Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Серкоспорин-Фотокаталез, и 4-2-аннуляции Азоалькенеса в мягких условиях

Published: July 17, 2020 doi: 10.3791/60786
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1, 2, 1
1Key Laboratory of Carbohydrate Chemistry and Biotechnology, Ministry of Education, School of Biotechnology, Jiangnan University, 2School of Pharmaceutical Science, Jiangnan University
* These authors contributed equally

Summary

Были разработаны новые маршруты для синтеза азотсодержащих гетероциклов с использованием церкоспорина в качестве безметаллового фотокаталяста.

Abstract

Интерес к азотсодержащим гетероциклам быстро расширяется в синтетическом сообществе, поскольку они являются важными мотивами для новых наркотиков. Традиционно они синтезировались с помощью термальных реакций цикагруздиции, в то время как сегодня, фотокатализ является предпочтительным из-за мягких и эффективных условий. С таким акцентом весьма желательно новый фотокаталитический метод синтеза азотсодержащих гетероциклов. Здесь мы сообщаем протокол для биосинтеза cercosporin, который может функционировать как безметаллов фотокаталист. Затем мы иллюстрируем cercosporin-photocatalyzed протоколы для синтеза азотсодержащих гетероциклов 1,2,3-тиадиазолы через аннуляцию азоалькенов с KSCN, и синтез 1,4,5,6-тетрагидропиридазины через циклодимеризацию аальццин под мягкими условиями. В результате, есть новый мост между методом микробного брожения и органического синтеза в мягкой, экономически эффективной, экологически чистой и устойчивой основе.

Introduction

Азотсодержащие гетероциклы привлекли большое внимание, так как они являются не только важными скелетами для широкого спектра натуральных продуктов с биоактивацией, но и синтетическими прекурсорами для агрохимикатов и молекул наркотиков1,2. Среди различных N-гетероциклов, N1,2,3-тиадиазолы3,,4 и 1,4,5,6-тетрагидропиридазин5,6 являются наиболее важными молекулами, которые используются в качестве универсальных промежуточных в синтетической химии(рисунок 1). Поскольку модификация их функциональных групп всегда вызывает отличительную фармакологическую деятельность, значительные усилия были направлены на разработку эффективных стратегий для синтеза азотсодержащих гетероциклов, и они были в основном синтезированы через тепловые реакции cycloaddition7,,8,9,10. В настоящее время, для удовлетворения требований устойчивого развития и зеленой химии, фотокатализ оказывает большое значение и преимущества11,12,13,,14, которая включает в себя эффективность15,16,17,18,19 и избегание стоихиометрических реагентов для активации20,21. Мощные и универсальные четырехединитные промежуточные, азоалькенес (1,2-диаза-1,3-диен)22,23,24,,25,26,27,28,29, были использованы в качестве прекурсоров в металлической ru (bpy)3Cl2-фотокаталицированные реакции с высокой эффективностью для аннулирования галогено гидразин и кетокарбонил30. Кроме того, он также был использован в безметаллов Eosin Y фотоканализированной системы, но предоставление желаемого продукта только в 7% урожайности. Поскольку безметалловые фотокаталиты демонстрируют большое преимущество перед переходными металлическими фотокаталитами, в отношении экологического фактора, а также более дешевых цен18,,19,очень важно разработать новые безметалловые фотокаталитические системы для синтеза N-гетероциклов. N

Cercosporin31,32,33,34,35, hypocrellin36,37,38,,39,40, elsinochrome41 и phleichrome42,43 (Рисунок 2) принадлежат периленехиноиду пигмента (PP) в природе и конечные по завершению, грибы, грибы которые были широко исследованы в отношении их фотофизических и фотобиологических свойств, и применяется в фотодинамической терапии и фотофизической диагностики, из-за их сильного поглощения в УФ-визави области и уникальные свойства фотосенсибилизации36,44,,45,46,47. После облучения, эти ПЗП могут быть вызваны возбужденных состоянии, а затем генерировать активные виды через передачу энергии (EnT) и передачи электронов (ET)35,38,44,,48,49,50,5151,52,53,54. Таким образом, мы предполагали, что эти природные ПЗП могут быть использованы в качестве "безметаллических" фотокаталиптов для привода органических реакций, которые редко были исследованы55,56,57,58,59.

В этом году мы сообщаем о протоколе биосинтеза церкоспорина от жидкого брожения, а затем применяем его в качестве безметаллового фотокаталиста для реакции аннулуляции азоалкейных и KSCN, а также циклодимеризация азоалькенов, которые поставляют 1,2,3-тиадиазолы и 1,4,5,6 - тетрагидропиридазины с высокой эффективностью при мягкой эффективности, соответственно(рисунок 3).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: - Halo-N-ацил-гидразоны были подготовлены в соответствии с опубликованной процедуройN60. Все растворители и другие химические реагенты были получены из коммерческих источников без дальнейшей очистки. Сначала мы описали синтез й-Гало-Н-ацил-гидразонов и биосинтеза церкоспорина как безметаллового фотокаталиста. αN Далее мы проиллюстрировали протоколы реакций серкоспорина-фотокаталазеза для синтеза 1,2,3-тиадиазолов и 1,4,5,6-тетрагидропиридазинов.

ВНИМАНИЕ: Все манипуляции должны быть проведены осторожно носить перчатки, лабораторные пальто, и очки. Настоятельно рекомендуется внимательно читать MSDS для каждого химического вещества и растворителя, используемого в этих реакциях и процессе очистки. Химические вещества можно взвесить на балансе на скамейке запасных. Все органические реакции должны быть установлены в дымовой капюшон и процесс очистки также должны осуществляться в дымовой капюшон.

1. Подготовка к -Halo-N-ацил-гидразоныN

  1. Взвесьте 10 ммоль кетона и 10 ммоль бензоила гидразина в колбу.
  2. Добавьте 20 мл CH3OH в колбу.
  3. Оборудуй колбу резиновой пробкой и перемешиванием.
  4. Введите 0,25 мл HCl медленно в смесь.
  5. Инкубировать колбу в воздухе при комнатной температуре в течение 4 ч.
  6. Соберите осадок после реакции путем фильтрации и промыть ацетоном.
  7. Высушите продукт вакуумом и определите по ЯМР.

2. Приготовление цекопорина

  1. Заряжай 3 Л тряльную колбу с 1 л среды S-7.
  2. Прививите цекопоспорин-производящих штамм56 в тряльную колбу.
  3. Культура смеси при светлых условиях при 135 г/мин, 25 градусов по Цельсию в течение 2 недель.
  4. Подвергнете ферментационный бульон вакуумной фильтрации с помощью вакуумного насоса для получения супернатанта и гранул.
  5. Соберите гранулы и высушите его в морозильной сушилке.
  6. Извлеките гранулы и супернатант отдельно с 3 х 50 мЛ дихлорметана.
  7. Смешайте органические фазы и промойте водой 2-3 раза.
  8. Сосредоточьте органическую фазу под вакуумом.
  9. Повторно растворите остаток с аналитическим метанолом и процедите через 0,18 мкм органическую микрофильтрационную мембрану.
  10. Очистите cercosporin с помощью колонки Sephadex LH-20 и определите по HPLC.

3. Приготовление 1,2,3-тиадиазолов

  1. Взвешивание из -Halo-N-ацил-гидазон (0,2 ммоль, 1,0 экв), 1 мг церкоспорина (0,002 ммоль, 0,01 эквив.), 27 мг тBuOK (1,2 эквв) и 39 мг KSCN (2 equiv) в ванну 10 мЛ Шленк, оснащенную резиновой пробкой и перемешиванием.N
  2. Очистите трубку Шленка O2 три раза.
  3. Введите сухой CH3CN (2 мл) в трубку Schlenk.
  4. Тема Schlenk трубки 5 W синий светодиод снизу 16 ч.
  5. Вымойте с 4 х 15 мл насыщенного раствора NaCl и объединить aqueous фазы.
  6. Повторно извлеките аквийную фазу с 4 х 15 мл этилового ацетата.
  7. Комбинат органической фазы и сухой с ангидроусом Na2SO4.
  8. Удалите растворитель с помощью вакуумного испарителя.
  9. Очистите продукт 3 по кремнеземной гелевой колонке хроматографии (элуант, нефть: этиловый ацетат No 10:1) и определите по ЯМР.

4. Приготовление 1,4,5,6-тетрагидропиридазин

  1. Взвешивание из й-Halo-N-acyl-hydrazone (0,5 ммоль), 2,7 мг cercosporin (0,01 экв), и 195 мг Cs2CO3 (1,2 equiv) в 10 мл Schlenk ванной оснащен резиновой пробкой и перемешивания бар.N
  2. Очистите трубку Шленка С N2 три раза.
  3. Введите CH3CN/H2O (10:1, 2 мЛ) в трубку Шленка.
  4. Тема Schlenk трубки 5 W синий светодиод снизу 16 ч.
  5. Вымойте с 4 х 15 мл насыщенного раствора NaCl и объединить aqueous фазы.
  6. Повторно извлеките аквийную фазу с 4 х 15 мл этилового ацетата.
  7. Комбинат органической фазы и сухой с ангидроусом Na2SO4.
  8. Удалите растворитель с помощью вакуумного испарителя.
  9. Очистите продукт 4 по кремнеземной гелевой колонке хроматографии (элуант, нефть: этиловый ацетат No 10:1) и определите по ЯМР.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Синтез й-Гало-N-ацил-гидразонов:N Они синтезируются в соответствии с Протоколом 1.

Синтез цекопорина: Он был синтезирован и очищен в соответствии с Протоколом 2. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3): ppm 14.82 (ы, 2H, ArH), 7.06 (s, 2H, ArH), 5.57 (s, 2H, CH2), 4.20 (s, 6H, 2OCH3),3.62-3.57 (m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, m, 3.62-3.57 2H, CH2), 3.42-3.37 (м, 2H, CH2), 2.93-2.88 (м, 2H, CH2), 0.63 (d, 6H, J 8 Hz, 2CH3)(рисунок 4). 13 C NMR (101 МГц, CDCl3): ppm 207.0, 181.8, 167,4, 163,4, 152,8, 135,4, 130,6, 127,9, 112,9, 109,3, 108,2, 92,6, 68,1, 61,2, 42,2, 19,3. HRMS (ESI----TOF) точная масса кальция для C29H25O10 "M-H"- 533.1448, найдена 533.1468.

Синтез 4-фенил-1,2,3-тиадиазол (3a): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 3 с 88% урожайности. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3): ppm 8.66 (ы, 1H), 8.07-8.05 (м, 2H), 7.55-7.44 (м, 3H)(рисунок 5). 13 C NMR (100 МГц, CDCl3): ppm 162.9, 130.8, 129.9, 129.4, 129.2, 127.4 (Рисунок 6). HRMS (ESI-З-TOF) точная масса calcd для C8H7N2S »М»H» 162.0330, найдено 163.0349.

Синтез 4-(4-фторфенил)-1,2,3-тиадиазол (3b): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 3 с 72% урожайности. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3): ppm 8.60 (s, 1H), 8.09-8.02 (м, 2H), 7.19-7.19 (м, 2H). 13 C NMR (100 МГц, CDCl3): ppm 164.3-161.9 (d, JC-F 240 Гц), 161,3, 133,6, 129,8 (d, JC-F - 9,0 Гц), 127,8 (d, JC-F - 3,0 Гц), 116,7 (д, JC-F - 22,0 Гц). HRMS (ESI-З-TOF) точный массовый кальцик для C8H6FN2S (МЗХ) 181,0196, найденный 181.0191.+

Синтез 4-(4-хлорофенил)-1,2,3-тиадиазол (3c): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 3 с 87% урожайности. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3): ppm 8.65 (ы, 1H), 8.00 (d, J 8 Гц, 2H), 7.50 (d, J 8 Гц, 2H). 13 C NMR (100 МГц, CDCl3): ppm 162.6, 135.5, 132.4, 129.4, 128.9, 128.7. HRMS (ESI-З-TOF) точный массовый кальцик для C8H6ClN2S »М»Х» 196.9940, найденный 196.9940.+

Синтез 4-(4-бромофенил)-1,2,3-тиадиазол (3d): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 3 с 78% выходом. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3): ppm 8,66 (ы, 1H), 7,94 (d, J 8 Гц, 2H), 7,65 (d, J 8 Гц, 2H). 13 C NMR (100 МГц, CDCl3): ppm 161.2, 134.3, 132.7, 130.4, 129.6, 119.1. HRMS (ESI-З-TOF) точный массовый кальцик для C8H6BrN2S »М»H» 240.9435, найденный 240.9429.

Синтез (3,6-дифенил-5,6-дигидропиридазин-1 (4H)-yl)(фенил)метанон (4a): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 4 с 80% выходом. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3):ppm 7.84-7.82 (м, 2H), 7.60-7.58 (м, 2H), 7.49-7.44 (м, 3H), 7.33-7.30 (м, м, м, м, м, м, м, м, м, 7.33-7.30 (м, м, м, м, м, м, м, 3H), 7.330 5H), 7.26-7.24 (м, 1H), 7.18 (d, J 8 Hz, 2H), 6.09 (s, 1H), 2.71-2.67 (m, 1H), 2.43-2.16 (м, 3H)(рисунок 7).

Синтез (3,6-Бис (4-фторфенил)-5,6-дигидропиридазин-1 (4H)-yl)(фенил)метанон (4b): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 4 с 72% урожайности. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3):ppm 7.80-7.78 (м, 2H), 7.57-7.55 (м, 2H), 7.52-7.43 (м, 3H), 7.16-7.12 (м, м, м, м, м, м, м, 7.16-7.12 (м, м, м, м, м, м, м, м, 3H), 7.16-7.12 (м, м, м, м, м, м, 3H), 7.16-7.12 (м, м, м, м, м, м, 3H), 7.16-7.12 (м, м, м, м, м, 3H), 7.16-7.12 (м, м, м, м, 2Г), 7,03-6,97 (м, 4Г), 6,05 (м, 1Г), 2,69-2,65 (м, 1Г), 2,40-2,25 (м, 2Г), 2,18-2,13 (м, 1Г). 13 C NMR (100 МГц, CDCl3): ppm 170.2, 163.4 (d, 1JC-F 248.1 Гц), 162.0 (d, 1JC-F 244,1 Гц), 146,0, 135,5 (д, 4JC-F 3,1 Гц), 135,1, 133,2 (д, 4JC-F 3,2 Гц), 130,4, 129,9, 127,5, 127,2 (д, 3JC-F 8,2 Гц), 127,1 (д, 3J C-F й 8,0 Гц), 115,7 (3 J C-F й 8,0 Гц), 115,7 (д, 3JC-F й 8,0 Гц), 115,7 (7 d, 2JC-F 21,5 Гц), 115,4 (d, 2JC-F , 21,6 Гц), 50,9, 24,0, 18,7. 19 F NMR (376 МГц, CDCl3) (ppm) -111.7, -115.5. HRMS (ESI-З-TOF) точная масса calcd для C23H19F2N2O "МЗХ" 377,1465, найдено 377,1482.+

Синтез (3,6-Бис (4-хлорофенил)-5,6-дигидропиридазин-1 (4H)-yl)(фенил)метанон (4c): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 4 с 70% выходом. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3): ppm 7.78 (d, J 4 Гц, 2H), 7.50-7.43 (м, 5H), 7.30-7.26 (м, 5H), 7.10 (d, J 8 Гц, 2H), 6.03 (ы, 1H), 2.68-2.63 (м, 1H), 2.39-2.26 (м, 2H), 2.20-2.11 (м, 1H). 13 C NMR (100 МГц, CDCl3):ppm 170,2, 145,8, 138,3, 135,4, 135,3, 134.9, 133.2, 130.5, 129.9, 129.0, 128.6, 127.5, 126.9, 126.6, 51.2, 29.7, 19.8, 18.6. HRMS (ESI-З-TOF) точный массовый calcd для C23H19Cl2N2O "МЗХ" 409.0874, найденный 409.0864.+

Синтез (3,6-Бис (4-бромофенил)-5,6-дигидропиридазин-1 (4H)-yl)(фенил)метанон (4d): Он был синтезирован и очищен с помощью протокола 4 с 82% выходом. 1 H NMR (400 МГц, CDCl3): ppm 7.78 (d, J 8 Гц, 2H), 7.52-7.40 (м, 9H), 7.04 (d, J 8 Гц, 2H), 6.01 (ы, 1H), 2.67-2.62 (м, 1H), 2.39-2.25 (м, 2H), 2.20-2.11 (м, 1H). 13 C NMR (100 МГц, CDCl3): ppm 170.2, 145.9, 138.9, 135.8, 134.8, 132.0, 131.6, 130.5, 129.9, 127.5, 127.2, 126.9, 119.6, 121.2, 51.3, 29.7, 19.8, 18.5. HRMS (ESI-З-TOF) точный массовый calcd для C23H19Br2N2O "МЗХ" 498.9845, найдено 498.9799.+

Эти репрезентативные результаты показывают, как 4-арил-1,2,3-тиадизолы и 1,4,5,6-тетрагидропиридазины могут быть удобно синтезированы cercosporin-катализированные фотокаталитические реакции от --Halo-N-acyl-hydrazone (Рисунок 8).

4-арил-1,2,3-тиадиазолы были получены с этими условиями: 1 (0,2 ммоль), KSCN (0,4 ммоль), тBuOK (0,24 ммоль), CH3CN (2,0 мл), черкоспорин (1 мл), 5 W синий, 16 ч при комнатной температуре при атмосфере O2 (рисунок 3 и рисунок 8). Процедура подходит для субстратов, несущих как электрон-донорские, так и электрон-принимающие группы на фенил-кольце, обеспечивая желаемые продукты с умеренными и хорошими урожаями.

С такими условиями было получено 1,4,5,6-тетрагидропиридазины: 1 (0,5 ммоль), Cs2CO3 (1,2 эквив) и черкоспорин (1 мол%) в смеси MeCN и H2O (10:1) под атмосферой N2 (рисунок 3 и рисунок 8). Нужные продукты были получены в хорошем для превосходного урожая.

Figure 1
Рисунок 1: Биологически активные молекулы с N-гетероциклами мотивами. Адаптировано с разрешения Чжан Я., Цао Я., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: Представитель периленехиноидных пигментов в природе. Адаптировано с разрешения Чжан Я., Цао Я., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: Серкоспорин-Катализированный синтез 1,2,3-Тиадиазола и 1,4,5,6 - тетрагидропиридазины. Адаптировано с разрешения Чжан Я., Цао Я., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 4
Рисунок 4: 1H-NMR спектр cercosporin (400 МГц, CDCl3). Перепечатано с разрешения Чжан Я., Цао И., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 5
Рисунок 5: Представитель 1H-NMR спектр 3a (400 МГц, CDCl3). Перепечатано с разрешения Чжан Я., Цао И., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 6
Рисунок 6: Представитель 13C-NMR спектр 3a (400 МГц, CDCl3). Перепечатано с разрешения Чжан Я., Цао И., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 7
Рисунок 7: Представитель 1H-NMR спектр 4a (400 МГц, CDCl3). Перепечатано с разрешения Чжан Я., Цао И., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 8
Рисунок 8: Серкоспорин-Катализированный синтез 4-арил-1,2,3-тиадиазолов и 1,4,5,6-тетрагидропиридазины. Адаптировано с разрешения Чжан Я., Цао Я., Лу Л.С., Чжан С.В., Бао В.Х., Хуан С.П., Рао Дж. Перилененкиноид-Катализред (4'1) и 4-2-Аннуляции Азоалкенеса: Фотокаталитический доступ к 1, 2, 3-Тиадиазоле/1, 4, 5, 6-Тетрагидропиридидазине, производные продукты, органический журнал. 84 (12), 7711-7721, (2019). Авторское право (2019) Американское химическое общество. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Азотсодержащие гетероциклы являются важными мотивами для многих новых препаратов и традиционно синтезируются через термические реакции cycloaddition. Из-за большого интереса, новый фотокаталитический метод для синтеза этих соединений является весьма желаемым. Чтобы воспользоваться отличными фотосенсибилизацией свойств cercosporin, мы применили cercosporin как безметаллов фотокаталит в двух категориях реакций аннулуляции для синтеза азотсодержащих гетероциклов.

Во-первых, мы сообщали о протоколе серкоспорина-фотокаталицеда (4'1) аннулирования азоалькенов сNKSCN в стандартных условиях: 2 equiv), KSCN 2 (2 equiv), cercosporin (0.01 equiv), сухой CH3CN (2 mL), и полученные смеси были подвергнуты 5 W синий светодиод на 16 ч под атмосферой O 1 t2. KSCN функционирует как амбиент нуклеофильное подразделение здесь. Серкоспорин, тБуок, синий свет и O2 были все предпосылки для этой реакции. CH3 CN поставил лучший выход продукта и 0,01 эквв. из cercosporin был оптимизирован коэффициент.

Во-вторых, мы сообщали о протоколе церкоспорина-фотокаталицеда (4'2) аннулирования азоалькенов в стандартных условиях:mol), Cs 1 2CO3 (1,2 экв), черкоспорин (0,01 эквв) (CH3CN/H2O 10:1) 2 мЛ, и в результате смеси были подвергнуты 5 W синий светодиод на 16 ч под N2 атмосферы.N Контрольные эксперименты были проведены для реакции «4» 2, как это было для реакции «4»1. В этом протоколе добавление воды и Cs2CO3 имеет решающее значение для самосуденизации й-гало-Н-ацил-гидразон.N Соотношение воды и Cs2CO3 также имеют решающее значение для обеспечения наилучшего урожая для продукта.

Таким образом, мы сообщили о протоколе биосинтеза для церкоспорина, а затем применили Nего в качестве безметаллового фотокаталиста для синтеза N-гетероциклов 4-арил-1,2,3-тиадиазолов и 1,4,5,6-тетрагидропиразидазинов при мягких условиях, через аннулуля азоалькенов с KSCN и ануляцией азоалькенов, соответственно. Эти реакции использовали экономически эффективный 5 W LED и может быть легко обработан, который поставляется новое приложение в синтезе. Самое главное, мы построили мост между биосинтезом и органическим синтезом для проектирования N-гетероциклов в мягкой, экономически эффективной, экологически чистой и устойчивой основе.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Мы благодарим за Национальную программу развития НИОКР Китая (2018YFA0901700), Фонд естественных наук провинции Цзянсу (Гранты No. BK20160167), План тысячи талантов (Молодые профессионалы), Фонд фундаментальных исследований для центральных университетов (JUSRP51712B), Национальная первоклассная программа дисциплины технологий и инженерии легкой промышленности (LITE2018-14) и Постдокторский фонд в провинции Цзянсу (2018K153C) для финансирования поддержки.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2,4'-Dibromoacetophenone ENERGY D0500850050
2'-bromo-4-chloroacetophenone ENERGY A0500400050
2-Bromo-4'-fluoroacetophenone ENERGY A050037-5g
2-Bromoacetophenone ENERGY A0500870050
4-Bromobenzhydrazide ENERGY B0103390010
4-Chlorobenzhydrazide ENERGY D0511130050
4-Fluorobenzhydrazide ENERGY B010461-5g
5 W blue LED PHILIPS 29237328756
Benzoyl hydrazine ENERGY D0500610250
CH2Cl2 SINOPHARM 80047360
CH3CN SINOPHARM S3485101
CH3OH SINOPHARM 100141190
Cs2CO3 ENERGY E060058-25g
Ethyl acetate SINOPHARM 40065986
freeze dryer LABCONCO 7934074
HPLC Agilent 1260 Infinity II
KSCN ENERGY E0104021000
Na2SO4 SINOPHARM 51024461
organic microfiltration membrane SINOPHARM 92412511
S-7 medium Gluose 1g; Fructose 3g; Sucrose 6g; Sodium acetate 1g; Soytone 1g; Phenylalanine 5mg; Sodium benzoate 100mg; 1M KH2P04 buffer ph6.8; Biotin 1mg; Ca(NO3)2 6.5mg; Pyridoxal 1mg; Calcium pantothenate 1mg; Thiamine 1mg; MnCl2 5mg; FeCl3 2mg; Cu(NO3)2 1mg; MgSO4 3.6mg; ZnSO4 2.5mg
Schlenk tub Synthware F891910
sephadex LH-20 column GE 17009001
shaker Lab Tools BSH00847
silica gel ENERGY E011242-1kg
tBuOK ENERGY E0610551000
vacuum bump Greatwall SHB-III
vacuum evaporator

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Majumdar, K. C., Chattopadhyay, S. K. Heterocycles in Natural Product Synthesis. ed, , 1st ed, Wiley-VCH. (2011).
  2. Taylor, R. D., MacCoss, M., Lawson, A. D. Rings in drugs. Journal of Medicinal Chemistry. 57 (14), 5845-5859 (2014).
  3. Bakulev, V. A., Dehaen, W. The Chemistry of 1,2,3-Thiadiazoles. , John Wiley & Sons. (2004).
  4. Dong, W. L., Liu, Z. X., Liu, X. H., Li, Z. M., Zhao, W. G. Synthesis and antiviral activity of new acrylamide derivatives containing 1,2,3-thiadiazole as inhibitors of hepatitis B virus replication. European Journal of Medicinal Chemistry. 45 (5), 1919-1926 (2010).
  5. Combs, D. W., Reese, K., Phillips, A. Nonsteroidal Progesterone-Receptor Ligands. 1. 3-Aryl-1-Benzoyl-1,4,5,6-Tetrahydropyridazines. Journal of Medicinal Chemistry. 38 (25), 4878-4879 (1995).
  6. Combs, D. W., et al. Nonsteroidal Progesterone-Receptor Ligands. 2. High-Affinity Ligands with Selectivity for Bone Cell Progesterone Receptors. Journal of Medicinal Chemistry. 38 (25), 4880-4884 (1995).
  7. Xu, S. L., Chen, R. S., Qin, Z. F., Wu, G. P., He, Z. J. Divergent Amine-Catalyzed [4+2] Annulation of Morita-Baylis-Hillman Allylic Acetates with Electron-Deficient Alkenes. Organic Letters. 14 (4), 996-999 (2012).
  8. Ishikawa, T., Kimura, M., Kumoi, T., Iida, H. Coupled Flavin-Iodine Redox Organocatalysts: Aerobic Oxidative Transformation from N-Tosylhydrazones to 1,2,3-Thiadiazoles. ACS Catalysis. 7 (8), 4986-4989 (2017).
  9. Chen, J. F., Jiang, Y., Yu, J. T., Cheng, J. TBAI-Catalyzed Reaction between N-Tosylhydrazones and Sulfur: A Procedure toward 1,2,3-Thiadiazole. Journal of Organic Chemistry. 81 (1), 271-275 (2016).
  10. Liu, B. B., Bai, H. W., Liu, H., Wang, S. Y., Ji, S. J. Cascade Trisulfur Radical Anion (S3(*-)) Addition/Electron Detosylation Process for the Synthesis of 1,2,3-Thiadiazoles and Isothiazoles. Journal of Organic Chemistry. 83 (17), 10281-10288 (2018).
  11. Staveness, D., Bosque, I., Stephenson, C. R. J. Free Radical Chemistry Enabled by Visible Light-Induced Electron Transfer. Accounts of Chemical Research. 49 (10), 2295-2306 (2016).
  12. Corrigan, N., Shanmugam, S., Xu, J. T., Boyer, C. Photocatalysis in organic and polymer synthesis. Chemical Society Reviews. 45 (22), 6165-6212 (2016).
  13. Shaw, M. H., Twilton, J., MacMillan, D. W. C. Photoredox Catalysis in Organic Chemistry. Journal of Organic Chemistry. 81 (16), 6898-6926 (2016).
  14. Marzo, L., Pagire, S. K., Reiser, O., Konig, B. Visible-Light Photocatalysis: Does It Make a Difference in Organic Synthesis? Angewandte Chemie-International Edition. 57 (32), 10034-10072 (2018).
  15. Prier, C. K., Rankic, D. A., MacMillan, D. W. C. Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chemical Reviews. 113 (7), 5322-5363 (2013).
  16. Reckenthaler, M., Griesbeck, A. G. Photoredox Catalysis for Organic Syntheses. Advanced Synthesis & Catalysis. 355 (14-15), 2727-2744 (2013).
  17. Nicewicz, D. A., Nguyen, T. M. Recent Applications of Organic Dyes as Photoredox Catalysts in Organic Synthesis. ACS Catalysis. 4 (1), 355-360 (2014).
  18. Pitre, S. P., McTiernan, C. D., Scaiano, J. C. Understanding the Kinetics and Spectroscopy of Photoredox Catalysis and Transition-Metal-Free Alternatives. Accounts of Chemical Research. 49 (6), 1320-1330 (2016).
  19. Romero, N. A., Nicewicz, D. A. Organic Photoredox Catalysis. Chemical Reviews. 116 (17), 10075-10166 (2016).
  20. Albini, A., Fagnoni, M. Photochemically-Generated Intermediates in Synthesis. , John Wiley & Sons. (2013).
  21. Chen, J. R., Hu, X. Q., Lu, L. Q., Xiao, W. J. Exploration of Visible-Light Photocatalysis in Heterocycle Synthesis and Functionalization: Reaction Design and Beyond. Accounts of Chemical Research. 49 (9), 1911-1923 (2016).
  22. Attanasi, O. A., et al. Cultivating the Passion to Build Heterocycles from 1,2-Diaza-1,3-dienes: the Force of Imagination. European Journal of Organic Chemistry. 19, 3109-3127 (2009).
  23. Attanasi, O. A., Filippone, P. Working twenty years on conjugated azo-alkenes (and environs) to find new entries in organic synthesis. Synlett. 10, 1128-1140 (1997).
  24. Deng, Y., Pei, C., Arman, H., Dong, K., Xu, X., Doyle, M. P. Syntheses of Tetrahydropyridazine and Tetrahydro-1,2-diazepine Scaffolds through Cycloaddition Reactions of Azoalkenes with Enol Diazoacetates. Organic Letters. 18 (22), 5884-5887 (2016).
  25. Guo, C., Sahoo, B., Daniliuc, C. G., Glorius, F. N-heterocyclic carbene catalyzed switchable reactions of enals with azoalkenes: formal [4+3] and [4+1] annulations for the synthesis of 1,2-diazepines and pyrazoles. Journal of American Chemistry Society. 136 (50), 17402-17405 (2014).
  26. Attanasi, O. A., et al. Interceptive [4+1] annulation of in situ generated 1,2-diaza-1,3-dienes with diazo esters: direct access to substituted mono-, bi-, and tricyclic 4,5-dihydropyrazoles. Journal of Organic Chemistry. 79 (17), 8331-8338 (2014).
  27. Li, J., Huang, R., Xing, Y. K., Qiu, G., Tao, H. Y., Wang, C. J. Catalytic Asymmetric Cascade Vinylogous Mukaiyama 1,6-Michael/Michael Addition of 2-Silyloxyfurans with Azoalkenes: Direct Approach to Fused Butyrolactones. Journal of the American Chemical Society. 137 (32), 10124-10127 (2015).
  28. Huang, R., Chang, X., Li, J., Wang, C. J. Cu(I)-Catalyzed Asymmetric Multicomponent Cascade Inverse Electron-Demand Aza-Diels-Alder/Nucleophilic Addition/Ring-Opening Reaction Involving 2-Methoxyfurans as Efficient Dienophiles. Journal of the American Chemical Society. 138 (12), 3998-4001 (2016).
  29. Tong, M. C., et al. Catalytic asymmetric synthesis of [2,3]-fused indoline heterocycles through inverse-electron-demand aza-Diels-Alder reaction of indoles with azoalkenes. Angew Chemistry International Edition English. 53 (18), 4680-4684 (2014).
  30. Yu, J. M., Lu, G. P., Cai, C. Photocatalytic radical cyclization of alpha-halo hydrazones with beta-ketocarbonyls: facile access to substituted dihydropyrazoles. Chemistry Communication (Camb.). 53 (38), 5342-5345 (2017).
  31. Kuyama, S., Tamura, T. Cercosporin. A pigment of Cercosporina kikuchii Matsumoto et Tomoyasu. I. Cultivation of fungus, isolation and purification of pigment. Journal of the American Chemical Society. 79 (21), 5725-5726 (1957).
  32. Kuyama, S., Tamura, T. Cercosporin. A pigment of Cercosporina kikuchii Matsumoto et Tomoyasu. II. Physical and chemical properties of cercosporin and its derivatives. Journal of the American Chemical Society. 79 (21), 5726-5729 (1957).
  33. Daub, M. E. Resistance of fungi to the photosensitizing toxin, cercosporin. Phytopathology. 77 (11), 1515-1520 (1987).
  34. Jalal, M. A. F., Hossain, M. B., Robeson, D. J., Vanderhelm, D. Cercospora-Beticola Phytotoxins - Cebetins That Are Photoactive, Mg2+-Binding, Chlorinated Anthraquinone Xanthone Conjugates. Journal of the American Chemical Society. 114 (15), 5967-5971 (1992).
  35. Daub, M. E., Ehrenshaft, M. The photoactivated Cercospora toxin cercosporin: Contributions to plant disease and fundamental biology. Annual Review of Phytopathology. 38 (1), 461-490 (2000).
  36. Diwu, Z. J., Lown, J. W. Photosensitization with Anticancer Agents. 14. Perylenequinonoid Pigments as New Potential Photodynamic Therapeutic Agents - Formation of Tautomeric Semiquinone Radicals. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 69 (2), 191-199 (1992).
  37. Hu, Y. Z., An, J. Y., Jiang, L. J., Chen, D. W. Spectroscopic Study on the Photoreduction of Hypocrellin-a - Generation of Semiquinone Radical-Anion and Hydroquinone. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 89 (1), 45-51 (1995).
  38. Hu, Y. Z., Jiang, L. J., Chiang, L. C. Characteristics of the reaction between semiquinone radical anion of hypocrellin A and oxygen in aprotic media. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 94 (1), 37-41 (1996).
  39. Zhang, M. H., et al. Study of electron transfer interaction between hypocrellin and N,N-diethylaniline by UV-visible, fluorescence, electron spin resonance spectra and time-resolved transient absorption spectra. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 96 (1-3), 57-63 (1996).
  40. He, Y. Y., An, J. Y., Jiang, L. J. pH Effect on the spectroscopic behavior and photoinduced generation of semiquinone anion radical of hypocrellin B. Dyes and Pigments. 41 (1-2), 79-87 (1999).
  41. Li, C., et al. Photophysical and photosensitive properties of Elsinochrome A. Chinese Science Bulletin. 51 (9), 1050-1054 (2006).
  42. So, K. K., et al. Improved production of phleichrome from the phytopathogenic fungus Cladosporium phlei using synthetic inducers and photodynamic ROS production by phleichrome. Journal of Bioscience and Bioengineering. 119 (3), 289-296 (2015).
  43. Hudson, J. B., Imperial, V., Haugland, R. P., Diwu, Z. Antiviral activities of photoactive perylenequinones. Photochemistry and Photobiology. 65 (2), 352-354 (1997).
  44. Diwu, Z. J., Lown, J. W. Photosensitization by Anticancer Agents. 12. Perylene Quinonoid Pigments, a Novel Type of Singlet Oxygen Sensitizer. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 64 (3), 273-287 (1992).
  45. Diwu, Z. J., Zimmermann, J., Meyer, T., Lown, J. W. Design, Synthesis and Investigation of Mechanisms of Action of Novel Protein-Kinase-C Inhibitors - Perylenequinonoid Pigments. Biochemical Pharmacology. 47 (2), 373-385 (1994).
  46. Guedes, R. C., Eriksson, L. A. Photophysics, photochemistry, and reactivity: Molecular aspects of perylenequinone reactions. Photochemical & Photobiological Sciences. 6 (10), 1089-1096 (2007).
  47. Mulrooney, C. A., O'Brien, E. M., Morgan, B. J., Kozlowski, M. C. Perylenequinones: Isolation, Synthesis, and Biological Activity. European Journal of Organic Chemistry. (21), 3887-3904 (2012).
  48. Daub, M. E., Hangarter, R. P. Light-induced production of singlet oxygen and superoxide by the fungal toxin, cercosporin. Plant Physiololgy. 73 (3), 855-857 (1983).
  49. Daub, M. E., Leisman, G. B., Clark, R. A., Bowden, E. F. Reductive Detoxification as a Mechanism of Fungal Resistance to Singlet Oxygen-Generating Photosensitizers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89 (20), 9588-9592 (1992).
  50. Leisman, G. B., Daub, M. E. Singlet Oxygen Yields, Optical-Properties, and Phototoxicity of Reduced Derivatives of the Photosensitizer Cercosporin. Photochemistry Photobiology. 55 (3), 373-379 (1992).
  51. Bilski, P., Li, M. Y., Ehrenshaft, M., Daub, M. E., Chignell, C. F. Vitamin B6 (pyridoxine) and its derivatives are efficient singlet oxygen quenchers and potential fungal antioxidants. Photochemistry Photobiology. 71 (2), 129-134 (2000).
  52. Xing, M. Z., Zhang, X. Z., Sun, Z. L., Zhang, H. Y. Perylenequinones act as broad-spectrum fungicides by generating reactive oxygen species both in the dark and in the light. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 51 (26), 7722-7724 (2003).
  53. Weng, M., Zhang, M. H., Shen, T. Electron transfer interaction between hypocrellin A and biological substrates and quantitative analysis of superoxide anion radicals. Journal of the Chemical Society-Perkin Transactions. 2 (11), 2393-2397 (1997).
  54. Daub, M. E., Li, M., Bilski, P., Chignell, C. F. Dihydrocercosporin singlet oxygen production and subcellular localization: A possible defense against cercosporin phototoxicity in Cercospora. Photochemistry and Photobiology. 71 (2), 135-140 (2000).
  55. Zhang, S. W., et al. Perylenequinonoid-catalyzed photoredox activation for the direct arylation of (het)arenes with sunlight. Organic & Biomolecular Chemistry. 17 (17), 4364-4369 (2019).
  56. Zhang, Y., et al. Perylenequinonoid-Catalyzed [4+1]-and [4+2]-Annulations of Azoalkenes: Photocatalytic Access to 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridazine Derivatives. Journal of Organic Chemistry. 84 (12), 7711-7721 (2019).
  57. Li, J., et al. Cercosporin-Bioinspired Selective Photooxidation Reactions under Mild Conditions. Green Chemistry. 21 (22), 6073-6081 (2019).
  58. Tang, Z., et al. Cercosporin-bioinspired photoreductive activation of aryl halides under mild conditions. Journal of Catalysis. 380, 1-8 (2019).
  59. Li, J., Bao, W., Zhang, Y., Rao, Y. Cercosporin-photocatalyzed sp3 (C-H) Activation for the Synthesis of Pyrrolo[3,4-c]quinolones. Organic & Biomolecular Chemistry. 17 (40), 8958-8962 (2019).
  60. Wang, F., Chen, C., Deng, G., Xi, C. J. Concise Approach to Benzisothiazol-3(2H)-one via Copper-Catalyzed Tandem Reaction of o-Bromobenzamide and Potassium Thiocyanate in Water. Journal of Organic Chemistry. 77 (8), 4148-4151 (2012).

Tags

Химия выпуск 161 Перелинехиноноид Серкоспорин Фотокатализ 1,2,3-Тиадиазол 1,4,5,6-Тетрагидропиридазин Гетероциклы
Серкоспорин-Фотокаталез, и 4-2-аннуляции Азоалькенеса в мягких условиях
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Icyishaka, P., Li, C., Lu, L., Bao,… More

Icyishaka, P., Li, C., Lu, L., Bao, W., Li, J., Zhang, Y., Rao, Y. Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- and [4+2]-Annulations of Azoalkenes Under Mild Conditions. J. Vis. Exp. (161), e60786, doi:10.3791/60786 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter