Obecny protokół opisuje szczegółową metodę katalityczną na stole, która daje unikalną borylowaną pochodną ibuprofenu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Obecny protokół opisuje szczegółową metodę katalityczną na stole, która daje unikalną borylowaną pochodną ibuprofenu.
Niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ) są jednymi z najczęstszych leków stosowanych w leczeniu bólu i stanu zapalnego. W 2016 r. zsyntetyzowano nową klasę NLPZ funkcjonalizowanych borem (bora-NLPZ) w łagodnych warunkach poprzez regioselektywną borakarboksylację arenów winylowych katalizowaną miedzią przy użyciu dwutlenku węgla (balon CO2) i reduktora diboru w temperaturze pokojowej. Ta oryginalna metoda była wykonywana głównie w komorze rękawicowej lub z próżniowym kolektorem gazowym (linia Schlenka) w rygorystycznych warunkach wolnych od powietrza i wilgoci, co często prowadziło do nieodtwarzalnych wyników reakcji ze względu na śladowe ilości zanieczyszczeń. Niniejszy protokół opisuje prostszą i wygodniejszą metodę syntezy reprezentatywnego bora-NLPZ, bora-ibuprofen. Reakcja sprzężenia krzyżowego Suzuki-Miyaura między 1-bromo-4-isobutylbenzen i ester pinakolu kwasu winyloboronowego wytwarza 4-izobutylstyren. Styren jest następnie regioselektywnie borakarboksylowany w celu uzyskania bora-ibuprofenu, kwasu α-arylo-β-borylopropionowego, z dobrą wydajnością w skali wielogramowej. Procedura ta pozwala na szersze wykorzystanie katalizowanej miedzią borakarboksylacji w laboratoriach syntetycznych, umożliwiając dalsze badania nad bora-NLPZ i innymi unikalnymi cząsteczkami podobnymi do leków funkcjonalizowanych borem.
Związki boroorganiczne są strategicznie wykorzystywane w syntezie chemicznej od ponad 50 lat1,2,3,4,5,6. Reakcje takie jak hydroborowanie-utlenianie7,8,9,10, halogenation11,12, amination13,14 oraz Suzuki-Miyaura cross-coupling15,16,17 doprowadziły do znaczących innowacji multidyscyplinarnych w chemii i dyscyplinach pokrewnych. Na przykład reakcje Suzuki-Miyaura odpowiadają za 40% wszystkich reakcji tworzenia wiązań węgiel-węgiel w pogoni za kandydatami na leki farmaceutyczne18. Reakcja sprzęgania krzyżowego Suzuki-Miyaura wytwarza areny winylowe w jednym kroku z halogenowanego prekursora areny19. Ta bardziej ekologiczna strategia katalityczna jest cenna w porównaniu z tradycyjnymi syntezami Wittiga z aldehydów, które mają słabą gospodarkę atomową i wytwarzają stechiometryczny produkt uboczny tlenku trifenylofosfiny.
Przewidywano, że regioselektywna hetero(element)karboksylacja arenów winylowych pozwoli na bezpośredni dostęp do nowych hetero(pierwiastków) zawierających niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ), wykorzystujące CO2 bezpośrednio w syntezie. Jednak reakcje hetero(element)karboksylacji były niezwykle rzadkie i ograniczały się do substratów alkinylowych i allenylowych przed 201620,21,22. Rozszerzenie reakcji borakarboksylacji na areny winylowe dostarczyłoby funkcjonalizowanych borem NLPZ, a kandydaci farmaceutyczni na bazie boru (Rysunek 1) zyskują na popularności, na co wskazują ostatnie decyzje FDA o zatwierdzeniu chemioterapeutyku bortezomibu, przeciwgrzybiczego tawaborolu i przeciwzapalnego krysabololu. Kwasowość boru Lewisa jest interesująca z punktu widzenia projektowania leków ze względu na zdolność do łatwego wiązania zasad Lewisa, takich jak diole, grupy hydroksylowe na węglowodanach lub zasady azotowe w RNA i DNA, ponieważ te zasady Lewisa odgrywają ważną rolę w procesach fizjologicznych i patologicznych23.
To katalityczne podejście do borakarboksylacji opiera się na borylowej inkubacji alkenu przez pośredni Cu-boryl, a następnie na insercji CO2 do powstałego produktu pośredniego Cu-alkilu. Laitar i wsp. opisali borylcuprację pochodnych styrenu za pomocą (NHC)Cu-boryl24, a także wykazano karboksylację gatunków Cu-alkilowych25. W 2016 r. laboratorium Popp opracowało nowe podejście do syntezy, aby osiągnąć łagodną dysfunkcjonalizację aren winylowych przy użyciu katalizatora (NHC)Cu-boryl i tylko 1 atm gazowego CO226. Korzystając z tej metody, w jednym kroku uzyskuje się dostęp do farmakoforu kwasu α-arylowo-propionowego, a z doskonałą wydajnością można przygotować nową, niezbadaną klasę NLPZ modyfikowanych borem. W 2019 r. dodatki katalityczne poprawiły wydajność katalizatora i poszerzyły zakres substratów, w tym przygotowanie dodatkowych dwóch nowych borylowanych NLPZ 27 (Rysunek 1).
Poprzednie reakcje borakarboksylacji alkenów można było osiągnąć tylko w rygorystycznych warunkach wolnych od powietrza i wilgoci przy użyciu izolowanego N-heterocyklicznego prekatalizatora miedzi(I) ligowanego karbenem (NHC-Cu; NHC = 1,3-bis(cykloheksyl)-1,3-dihydro-2 H-imidazol-2-yliden, ICy). Metoda laboratoryjna, w której borylowany ibuprofen może być syntetyzowany przy użyciu prostych odczynników, byłaby bardziej pożądana dla społeczności syntetycznej, skłaniając nas do opracowania warunków reakcji, które pozwalają na borakarboksylację arenów winylowych, w szczególności 4-izobutylstyrenu, w celu uzyskania od wytwarzania prekatalizatora NHC-Cu in situ i bez potrzeby stosowania komory rękawicowej. Niedawno doniesiono o protokole borakarboksylacji wykorzystującym sole imidazolu i chlorek miedzi(I) do wytworzenia in situ aktywnego katalizatora miedzi(I) ligowanego NHC28. Za pomocą tej metody α-metylostyren poddano borakarboksylacji, aby uzyskać 71% izolowaną wydajność pożądanego produktu, aczkolwiek przy użyciu komory rękawicowej. Zainspirowani tym wynikiem, opracowano zmodyfikowaną procedurę borakarboksylacji tert-butylostyrenu bez użycia komory rękawicowej wypełnionej azotem. Pożądany produkt borakarboksylowany tert-butylostyrenem został wyprodukowany z 90% wydajnością w skali 1,5 g. Satysfakcjonujące jest to, że metodę tę można zastosować do 4-izobutylstyrenu w celu wytworzenia pochodnej NLPZ bora-ibuprofenu o umiarkowanej wydajności. Farmakofor kwasu propionowego α-arylowego jest głównym motywem wśród NLPZ; Dlatego strategie syntetyczne, które umożliwiają bezpośredni dostęp do tego motywu, są wysoce pożądanymi przemianami chemicznymi. W niniejszym artykule przedstawiono syntetyczną ścieżkę dostępu do unikalnej pochodnej NLPZ bora-ibuprofenu z obfitego, niedrogiego materiału wyjściowego 1-bromo-4-izobutylobenzenu (~ 2,50 USD / 1 g) o umiarkowanej wydajności w dwóch etapach, bez potrzeby stosowania komory rękawicowej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Synteza 4-izobutylstyrenu poprzez krzyżowe sprzężenie Suzuki 1-bromo-4-izobutylobenzenu z estrem pinakolu kwasu winyloboronowego
2. Synteza bora-ibuprofenu na dużą skalę w komorze rękawicowej
UWAGA: Ta reakcja została przygotowana w komorze rękawicowej wypełnionej azotem (zobacz Tabelę Materiałów). Wszystkie chemikalia zostały wysuszone lub oczyszczone przed umieszczeniem w pudełku. 4-izobutylstyren został rozmrożony za pomocą pompy zamrażającej przed użyciem. Wszystkie fiolki i naczynia szklane zostały wysuszone i podgrzane w piecu (180 °C) przez co najmniej 24 godziny przed użyciem. Prekatalizator miedziowy (ICyCuCl) został przygotowany zgodnie z wcześniej opublikowanym raportem29.
3. Laboratoryjna synteza bora-ibuprofenu na dużą skalę
UWAGA: Ta procedura reakcji została przeprowadzona bez użycia komory rękawicowej wypełnionej azotem. Wszystkie chemikalia zostały użyte w takiej postaci, w jakiej zostały otrzymane lub zsyntetyzowane bez dalszego oczyszczania (suszenie, destylacja itp.). Wszystkie fiolki i naczynia szklane wysuszono i podgrzano w piecu (180 °C) przez co najmniej 24 godziny przed użyciem, a następnie schłodzono pod argonem do temperatury pokojowej bezpośrednio przed rozpoczęciem reakcji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
4-izobutylostyren został scharakteryzowany za pomocą spektroskopii NMR 1H i 13C. Bora-ibuprofen został scharakteryzowany za pomocą spektroskopii NMR 1H, 13C i 11B w celu potwierdzenia struktury produktu oraz oceny jego czystości. Kluczowe dane dla tych związków zostały opisane w tej sekcji.
Dane widmowe są zgodne ze strukturą 4-izobutylostyrenu (1) (Rysunek 2). Widmo 1
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
4-izobutylstyren (1) został efektywnie uzyskany w reakcji sprzęgania krzyżowego Suzuki z niedrogiego, dostępnego na rynku estru pinakolu 1-bromo-4-izobutylobenzenu i kwasu winyloboronowego. W porównaniu z podejściem Wittiga, reakcja ta pozwala na wyprodukowanie pożądanego styrenu w sposób bardziej przyjazny dla środowiska i przy lepszej gospodarce atomowej. Monitorowanie reakcji za pomocą TLC miało kluczowe znaczenie dla zapewnienia pełnej konwersji substratu 1-bromo-4-izobutylobenzenu,...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.
Chcielibyśmy podziękować programom CAREER i MRI Narodowej Fundacji Nauki (CHE-1752986 i CHE-1228336), West Virginia University Honors EXCEL Thesis Program (ASS & ACR), West Virginia University Research Apprenticeship (RAP) i Summer Undergraduate Research Experience (SURE) Programs (ACR), a także rodzinie Brodie (Don and Linda Brodie Resource Fund for Innovation) za hojne wsparcie tych badań.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kolba filtracyjna 125 ml | Fiolka ChemGlass | ||
| 20 ml z nakrętką odciążającą | ChemGlass | ||
| 4-izobutylbromobenzen | Matrix scientific | 8824 | |
| Bezwodny węglan potasu | Beantown chemicals | 124060 | |
| Bezwodny siarczan sodu | Dąb | 44702 | |
| Bis(pinacolato)dibor | Bor Chemikalia molekularne | BM002 | |
| Lejek Buchnera z gumowym adapterem | ChemGlass | ||
| Gazowy dwutlenek węgla (suchy kość) | Rurka Mateson | Tygon łączy reduktor butli z igłą używaną do przedmuchiwania reakcyjnego | |
| CHLOREK MIEDZI(I), KLASA ODCZYNNIKA, 97% | Aldrich | 212946 | |
| Dichloromtan - wysoka czystość | Fisher | D37-20 | |
| Eter dietylowy - wysoka czystość | Fisher | E138-20 | |
| Kolba Erlenmyera, 125 ml | ChemGlass | CG-8496-125 | |
| Heptan | |||
| H360-4 | |||
| Kwas solny | Fisher | AC124635001 | |
| IKA mieszająca płyta grzejna | Fisher | 3810001 RCT Basic MAG | |
| Schowek rękawicowy wypełniony azotem | MBRAUN | ||
| Pallad(0) tetrakistriphenylfosyna | Ark Pharm | ||
| SilicaFlash P60 żel krzemionkowy | SiliCycle | R12030B | |
| Wodorowęglan sodu | Fisher | S233-3 | |
| Tert-butotlenek sodu | Fisher | A1994222 | |
| Tetrahydrofuran - wysoka czystość | Fisher | T425SK-4 | Suszony na GlassContours System oczyszczania rozpuszczalnika |
| Trifenylofosfina | Sigma | T84409 | |
| Kolektor | Używany do konfiguracji reakcji borakarboksylacji w komorze rękawicowej | ||
| Ester pinakolu kwasu winyloboronowego | Oxchem |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.