Ester 2-azydo-1-azotanu może zostać przekształcony w odpowiadający mu 2-azydo-1-trichloroacetimidian w procedurze jednoetapowej. Celem pracy jest wykazanie przydatności reaktora mikrofalowego w syntezie węglowodanów.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Jednodomowa konwersja anomerycznych estrów azotanów do trichloroacetimidianów w jednym garnku wspomagana mikrofalami
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Celem poniższej procedury jest pokazanie jednogarnkowej konwersji estru 2-azydo-1-azotanowego do donora glikozylu trichloroacetimidianu. Po azydonitracji glikalu, produkt ester 2-azydo-1-azotanu może być hydrolizowany pod wpływem promieniowania wspomaganego mikrofalami. Przemiana ta jest zwykle osiągana przy użyciu silnie nukleofilowych odczynników i wydłużonych czasów reakcji. Napromieniowanie mikrofalowe indukuje hydrolizę, przy braku odczynników, z krótkimi czasami reakcji. Po denitracji pośredni alkohol anomeryczny jest przekształcany, w tym samym doniczce, w odpowiedni 2-azydo-1-trichloroacetimidian.
Wprowadzenie
Ze względu na ich wszechobecność w biologii molekularnej, węglowodany od dawna są celem syntezy chemicznej. 1,2,3 Podstawą każdej udanej kampanii syntetycznej jest prawidłowe zastosowanie reakcji glikozylacji w celu zbudowania łańcucha oligosacharydowego. 4,5,6,7,8,9,10,11,12 Nic dziwnego, że istnieje wiele metod instalacji wiązań glikozydowych. 13,14 Metoda Koenigsa-Knorra jest jedną z najwcześniejszych znanych procedur i polega na sprzężeniu chlorku glikozylu lub bromku ze składnikiem alkoholowym, zwykle pod wpływem aktywacji metalem ciężkim (rtęcią lub srebrem). 15 Pokrewne fluorki glikozylu zostały po raz pierwszy wprowadzone jako dawcy w 1981 roku przez grupę Mukaiyama i znalazły szerokie zastosowanie ze względu na ich zwiększoną stabilność termiczną i chemiczną. 16 Na przeciwległym końcu spektrum reaktywności znajdują się jodki glikozylu, które są znacznie bardziej reaktywne niż inne halogenki. Zwiększonej reaktywności towarzyszy zwiększona stereokontrola, szczególnie podczas tworzenia oligosacharydów połączonych z α. 17 Oprócz "haloglikozydów", tioglikozydy znalazły szerokie zastosowanie, częściowo ze względu na ich łatwość tworzenia, stabilność w wielu warunkach reakcji i aktywację za pomocą odczynników elektrofilowych. 18
Metody opisane powyżej skupiają się na przekształcaniu anomerycznego alkoholu w "nie-tlenowy", zawierający utajoną grupę opuszczającą, która jest aktywowana i ostatecznie wypierana przez alkohol z cząsteczki akceptora. Anomeryczna aktywacja tlenu, opisana przez szkołę Schmidta, koncentruje się na przekształcaniu samego tlenu C1 w grupę opuszczającą. 19 Ta metoda jest najpotężniejsza i najszerzej stosowana w chemicznych reakcjach glikozylacji. Dawców trichloroacetimidianu można łatwo przygotować z cukru redukującego i trichloroacetonitrylu w obecności zasady, takiej jak węglan potasu (K2CO3) lub 1,8-diazabicyklo[5.4.0]undec-7-en (DBU). Gatunki te są następnie aktywowane za pomocą kwasów Lewisa. 20
Ostatnio informowaliśmy, że donory 2-azydo-1-trichloroacetimidianu mogą być bezpośrednio przygotowywane z glikaliów. Proces obejmuje dwureakcyjną, jednoetapową procedurę z estrów 2-azydo-1-azotanowych. 21 Ten szczegółowy protokół ma na celu pomóc praktykom w pomyślnym zakończeniu transformacji z wysoką wydajnością. Szczególnie interesujący jest pierwszy etap sekwencji, który koncentruje się na denitracji termicznej w ogrzewaniu wspomaganym mikrofalami. Mamy również nadzieję, że udostępnimy wizualny samouczek dotyczący zastosowania reaktorów mikrofalowych w syntezie organicznej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Reprezentatywna denitracja wspomagana mikrofalowo
- Umieścić azydowy ester azotanu (1,0 ekwiwalentu, 0,2 mmol) w 8-mililitrowej fiolce do reakcji w mikrofali. Skalę reakcji można zwiększyć do kilku mmol bez niekorzystnego wpływu na przebieg procesu.
- Rozpuścić ester azydowo-azotanowy w 20% wodnym roztworze acetonu (0,1 M, 2,0 ml). Do naczynia reakcyjnego dodać pirydynę (5,0 eq., 0,08 ml, 1,0 mmol). Zamknąć fiolkę do naświetlania mikrofalowego i umieścić naczynie reakcyjne w komorze reaktora mikrofalowego.
- Naświetl roztwór przy 120 °C przez 15 min przy mieszaniu i z ustalonym czasem utrzymania. Czas utrzymania określa czas trwania naświetlania w wyznaczonej temperaturze i wynikającym z niej ciśnieniu. Wszystkie reakcje należy ogrzać do podanej temperatury w ciągu 2-minutowego okresu narastania. Temperaturę monitoruje wbudowany czujnik IR.
- Po 15 minutach należy przeanalizować mieszaninę reakcyjną za pomocą chromatografii cienkowarstwowej (TLC), aby potwierdzić zużycie substratu. Jako eluent należy zastosować mieszaninę octanu etylu i heksanów w stosunku 1:1.
- Wizualizuj płytkę TLC, stosując barwienie molibdenianem ceru i amonu. Rf stężenia substratu i produktu będą się różnić, ale alkohol redukujący ma zazwyczaj niższą wartość R o 0,05 do 0,1f niż substrat.
2. Powstawanie trichloroacetymidanu
- Po całkowitym zużyciu substratu odparować rozpuszczalnik do zmniejszonej objętości przy użyciu strumienia powietrza. Następnie rozcieńczyć w dichlorometanie (CH2Cl2)2Cl2 (1,0 ml), a następnie za pomocą strzykawki oddzielić warstwę wodną. Po usunięciu warstwy wodnej schłodzić mieszaninę reakcyjną do 0 °C z wykorzystaniem kąpieli wodno-lodowej.
- Następnie do naczynia reakcyjnego należy dodać DBU (10 eq, 0,3 ml, 1,9 mmol) oraz 2,2,2-trichloroacetonitryl (50 eq, 1,0 ml, 10 mmol). Oba odczynniki są dodawane w nadmiarze, przy czym wymagane jest minimum 1 ekwiwalent zasady oraz 1 ekwiwalent 2,2,2-trichloroacetonitrylu.
- Pozostawić mieszaninę reakcyjną do mieszania, pozwalając jej ogrzać się do temperatury otoczenia. Monitorować przebieg reakcji za pomocą TLC w celu potwierdzenia zużycia substratu.
- Jako eluentu należy użyć mieszaniny octanu etylu i heksanów w stosunku 1:1. Płytkę TLC należy wizualizować za pomocą barwnika z molibdenianem ceru(IV). Rf ilość substratu i produktu będzie się różnić.
- Po całkowitym zużyciu substratu przenieść mieszaninę reakcyjną do kolby odzyskowej i zagęścić mieszaninę w próżni przy 30 °COdparowanie rozpuszczalnika spowoduje otrzymanie surowego oleju o barwie od bladożółtej do brązowej.
- Oczyść produkt surowy za pomocą chromatografii kolumnowej na żelu krzemionkowym, wykorzystując kolumnę o średnicy 1,5 cm oraz eluent składający się z octanu etylu i heksanów w stosunku 1:4. Postać fizyczna imidatu będzie różnić się w zależności od cząsteczki.
Rycina 1. Reprezentatywne przykłady konwersji jednoprzestrzennej estrów 2-azydo-1-azotanowych do 2-azydo-1-trichloroimidatów. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Opisana tutaj technologia została zaprezentowana na mieszaninie trzech estrów 2-azydowonitranowych. W każdym przypadku pierwszy etap reakcji został zakończony w ciągu 20 minut.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Protokół opisany w tym samouczku zapewnia metodę konwersji estrów azotanowych na użyteczną, reaktywną funkcjonalność. W szerszym sensie, zastosowanie reaktora mikrofalowego do wykonywania określonych manewrów w trakcie syntezy węglowodanów może sprawić, że trudne transformacje staną się łatwe i rutynowe. Naszym celem w tym samouczku jest pokazanie, jak obchodzić się z węglowodanami w kontekście promieniowania mikrofalowego.
W przypadku reakcji macierzystej, wcześniejsze wysiłki zmierzające do ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Podziękowania
Autorzy chcieliby podziękować Uniwersytetowi Vanderbilt i Instytutowi Biologii Chemicznej za wsparcie finansowe. Pan Berkley Ellis i Prof. John McLean zostali uznani za Analizę Widma Mas w Wysokiej Rozdzielczości.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Żel krzemionkowy o siatce 230 400 | SiliCycle Inc | R10030B | |
| płytki TLC | SiliCycle Inc | TLG-R10014B-527 | |
| Molibdenian amonu cerowego | Sigma-Aldrich | A1343 | |
| Rozpuszczalnik nadal | Mbraun | MB-SPS-800 | |
| Spektrometr na podczerwień | Thermo | Thermo Electron IR100 | |
| Magnetyczny jądrowy Resonance | Bruker | 400, 600 MHz | |
| LC/MS | Thermo/Dionex | Pojedynczy quad, ESI | |
| HRMS | Agilent | Synapt G2 S HDMS | |
| Reaktor mikrofalowy | Anton Parr | Anton Parr G10 Monowave 200 | |
| DBU | Sigma-Aldrich | 139009 | |
| CCl3CN | Sigma-Aldrich | T53805 | |
| Pirydyna | Sigma-Aldrich | 270970 | |
| Aceton | Fisher Scientific | A18-20 | Klasa techniczna |
| Separator faz | Biotage | 120-1901-A | |
| Buchi | R-100 |
Bibliografia
- Nicolaou, K. C., Mitchell, H. J. Adventures in Carbohydrate Chemistry: New Synthetic Technologies, Chemical Synthesis, Molecular Design, and Chemical Biology A list of abbreviations can be found at the end of this article. Telemachos Charalambous was an inspiring teacher at the Pancyprian Gymnasium, Nicosia, Cyprus. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 40 (9), 1576-1624 (2001).
- Danishefsky, S. J., Allen, J. R. From the laboratory to the clinic: A retrospective on fully synthetic carbohydrate-based anticancer vaccines. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39 (5), 836-863 (2000).
- Nicolaou, K. C., Hale, C. R. H., Nilewski, C., Ioannidou, H. A. Constructing molecular complexity and diversity: total synthesis of natural products of biological and medicinal importance. Chemical Society Reviews. 41 (15), 5185-5238 (2012).
- Zhu, X., Schmidt, R. R. New principles for glycoside-bond formation. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48 (11), 1900-1934 (2009).
- Danishefsky, S. J., Bilodeau, M. T. Glycals in organic synthesis: The evolution of comprehensive strategies for the assembly of oligosaccharides and glycoconjugates of biological consequence. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35 (13-14), 1380-1419 (1996).
- Bongat, A. F., Demchenko, A. V. Recent trends in the synthesis of O-glycosides of 2-amino-2-deoxysugars. Carbohydr. Res. 342 (3-4), 374-406 (2007).
- Feizi, T., Fazio, F., Chai, W. C., Wong, C. H. Carbohydrate microarrays - a new set of technologies at the frontiers of glycomics. Curr. Opin. Struct. Biol. 13 (5), 637-645 (2003).
- Palmacci, E. R., Plante, O. J., Seeberger, P. H. Oligosaccharide synthesis in solution and on solid support with glycosyl phosphates. Eur. J. Org. Chem. (4), 595-606 (2002).
- Stallforth, P., Lepenies, B., Adibekian, A., Seeberger, P. H. 2009 Claude S. Hudson Award in Carbohydrate Chemistry. Carbohydrates: a frontier in medicinal chemistry. J. Med. Chem. 52 (18), 5561-5577 (2009).
- Danishefsky, S. J., Mcclure, K. F., Randolph, J. T., Ruggeri, R. B. A Strategy for the Solid-Phase Synthesis of Oligosaccharides. Science. 260 (5112), 1307-1309 (1993).
- Demchenko, A. V. Stereoselective chemical 1,2-cis O-glycosylation: From 'sugar ray' to modern techniques of the 21st century. Synlett. (9), 1225-1240 (2003).
- Fraserreid, B., Wu, Z. F., Udodong, U. E., Ottosson, H. Armed-Disarmed Effects in Glycosyl Donors - Rationalization and Sidetracking. J. Org. Chem. 55 (25), 6068-6070 (1990).
- Bohe, L., Crich, D. A propos of glycosyl cations and the mechanism of chemical glycosylation; the current state of the art. Carbohydr. Res. 403, 48-59 (2015).
- Toshima, K., Tatsuta, K. Recent Progress in O-Glycosylation Methods and Its Application to Natural-Products Synthesis. Chem. Rev. 93 (4), 1503-1531 (1993).
- Koenigs, W., Knorr, E. Ueber einige Derivate des Traubenzuckers und der Galactose. Chem. Ber. 34 (1), 957-981 (1901).
- Mukaiyama, T., Murai, Y., Shoda, S. An Efficient Method for Glucosylation of Hydroxy Compounds Using Glucopyranosyl Fluoride. Chem. Lett. (3), 431-432 (1981).
- Meloncelli, P. J., Martin, A. D., Lowary, T. L. Glycosyl iodides. History and recent advances. Carbohydrate Research. 344 (9), 1110-1122 (2009).
- Lian, G., Zhang, X., Yu, B. Thioglycosides in carbohydrate research. Carbohydr. Res. 403, 13-22 (2015).
- Schmidt, R. R., Kinzy, W. Anomeric-Oxygen Activation for Glycoside Synthesis - the Trichloroacetimidate Method. Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry. 50, 21-123 (1994).
- Schmidt, R. R., Toepfer, A. Glycosylation with highly reactive glycosyl donors: efficiency of the inverse procedure. Tetrahedron Lett. 32 (28), 3353-3356 (1991).
- Keith, D. J., Townsend, S. D. Direct, microwave-assisted substitution of anomeric nitrate-esters. Carbohydr. Res. 442, 20-24 (2017).
- Bukowski, R., et al. Synthesis and Conformational Analysis of the T-Antigen Disaccharide(B-D-Gal-(1->3)-a-D-GalNAc-OMe). Eur. J. Org. Chem. 14, 2697-2705 (2001).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
