Efficiënte synthese van poly Gefunctionaliseerde benzenen in water via persulfaat-bevorderde Benzannulatie van α, β-onverzadigde verbindingen en alkynes
16 december 2019
Een persulfaat-bevorderde metaalvrije benzannulatie van α, β-onverzadigde verbindingen en alkynen in water in de richting van de synthese van ongekende gepolyfunctionaliseerde benzenen wordt gerapporteerd.
Dit is een zeer eenvoudige experimentele setup in overeenstemming met de eisen van de organische chemie om een reeks levensvatbare polyfunctionalized benzenen te verkrijgen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is het gebruik van water als oplosmiddel dat het mogelijk maakt de gemakkelijke isolatie van het ruwe mengsel en draagt bij aan de duurzame praktijk van de organische chemie. Het aantonen van de procedure zal Dr.Gabriela Souza zijn, een geassocieerd onderzoeker van mijn laboratorium.
Om te beginnen, voeg twee milliliter gedestilleerd water toe aan een 15 milliliter reageerbuis met een roerstaaf. Voeg achtereenvolgens 220 microliter fenolacetyleen toe, 96,8 microliter 2-cyclohexene-1-one en 1,5 milliliter vers bereide 1,3 molar ammoniumpersulfaat. Dop de buis met behulp van een rubberen septum en steek er een naald in om eventuele drukopbouw tijdens de verwarming te voorkomen.
Plaats de buis in een aluminium verwarmingsblok op een hete plaat en verwarm het op 85 graden Celsius onder krachtig roeren bij 1, 150 RPM gedurende acht uur. Om de voortgang van de reactie mogelijk te maken, neemt u een 50 microliter van het reactiemedium en breng deze over op een 1,5 milliliter conische flaconische flacon. Voeg 50 microliter ethylacetaat toe aan de flacon en schud het.
Verzamel vervolgens de organische toplaag met een capillaire buis en breng deze aan op een met TLC-laag bedekte glasplaat. Dompel de plaat in een oplossing van 92:8 hexane ethylacetaat te analyseren. Koel het reactiemengsel af op kamertemperatuur en voeg een milliliter ethylacetaat toe aan de reageerbuis.
Roer de suspensie ongeveer een minuut en centrifuge de vering op 2, 336 keer g bij kamertemperatuur gedurende een minuut. Verwijder de organische toplaag met behulp van een Pasteur pipet en breng deze in een ronde bodemkolf. Herhaal de toevoeging van ethylacetaat aan centrifuging en het verwijderen van de bovenste laag twee keer.
Concentreer de toplaag onder verminderde druk met behulp van een roterende verdamper om een ruwe olie te verkrijgen. Voeg 55 milliliter van een mengsel van hexaan en ethylacetaat met de verhouding van 92:8 toe in een beker met 7,5 gram siliciumdioxide. Roer de kolf om een homogene drijfmest te verkrijgen.
Breng de drijfmest over naar een kolom met een inwendige diameter van 40 millimeter om de kolom te verpakken. Los de ruwe olie op in een minimale hoeveelheid ethylacetaat en breng deze oplossing vervolgens over naar de kolom. Verzamel het kolomeffluent in reageerbuizen.
Voer TLC uit en verkrijg het gewenste pure product volgens het TLC-resultaat dat slechts één migrerende verbinding laat zien. Concentreer de gewenste oplossing onder verminderde druk op een roterende verdamper en verwijder de uiteindelijke vluchtige stoffen onder een hoog vacuüm gedurende ten minste een uur. Analyseer het monster van het gezuiverde product door proton en koolstof-13 NMR met behulp van gedepleated chloroform.
In dit protocol werd polysubstituted benzeen geïsoleerd als een kleurloze olie. De structuur en zuiverheid werden beoordeeld in de proton en koolstof-13 NMR spectra. Pieken voor de aromatische protonen op de centrale benzeenring bij 8,37 en 7,72 PPM werden gebruikt als diagnostische signalen voor de vorming van het product.
Het is erg belangrijk om de temperatuur van het reactiemedium zorgvuldig te regelen en een goede beroering van de suspensie tijdens de reactie te garanderen. Deze procedure kan worden gebruikt in elke andere transformatie uitgevoerd in water. Het houden van de workup stap is een efficiënte manier om een ruw mengsel te verkrijgen van de reactie medium.
Deze procedure biedt een eenvoudige en efficiënte manier om water als reactiemedium te bestuderen en het ontwerp van duurzamere transformaties aan te moedigen. Voor de operationele veiligheid, na het afdekken van de buis met een rubberen septum, moet u een naald invoegen voordat u naar verwarming. Het voorkomt drukopbouw tijdens de reactie.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel beschrijft een metaalvrije benzannulatiemethode met gebruik van persulfaat om polygefunctionaliseerde benzeenverbindingen te synthetiseren uit α,β-onverzadigde verbindingen en alkinen in water. De techniek legt de nadruk op duurzaamheid door water als oplosmiddel te gebruiken, wat de isolatie van het product vergemakkelijkt.
Belangrijkste Onderzoeksonderdelen
Wetenschappelijk gebied
- Organische chemie
- Duurzame praktijken
- Synthetische methodologieën
Achtergrond
- Polygefunctionaliseerde benzeenverbindingen zijn belangrijk in diverse chemische toepassingen.
- Traditionele methoden maken vaak gebruik van gevaarlijke oplosmiddelen en reagentia.
- Het gebruik van water als oplosmiddel vergroot de duurzaamheid van chemische processen.
- Persulfaat is een nuttig oxidatiemiddel in de organische synthese.
Doel van de studie
- Om een metaalvrije methode te ontwikkelen voor de synthese van polyfunctionele benzeenverbindingen.
- Om het gebruik van water als oplosmiddel in organische reacties aan te tonen.
- Om een eenvoudige experimentele opstelling te bieden voor onderzoekers.
Gebruikte methoden
- Bereiding van een reactiemengsel in een reageerbuis.
- Gebruik van gedestilleerd water als oplosmiddel.
- Toevoeging van fenolacetyleen en 2-cyclohexeen-1-on.
- Toevoeging van ammoniumpersulfaat om de reactie te bevorderen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle synthese van polyfunctionaliseerde benzeenderivaten.
- Demonstratie van de efficiëntie van de reactie in water.
- De isolatie van ruwe mengsels was eenvoudig.
- De techniek is in overeenstemming met duurzame praktijken in de organische chemie.
Conclusies
- De methode biedt een levensvatbaar alternatief voor de synthese van complexe organische verbindingen.
- Het gebruik van water als oplosmiddel draagt bij aan groenere chemie.
- Deze aanpak kan worden aangepast voor diverse toepassingen binnen de organische synthese.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Deze duurzame benzannuleringsmethode maakt de synthese van polyfunctionele benzenen in water mogelijk met gebruik van een metaalvrij persulfaatsysteem, wat een groener alternatief biedt voor de constructie van complexe aromatische scaffolds. Door het elimineren van gevaarlijke oplosmiddelen en metaalkatalysatoren ondersteunt deze benadering vroege fasen van geneesmiddelchemie die gericht zijn op het verminderen van de milieu-impact en het verbeteren van de procesveiligheid. De operationele eenvoud van het protocol en de ongedwongen zuivering via een silica plug vergroten de bruikbaarheid voor de snelle exploratie van benzeen-gebaseerde farmacoforen in discovery-settings.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt de snelle generatie van diverse benzeenskeletten mogelijk voor het onderzoeken van structuur-activiteitsrelaties in campagnes voor hit-identificatie.
- Operationele waarde: Maakt gebruik van water als onschadelijk oplosmiddel, wat de integratie van de workflow vereenvoudigt en zorgen over veiligheid en afval gerelateerd aan oplosmiddelen vermindert.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert goed gedefinieerde, polysubstitueerde benzeenproducten op die geschikt zijn voor verdere functionalisering voor bibliotheeksynthese.
- Operationele waarde: Faciliteert eenvoudige isolatie en zuivering van producten, wat de schaalbare bereiding van screeningsklare verbindingen ondersteunt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Biedt toegang tot complexe benzeenderivaten die kunnen dienen als intermediaire producten bij de synthese van preklinische kandidaten.
- Operationele waarde: Voorkomt chromatografie-intensieve stappen, waardoor een efficiënte overgang van de hit- naar de lead-optimalisatiefase mogelijk wordt.
Integratie van pipeline en workflow
De methode past binnen vroege discovery-workflows waarin duurzame synthese van aromatische kernen prioriteit heeft, in het bijzonder bij inspanningen voor lead-generatie en scaffold-diversificatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesegestuurde synthese van benzeengebaseerde moleculen om target-interactie en functionele modulatie te onderzoeken.
- Screening: Maakt de productie van verbindingenbibliotheken mogelijk met consistente zuiverheids- en oplosbaarheidsprofielen voor biochemische of cellulaire assays.
- Analytics: Levert isoleerbare producten die geschikt zijn voor NMR- en LC-MS-karakterisering, wat zorgt voor betrouwbare gegevens voor besluitvorming.
- Translationaal onderzoek: Biedt een doorlopend pad van de initiële hit-synthese tot de ontwikkeling van preklinische kandidaten via schaalbare, reproduceerbare stappen.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar, metaalvrij aqueous-platform voor benzannulatie dat kan worden toegepast in meerdere projecten gericht op aromatiek-rijke chemotypes.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt de toegankelijke structurele diversiteit via duurzame synthese, waardoor het voorspellende vertrouwen bij vroege SAR-exploratie wordt verbeterd.
- Operationele waarde: Vermindert de afhankelijkheid van organische oplosmiddelen en gevaarlijke reagentia, waardoor de operationele complexiteit en de last van afvalverwerking worden verlaagd.
- Strategische waarde: Sluit aan bij initiatieven voor groene chemie, wat de institutionele duurzaamheidsmetrieken en de regelgevende gereedheid verbetert.
- Impact op portfolio: Maakt snellere en veiligere iteraties op benzeenbevattende scaffolds mogelijk, wat risico-gecorrigeerde investeringen in medicinale chemieprogramma's ondersteunt.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in organische synthese en het omgaan met oxidatiemiddelen zoals ammoniumpersulfaat.
- vereist standaard laboratoriumapparatuur, waaronder verwarmingsblokken, centrifuges en rotatieverdampers.
- Vraagt om consistent roeren en temperatuurbeheersing om de reproduceerbaarheid tussen batches te waarborgen.
- Aanpassing aan andere alkyn- of alkeen-substraten kan optimalisatie vereisen vanwege de huidige beperkingen in de reikwijdte.
- Productstabiliteit en oplosbaarheid moeten vroegtijdig worden geëvalueerd bij integratie in downstream biologische tests.
