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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Des bisaziridines contiguës contenant des aziridines non activées et activées ont été synthétisées par aziridinations organocatalytiques asymétriques, puis soumises à des réactions chimiosélectives d’ouverture de cycle dans des conditions acides ou basiques. Le cycle aziridine non activé s’ouvre avec des nucléophiles moins réactifs dans des conditions acides, tandis que le cycle aziridine activé s’ouvre avec des nucléophiles plus réactifs dans des conditions de base.
Les aziridines, une classe de molécules organiques réactives contenant un cycle à trois chaînons, sont des synthons importants pour la synthèse d’une grande variété de composés cibles fonctionnalisés contenant de l’azote par l’ouverture de cycle régiocontrôlée d’aziridines C-substituées. Malgré les énormes progrès réalisés dans la synthèse de l’aziridine au cours de la dernière décennie, l’accès efficace aux bisaziridines contiguës reste difficile. Par conséquent, nous étions intéressés par la synthèse de bisaziridines contiguës portant un ensemble électroniquement diversifié de substituants N au-delà du squelette unique de l’aziridine pour des réactions régiosélectives d’ouverture de cycle avec divers nucléophiles. Dans cette étude, des bisaziridines chirales contiguës ont été préparées par aziridination organocatalytique asymétrique de (E)-3-((S)-1-((R)-1-phényléthyl)aziridine-2-yl)acrylaldéhyde chiral avec du N-Ts-O-tosyl ou de la N-Boc-O-tosylhydroxylamine comme source d’azote en présence de (2S)-[diphényl(triméthylsilyloxy)méthyl]pyrrolidine comme organocatalyseur chiral. Sont également démontrés ici des exemples représentatifs de réactions régiosélectives d’ouverture de cycle de bisaziridines contiguës avec une variété de nucléophiles tels que le soufre, l’azote, le carbone et l’oxygène, et l’application de bisaziridines contiguës à la synthèse de pyrrolidines chirales multi-substituées par hydrogénation catalysée par.
La conception rationnelle de petites molécules organiques avec divers sites réactifs qui contrôlent avec précision la sélectivité du produit est un objectif clé de la synthèse organique moderne et de la chimie verte 1,2,3,4,5,6,7,8. Pour atteindre cet objectif, nous nous sommes intéressés à la synthèse modulaire des aziridines. Les aziridines intéressent la plupart des chimistes organiques, en raison de leur cadre structurellement important9 avec un ensemble électroniquement diversifié de N-substituants qui peuvent conduire à des réactions régiosélectives d’ouverture de cycle avec plusieurs nucléophiles 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19, et diverses activités pharmacologiques telles que les propriétés antitumorales, antimicrobiennes et antibactériennes. Malgré les progrès de la chimie de l’aziridine, l’aziridine non activée et l’aziridine activée ont des synthèses indépendantes et des réactions d’ouverture de cycle dans la littérature20.
Par conséquent, nous avons cherché à synthétiser des bisaziridines contiguës comprenant à la fois les aziridines non activées et activées. Ces bisaziridines contiguës peuvent être utilisées pour rationaliser systématiquement un motif chimiosélectif d’ouverture de cycle basé sur les propriétés électroniques suivantes des deux aziridines différentes et leur réactivité aux nucléophiles 20,21,22,23,24: a) aziridines activées, dans lesquelles les substituants retirant des électrons stabilisent conjugativement la charge négative sur l’azote, réagissent facilement avec plusieurs nucléophiles pour autoriser les produits à ouverture annulaire; b) les aziridines non activées, dans lesquelles l’azote est lié aux substituants donneurs d’électrons, sont considérablement inertes envers les nucléophiles; par conséquent, une étape de pré-activation avec un activateur approprié (principalement des acides Brønsted ou Lewis) est nécessaire pour offrir les produits à anneau ouvert à haut rendement20,21,25,26.
La présente étude décrit la conception rationnelle de bisaziridines contiguës en tant que blocs de construction chiraux via l’organocatalyse sans métaux de transition et la synthèse de diverses molécules riches en azote à l’aide d’outils de modélisation prédictive pour les réactions d’ouverture de cycle des bisaziridines. Cette étude vise à stimuler l’avancement de méthodes pratiques pour la construction de composés bioactifs enrichis en azote et de produits naturels et la polymérisation des aziridines.
Les détails de tous les produits synthétisés (1-5), y compris la structure, les spectres RMN complets, la pureté optique et les données HRMS-MALDI, sont fournis dans le dossier supplémentaire 1.
1. Synthèse du 3-(aziridine-2-yl)acryl aldéhyde (1a)
2. Synthèse de bisaziridine contiguë (2a)
3. Synthèse du composé 3
4. Synthèse du composé 4
5. Ouverture sélective du cycle d’aziridines non activées : synthèse de 5d
6. Ouverture sélective du cycle des aziridines activées : Synthèse de 5f
7. Hydrogénation catalysée par d’aziridines contiguës : Synthèse de 5h
8. Analyse du polarimètre

9. Analyse RMN 1H et 13C
Pour étudier la faisabilité de la préparation d’une bisaziridine contiguë, le (E)-3-((S)-1-(R)-1-phényléthyl)aziridin-2-yl)acrylaldéhyde (1a) a d’abord été synthétisé comme substrat modèle selon la procédure mentionnée à l’étape 1 (figure 1)28.

Figure 1 : Synthèse de 1a comme substrat modèle. Le produit 1a a été synthétisé à partir de (R)-1-(R)-1-phényléthyl)aziridine-2-carbaldéhyde en utilisant le (triphénylphosphoranylidène)acétaldéhyde comme réactif. Cette figure est adaptée de Mao et al.28 et Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Par la suite, une aziridination de 1a a été réalisée pour obtenir des bisaziridines contiguës (2a et 2b) dans les conditions de réaction optimales suivantes 29,30,31,32,33,34,35 (étape 2 et figure 2) : a) Pour la synthèse de 2a : 1a (1,0 mmole), catalyseur B S (7 mol%), BocNHOTs comme source d’azote (équivalent 1,1), NaOAc comme base (équivalent 1,5), EtOAc (0,3 M) pendant 24 h à température ambiante; b) Pour la synthèse de 2b : 1a (1,0 mmole), catalyseur BS (7 mol%), TsNHOTs comme source d’azote (équivalent 1,1), NaOAc comme base (équivalent 1,5), THF (0,3 M) pendant 7 h à température ambiante.

Figure 2 : Synthèse de bisaziridines contiguës (2a et 2b). Les produits 2a et 2b ont été synthétisés à partir de 1a en deux étapes, en utilisant BS comme catalyseur dans la première étape et BocNHOTs ou TsNHOTs comme réactif dans la deuxième étape. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Après la construction de bisaziridines énantioenrichies portant des fractions aziridine non activées et activées, diverses molécules enrichies en azote (5a-g) ont été préparées par des réactions régiosélectives d’ouverture de cycle avec divers nucléophiles. Des exemples représentatifs des réactions d’ouverture du cycle des bisaziridines sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Ouverture régiosélective du cycle des bisaziridines avec divers nucléophiles. Ce tableau est adapté de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
En présence de l’acide de Lewis ZnCl2, de l’atome de soufre du 1-phényl-5-mercaptotétrazole et en milieu acideNH4Cl, l’amine de l’aniline s’attaque à l’atome C3 moins gêné des aziridines 3b et 4b pour donner les produits correspondants 5a et 5b, respectivement 36,37,38,39,40,41,42 (Tableau 1 , entrées 1 et 2). Le produit 5c a été synthétisé lorsque l’atome d’azote de N-méthylèneamine équivalente43, produit à partir de la 1,3,5-triéthylhexahydro-1,3,5-triazine en présence de ZnBr2 comme catalyseur, attaque l’aziridine non activée sur l’aziridine activée 3b n’ayant pas réagi, suivie d’une réaction de fermeture du cycle (tableau 1 , entrée 3). Étonnamment, le contrôle régiochimique de l’ouverture du cycle des aziridines non activées peut être obtenu par la sélection d’un groupe protecteur de l’azote approprié tel que le groupe Ts ou Boc sur les aziridines activées (tableau 1, entrées 4 et 5). On peut supposer que le modèle différentiel d’ouverture de l’anneau peut être attribué à la géométrie des modes d’activation lors de la protonation (c’est-à-dire les interactions secondaires) (Figure 3). L’interaction secondaire entre l’atome d’azote de l’aziridine non activée et l’atome d’azote adjacent du sulfamide en position C2' peut s’être produite, créant un environnement chiral stériquement encombré; l’attaque nucléophile consécutive de l’acétate sur l’atome C3 44,45,46 moins gêné aurait conduit à la formation du produit cinétique 5d (Tableau 1, entrée 4). D’autre part, l’interaction secondaire entre le proton de l’ion aziridinium et l’oxygène carbonyle peut impliquer la construction d’une circonstance plus souple et moins stériquement encombrée, conduisant à la formation du produit thermodynamique 5evia l’attaque nucléophile 20,21,22,23,24,25,26 d’acétate sur l’atome C2 le plus substitué (tableau 1, entrée 5). Notamment, divers nucléophiles, tels que S, N, C et O, ont attaqué favorablement l’aziridine non activée dans des conditions légèrement acides (tableau 1, entrées 1-5).

Figure 3 : Interactions secondaires plausibles pour les réactions sélectives d’ouverture de cycle de bisaziridines contiguës. (A) L’attaque nucléophile de l’acétate sur l’atome C3 moins gêné aurait entraîné la formation de produits cinétiques 5d. (B) L’attaque nucléophile de l’acétate sur l’atome C2 plus substitué aurait entraîné la formation du produit thermodynamique 5e. Cette figure est adaptée de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
La réaction sélective d’ouverture du cycle de l’aziridine protégée par N-Ts peut être accomplie avec de l’azoture (N3ˉ) pour obtenir le produit souhaité 5f, puisque l’azoture donne accès à l’atomeC3' 47,48,49 moins gêné (Tableau 1, entrée 6). En outre, l’isoxazoline N-oxyde 5g a été synthétisée par la formation d’un ester β-hydroxy-α-nitro et l’attaque nucléophile successive de l’atome d’oxygène nitronate sur l’atome C3' du cycle aziridine activé, tandis que l’aldéhyde bisaziridinyl contigu a été mis à réagir avec du nitroacétate d’éthyle et de l’imidazole 50 (tableau 1, entrée 7). Notamment, des réactions préférentielles d’ouverture du cycle des fractions aziridine activées se sont produites dans des conditions de base (tableau 1, entrées 6 et 7).
En présence de(OH)2/C,H2 (1 atm) et Boc2O,l’aldéhyde bisaziridinylique contigu a été facilement converti en composé chirolidine multisubstitué 5hpar les réactions consécutives suivantes51 (tableau 1, entrée 8 et figure 4).

Figure 4 : Illustration schématique de la synthèse de la pyrrolidine chirale. Ce chiffre a été modifié à partir de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Données de caractérisation des produits
Certains pics importants dans les données spectrales RMN 1H (Figure 5, Figure 6, Figure 7, Figure 8, Figure 9, Figure 10 et Figure 11) des composés sont les suivants. Le pic d’hydrogène aldéhyde apparaît à ≥9,00 ppm. Les pics des hydrogènes d’alcène apparaissent dans la plage de 5,00 à 7,00 ppm. Les pics des hydrogènes aziridiniques apparaissent à ≤3,50 ppm. Dans le cas de la bisaziridine, les hydrogènes apparaissent individuellement. Généralement, les pics des hydrogènes des autres groupes alkyles apparaissent à ≤3,00 ppm. Dans le cas du Boc et du TBS, les pics d’hydrogène sont généralement stationnaires et apparaissent sous forme de singulettes à ≤2,00 ppm. Dans le cas du composé à ouverture de cycle bisaziridine, les pics d’hydrogène du groupe alkyle apparaissent individuellement. Tous les détails des produits sont fournis dans le fichier supplémentaire 1 (spectres RMN complets, pureté optique et données HRMS-MALDI).
Les données spectrales RMN restantes des produits présentés dans le tableau 1 sont incluses dans le fichier supplémentaire 1 (5a-c, 5e et 5g).

Figure 5 : Données spectrales pour 1a : (A) spectre RMN 1H. (B) spectre RMN 13C. Pics notables dans le spectre RMN 1H : Les pics à 6,56 et 6,38 ppm correspondent aux hydrogènes alcènes situés entre l’aziridine et l’aldéhyde. De plus, le pic à 9,47 ppm correspond à l’hydrogène aldéhyde. Cette figure est adaptée de Mao et al.28. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6 : Données spectrales pour 2a : (A) spectre RMN 1H. (B) spectre RMN 13C. Pics notables dans le spectre RMN 1H : Le pic à 9,16 ppm indique que l’aldéhyde reste intact. Le pic à 1,48 ppm correspond aux hydrogènes Boc. Par rapport aux données spectrales de 1a, les pics d’hydrogènes d’alcène ont disparu; Cependant, les pics des hydrogènes aziridiniques générés sont détectés dans la plage de 1,25 à 1,72 ppm. Cette figure est adaptée de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7 : Données spectrales pour 3a : (A) spectre RMN 1H. (B) spectre RMN 13C. Pics notables dans le spectre RMN 1 H : Le pic à 1,42 ppm correspond à l’hydrogène de l’alcool dans l’alcool éthylique adjacent à l’aziridine, ce qui indique que l’aldéhyde dans 2a a été réduit en alcool éthylique. De plus, les pics à 4,00 et 3,54 ppm représentent les hydrogènes de méthylène dans l’alcool éthylique. Cette figure est adaptée de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8 : Données spectrales pour le spectre RMN 4a : (A) 1H. (B) spectre RMN 13C. Pics notables dans le spectre RMN 1H : Les pics à 0,90 et 0,07 ppm correspondent aux hydrogènes TBS. Cette figure est adaptée de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 9 : Données spectrales pour 5d : (A) spectre RMN de 1H. (B) spectre RMN 13C. Pics notables dans le spectre RMN 1H : Le pic à 2,13 ppm correspond aux hydrogènes méthyliques de l’acétate. Les pics à 4,43 et 4,15 ppm correspondent aux hydrogènes de méthylène adjacents à l’acétate, formés après l’ouverture du cycle aziridine par l’acide acétique. Ainsi, les pics à 2,13, 3,11, 4,15 et 4,43 ppm sont une preuve directe de la réaction d’ouverture de l’anneau. Cette figure est adaptée de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 10 : Données spectrales pour le spectre RMN 5f : (A) 1H. (B) spectre RMN 13C. Pics notables dans le spectre RMN 1H : Le pic à 4,95 ppm correspond au proton amine. Le pic à 3,72 ppm correspond à l’hydrogène attaché au carbone lié à l’azoture. Ces pics sont la preuve directe de l’ouverture cyclique de l’aziridine portant le groupe -Ts par le nucléophileN3ˉ. Cette figure est adaptée de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 11 : Données spectrales pour 5h : (A) spectre RMN de 1H. (B) spectre RMN 13C. Pics notables dans le spectre RMN 1 H : Les pics à 1,70, 1,99, 3,32, 3,45 et 3,65 ppm correspondent aux hydrogènes de la pyrrolidine. Le pic du proton amine adjacent au groupe -Ts chevauche les autres groupes phényle à 7,30 ppm. Ces pics démontrent l’ouverture du cycle et l’hydrogénation de la bisaziridine et la formation ultérieure de nouveaux composés cycliques. Cette figure est adaptée de Rhee et al.52. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Fichier supplémentaire 1 : La structure, les spectres RMN, la pureté optique et les données HRMS-MALDI des produits synthétisés. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Des bisaziridines contiguës contenant des aziridines non activées et activées ont été synthétisées par aziridinations organocatalytiques asymétriques, puis soumises à des réactions chimiosélectives d’ouverture de cycle dans des conditions acides ou basiques. Le cycle aziridine non activé s’ouvre avec des nucléophiles moins réactifs dans des conditions acides, tandis que le cycle aziridine activé s’ouvre avec des nucléophiles plus réactifs dans des conditions de base.
Cette recherche a été financée par la subvention de l’Institut coréen des sciences fondamentales (Centre national d’installations et d’équipements de recherche) financée par le ministère de l’Éducation (2022R1A6C101A751). Ce travail a également été soutenu par des subventions de la Fondation nationale de la recherche de Corée (NRF) (2020R1A2C1007102 et 2021R1A5A6002803).
| (R)-(+)-&alpha ;,&alpha ;-Diphényl-2-pyrrolidineméthanol triméthylsilyléther | Sigma-Aldrich | 677191 réactif | |
| (R)-1-((R)-1-phényléthyl)aziridine-2-carbaldéhyde | Imagene Co., Ltd. | réactif | |
| (s)-(&ndash ;)-&alpha ;,&alpha ;-Diphényl-2-pyrrolidineméthanol triméthylsilyléther | Réactif | ||
| (S)-2-677183(diphényle(((trim ethylsilyl)oxy)méthyl)pyrrolidine | Sigma-Aldrich | 677183 | réactif |
| triphénylphosphoranylidène) acétaldéhyde | Sigma-Aldrich | 280933 | |
| 1,2-dichloroéthane | Sigma-Aldrich | 284505 | solvant |
| AB Sciex 4800 Plus MALDI TOFTM (matrice d’acide 2,5-dihydroxybenzoïque (DHB)) | Sciex | Spectres de masse haute résolution | |
| Acide acétique | Sigma-Aldrich | A6283 | Réactif |
| Chlorure d’ammonium | Sigma-Aldrich | 254134 | réactif |
| aniline | Sigma-Aldrich | 132934 | réactif |
| Autopol III polarimètre numérique | Rudolph Recherche Polarimètre analytique | ||
| AVANCE III HD (400 MHz) spectromètre | Bruker | Spectromètre RMN | |
| Bruker Ascend 500 (500 MHz) | Spectromètre RMN | Bruker | |
| Celite 535 | Sigma-Aldrich | 22138 | Pour Tampon Célite |
| Dichlorométhane | Sigma-Aldrich | 270997 | solvant |
| Dicarbonate de dicarbonate de dicarbonate de dichlorométhane | Réactif | 361941 | Sigma-Aldrich |
| Acétate d’éthyle | Solvant | 270989 | Sigma-Aldrich |
| Nitroacétate d’éthyle | Réactif 192333 Sigma-Aldrich | ||
| Imidazole | Sigma-Aldrich | I2399 | INOVA |
| 400WB (400 MHz) | Spectromètre RMN | Varian | |
| JMS-700 | JEOL | High résolution spectres de masse | |
| Méthanol | 322415 | solvant | Sigma-Aldrich |
| N-Boc-O-tosylhydroxylamine | Réactif | 775037 | Sigma-Aldrich |
| P-2000 | Polarimètre | JASCO | |
| Hydroxyde de palladium sur carbone | Réactif212911 | Sigma-Aldrich | |
| Réactif Phényl-1H-tétrazole-5-thiol | TCI | P0640 | |
| Gel de silice | Sigma-Aldrich | 227196 | Pour la cléromatographie flash |
| Gel de silice sur plaques CCM | Plaque CCM Merck | 60768 | |
| Acétate de sodium | Réactif Sigma-Aldrich | S8750 | |
| Azoture de sodium | Sigma-Aldrich | Réactif S2002 | |
| Réactif | |||
| borohydrure de sodium Réactif 452882 Sigma-AldrichCarbonate de sodium | Sigma-Aldrich | S2127 | réactif |
| chlorure de tert-butyldiméthylsilyle | Sigma-Aldrich | 190500 | réactif |
| Tétrahydrofurane | Solvant | 401757Sigma-Aldrich | |
| Toluène | Sigma-Aldrich | 244511 | solvant |
| Bromure de zinc | Réactif | 230022 | Sigma-Aldrich |
| Chlorure de zinc | Réactif Sigma-Aldrich | 429430 |