Synthese en zuivering van Iodoaziridines betrekken Kwantitatieve Selectie van de optimale stationaire fase voor chromatografie

Samenvatting

Een protocol voor het diastereoselectieve een-pot bereiding van cis - N-Ts-iodoaziridines wordt beschreven. Het produceren van diiodomethyllithium, behalve N-Ts aldiminen en cyclisatie van de amino gem-jodide gemiddelde tot iodoaziridines wordt aangetoond. Ook inbegrepen is een protocol om de meest geschikte stationaire fase voor de zuivering snel en kwantitatief beoordelen door chromatografie.

Samenvatting

De zeer diastereoselectieve bereiding van cis - N-Ts-iodoaziridines door reactie van diiodomethyllithium met N-Ts aldiminen wordt beschreven. Diiodomethyllithium wordt bereid door deprotonering van dijoodmethaan met LiHMDS in een THF / diethylether mengsel bij -78 ° C in het donker. Deze voorwaarden zijn essentieel voor de stabiliteit van de lichi ₂ reagens gegenereerd. De daaropvolgende druppelsgewijze toevoeging van N-Ts aldiminen de voorgevormde diiodomethyllithium oplossing biedt een amino-jodide tussenproduct, die niet geïsoleerd. Snelle opwarming van het reactiemengsel tot 0 ° C bevordert cyclisatie iodoaziridines veroorloven exclusieve cis-diastereoselectiviteit. De toevoeging en cyclisatie stadia van de reactie worden gemedieerd in een reactiekolf door zorgvuldige controle van de temperatuur.

Vanwege de gevoeligheid van de iodoaziridines zuivering, beoordeling van geschikte methoden puhet zuiveren is vereist. Een protocol om de stabiliteit van chemische verbindingen beoordelen stationaire fasen voor kolomchromatografie wordt beschreven. Deze methode is geschikt voor toepassing op nieuwe iodoaziridines, of andere potentieel gevoelige nieuwe verbindingen. Dus deze methode wellicht toepassing vinden binnen het bereik van synthetische projecten. De procedure houdt enerzijds de beoordeling van de reactie opbrengst, vóór zuivering door ^1H NMR spectroscopie vergelijking met een interne standaard. Porties onzuivere productmengsel wordt vervolgens blootgesteld aan slurries van verschillende stationaire fasen geschikt voor chromatografie, in een geschikt oplosmiddelsysteem als het eluent in flashchromatografie. Na roeren gedurende 30 min aan chromatografie bootsen, gevolgd door filtreren, worden de monsters geanalyseerd door ^1H NMR spectroscopie. Berekende opbrengst per stationaire fase worden vervolgens vergeleken met die aanvankelijk verkregen uit het ruwe reactiemengsel. De verkregen resultaten geven een kwantitatieve beoordeling van de tHij stabiliteit van de verbinding om de verschillende stationaire fasen; vandaar de optimale kan worden geselecteerd. De keuze aluminiumoxide, gemodificeerd activiteit IV, een geschikte stationaire fase uitsluiting van bepaalde iodoaziridines is toegestaan ​​in uitstekende opbrengst en zuiverheid.

Inleiding

Het doel van deze methode is dat iodoaziridines potentieel bieden voor verdere functionalisering tot aziridine-derivaten bereiden. De methode omvat een protocol voor de kwantitatieve selectie van de optimale stationaire fase voor chromatografie.

Aziridinen, als drieringen, bezit inherente ring stam die hen belangrijke bouwstenen maakt in de organische chemie ^1. Ze vertonen een breed scala aan reactiviteit vaak met aziridine ringopening ^2,3, vooral als tussenproducten bij de synthese van gefunctionaliseerde amines ^4,5, of de vorming van andere stikstof bevattende heteroringen ^6,7. De synthese van een reeks aziridine derivaten door functionalisering van een precursor die een intact aziridinering is ontstaan ​​als een haalbare strategie ^8. Functionele groep-Metal Exchange, een aziridinyl anion te genereren, en reactie met elektrofielen is aangetoond doeltreffend te zijn ^{9,10,11, en ​​recent regio-en stereoselectieve deprotonering van N-beschermde aziridinen eveneens geslaagd 12-15. Zeer recent, palladium gekatalyseerde kruiskoppeling methoden om aryl aziridinen van gefunctionaliseerde aziridine voorlopers vormen is ontwikkeld door Vedejs 16,17, en onszelf 18.}

De chemie van heteroatoomgesubstitueerd aziridinen opent boeiende vragen van reactiviteit en stabiliteit ^19. We zijn geïnteresseerd in de bereiding van iodoaziridines als nieuw functionele groep die potentieel precursoren een groot aantal derivaten met complementaire reactiviteit bestaande aziridine functionaliseringsreacties biedt geweest. In 2012 meldde we de eerste bereiding van aryl-N-Boc-iodoaziridines ²⁰ en onlangs meldde de bereiding van aryl-en alkyl-gesubstitueerde N-Ts-iodoaziridines ^21.

Werkwijze voor access iodoaziridines gebruikt diiodomethyllithium, een reagens dat onlangs ook is toegepast bij de bereiding van diiodoalkanes ^22,23, diiodomethylsilanes ^22,24 en vinyl jodiden ^25-27. De carbenoid-achtige karakter van dit reagens vergt voorbereiding en het gebruik bij lage temperaturen ^22,28. De technieken en de omstandigheden voor het genereren van diiodomethyllithium bij de bereiding van iodoaziridines worden hieronder beschreven.

Terwijl silica ontstaan ​​als materiaal voor chromatografie ^29, bleek ongeschikt voor de zuivering van het N-Ts-iodoaziridines zijn. Silicagel is meestal de eerste en enige vaste fase materiaal toegepast in flashchromatografie organische chemie vanwege de beschikbaarheid en effectieve scheidingen. Echter, de zure aard van silicagel de afbraak van substraten veroorzaken tijdens zuivering, waardoor isolatie van het gewenste materiaal. Terwijl andere statoire fasen of gemodificeerde silica gels zijn beschikbaar voor chromatografie ^30, was er geen manier om de verenigbaarheid van de doelmolecuul beoordeelt deze verschillende materialen. Vanwege de gevoeligheid van de iodoaziridines hebben we een protocol om de stabiliteit van een verbinding te evalueren om een reeks stationaire fasen ^21, die hier gedemonstreerd. Dit heeft potentieel voor toepassing in de synthese van een groot aantal verbindingen met gevoelige functionele groepen. Het volgende protocol zorgt voor een efficiënte toegang tot de N-Ts iodoaziridines, waardoor de diastereoselectieve synthese van zowel alkyl-en aromatische cis-iodoaziridines in hoge opbrengst.

Protocol

1. Bereiding van Iodoaziridines met Diiodomethyllithium

1. Flame droge 100 ml rondbodemkolf met een roerstaaf en voorzien van een septum, onder een stroom argon, laat afkoelen tot kamertemperatuur onder een argonatmosfeer. OPMERKING: Glaswerk gedroogd in een oven gedurende de nacht (125 ° C) en afgekoeld tot kamertemperatuur op analoge wijze ook geschikt.
2. Aan de kolf, voeg 5,7 ml watervrij THF en 2,7 ml watervrij _Et2O via een injectiespuit en vers gedestilleerd hexamethyldisilazaan (1,50 mmol, 315 ui) via een injectiespuit.
3. Roer de verkregen oplossing en koel af tot -78 ° C in een droogijs / aceton bad in een voldoende groot dewarvat zodat de kolf zorgvuldig te worden ondergedompeld. Bedek de dewar aluminiumfolie blootstelling van het reactievat licht minimaliseren.
4. Voeg n BuLi (1,50 mmol, 0,60 ml, 2,5 M in hexanen) druppelsgewijs via een spuit over 2-3 minuten aan de oplossing bij -78 ° C.Laat het mengsel roeren bij -78 ° C nog 30 min tot een 0,17 M oplossing van LiHMDS vormen. LET OP: n BuLi oplossing is brandbaar, bijtend voor de huid en pyrofore. Overmaat reagens in de spuit moet dienovereenkomstig worden geblust.
5. Na 30 min, voeg 1 ml watervrij THF een vlam gedroogde 10 ml rondbodemkolf met een spuit, gevolgd door dijoodmethaan (1,70 mmol, 135 ui) via een injectiespuit en zorgen dat ze goed gemengd.
6. Voeg de dijoodmethaan oplossing druppelsgewijs gedurende 2 min aan de oplossing van lithiumhexamethyldisilazaan bij -78 ° C. Voeg deze oplossing gedurende 20 minuten bij -78 ° C.
7. Gedurende deze tijd afgewogen N - [(E)-4-methylphenylmethylidene]-4-methylbenzeensulfonamide (137 mg, 0,50 mmol) in een vlam gedroogde 10 ml rondbodemkolf en opgelost in 2,0 ml watervrij THF.
8. Na de 20 min deprotonering tijd voeg het imine oplossing druppelsgewijs aan de diiodomethyllithium oplossing over 5 minuten bij -78 & #176; C.
9. Onmiddellijk na de druppelsgewijze toevoeging voltooid is, tilt het reactievat uit het droog ijsbad en transfer naar een ijs / waterbad bij 0 ° C. RE-COVER met aluminiumfolie en laat gedurende 15 minuten bij 0 ° C. OPMERKING: De oplossing moeten worden oranje van kleur.
10. Na 15 min bij 0 ° C, doven de reactie door toevoeging van 30 ml verzadigde natriumbicarbonaat oplossing. Doe het mengsel in een scheitrechter en voeg 30 ml CH ₂ Cl _2. Schud het mengsel en verwijder de onderste _CH2 Cl ₂ lagen. Herhaal deze extractieprocedure nog twee keer, en combineer CH ₂ Cl ₂ lagen.
11. Voeg natriumsulfaat aan de organische lagen aanwezige water in de oplossing verwijderen en filteren van de natriumsulfaat en vang het filtraat in een 250 ml rondbodemkolf.
12. Verwijder het oplosmiddel onder verminderde druk op een roterende verdamper om een ​​onzuiver monster van het gewenste product werd verkregen iodoaziridine.

2. Beoordeling van het product stabiliteit aan stationaire fasen voor chromatografie

1. Los de ruwe aziridine monster in _{CH2 Cl2} (16 ml) en voeg 1,3,5-trimethoxybenzeenboronzuur (28,0 mg, 0,167 mmol) als interne standaard, zodat deze volledig is opgelost. Neem een monster (2 ml) van dit mengsel, verwijder het oplosmiddel onder verlaagde druk en dit monster te analyseren met ^1H NMR spectroscopie.
2. Open de opgenomen ^1H NMR spectrum met standaard NMR processing software. In Mestrenova, klik met de rechtermuisknop het spectrum en koos voor "integratie", dan "handleiding" om de integratie instrument zijn. Klik en sleep om de breedte van de pieken te dekken bij 6,08 ppm en bij 4.87 ppm om de signalen van de interne standaard en de aziridine CHI signaal respectievelijk integreren. Klik met de rechtermuisknop op de integrale voor de piek bij 6,08 ppm, selecteer "edit integraal" en verander de "genormaliseerde" waarde tot 3,0. NOTE: Gelijkaardige stappen kunnen worden toegepast met andere softwarepakketten.
3. Met de bijgewerkte waarde van de integrale aziridine CHI signaal (4,87 dpm) de opbrengst van de iodoaziridine bepalen hier met (100/3) x (de integraal van het signaal CHI), die een berekende opbrengst van 59% verschaft. OPMERKING: Gezien de bekende hoeveelheid interne standaard (0.167 mmol) en het product piek 1 proton, wordt de opbrengst aan iodoaziridine berekend met de volgende formule: 100 x (integraal van productpiek) x (mol interne standaard) / mol uitgangsmateriaal.
4. Bereid slurries van de volgende stationaire fasen (25 g): silica, silica + 1% _NEt3 (triethylamine), neutraal aluminiumoxide, basisch aluminiumoxide (activiteit I), basisch aluminiumoxide (activiteit IV) en Florisil, elk in 5% EtOAc / hexaan (50 ml), in zes afzonderlijke 250 ml erlenmeyers met roerder bars. In een andere erlenmeyer stelt een 5% EtOAc / hexaan-oplossing (50 ml), te gebruiken als een controle-experiment. LET OP: sileen gel, aluminiumoxide en andere stationaire fasen werkzaam zijn gevaarlijk bij inademing, daarom moet altijd worden in een effectieve zuurkast behandeld.
5. Voeg 2 ml van de iodoaziridine / interne standaard oplossing in elk van de conische kolven bij kamertemperatuur. Roer de suspensie mengsels gedurende 30 minuten. OPMERKING: dit de duur van de verbinding kan worden blootgesteld aan de stationaire fase tijdens een normale flitskolomchromatografie procedure.
6. Filter de slurry mengsels met behulp van een gesinterde trechter, en vang het filtraat op in een 250 ml rondbodemkolf. Het residu op het gesinterde trechter met _{CH2 Cl2} (2 x 30 ml). Herhaal dit filterproces de resterende slurries. NB: Het is aangewezen om het begin van elk stationaire fase gecompenseerd tijd voor filtratie mogelijk te behouden en daardoor hetzelfde moment voor elk van de stationaire fase materialen.
7. Verwijder het oplosmiddel uit de verkregen monsters onder verminderde druk en geanalyseerd met ^1H NMR spectroscopie om de hoeveelheid iodoaziridine teruggevonden in elk geval, zoals beschreven in paragraaf 2.2 te berekenen.
8. Vergelijk de opbrengsten van iodoaziridine verkregen van elk stationaire fase getest met die verkregen in paragraaf 2.1. OPMERKING: Het monster dat de hoogste opbrengst, idealiter gelijk aan 2.1, geeft het optimale stationaire fase chromatografie. In dit voorbeeld, basisch aluminiumoxide (activiteit IV) werd geacht de beste stationaire fase voor zuivering.

3. Deactivering van Basic Alumina en zuivering van de Iodoaziridine

1. Herhaal Deel 1 van de ruwe iodoaziridine mengsel te genereren.
2. Om basisch aluminiumoxide (activiteit IV) genereren, voeg 100 g aluminiumoxide (activiteit I) in een 500 ml rondbodemkolf en voeg 10 ml water aan de kolf en fit met een glazen stop.
3. Schud de fles krachtig tot er geen klonten zijn zichtbaar, wat aangeeft gelijkmatige verspreiding van water gedurende de alumina. Laat het aluminiumoxide afkoelen tot kamertemperatuur. LET OP: de adsorptietie van water is exotherm, zodat de fles kan heet worden en kunnen leiden tot een drukopbouw. Laat elke drukopbouw vaak.
4. Zuiver het ruwe iodoaziridine door kolomchromatografie met de basisch aluminiumoxide (activiteit IV) als stationaire fase, elutie met hexaan, indeling tot 5% EtOAc / hexaan. OPMERKING: hoge concentraties van EtOAc mag niet gebruikt worden met basis aluminiumoxide. In deze gevallen kan diethylether worden gebruikt.
5. Combineer het product bevattende fracties en verwijder het oplosmiddel onder verminderde druk om de zuivere iodoaziridine verkrijgen.

Resultaten

De beschreven werkwijze levert cis - (±)-2-jood-3-(4-tolyl) -1 - (4-tolylsulfonyl) aziridine als een diastereoisomeer en met uitstekende zuiverheid (figuur 1). Voorafgaand aan zuivering, een opbrengst van 59% van het iodoaziridine product werd berekend door ^1H NMR spectroscopie. Echter, dit iodoaziridine was bijzonder uitdagend te zuiveren en onderging aanzienlijke ontleding op silica. Zuivering op basisch aluminiumoxide (activiteit IV) zoals bepaald door de stationaire fase scherm m...

Discussie

Een procedure voor de diastereoselectieve bereiding van cis - N-Ts-iodoaziridines wordt beschreven, samen met een stabiliteit studieprotocol kwantitatief dan het beste stationaire fase voor zuivering van potentieel instabiele verbindingen met flashkolomchromatografie. Het is de bedoeling dat de toegang tot iodoaziridines met deze aanpak methoden toegang geven tot een groot aantal aziridines te ontwikkelen, door derivatisering van de intacte ring.

Een geschikte modificatie v...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Hexamethyldisilazane	999-97-3	Alfa Aesar	Distilleer van KOH onder argon voor gebruik.
n-Butyllithium	109-72-8	Sigma Aldrich	2,5 M in hexaan, titrateer voor gebruik.
Diiodomethaan	75-11-6	Alfa Aesar	Bevat koper als stabilisator.
1,3,5-Trimethoxybenzeen	621-23-8	Sigma Aldrich
Silica	112945-52-5	Merck
Basisch alumina	1344-28-1	Sigma Aldrich
Neutraal alumina	1344-28-1	Merck
Florisil	1343-88-0	Sigma Aldrich
THF	Alle anorganische oplosmiddelen werden gedroogd door geactiveerde alumina-zuiveringskolommen.
Et2O
CH2Cl2
NMR-spectrometer	Bruker AV 400	n/a
NMR-verwerkingssoftware	MestReNova	7.0.2-8636