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Chemistry

Un directa, Protocolo Guanidinylation Etapa Temprana para la Síntesis de complejos productos naturales que contiene aminoguanidina-

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

El grupo funcional de guanidina, que se muestra más prominente en el aminoácido arginina, uno de los pilares fundamentales de la vida, es un elemento estructural importante que se encuentra en muchos productos naturales complejos y productos farmacéuticos. Debido al continuo descubrimiento de nuevos productos naturales que contiene guanidina-y pequeñas moléculas diseñadas, métodos rápidos y eficientes guanidinylation son de gran interés para los químicos orgánicos sintéticos y medicinales. Debido a que el nucleófilo y basicidad de guanidinas pueden afectar transformaciones químicas posteriores, tradicional guanidinylation, indirecto es típicamente perseguido. Los métodos indirectos emplean comúnmente múltiples etapas de protección que implican un precursor de amina latente, como una azida, ftalimida, o carbamato. Por eludir estos métodos tortuosos y empleando una reacción directa guanidinylation temprano en la secuencia sintética, fue posible para forjar el terminal de guanidina lineal que contiene columna vertebral de clavatadine A a darse cuentauna síntesis breve y simplificada de este factor inhibidor potente XI bis. En la práctica, el hidrocloruro de guanidina se elabora con una matriz de proteger cuidadosamente construida que está optimizado para sobrevivir a las etapas de síntesis para venir. En la preparación de clavatadine A, guanidinylation directa de una diamina comercialmente disponible eliminado dos pasos innecesarios de su síntesis. Junto con la gran variedad de grupos protectores de guanidina conocido, guanidinylation directa pone en evidencia un sentido práctico y eficiente sucinta inherentes a los métodos que encuentran un hogar en la caja de herramientas de un químico sintético.

Introduction

El objetivo de este video es mostrar cómo el uso de un método guanidinylation directa y pronto para hacer una estructura terminal de guanidina es más práctico, rápido y eficiente que los métodos tradicionales guanidinylation en síntesis orgánica. El grupo funcional de guanidina, se encuentra en el aminoácido arginina, es un elemento estructural fundamental en muchos productos naturales complejos y productos farmacéuticos. El descubrimiento y diseño de nuevos guanidina que contiene productos naturales y moléculas pequeñas establecen la necesidad de un método guanidinylation más eficiente. El enfoque utilizado comúnmente tortuosa cuenta con la introducción de un precursor de guanidina latente que se desenmascara en una etapa tardía de la síntesis. En contraste, una táctica sencillo instala una guanidina protegida en una amina primaria a principios de una ruta sintética.

La naturaleza reactiva de guanidinas generalmente les impide el uso rutinario sin una estrategia de grupo protector adecuado. Tradicionalmente, los métodosPara añadir un grupo funcional de guanidina involucrado un enfoque indirecto que implicó múltiples etapas de protección, seguido de la adición de la guanidina al final de la síntesis. Dos síntesis recientes ilustran los inconvenientes inherentes a 1,2 guanidinylation indirecta. El método directo informado en el presente documento implica la reacción de un reactivo de guanidina protegida con una amina primaria desde el principio en la síntesis de una molécula dada y después desproteger al final de la síntesis. Esta estrategia se ha implementado correctamente en la síntesis total reciente de alcaloides marinos biológicamente activos clavatadine A y phidianidine A y B 3,4.

Si bien este método guanidinylation directa tiene sus ventajas sobre los métodos tradicionales de guanidinylation todavía tiene sus inconvenientes. Las condiciones químicas que la guanidina protegida puede sobrevivir dependerá del grupo protector empleado. A pesar de estos posibles inconvenientes, el método guanidinylation directa es una estrategia que permiteañadir guanidinas terminales de aminas primarias para su uso en la síntesis de moléculas orgánicas complejas.

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Protocol

Precaución: Por favor, consultar y prestar atención a las Hojas de Datos de Seguridad (FDS) para cada producto químico antes de su uso. Algunos de los productos químicos usados ​​en esta síntesis son corrosivas, tóxicas, cancerígenas, o de otra manera perjudicial. En consecuencia, tomar todas las precauciones para evitar la inhalación, ingestión o contacto con la piel con estos productos químicos. Por favor, use equipo de protección personal (EPP) apropiado correctamente. PPE apropiado incluye gafas envolventes de seguridad, guantes de nitrilo o químicamente más resistentes guantes, bata de laboratorio, pantalones largos que cubren la parte superior de los zapatos, zapatos cerrados. Utilice una campana de humos de trabajo con la banda a la altura más baja posible, en tándem con controles de ingeniería relevantes adicionales, para reducir al mínimo el riesgo de exposición accidental. Las porciones del procedimiento implican aire estándar y técnica libre de humedad, tales como el uso de una línea Schlenk, botellas de almacenamiento de productos químicos de color ámbar con tapones corona y discos de elastómero, la jeringa y cánula de transferencia de líquidos y soluciones, gases comprimidos, y tque la destilación de líquidos inflamables en atmósfera inerte. 5

1. Directo Guanidinylation

  1. Guanidinylation directa de butano-1,4-diamina (5) con el reactivo de Goodman (6) para preparar di- terc -butoxicarbonilo (Boc) -agmatine (7) 3,6
    1. Secar un 1,000 ml, matraz de reacción de tres bocas, de fondo redondo que contenía una barra de agitación magnética, un embudo de adición compensador de presión 50 ml y un adaptador de 14/20 a 24/40 de vidrio esmerilado durante la noche en un horno de secado a o por encima 130 ° C. Retirar el matraz del horno y cubrir rápidamente la abertura de la derecha y la izquierda cuellos con tabiques de caucho. Doblar el tapón de goma sobre el borde del frasco. Para el cuello central, fijar el adaptador de vidrio, seguido por el embudo de adición.
      NOTA: En lugar de secado al horno durante la noche, la barra de matraz de agitación y se puede cubrir con un septo, se coloca en una línea Schlenk bajo vacío o gas inerte, y secado a la llama usando un soplete de propano. Por favor consulte tstos recursos para obtener información más detallada sobre el uso de tabiques, una línea Schlenk, y un embudo de adición. 7-9
      1. Cubrir la parte superior del embudo de adición con un septo de caucho, doblando el tabique de caucho sobre el borde del matraz. Enfriar el aparato montado a temperatura ambiente bajo una corriente positiva de gas inerte utilizando una línea Schlenk.
    2. Coloque la botella stock de butano-1,4-diamina (5) (punto de fusión 25-28 ° C) en un baño de agua caliente para fundir parcialmente el químico sólido. Una vez que un pequeño volumen de licuado butano-1,4-diamina (5) está disponible, utilizar una pipeta de Pasteur horno calentado para transferir 2,32 ml (2,03 g, 0,0231 moles, equivalentes molares 3.00) de compuesto 5 de la botella stock a una horno calentado 10 ml cilindro graduado. La transferencia de la diamina licuado 5 al matraz de reacción de fondo redondo usando la pipeta Pasteur.
      NOTA: Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada on usando una pipeta Pasteur. 7,10
    3. Añadir 320 ml de diclorometano (CH 2 Cl 2) al matraz de reacción de fondo redondo de un cilindro graduado a temperatura ambiente (20 ° C). Se agita la solución, mientras que la adición de 1,1 ml de trietilamina (Et3N) (0,78 g, 0,0077 moles, 1,00 equivalentes molares) de un 2 ml émbolo de la jeringa de vidrio equipado con una de 12 pulgadas, calibre 20 aguja de metal con una punta biselada.
      NOTA: Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre el uso de una jeringa 7,8,10 Adicionalmente, consultar este recurso para obtener información detallada sobre el uso de una placa de agitación magnética 8. (Pp 26-29.).
    4. Usando una balanza analítica, pesan 3,01 g (0,00769 mol, 1,00 equivalentes molares) de N, N '-di-Boc -triflylguanidine N (6) (reactivo de Goodman). 11,12 Vierta este sólido en un vaso de precipitados. Disolver este compuesto en 25 ml de CH anhidro 2 Cl 2. Dibuje esta solución into 50 ml émbolo de la jeringa de vidrio equipado con una de 12 pulgadas, calibre 20 aguja de metal con una punta biselada. Dispensar esta solución de la jeringa en el embudo de adición, lo que garantiza que la llave de paso en la parte inferior del embudo está cerrada.
      NOTA: Por favor, consulte estos recursos para obtener información detallada sobre el uso de una balanza analítica 7,13.
    5. Mientras se continúa la agitación magnética en la placa de agitación magnética, abrir la llave de paso lentamente para permitir que la solución preparada en el paso 1.1.4 gotee en el matraz de reacción de fondo redondo a una tasa de aproximadamente una gota cada cuatro segundos para que toda la solución es añadió durante aproximadamente 1 hr. Cuando se completa la adición, se agita la solución a temperatura ambiente durante 12 hr. Formación de un precipitado o residuo que se adhiere a la pared del matraz se observa típicamente en toda la 12 h de agitación.
  2. El tratamiento acuoso para el aislamiento de di-Boc-agmatina (7)
    1. Después de 12 horas, exponer la solun al aire mediante la eliminación del tabique. Quitar la barra de agitación magnética usando un recuperador de varilla de agitación. Verter la solución incolora del matraz de reacción de fondo redondo en un embudo separador.
    2. Se lava la solución orgánica con dos sucesivas porciones de 50 ml de bicarbonato sódico acuoso saturado (NaHCO 3). Después de cada lavado, escurrir la capa orgánica inferior en un matraz Erlenmeyer limpio. Verter la capa acuosa superior a un segundo matraz Erlenmeyer. Añadir la capa orgánica hasta el embudo de decantación.
      NOTA: Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre la extracción y el uso de un embudo de separación 7-9,14.
    3. Se lava la solución orgánica con dos sucesivas porciones de 50 ml de agua. Después de cada lavado, escurrir la capa orgánica inferior en un matraz Erlenmeyer limpio. Verter la capa acuosa superior a un segundo matraz Erlenmeyer. Añadir la capa orgánica hasta el embudo de decantación.
    4. Se lava la solución orgánica con una porción de 50 ml de salmuera. Escurrir el lower capa orgánica en un matraz Erlenmeyer limpio y seco con sulfato de sodio anhidro (Na 2 SO 4). La gravedad filtrar la solución a través de un embudo equipado con papel acanalado filtro (porosidad gruesa, de flujo rápido, 20-25 micras de retención de partículas) en un lugar limpio, tarado matraz de fondo redondo.
      NOTA: Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre el secado de soluciones orgánicas utilizando un agente de secado 7-9,14 por favor consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre la filtración por gravedad 7-9,15..
    5. Se evapora el líquido en el matraz de fondo redondo usando un evaporador rotatorio con la temperatura del baño a 40 ° C y la rotación se establece en 120 rpm.
      NOTA: Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre el uso de un evaporador rotatorio 7-9,16.
  3. Purificación de di-Boc-agmatina (7) 3,6
    1. Preparar una columna para cromatografía de resolución rápida usando un eluyente de 5: 3: 2 de acetato dede etilo (EtOAc) -metanol-Et 3 N a través de una fase estacionaria de gel de sílice. Utilice una columna de cromatografía de cristal que es de 3,8 cm de ancho por 45 cm de alto.
      NOTA: Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre la purificación de compuestos orgánicos mediante cromatografía en columna 7-9,17,18.
      1. Añadir tierra de diatomeas a la columna para formar una base que es de aproximadamente 2 cm de altura. Este agente de filtrado evitará cualquier gel de sílice disuelto contaminen las fracciones de la columna. Añadir eluyente hasta que la columna de la suspensión de la tierra de diatomeas-eluyente alcanza unos 10 cm de alto, alrededor de 40-50 ml. Mezclar el eluyente y la tierra de diatomeas agitando suavemente para asegurar la suspensión es uniforme, y luego permitir sedimentar el sólido.
        NOTA: Por favor, consultar este recurso para obtener información más detallada sobre el uso de tierra de diatomeas como coadyuvante de filtración 8.
      2. paquete Wet la columna haciendo una suspensión que consiste en 100 g de gel de sílice y un volum suficientee de eluyente para permitir que la suspensión que se agitó fácilmente usando una espátula de metal. Verter la mezcla en la columna a través de un embudo de plástico o de vidrio.
      3. Utilice la presión de aire para forzar el eluyente a través de la columna de tal manera que el flujo de salida fluye como una corriente suave de líquido. La tasa de flujo de eluyente debe ser aproximadamente dos pulgadas lineales por minuto. Detener el flujo de eluyente cuando alcanza el nivel del gel de sílice, asegurándose de que el gel de sílice es constantemente mojado con el eluyente.
    2. Disolver el contenido del matraz (4,21 g) en un volumen de eluyente que es sólo suficiente para disolver el producto en bruto por completo, alrededor de 15-20 ml. cargar cuidadosamente la solución sobre el gel de sílice sin perturbar el gel de sílice mediante la transferencia de la solución desde el matraz a la columna utilizando una pipeta Pasteur. Pulse en la columna para asegurar la parte superior del gel de sílice es plana. Escurrir el eluyente para que alcance el nivel de la gel de sílice. Añadir una pequeña cantidad de eluyente y repetir.
      NOTA: Por favor, consultar este recurso para obtener información detallada sobre la disolución de sólidos utilizando disolventes 9.
      1. Para evitar perturbar el gel de sílice durante la elución de la columna, añadir arena a la parte superior del gel de sílice para formar un cilindro que es de aproximadamente 0,5 a 1 cm de altura. Añadir unos mililitros de eluyente para humedecer la arena. Escurrir el eluyente para que alcance el nivel de la arena.
      2. Llenar la columna con eluyente. Utilice presión de aire para forzar el eluyente a través del gel de sílice como se describe en el paso 1.3.1.3. Recoger el eluyente en tubos de ensayo, cada tubo de ensayo que constituye una fracción de la mezcla de eluyente.
    3. Recoger fracciones hasta que el producto ha eluyó completamente de la columna. Para determinar el momento en que esto ha ocurrido, detectar uno de cada pocas fracciones de la columna en una placa de cromatografía en capa fina (TLC). Di-Boc agmatina (7) tiene un Rf de 0,39 en 5: 3: 2 EtOAc-metanol-Et 3 N.
      NOTA: Por favor, consultarestos recursos para obtener información más detallada sobre TLC. 7-9,19,20
    4. Recoge todas las fracciones que contienen el producto deseado en un matraz tarado, de fondo redondo y se evapora el disolvente usando un evaporador rotatorio. Se seca el líquido resultante nublado, amarillo pálido bajo alto vacío durante la noche para eliminar el disolvente residual. Disolver una muestra analítica (aproximadamente 5 mg) del producto purificado, el compuesto 7 (2,49 g, 98% de rendimiento), con 0,75 ml de deuterocloroformo (CDCl3) y analizarla por protones (1 H) y carbono (13 C NMR) espectroscopia.
      NOTA:. Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre la preparación de una muestra para análisis de RMN y la realización de un experimento de RMN 7-9,21
  4. Síntesis de isocianato de di-Boc-agmatina (8) 3
    1. Preparar un recipiente limpio de 100 ml de fondo redondo matraz de reacción que contenía una barra de agitación magnética.
    2. En una balanza analítica, añadir el di-Boc agmatina (7) al matraz de reacción de fondo redondo usando una espátula de metal hasta que el peso añadido neto del compuesto 7 es 1,00 g (0,00303 mol, 1,00 equivalentes molares). Añadir 25 ml de CH 2 Cl 2 al matraz de reacción de fondo redondo de un cilindro graduado a temperatura ambiente (20 ° C). Colocar la solución en un baño de hielo-agua para enfriar la solución a 0 ° C.
    3. En una campana de humos, utilizar una balanza analítica para pesar 0,297 g (0,00303 mol, 1,00 equivalentes molares) de trifosgeno. Añadir este sólido al matraz de reacción de fondo redondo vertiéndola a través de un vaso o embudo de plástico.
      PRECAUCIÓN: trifosgeno es extremadamente tóxico. Llevar dos pares de guantes de nitrilo al manejar este compuesto. Sus vapores también son perjudiciales; Por lo tanto, sólo debe ser manejado en una campana extractora de trabajo. Transferir una balanza analítica en una campana de humos de trabajo antes de pesar trifosgeno para esta reacción.
    4. Mientras continúa la agitación magnética, se añaden 25ml de NaHCO3 acuoso saturado vertiéndola en el matraz de reacción de fondo redondo, a través de un vaso o embudo de plástico. Cuando se completa la adición, se agita vigorosamente la mezcla bifásica a 0 ° C durante 30 min usando una placa de agitación magnética.
  5. El tratamiento acuoso de isocianato de di-Boc-agmatina (8) 3
    1. Después de 30 minutos, dejar de agitar y remover la barra de agitación magnética usando un recuperador de varilla de agitación. Verter la mezcla del matraz de reacción de fondo redondo en un embudo separador que contiene 100 ml de CH 2 Cl 2 y 100 ml de agua.
    2. Agitar el embudo de separación vigorosamente para mezclar las capas. Escurrir la parte orgánica inferior en un matraz Erlenmeyer limpio. Se extrae la capa acuosa con tres sucesivas porciones de 15 ml de CH 2 Cl 2. Después de cada extracción, drenar la capa orgánica inferior en el erlenmeyer que contiene los extractos orgánicos combinados. Después de las tres extracciones, se vierte la solución acuosaueous capa en un segundo matraz Erlenmeyer limpio.
    3. Se secan los extractos orgánicos combinados con anhidro Na 2 SO 4. Gravedad filtrar la solución a través de un embudo equipado con papel acanalado filtro (porosidad gruesa, el flujo rápido, 20-25 micras de retención de partículas) en un lugar limpio, tarado de 250 ml matraz de fondo redondo.
    4. Se evapora el líquido en el matraz de fondo redondo usando un evaporador rotatorio con la temperatura del baño a 40 ° C y la rotación se establece en 120 rpm. Disolver una muestra analítica (aproximadamente 5 mg) del aceite marrón claro resultante, el compuesto 8 (1,11 g, 103% del teórico), en CDCl3 y analizarla por 1 H y 13 espectroscopia de RMN de C, y la espectroscopia de infrarrojos (IR).
      NOTA: Los degrada isocianato en cuestión de horas a temperatura ambiente, y se debe utilizar inmediatamente en la siguiente etapa tras el aislamiento. Por favor, consulte estos recursos para obtener información más detallada sobre la espectroscopia infrarroja (IR) (referencia 7: pp. 269-303; Referencia 9: pp 146-147;. referencia 10:. 66-76) 7-9

2. Síntesis de carbamato de 9 de di-Boc agmatina isocianato (8) y 2,4-DibromoHGAL (3) 3

  1. Configurar la reacción de di-Boc isocianato agmatina (8) con 2,4-dibromoHGAL (3)
    1. Secar de 250 ml de fondo redondo de matraz de reacción que contenía una barra de agitación magnética durante la noche en un horno de secado a o por encima de 130 ° C. Retirar el matraz del horno y cubrir rápidamente la abertura matraz con un septum de goma. Doblar el tapón de goma sobre el borde del frasco. Se enfría el matraz a temperatura ambiente bajo una corriente positiva de gas inerte utilizando una línea Schlenk.
      NOTA: En lugar de secado al horno durante la noche, la barra de matraz de agitación y se puede colocar en una línea Schlenk bajo vacío o gas inerte y secado a la llama usando un soplete de propano.
    2. El uso de una balanza analítica, pesar 0,933 g (0,00303 mol, 1,00 equivalentes molares) de 2,4-dibromoHGAL (3), unaD Añadir este sólido al matraz de reacción de fondo redondo bajo una sombrilla de nitrógeno.
      NOTA: 2,4-dibromoHGAL (3) se preparó en dos etapas a partir de 2,5- (dimetoxifenil) acético (1), como se muestra en la Figura 1a 3,22,23 El director subproducto formado durante la síntesis de. compuesto 3 es (4) 4-bromoHGAL, que se forma después de la primera bromación de hgal (2) 3 Durante la purificación del compuesto 3 por cromatografía en columna, seguido de elución con 1:. 1 EtOAc-hexano permite compuesto de recogida 4, que tiene un Rf de 0,34 cuando el eluyente TLC es 1:.. 1 EtOAc-hexano 3 rendimientos aislados típicos de subproducto 4 intervalo de 11-15% 3
    3. Añadir 30 ml de CH anhidro 2 Cl 2 al matraz de reacción de fondo redondo de un émbolo de la jeringa de vidrio equipado con un 12 pulgadas, de calibre 20 de la aguja de metal con unapunta biselada, a temperatura ambiente (20 ° C). Agitar para disolver el sólido.
      NOTA: Se destila el CH 2 Cl 2 sobre hidruro de calcio (CAH 2) bajo nitrógeno a activadas 3 tamices moleculares antes de su uso.
    4. Añadir 0,103 ml de base de Hünig (0,0078 g, 0,000606 moles, 0,2 equivalentes molares) al matraz de reacción de fondo redondo mediante una jeringa.
      NOTA: "Por jeringa" significa que se recogió el líquido y se dispensa utilizando un metal / politetrafluoroetileno recubierto de émbolo, jeringa estanca al gas (cilindro de vidrio) equipado con un 6 pulgadas, de calibre 20 de la aguja de metal con una punta biselada. Destilar la base de la Hünig sobre CaH2 bajo nitrógeno a activadas 3 tamices moleculares antes de su uso.
    5. Cubrir la apertura de la matraz de fondo redondo que contiene el isocianato no purificado de la etapa 8 1.5.4 con un septo de caucho. Doblar el tabique sobre el borde del matraz. Conectar el matraz a la línea de Schlenk y purgar las flask con gas nitrógeno durante 10 minutos.
    6. Al matraz que contiene isocianato 8, añadir 30 ml de CH anhidro 2 Cl 2 a partir de una jeringa de vidrio-émbolo equipado con un 12 pulgadas, aguja de metal de calibre 20 con una punta biselada a temperatura ambiente (20 ° C). Agitar el matraz para disolver el sólido.
  2. Transferir la solución de isocianato de 8 a la 2,4-dibromoHGAL (3) y base de Hünig por cánula
    1. Directamente conectar los dos frascos por punción de cada tabique, ya sea con punta de metal biselado de una, de calibre 20 cánula metálica de 18 pulgadas de largo.
      NOTA: Por favor, consultar este recurso para obtener información más detallada sobre el uso de una cánula para transferir una solución a otra bajo atmósfera inerte (referencia 8: pp. 74-79). 8
    2. Eliminar la entrada de nitrógeno del matraz que contiene el CH 2 Cl 2 solución de 2,4-dibromoHGAL (3) y base de Hünig, y insertar una disposabl 2,5 cme calibre 16 aguja metálica (aguja de salida) a través del tabique. Cerrar el pelele que sirve como puerto de salida de la línea de Schlenk.
      PRECAUCIÓN: El cierre de la burbujeo de una línea Schlenk que está bajo presión positiva de gas inerte puede ser peligroso. Asegúrese de que la aguja de salida no está obstruido antes de cerrar el burbujeador.
    3. Bajo un extremo de la cánula de metal en la solución de CH 2 Cl 2 de isocianato de 8, y la transferencia de toda la solución al matraz de reacción de fondo redondo durante aproximadamente 1 hr. Ajustar la presión de nitrógeno según sea necesario para el caudal deseado de aproximadamente 0,5 ml por minuto.
    4. Lavar el matraz que contenía isocianato 8 con dos sucesivas porciones de 5 ml de CH 2 Cl 2. Transferir cada CH 2 Cl 2 de enjuague mediante una cánula al matraz de reacción de fondo redondo.
    5. Después de transferir los dos enjuagues en el matraz de reacción, desmontar el aparato de cánula.
      1. Rquítelo la aguja de salida del matraz de reacción mientras que la reapertura simultáneamente flujo de nitrógeno para el burbujeador. La transferencia de la entrada de nitrógeno procedente de la línea de Schlenk del matraz que contenía el isocianato al matraz de reacción de fondo redondo.
    6. Retire la cánula del matraz de reacción de fondo redondo, y se agita la solución a temperatura ambiente durante 3 hr.
  3. Purificación de carbamato de 9 3
    1. Después de 3 horas, exponer la solución al aire quitando el tabique. Quitar la barra de agitación magnética usando un recuperador de varilla de agitación.
    2. Se evapora el líquido en el matraz de reacción de fondo redondo usando un evaporador rotatorio con la temperatura del baño a 40 ° C y la rotación se establece en 120 rpm.
    3. Se purifica el producto en bruto por cromatografía en columna ultrarrápida usando un gradiente de elución de 100: 0 a 90:10 CH 2 Cl 2 dietil éter (Et 2 O) a través de una fase estacionaria de gel de sílice. Use un vaso ccolumna hromatography que es de 3,8 cm de ancho por 45 cm de alto.
    4. Paquete Wet la columna haciendo una suspensión que consiste en 60 g de gel de sílice y un volumen suficiente de CH 2 Cl 2 para permitir la suspensión para ser vertido en la columna.
    5. Utilice la presión de aire para forzar el eluyente a través de la columna de tal manera que el flujo de salida fluye como una corriente suave de líquido. La tasa de flujo de eluyente debe ser aproximadamente dos pulgadas lineales por minuto. Detener el flujo de eluyente cuando alcanza el nivel del gel de sílice, asegurándose de que el gel de sílice es constantemente mojado con el eluyente.
    6. Disolver el producto bruto (2,202 g, 110% del teórico) en un volumen mínimo de CH 2 Cl 2. cargar cuidadosamente la solución sobre el gel de sílice sin perturbar el gel de sílice. Pulse en la columna para asegurar la parte superior del gel de sílice es plana. Escurrir el eluyente para que alcance el nivel de la gel de sílice. Añadir una pequeña cantidad de CH 2 Cl 2 y repetir.
    7. Para evitar disturBing el gel de sílice durante la elución de la columna, añadir arena a la parte superior del gel de sílice para formar un cilindro que es de aproximadamente 0,5 a 1 cm de altura. Añadir unos mililitros de CH 2 Cl 2 para humedecer la arena. Escurrir el eluyente para que alcance el nivel de la arena.
    8. Llenar la columna con CH 2 Cl 2. Utilice presión de aire para forzar el eluyente a través del gel de sílice como se describe en el paso 2.3.5. Recoger el eluyente en tubos de ensayo, cada tubo de ensayo que constituye una fracción de la mezcla de eluyente.
    9. Recoger fracciones hasta que el primer compuesto se eluyó completamente de la columna. Para determinar el momento en que esto ha ocurrido, detectar uno de cada pocas fracciones de la columna en una placa de TLC.
      NOTA: El primer compuesto a eluir es sin reaccionar 2,4-dibromoHGAL (3), que tiene un Rf de 0,74 en 90:10 CH 2 Cl 2 -Et 2 O.
    10. Cuando el sin reaccionar 2,4-dibromoHGAL (3) ha eluido de lacolumna, sustituir el eluyente con 90:10 CH 2 Cl 2 Et 2 O. Continuar para recoger las fracciones hasta que el producto deseado se eluyó completamente de la columna. Para determinar el momento en que esto ha ocurrido, detectar uno de cada pocas fracciones de la columna en una placa de TLC.
      NOTA: El producto deseado, carbamato de 9, tiene un Rf de 0,31 en 90:10 CH 2 Cl 2 -Et 2 O.
    11. Recoge todas las fracciones que contienen el carbamato de 9 en un matraz tarado, de fondo redondo y se evapora el disolvente usando un evaporador rotatorio. Se seca la espumosa sólido resultante a sequedad bajo alto vacío. Analizar una muestra analítica (aproximadamente 5 mg) del producto, carbamato de 9 (1,36 g, 68% de rendimiento), por 1 H y 13 C RMN en CDCl3. También recolectar 1 H y 13 C espectros de RMN en dimetilsulfóxido deuterado (DMSO-d6), que permite la comparación directa con disolvente tque producto de la etapa 3.

3. Síntesis y Aislamiento de Clavatadine A (10) 3

  1. Preparar clavatadine A (10) por hidrólisis concomitante lactona catalizada por ácido y guanidina desprotección del carbamato de 9
    1. Preparar un recipiente limpio de 250 ml de fondo redondo matraz de reacción que contenía una barra de agitación magnética.
    2. En una balanza analítica, pesar 1,205 g (0,00181 mol, 1,00 equivalentes molares) de carbamato de 9, preparado en la etapa 2, y añadir este sólido al matraz de reacción de fondo redondo.
    3. Añadir 12 ml de tetrahidrofurano (THF) al matraz de reacción de fondo redondo de un cilindro graduado a temperatura ambiente (20 ° C). El sólido debe disolverse como la solución se agita.
    4. Preparar 48 ml de ácido 1,0 M acuoso clorhídrico (HCl).
      1. Añadir 4 ml de solución concentrada (12,0 M) HCl a una 10 ml cilindro graduado.
      2. Transferir la solución de HCl concentrado por tubería PasteurT a un 50 ml cilindro graduado que contiene 30-40 ml de agua destilada. Diluir esta solución con agua destilada hasta un volumen final de 48 ml.
    5. Añadir los 48 ml de solución acuosa 1,0 M de HCl preparado en la etapa 3.1.4.3 al matraz de reacción de fondo redondo a temperatura ambiente con agitación.
    6. Con cuidado, coloque un tapón 24/40 de vidrio esmerilado para cubrir la abertura del matraz de reacción.
    7. Sumergir el matraz de reacción en un baño de agua que ha sido precalentado a 30 ° C sobre una placa caliente de temperatura controlada. Asegúrese de que el nivel de la solución en el matraz de reacción está por debajo del nivel de agua en el baño.
      NOTA: En esta escala, la reacción producirá 2 equivalentes molares de dióxido de carbono y 2 equivalentes molares de gas isobuteno, el cual deberá ocupar un espacio de aproximadamente 0,174 L. Asegúrese de que el tapón se coloca suavemente en el frasco para asegurar que cualquier exceso de presión que desarrolla puede ser liberado a través de la junta esmerilada.
    8. mientras que conconti- la agitación magnética, calentar la solución a 30 ° C durante 20 hr.
    9. Después de 20 h, vacío filtrar la suspensión resultante a través de un embudo de vidrio sinterizado de porosidad media en un matraz de fondo redondo limpio, tarada para eliminar cualquier material insoluble.
    10. Se evapora la solución de color amarillo en el matraz de reacción utilizando un evaporador rotatorio con la temperatura del baño a 50 ° C y la rotación se establece en 120 rpm.
    11. Se seca el sólido de color melocotón amarillo-resultante en amorfo hasta peso constante a alto vacío. Facilitar el secado calentando el matraz evacuado en un ambiente cálido (40 ° C) baño de agua.
    12. Disolver una muestra analítica (aproximadamente 5 mg) del producto, que es la sal de hidrocloruro de clavatadine A (10) (0,866 g, 93% de rendimiento), en DMSO anhidro d 6, y analizarla por unidimensional 1 H y 13 espectroscopia de RMN C.

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Representative Results

Guanidinylation directa de un α disponible en el mercado, ω-diamina, seguido por reacción con trifosgeno, proporcionó el isocianato reactivo 8 como la parte lineal de clavatadine A (Figura 1b). Los rendimientos de esta secuencia de reacción de dos etapas son invariablemente alta, 95% o mayor. Reactivo Guanidinylation 6 se preparó exactamente como se describe por Goodman. 11,24

Cuando isocianato 8 se combinó con fenol dibromado 3 (cuya síntesis se muestra en la Figura 1a) en presencia de una cantidad catalítica de la base orgánica N, N-diisopropiletilamina, formación de carbamato proporcionado compuesto 9 (Figura 1c) con un rendimiento moderado. Una alícuota de la mezcla de reacción fue tomada después de 15 minutos y se trató. El análisis de IR de esta mezcla shdebía que el isocianato se había consumido completamente. Con estos datos, no está claro por qué el rendimiento de la reacción no es más alta. El reaislamiento de dibromofenol 3 después de la cromatografía sugiere que tal vez algunos de los isocianato descompone bajo las condiciones de reacción, o pueda tener el producto parcialmente hidrolizado durante el estudio diagnóstico o cromatografía. Por último, la hidrólisis de la lactona bajo condiciones ácidas fue acompañado por la desprotección de la guanidina grupos protectores que conducen a la molécula final, clavatadine A (10) (Figura 1d). La exposición de las moléculas que contienen benzofuranona-a metanol en cualquier etapa de la síntesis invariablemente llevó a metanolisis irreversible de la lactona; por lo tanto, el contacto con alcoholes pequeños es que debe evitarse.

Las figuras 2-8 incluyen NMR o IR espectros que confirman la estructura de cada compuesto cuya preparación se describe en el presente documento. Comparación de THe espectro de RMN de cada compuesto sintetizado con el espectro de RMN de su precursor sintético revela cambios estructurales que confirman la identidad de la molécula preparada. Cada espectro de RMN está adornado con flechas que muestran las asignaciones probables o confirmados para cada resonancia espectral con cada grupo de átomos de hidrógeno únicos en una molécula preparada. Datos adicionales de apoyo que confirma aún más las asignaciones estructurales dentro de las moléculas sintetizadas ha sido publicado en otra parte. 3

Figura 1
Figura 1. síntesis de paso racional de clavatadine A (10) por un enfoque guanidinylation etapa temprana directa. Esquemas ad ilustran la secuencia de reactivos químicos y condiciones de reacción para la preparación de clavatadine A (10) por un enfoque guanidinylation etapa temprana directa . (A) Síntesis de la arporción omatic, lactona del ácido 2,4-dibromohomogentisic (3). (B) Síntesis de la porción lineal, isocianato 8, por guanidinylation directa. (C) reacción de formación de carbamato-unir las subunidades aromáticos y lineal. (D) La hidrólisis ácida y Boc-desprotección del carbamato 9 que conduce a la sal clorhidrato de clavatadine A (10). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. Espectro de RMN de protón de confirmar la preparación del compuesto lineal di-Boc-agmatina (7). Los valores numéricos relativos a los desplazamientos químicos y la integración relativa de las señales de protones visibles están etiquetados encima y por debajo del espectro,respectivamente; asignaciones de picos se originan de la estructura que se muestra; y las impurezas conocidas se enumeran arriba de cada pico correspondiente 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
. Figura 3. espectro RMN de protón de confirmar la preparación de isocianato compuesto di-Boc-agmatina lineal (8) Los valores numéricos relativos a los desplazamientos químicos y la integración relativa de las señales de protones visibles están etiquetados encima y por debajo del espectro, respectivamente; asignaciones de picos se originan de la estructura que se muestra; y las impurezas conocidas se enumeran arriba de cada pico correspondiente 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.


Figura 4. espectro de infrarrojos (IR), que confirma la preparación de isocianato compuesto di-Boc-agmatina lineal (8). Los valores numéricos relativos a números de onda de absorción de bonos están etiquetados por debajo del espectro, pero por encima de la abscisa. El tramo de isocianato característica del compuesto 8 se puede encontrar en 2.265 cm -1. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5. espectro de RMN protónica de confirmar la preparación de carbamato 9, en CDCl3. Los valores numéricos relativos a los desplazamientos químicos y la integración relativa de pr visible Oton señales están etiquetados encima y por debajo del espectro, respectivamente; asignaciones de picos se originan de la estructura que se muestra; y las impurezas conocidas se enumeran arriba de cada pico correspondiente 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6
. Figura 6. espectro RMN de protón de confirmar la preparación de carbamato 9, en DMSO-d 6 Los valores numéricos relativos a los desplazamientos químicos y la integración relativa de las señales de protones visibles están etiquetados encima y por debajo del espectro, respectivamente; asignaciones de picos se originan de la estructura que se muestra; y las impurezas conocidas se enumeran arriba de cada pico correspondiente.ank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7
. Figura 7. espectro RMN de protón de confirmar la preparación de clavatadine A (10), en DMSO-d 6 Los valores numéricos relativos a los desplazamientos químicos y la integración relativa de las señales de protones visibles están etiquetados encima y por debajo del espectro, respectivamente; asignaciones de picos se originan de la estructura que se muestra; y las impurezas conocidas se enumeran arriba de cada pico correspondiente 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8
Figura 8. carbono (13 C) espectro de RMN confirma la preparación de clavatadine A (10), en DMSO-d6. Los valores numéricos relativos a los desplazamientos químicos se etiquetan encima del espectro 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Los esfuerzos iniciales para preparar clavatadine A alistaron un enfoque tradicional, indirecta a guanidinylation partir de un precursor de amina adecuado, que en este caso era una azida terminal. Fundamental para este esfuerzo fue la unión de las dos mitades de la molécula para construir el resto carbamato. Desafortunadamente, todos los intentos de realizar una reducción de la azida en previsión de una guanidinylation de la última etapa planificada no tuvieron éxito. 25,26 Estos retrocesos inspirados la búsqueda de compuesto 7, que podría prepararse en una sola etapa por guanidinylation directa a partir de materiales disponibles comercialmente. Aunque este método se ha utilizado en síntesis totales anteriores, en este caso, un enfoque directo eludido un estancamiento crítico encontrado en medio de innumerables intentos de instalar la funcionalidad guanidina protegida en un intermedio sintético avanzado. 27-29

La aplicación de este enfoque aminoguanidinylation directa se inició con la preparación de la conocida N, N'guanidina 7 -di-Boc-protegida reactivo de Goodman (6) y 1,4-butanodiamina (5) con un alto rendimiento. 3,6,30 La amina terminal protegida de guanidina 7 se convirtió en el isocianato reactivo 8 por la exposición a trifosgeno en una mezcla de disolventes bifásico. 3 en la transformación sintética penúltimo, el isocianato electrófilo 8 se trató con lactona del ácido 2,4-dibromohomogentisic (3) para formar el enlace carbamato central en compuesto 9. 3 Finalmente, la hidrólisis tándem lactona y desprotección de guanidina ocurrió en condiciones ácidas diluidas para proporcionar clavatadine a (10) en 93% de rendimiento. 3 el rendimiento global para toda la síntesis de cuatro pasos (secuencia lineal más larga) es 41-43%. 3

Para cada reacción química se describe enel protocolo que no se llevó a cabo en medios acuosos, el uso de alta pureza, disolventes libres de humedad era crítica. Algunos de los intermediarios reactivos formados durante estas transformaciones probablemente reaccionan con el agua adventicia, lo que lleva a la descomposición. Aunque el reactivo de Goodman (6) está disponible comercialmente, su coste sustancial y la relativa facilidad de la síntesis hizo su preparación una elección razonable. Una vez más, lo que minimiza la humedad de la destilación de cada reactivo y la temperatura minucioso control fueron fundamentales para su éxito síntesis, como se indica en el procedimiento publicado. 11

A pesar de la conveniencia inherente a este enfoque directo para la síntesis de compuestos que contienen aminoguanidina-biológicamente relevantes, existen limitaciones a este método. El uso de diferentes grupos de protección de amina es posible en este método guanidinylation directa, pero el éxito general siempre dependerá de la estrategia de grupo protector elegido. Principalmente, THe la selección de los grupos de protección de aminoguanidina requiere premeditación sustancial, debido a que la guanidina enmascarado debe permanecer intacta a través de cada etapa de síntesis subsiguiente. Además, la molécula diana avanzada debe ser capaz de soportar las condiciones y los reactivos necesarios para la desprotección de guanidina en el momento apropiado. En la síntesis de clavatadine A (10), se utilizaron grupos Boc sensibles a los ácidos para proteger la guanidina, que ha requerido la evitación de reacciones que requiere o se crea un ambiente ácido. En este caso, la necesidad de emplear condiciones ácidas para hidrolizar la lactona era óptima debido al hecho de que el ácido es un medio conveniente para escindir carbamatos Boc. 31 Aunque clavatadine A representa una plantilla ideal para mostrar este enfoque, guanidinylation directa debe ser susceptible de la preparación de muchas otras moléculas orgánicas naturales y no naturales. Con este fin, se están realizando esfuerzos en nuestro laboratorio para preparar varios ana no naturalgos de clavatadine A como parte de un programa de descubrimiento de medicamentos para desarrollar un inhibidor reversible y selectivo, en función de Productos Naturales del factor de coagulación de la sangre humana XI bis. 32

Lo que hace este método directo potencialmente mejor que el enfoque tradicional, indirecto es que se puede acortar una ruta de síntesis orgánica de múltiples pasos, la eliminación de la necesidad de proteger y desproteger un terminal de amina varias veces antes de instalar la funcionalidad de guanidina deseado. Aunque los métodos guanidinylation tradicionales, indirectos son eficaces, como la que se ilustra en la síntesis total reciente de Looper de saxitoxina, la inclusión de pasos extraños en una síntesis requiere mucho tiempo y, potencialmente, puede disminuir el rendimiento global. 33 Por otra parte, el valor de guanidinylation directa era destacó en un reciente síntesis total de 1,2,4-oxadiazol-conteniendo productos naturales phidianidine a y B. Esta síntesis total fue de dos pasos más corta que la síntesis descritaun año antes por Snider y compañeros de trabajo. 4,34

En el futuro, el método directo guanidinylation necesita ser ampliado y probado en diferentes andamios que contiene aminoguanidina-, inevitablemente, hacia la exploración de grupos guanidina proteger variadas. Clavatadine A y phidianidine A y B utilizan grupos protectores Boc para enmascarar la funcionalidad de guanidina. La siguiente etapa en el refinamiento de este método sería la de tratar las mismas reacciones con diferentes grupos protectores para ver si se pueden obtener mayores rendimientos. 4 Un trabajo reciente de Pfeffer, 35 Looper, 36 y Nagasawa 37 sugiere que una variedad de grupos de aminoguanidina proteger Además de Boc, tal como Cbz, así como derivados de Cbz puede ser alistado. Otro enfoque implicaría el uso de dos grupos protectores diferentes en el andamio de aminoguanidina. grupos de enmascaramiento juiciosamente elegidos con reactividad ortogonal pueden permitir la aminoguanidina a survivcondiciones e de reacción que escinden un grupo protector, dejando la otra intacta. 38 En conclusión, el método guanidinylation directa utilizada para la síntesis total de clavatadine A y variaciones de los mismos se pueden usar para sintetizar productos naturales que contiene guanidina-recién descubiertos y los productos farmacéuticos diseñados. 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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  16. Digital Lab Techniques: Reaction Work-Up II: Using the Rotovap. , MIT OpenCourseWare. at http://ocw.mit.edu/resources/res-5-0001-digital-lab-techniques-manual-spring-2007/videos/reaction-work-up-ii/ (2007).
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Un directa, Protocolo Guanidinylation Etapa Temprana para la Síntesis de complejos productos naturales que contiene aminoguanidina-
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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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