α, β-불포화 화합물 및 알킨스의 Persulfate-승진 벤젠내화를 통해 물에서 다기능화 벤젠의 효율적인 합성
2019년 12월 16일
전례 없는 다기능성 벤젠의 합성을 향한 물에 있는 α, β-불포화 화합물 및 알키네의 황황산 촉진 금속 프리 벤젠내레이션이 보고되고 있다.
이것은 가능한 다기능 벤젠의 범위를 얻기 위해 유기 화학 요구 사항에 따라 매우 간단한 실험 설정입니다. 이 기술의 주요 장점은 원유 혼합물의 쉽게 분리할 수 있고 유기 화학의 지속 가능한 관행에 기여하는 용매로서 물을 사용하는 것입니다. 절차를 보여주는 것은 박사 가브리엘라 Souza, 내 실험실에서 동료 연구원이 될 것입니다.
시작하려면 스티어 바가 들어있는 15 밀리리터 테스트 튜브에 증류수 2 밀리리터를 추가합니다. 순차적으로 페놀 아세틸렌 220마이크로리터, 2-사이클로헥센-1-1의 마이크로리터 96.8개, 갓 준비된 1.3개의 어로암모늄 아설페이트 1.5밀리리터를 첨가한다. 고무 중격을 사용하여 튜브를 캡과 가열 하는 동안 최종 압력 축적을 피하기 위해 그것에 바늘을 삽입.
튜브를 뜨거운 접시에 알루미늄 난방 블록에 놓고 8 시간 동안 1, 150 RPM에서 격렬한 교반 하에 섭씨 85도에서 가열하십시오. 반응의 진행을 허용하려면 반응 배지의 50 마이크로리터 알리쿼트(aliquot)를 취하고 1.5 밀리리터 원내 유리병으로 이송한다. 바이알에 에틸 아세테이트 50 마이크로리터를 넣고 흔들어 줍니다.
그런 다음 모세관 튜브로 유기 상부 층을 수집하고 TLC 실리카 코팅 유리 접시에 적용합니다. 92:8 헥산 에틸 아세테이트의 용액에 플레이트를 찍어 분석합니다. 반응 혼합물을 실온에 냉각시키고 시험관에 에틸 아세테이트 1밀리리터를 추가합니다.
서스펜션을 약 1분간 저은 다음 실온에서 2, 336배에서 서스펜션을 원심분리합니다. 파스퇴르 파이펫을 사용하여 유기 상단 레이어를 제거하고 둥근 바닥 플라스크로 옮습니다. 원심분리에 에틸 아세테이트를 첨가하고 상단 층의 제거를 2회 추가로 반복한다.
회전 증발기를 사용하여 저압력하에서 상부 층을 농축하여 원유를 얻습니다. 92:8의 비율로 헥산과 에틸 아세테이트의 혼합물 55 밀리리터를 7.5 그램의 실리콘이 함유된 비커에 넣습니다. 플라스크를 저어 균일한 슬러리를 얻습니다.
슬러리를 40mm 내부 직경의 컬럼으로 전송하여 열을 포장합니다. 원유를 최소한의 에틸 아세테이트로 녹인 다음 이 솔루션을 열로 옮길 수 있습니다. 테스트 튜브에서 컬럼 유출물을 수집합니다.
TLC를 수행하고 하나의 마이그레이션 화합물을 보여주는 TLC 결과에 따라 원하는 순수 제품을 얻을 수 있습니다. 회전 증발기에 압력을 줄인 상태에서 원하는 솔루션을 집중하고 고진공 하에서 최종 휘발성을 최소 한 시간 동안 제거합니다. 양성자 및 탄소-13 NMR에 의한 정제된 제품의 샘플을 중수소 클로로폼을 사용하여 분석한다.
이 프로토콜에서, 폴리 대체 벤젠은 무색 오일로 격리되었다. 구조와 순도는 양성자 및 탄소-13 NMR 스펙트럼에서 평가되었다. 8.37 및 7.72 PPM의 중앙 벤젠 링에 있는 방향족 양성자를 위한 피크는 제품의 형성을 위한 진단 신호로 사용되었다.
반응 매체의 온도를 주의 깊게 조절하고 반응 중에 현탁액의 적절한 교반을 보장하는 것이 매우 중요합니다. 이 절차는 물에서 수행되는 다른 변환에 사용할 수 있습니다. 작동 단계를 유지하는 것은 반응 배지로부터 조잡한 혼합물을 얻는 효율적인 방법입니다.
이 절차는 반응 매체로 물을 연구하고 보다 지속 가능한 변화의 설계를 장려하는 쉽고 효율적인 방법을 제공합니다. 작동 안전을 위해, 고무 중격으로 튜브를 캡핑 한 후, 가열하기 전에 바늘을 삽입해야합니다. 반응 중에 압력이 축적되는 것을 방지합니다.
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개요
본 논문은 수용액 상에서 α,β-불포화 화합물과 알카인을 사용하여 다기능화된 벤젠을 합성하기 위한 과황산염 기반의 금속-프리 벤즈안눌레이션(benzannulation) 방법을 보고합니다. 이 기술은 용매로 물을 사용하여 제품의 분리를 용이하게 함으로써 지속 가능성을 강조합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 유기 화학
- 지속 가능한 관행
- 합성 방법론
배경
- 다기능화 벤젠은 다양한 화학적 응용 분야에서 중요합니다.
- 전통적인 방법들은 흔히 위험한 용매와 시약을 포함합니다.
- 물을 용매로 사용하면 화학 공정의 지속 가능성이 향상됩니다.
- 퍼설페이트는 유기 합성에서 유용한 산화제입니다.
연구 목적
- 다기능성 벤젠을 합성하기 위한 금속-프리(metal-free) 방법을 개발한다.
- 유기 반응에서 용매로서 물의 사용 가능성을 입증한다.
- 연구자들에게 간단한 실험 설정을 제공한다.
사용된 방법
- 시험관 내 반응 혼합물 준비.
- 용매로 증류수 사용.
- 페놀 아세틸렌 및 2-cyclohexene-1-one 첨가.
- 반응 촉진을 위한 과황산암모늄 혼합.
주요 결과
- 다기능화 벤젠의 성공적인 합성.
- 수중 반응의 효율성 입증.
- 조혼합물의 분리가 간편했음.
- 해당 기술은 지속 가능한 유기 화학 실천 방식과 일치함.
결론
- 이 방법은 복잡한 유기 화합물을 합성하기 위한 실행 가능한 대안을 제공합니다.
- 용매로 물을 사용하는 것은 더 친환경적인 화학 구현에 기여합니다.
- 이 접근 방식은 다양한 유기 합성 응용 분야에 적용될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
이 지속 가능한 벤조환화(benzannulation) 방법은 금속이 없는 과황산염 시스템을 이용하여 물 속에서 다기능화된 벤젠을 합성할 수 있게 하며, 복잡한 방향족 골격을 구축하기 위한 더 친환경적인 대안을 제공합니다. 유해 용매와 금속 촉매를 제거함으로써, 이 접근 방식은 환경 영향 감소와 공정 안전성 개선에 집중하는 초기 단계의 의약 화학 연구를 지원합니다. 이 프로토콜의 조작 간편성과 실리카 플러그를 통한 단순한 정제 과정은 발견 단계에서 벤젠 기반 약리단(pharmacophores)을 신속하게 탐색하는 데 유용성을 높여줍니다.
바이오 제약 R&D에서의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 과학적 가치: 히트 물질 발굴 캠페인에서 구조-활성 관계를 조사하기 위해 다양한 벤젠 스캐폴드를 신속하게 생성할 수 있게 합니다.
- 운영적 가치: 무해한 용매로 물을 사용하여 워크플로우 통합을 단순화하고 용매 관련 안전 및 폐기물 문제를 줄여줍니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: 라이브러리 합성을 위한 추가적인 기능화가 가능한, 정의가 명확한 다치환 벤젠 생성물을 생산합니다.
- 운영적 가치: 생성물의 분리 및 정제를 용이하게 하여, 스크리닝 준비 완료 화합물의 확장 가능한 제조를 지원합니다.
중개 및 전임상 연구
- 과학적 가치: 전임상 후보 물질 합성의 중간체로 활용될 수 있는 복잡한 벤젠 유도체에 대한 접근성을 제공합니다.
- 운용적 가치: 크로마토그래피 집약적인 단계를 피함으로써, 히트(hit) 단계에서 리드 최적화(lead optimization) 단계로의 효율적인 진행을 가능하게 합니다.
파이프라인 및 워크플로 통합
이 방법은 방향족 코어의 지속 가능한 합성이 우선시되는 초기 발견 워크플로우, 특히 리드 화합물 생성 및 스캐폴드 다양화 작업에 적합합니다.
- 발견 생물학: 타겟 결합 및 기능적 조절을 탐구하기 위해 가설 기반의 벤젠 기반 분자 합성을 지원합니다.
- 스크리닝: 생화학 또는 세포 분석을 위해 일관된 순도와 용해도 프로필을 갖춘 화합물 라이브러리 생산을 가능하게 합니다.
- 분석: NMR 및 LC-MS 분석에 적합한 분리 가능한 생성물을 제공하여 의사결정을 위한 신뢰할 수 있는 데이터를 확보합니다.
- 중개 연구: 확장 가능하고 재현 가능한 단계를 통해 초기 히트 화합물 합성부터 전임상 후보 물질 개발까지의 연속적인 경로를 제공합니다.
- 기업적 재사용: 방향족 화합물이 풍부한 케모타입을 타겟으로 하는 여러 프로젝트에 적용할 수 있는 재사용 가능한 금속-프리 수성 벤즈안눌레이션(benzannulation) 플랫폼을 구축합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 지속 가능한 합성을 통해 접근 가능한 구조적 다양성을 증가시켜, 초기 SAR 탐색의 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 유기 용매 및 위험 시약에 대한 의존도를 낮추어, 운영 복잡성과 폐기물 처리 부담을 줄입니다.
- 전략적 가치: 녹색 화학 이니셔티브와 부합하여 기관의 지속 가능성 지표와 규제 대응력을 향상시킵니다.
- 포트폴리오 영향: 벤젠 포함 스캐폴드의 더 빠르고 안전한 반복 실험을 가능하게 하여, 의약 화학 프로그램의 위험 조정 투자를 지원합니다.
실행 시 고려 사항
- 유기 합성 및 과황산암모늄과 같은 산화제 취급에 관한 전문 지식이 필요합니다.
- 가열 블록, 원심분리기, 회전 증발 농축기를 포함한 표준 실험실 장비가 필요합니다.
- 배치 간 재현성을 보장하기 위해 일관된 교반과 온도 제어가 요구됩니다.
- 현재의 적용 범위 제한으로 인해, 다른 알카인 또는 알켄 기질에 적용하려면 최적화가 필요할 수 있습니다.
- 후속 생물학적 테스트에 통합할 때 제품의 안정성과 용해도를 조기에 평가해야 합니다.
