סינתזה של pH תלוי Pyrazole, Imidazole, ו Isoindolone דיפירינון פלואורופורים באמצעות גישת עיבוי Claisen-שמידט

תגובת עיבוי קלייסן-שמידט היא תגובה עתיקת דופן, שדווחה לראשונה על ידי קליזן ושמידט בו זמנית בשנת 1881. זה כרוך תוספת enolate בסיוע בסיס של קטון או אלדהיד, המוצג בכחול, לתוך אלדהיד ארומטי, המוצג באדום. בתחילה, התוספת של enolate תוצאות היווצרות של אלכוהול, כפי שמוצג בסוגריים.

עם זאת, התייבשות לאחר מכן בסופו של דבר מייצרת enone. מכיוון שהאארו-אלדהיד אינו מכיל מימן אלפא, הוא אינו יכול ליצור אנולאט. כתוצאה מכך, לעתים קרובות בסיסים חלשים, כגון הידרוקסיד, ניתן להשתמש כדי ליצור את enolate.

עיבוי Claisen-שמידט שימש ליצירת מספר תרכובות לאורך השנים. עם זאת, הוא שימש בהרחבה כדי להצטרף למערכות טבעת ארומטי של chalcones ו flavanones, אשר מוצגים באדום וכחול. החלק הכחול מציין כי נגזר enolate ואת האדום הוא של החלק הארומטי.

chalcones ו flavanones הם הליבה החיונית למגוון של מולקולות פעילות ביולוגית בעלי מגוון רחב של פעילויות, כגון אנטי בקטריאלי, אנטי פטרייתי, אנטי דלקתיות, אנטי גידול, בהתאם לדפוס ההחלפה. סוג רחב נוסף של מולקולות שנוצרו מתגובת עיבוי Claisen-Schmidt הוא תרכובות מתוך גישור אשר אנו נותנים דוגמאות במחקר זה. המעבדה שלנו מעוניינת המרכיבים פלואורסצנטיים של בילירובין פיגמנט, אשר באופן טבעי מייצר מוצר השפלה של heme.

הסינתזה של בילירובין ורבים ממרכיביו סובבת סביב עיבוי מסוג Claisen-Schmidt, אשר ניתן לדמיין במבנים המוצגים על ידי enolate כחול ורכיבי אלדהיד ארומטי אדום. בדרך כלל, מרכיבים ישירים של בילירובין, כגון dipyrrinones, הם שאינם פלואורסצנטיים. עם זאת, אם אחד מגשר בין שתי קבוצות חנקן עם קבוצת מתילן או קרבוניל, המולקולות וכתוצאה מכך להיות פלואורסצנטי מאוד, כגון במקרה של xanthoglows.

בדרך כלל, dipyrrinones לספוג UV או אור כחול, שתוצאתו תהליך איזומריזציה Z עד E. כמו dipyrrinones מקוצרים, N ב dipyrrinones גשר גם לספוג UV או אור כחול, אבל נבדלים בכך שהם להירגע במצב נרגש באמצעות פלואורסצנטיות. לאחרונה גילינו סדרה של נגזרות dipyrrinone אשר למעשה פלואורסצנטי ללא גשר covalent המחבר בין שתי קבוצות חנקן.

במקום זאת, נראה כי קשר מימן מרתיע את תהליך איזומריזציה Z עד E, המוביל למצב של פלואורסצנטיות. בנוסף, התגלית הבלתי צפוית נעשתה כי מולקולות אלה ניתן deprotonated במדיה בסיסית, המוביל ספקטרום פליטת ספיגה redhifted במצבים deprotonated. כתוצאה מכך, מולקולות אלה עשויות להיות בעלות ערך כבדיקות pH יחסיות.

נגזרות דיפרינון פלואורסצנטי משמשים, יצירת הסתגלות קלה בתגובת עיבוי Claisen-שמידט המסורתית. פרוטוקול זה חורג מתגובת עיבוי Claisen-Schmidt המסורתית בכך אנולט vinylogous נגזר pyrrolinone או isoindolone הוא המקור הנוקליאופילי. enolate vinylogous מוסיף גם pyrazole או aldehyde imidazole כדי ליצור ספרייה קטנה של אנלוגים dipyrrinone.

ההליך המשמש ליצירת ספריה זו מאויר בסרטון הווידאו. עם זאת, ניתן להשתמש בצעדים מקבילים כדי לבצע את תגובת Claisen-Schmidt המסורתית. בעוד התגובה Claisen-שמידט כבר והוא עדיין תגובה סינתטית בשימוש נרחב, זהו ספירת וידאו הראשונה של שיטה זו, אשר אנו מודעים.

כדי להתכונן לסינתזה של אנלוגי dipyrrinone פלואורסצנטי באמצעות עיבוי אלדול, לשקול שווה ערך של נוקלאופיל ואלקטרופיל שנבחרו. לאחר מכן מוסיפים אותם לבקבוקון תחתון עגול 25 מיליליטר המכיל מוט ערבוב מגנטי. למדוד חמישה מיליליטר של אתנול באמצעות גליל בוגר.

לאחר מכן מוסיפים את האתנול לבקבוקון התחתון העגול. מידה 2.4 מיליליטר של שהוכנו בעבר 10 אשלגן טוחן הידרוקסיד באמצעות גליל מדורג. לאחר מכן מוסיפים את אשלגן הידרוקסיד לבקבוקון.

כדי להגדיר את הבקבוק עד reflux, להחיל כמות מספקת של שומן ואקום על מפרק זכוכית הקרקע של מסוף תגובה כדי למנוע תפיסה של מפרקי זכוכית הקרקע. לחבר את המסוף לאספקת מים קרים, ולאחר מכן לחבר את המפרק המשומן של המסוף לבקבוק התחתון העגול. לאחר מכן מניחים את הבקבוק באמבט שמן או על בלוק חימום אלומיניום שיכול לשמור על טמפרטורה קבועה באמצעות זוג תרמי עם stirrer צלחת חמה.

מחממים לטמפרטורת ריפלוקס ומאפשרים לתגובה לבחוש. תערובת התגובה צריכה להיות מנוטרת על ידי כרומטוגרפיה שכבה דקה בשעה אחת, שלוש, שש, 12 ו 24 שעות כדי לאמוד את שיעור התגובה ולבדוק צריכה מלאה של החומרים ההתחלתיים. אפשר לבקבוק להתקרר לטמפרטורת החדר, ואז לאדות את ממס האתנול באמצעות מאייד סיבובי.

מניחים את הבקבוק באמבט קרח ומאפשרים לבקבוק להשתוות לטמפרטורת אמבט הקרח במשך חמש דקות. לנטרל כל אשלגן הידרוקסיד שנותר בבקבוק על ידי הוספת 1.7 מיליליטר של חומצה אצטית בחלק אחד. אם היווצרות גביש התרחשה לאחר נטרול, ולאחר מכן בצע את הליך טיהור סינון ואקום.

אם לא נצפתה היווצרות גביש, בצע את הליך טיהור הכרומטוגרפיה של עמודת הפלאש. מניחים פיסת נייר סינון עגולה על גבי המשפך ומרטיבים קלות את הנייר באמצעות מים שעברו דה-יון כדי לדבוק בו במשפך. כדי להתכונן לסינון ואקום של גבישים, התאימו משפך הירש או בוכנר לבקבוק זרוע צדדית באמצעות מתאם גומי מותאם.

כדי להימנע מסתימת נייר הסינון שיכול לעכב סינון, השתמשנו במשפך הירש או בוכנר גדול יותר מהמקובל בתהליכי סינון בקנה מידה דומה. יוצקים את התוכן מהבקבוקון התחתון העגול על נייר המסנן ומאפשרים לתערובת לסנן. לשטוף את הגבישים במהלך תהליך הסינון באמצעות 10 מיליליטר של מים deionized קר כקרח.

לאחר הסינון, מעבירים את הגבישים לבקבוקון תחתון עגול 25 מיליליטר. החל מעיל קל של שומן ואקום על מתאם זכוכית קו ואקום בהספק גבוה, ולאחר מכן לחבר את המתאם לבקבוק התחתון העגול. אבטחו את מפרק הזכוכית בעזרת קליפ של קק.

כדי להכין את ואקום כוח גבוה לייבוש הגבישים של כל ממס שיורית, לקרר כראוי את מלכודת ואקום זכוכית עם תערובת של קרח יבש אצטון. חבר קו ואקום בהספק גבוה למתאם הזכוכית המחובר לבקבוקון התחתון העגול. הפעל את משאבת ואקום כוח גבוה ולאפשר את הגבישים להתייבש לפחות שעה אחת.

לאחר הגבישים התייבשו מספיק תחת ואקום, לכבות את משאבת ואקום ולשחרר את חותם ואקום על מנת להסיר את הבקבוק התחתון העגול. לשקול את הגבישים היבשים לדווח על תשואת אחוז התגובה. כדי להתכונן לטיהור באמצעות כרומטוגרפיה של עמוד פלאש, הוסיפו את התערובת המטופלת בחומצה שלא יצרה גבישים מהליך הסינתזה למשפך הפרדה.

למדוד 10 מיליליטר של dichloromethane באמצעות גליל מדורג ולהשתמש בזה כדי לדלל את התערובת שטופלה בחומצה במשפך ההפרדה. סגור בעדינות לנער את משפך ההפרדה תוך הקפדה על אוורור לעתים קרובות. לאחר מכן, שתי שכבות נפרדות אמורות להיות גלויות במשפך המפריד.

לחלץ את השכבה מימית באמצעות חמישה מיליליטר נוספים של דיכלורומטאן. השלם שלב זה פעמיים נוספות. מערבבים את כל השברים האורגניים ומוסיפים כמות מספקת של נתרן גופרתי נטול מים על מנת לייבש את השברים האורגניים.

מעבירים את השברים האורגניים המיובשים לבקבוקון תחתון עגול ומסירים את הדיכלורומתאן באמצעות מאייד סיבובי. לדלל את השאריות הנותרות עם חמישה מיליליטר נוספים של דיכלורומטן. הכן עמודה באמצעות כ 75 גרם של ג'ל סיליקה ולהשתמש בזה כדי לבצע כרומטוגרפיה עמוד פלאש על המדגם, באמצעות 10% מתנול ב dichloromethane כמו אלונט.

לאדות את האלגנט מן השברים שנאספו באמצעות מאייד סיבובי. מכינים את משאבת ואקום כוח גבוה מלכודת ממס זכוכית, כפי שתואר קודם לכן בהליך טיהור סינון ואקום, ולאפשר מוצק שנאסף להתייבש תחת ואקום גבוה לפחות שעה אחת. לאחר הגבישים כבר מיובשים מספיק תחת ואקום, לשקול את הגבישים היבשים לדווח על תשואה אחוז התגובה.

כדי לאשר את המבנה של כל אחד מהאנלוגים של דיפרינון בספרייה, מספר שיטות ספקטרוסקופיות נוצלו בשילוב, כולל ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית, ספקטרוסקופיית אינפרא אדום וספקטרומטריית מסה ברזולוציה גבוהה. ספקטרוסקופיית UV-Vis ופלואורסצנטית שימשו באפיון הפוטיפיזי של אנלוגים דיפירינון פלואורסצנטי. באמצעות תגובת עיבוי Claisen-שמידט, הצלחנו לסנתז ספרייה קטנה של 10 תרכובות, כולל זו של תרכובת בקרה שלא יכולה לעסוק בקשרי מימן בין-מולקולריים.

התשואות לאנלוגיות דיפרינון נעו בין כ-40% לכמעט כמותיות והן מפורטות מתחת לכל מולקולה. התרכובות בעלות התפוקה הקוונטית הגבוהה ביותר, הן בצורות הפרוטונים והן בצורות המופקות, נגזרו מ- 2-formylimidazole ומוצגות בקופסאות ורודות. תרכובת הבקרה, שאינה פלואורסצנטית, נמצאת בקופסת ציאן.

נגזרות dipyrrinone תחת מנורת גל סטנדרטית 365 ננומטר ארוך נותן פלואורסצנטיות שנצפו. אפשר לראות חזותית את הפלואורסצנטיות המוסחת מחדש הנובעת מ deprotonation. דרך הצבע של הבקבוקונים, הם עוברים מכחול לציאן בצבע.

לקבלת נתונים כמותיים יותר על התכונות הפוטיפיזיות והפיזיות האחרות של נגזרות הדיפירינון, אנו מכוונים את הצופים לשולחן 2 בחלק הכתוב של כתב היד. בסך הכל, תגובת עיבוי Claisen-Schmidt מספקת גישה למגוון של תרכובות ארומטיות אופניים הקשורים מתאן. עם זאת, יש כמה מגבלות.

התגובה תלויה הן בשימוש בגרנולאופיל ניתן לאנולי והן באלדהיד אלקטרופילים שאינם ניתנים לאנוליזה, כגון ארו-אלדהיד, על מנת לעבור עיבוי מוצלח. באי עמידה בדרישה בסיסית זו, ניסיונות לבצע תגובה זו עלולים לגרום לחוסר היכולת לקשר יחד את מערכות הטבעת ו/או את הדור של מוצרי צד מתחרים. שיקול נוסף הוא כי תנאים בסיסיים משמשים ליצירת nucleophile enolate אשר יכול ליצור אי התאמה עם קבוצות פונקציונליות רגישים לתגובות עם הידרוקסיד.

במקרים כאלה, ניתן להחליף הידרוקסיד עם בסיסים חנקניים או קרבונט כי הושג עם DBU, triethylamine, piperidine, הבסיס של Hunig ונתרן קרבונט. פשוט בחרנו להשתמש באשלגן הידרוקסידי בשל זמינותו והוצאותיו היחסיות. למרות מגבלות אלה, השיטה המתוארת בפרוטוקול יכולה לספק אמצעי צימוד טבעות ארומטיות למערכות רבות באמצעות תגובה חד-שלבית פשוטה וחסכונית מבחינה פרוצדורלית.

במקרה של אנלוגים dipyrrinone יש לנו מסונתז, עיבוי Claisen-שמידט אפשרה אחד המסלולים הנגישים ביותר פלואורופורים תלויי pH המתוארים עד כה. עם זאת, עיצובים עתידיים של אנלוגים dipyrrinone יפותחו באמצעות ההליך המתואר על מנת ליצור תרכובות פלואורסצנטיות עם יכולת מליטה מימן intermolecular חזק יותר וערכי pKa נמוכים יותר. צפו שבדיקות משופרות אלה תלויות pH יחזיקו בתפוקות קוונטיות גבוהות יותר, תוך מתן אפשרות להדמיה של תנודות pH עבור מגוון רחב יותר של אירועים תאיים.