Obecny protokół opisuje szczegółową metodę katalityczną na stole, która daje unikalną borylowaną pochodną ibuprofenu.
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-izobutylstyren został scharakteryzowany za pomocą spektroskopii 1H i 13C NMR. Bora-ibuprofen scharakteryzowano za pomocą spektroskopii 1H, 13C i 11B NMR w celu potwierdzenia struktury produktu i oceny czystości. Kluczowe dane dotyczące tych związków opisano w tym rozdziale.
Dane spektralne są zgodne ze strukturą 4-izobutylstyrenu (1) (Rysunek 2). Widmo 1H NMR uzyskane w CD...
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.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie