deprotezione si è verificato in condizioni acide diluite per fornire clavatadine a (10) nel 93% di rendimento. 3 il rendimento complessivo per l'intero sintesi in quattro fasi (la più lunga sequenza lineare) è 41-43%. 3

Per ogni reazione chimica descritto nellail protocollo non è stato condotto in mezzi acquosi, l'uso di alta purezza, solventi esenti da umidità era critica. Alcuni degli intermedi reattivi formati durante queste trasformazioni possono reagire con acqua accidentale, che porta alla decomposizione. Sebbene il reagente di Goodman (6) è disponibile in commercio, il suo costo sostanziale e relativa facilità di sintesi fatte sua preparazione una scelta ragionevole. Anche in questo caso, riducendo al minimo l'umidità distillando ogni reagente e la temperatura scrupoloso controllo erano fondamentali per la sua riuscita sintesi, come indicato nella procedura pubblicata. 11

Nonostante l'opportunità inerenti a questo approccio diretto per la sintesi di composti biologicamente rilevanti amminoguanidina contenenti, ci sono limitazioni a questo metodo. Utilizzando diversi gruppi di protezione ammina è possibile in questo metodo guanidinylation diretta, ma il successo globale dipenderà sempre la strategia di gruppo protettivo scelto. Principalmente, the selezione dei gruppi Aminoguanidine proteggere richiede un notevole lungimiranza, perché la guanidina mascherato deve rimanere intatto in ogni fase di sintesi successiva. Inoltre, la molecola bersaglio advanced deve essere in grado di sopportare le condizioni e reagenti necessari per guanidina deprotezione al momento opportuno. Nella sintesi di clavatadine A (10), gruppi Boc sensibili agli acidi sono stati usati per proteggere la guanidina, che ha richiesto l'evitare reazioni che ha richiesto o creato un ambiente acido. In questo caso, la necessità di impiegare condizioni acide per idrolizzare il lattone era ottimale a causa del fatto che l'acido è un mezzo conveniente per fendere carbammati Boc. 31 Sebbene clavatadine Un rappresentato un modello ideale per mostrare questo approccio, guanidinylation diretta dovrebbe essere suscettibili di la preparazione di molte altre molecole organiche naturali e non naturali. A tal fine, gli sforzi sono in corso nel nostro laboratorio per preparare diversi ana non naturaleLogues di clavatadine A come parte di un programma di droga-scoperta per sviluppare un inibitore reversibile e selettivo basato naturale prodotto del fattore di coagulazione del sangue umano XIa. 32

Ciò che rende questo metodo diretto potenzialmente migliore rispetto al tradizionale approccio indiretto è che può abbreviare un percorso di sintesi organica più passaggi, eliminando la necessità di proteggere e deproteggere un terminale amminici più volte prima di installare la funzionalità guanidina desiderato. Sebbene tradizionali metodi guanidinylation indiretti sono efficaci, come quello illustrato nella recente sintesi totale del Looper di saxitossina, l'inclusione di passaggi estranei in una sintesi è intensiva di tempo e può potenzialmente abbassare la resa complessiva. 33 Inoltre, il valore di guanidinylation diretta era evidenziato in una recente sintesi totale di 1,2,4-ossadiazolo contenenti prodotti naturali phidianidine a e B. Questa sintesi totale era due gradini più corta della sintesi riportatoun anno prima da Snider e collaboratori. 4,34

In futuro, il metodo guanidinylation diretta deve essere ampliato e testato su diversi ponteggi Aminoguanidine contenenti, inevitabilmente, verso l'esplorazione di vari gruppi guanidina proteggere. Clavatadine A e phidianidine A e B entrambi utilizzati Boc gruppi protettivi per mascherare la funzionalità guanidina. La prossima fase del perfezionamento di questo metodo sarebbe quello di provare le stesse reazioni con diversi gruppi di protezione per vedere se rese più elevate possono essere ottenuti. 4 Un recente lavoro di Pfeffer, 35 Looper, 36 e Nagasawa 37 suggerisce che una varietà di gruppi Aminoguanidine proteggere oltre a Boc, come Cbz, nonché derivati ​​di Cbz possono essere arruolati. Un altro approccio comporterebbe l'impiego di due diversi gruppi protettori sull'impalcatura amminoguanidina. gruppi di mascheramento giudiziosamente scelti con reattività ortogonale possono consentire l'aminoguanidina di Survivcondizioni e di reazione che solcano un gruppo protettore lasciando gli altri intatti. 38 In conclusione, il metodo guanidinylation diretta utilizzato per la sintesi totale di clavatadine A e loro varianti possono essere utilizzati per sintetizzare guanidina contenenti prodotti naturali recentemente scoperte e farmaceutici progettati. 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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Un diretto, Early Stage Guanidinylation protocollo per la sintesi di complessi Aminoguanidine contenenti prodotti naturali
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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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