Przedstawiono szczegółowy, skalowalny protokół ciągłego przepływu do syntezy fluorku arylu z aminy arylowej w reakcji Balza-Schiemanna.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiono szczegółowy, skalowalny protokół ciągłego przepływu do syntezy fluorku arylu z aminy arylowej w reakcji Balza-Schiemanna.
Zapotrzebowanie na aromatyczne fluorki stale rośnie w przemyśle farmaceutycznym i chemicznym. Reakcja Balza-Schiemanna jest prostą strategią otrzymywania fluorków arylu z amin arylowych poprzez otrzymywanie i przekształcanie produktów pośrednich tetrafluoroboranu diazonium. Istnieje jednak poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa związane z obchodzeniem się z arylowymi solami diazonium podczas zwiększania skali. W celu zminimalizowania zagrożenia przedstawiamy protokół ciągłego przepływu, który został z powodzeniem przeprowadzony w skali kilogramowej, który eliminuje izolację soli arylowo-diazoniowych, ułatwiając jednocześnie wydajną fluorację. Proces diazotyzacji przeprowadzono w temperaturze 10 °C z czasem przebywania 10 minut, a następnie proces fluorowania w temperaturze 60 °C z czasem przebywania 5,4 s z wydajnością około 70%. Czas reakcji został znacznie skrócony dzięki wprowadzeniu tego wieloetapowego systemu ciągłego przepływu.
Reakcja Balza-Schiemanna to klasyczna metoda zastępowania grupy diazonowej fluorem przez podgrzewanie ArN2+BF4− bez rozpuszczalnika1,2. Reakcja może być stosowana do szerokiej gamy substratów arylaminowych, co czyni ją ogólnie stosowanym podejściem do syntezy amin arylowych, które są często wykorzystywane do zaawansowanych półproduktów w przemyśle farmaceutycznym lub chemicznym2,3. Niestety, w reakcji Balza-Schiemanna często stosuje się trudne warunki reakcji, a reakcja generuje potencjalnie wybuchowe sole arylodiazonium4,5,6,7,8. Inne wyzwania związane z reakcją Balza-Schiemanna to powstawanie produktów ubocznych podczas procesu rozkładu termicznego i jego skromna wydajność. W celu zminimalizowania powstawania produktów ubocznych, dediazotację termiczną można przeprowadzić w rozpuszczalnikach niepolarnych lub przy użyciu czystych soli diazonium9,10, co oznacza, że sole arylodizanium powinny być wyizolowane. Jednak diazotyzacja amin aromatycznych jest na ogół egzotermiczna i szybka, co stanowi ryzyko związane z izolacją wybuchowej soli diazoniowej, zwłaszcza w produkcji na dużą skalę.
W ostatnich latach technologie syntezy ciągłego przepływu pomogły przezwyciężyć problemy związane z bezpieczeństwem związane z reakcjami Balza-Schiemanna11,12. Chociaż istnieje kilka przykładów diazotyzacji amin aromatycznych przy użyciu ciągłych mikroreaktorów do deaminacji w pozycjach para: chlorki arylu, 5-azedye i chlorosulfonylacja, wkłady te zostały zgłoszone tylko w skali laboratoryjnej13,14,15,16,17. Yu i jego współpracownicy opracowali ciągły proces syntezy fluorków arylu w skali kilogramów18. Wykazali, że poprawa wymiany ciepła i masy w systemie przepływowym byłaby korzystna zarówno dla procesu diazotyzacji, jak i procesu fluorowania. Używali jednak dwóch oddzielnych reaktorów o ciągłym przepływie; W związku z tym procesy diazotyzacji i rozkładu termicznego badano oddzielnie. Kolejny wkład został opublikowany przez Buchwalda i współpracowników19, w którym przedstawili hipotezę, że jeśli tworzenie produktu przebiega przez mechanizm SN2Ar lub SN1, to wydajność może zostać poprawiona poprzez zwiększenie stężenia źródła fluoru. Opracowali oni hybrydowy proces reaktora zbiornikowego z mieszadłem (CSTR), w którym sole diazonium są wytwarzane i zużywane w sposób ciągły i kontrolowany. Jednak wydajność wymiany ciepła i masy CSTR nie jest wystarczająco dobra jako reaktora przepływowego rurowego i nie można oczekiwać, że duży reaktor CSTR będzie używany z wybuchowymi solami diazonium w produkcji na dużą skalę. Następnie Naber i współpracownicy opracowali w pełni ciągły proces przepływu do syntezy 2-fluoroadeniny z 2,6-diaminopuryny20. Okazało się, że egzotermiczna reakcja Balza-Schiemanna jest łatwiejsza do kontrolowania w sposób ciągły i że wymiary przewodów reaktora przepływowego wpływają na aspekty wymiany ciepła i kontroli temperatury - reaktor rurowy o dużych wymiarach wykazuje pozytywną poprawę. Jednak efekt zwiększenia skali reaktora rurowego będzie zauważalny, a słaba rozpuszczalność polarnej soli arylowo-diazoniowej w rozpuszczalnikach organicznych jest kłopotliwa dla statycznych reaktorów rurowych, które są narażone na ryzyko zablokowania. Mimo że osiągnięto znaczny postęp, nadal istnieją pewne problemy związane z wielkoskalowymi reakcjami Balza-Schiemanna. W związku z tym opracowanie ulepszonego protokołu, który zapewniłby szybki i skalowalny dostęp do fluorków arylu, jest nadal znaczące.
Wyzwania związane z przetwarzaniem reakcji Balza-Schiemanna na dużą skalę obejmują następujące:(i)niestabilność termiczną nagromadzonego pośredniego diazonium w krótkim okresie czasu21; (ii) długi czas rozpatrywania wniosków; oraz (iii) nierównomierne ogrzewanie lub obecność wody we fluoroboranie diazonu, prowadząca do niekontrolowanego rozkładu termicznego i zwiększonego powstawania produktów ubocznych22,23. Dodatkowo (iv) w niektórych trybach przetwarzania przepływowego nadal wymagana jest izolacja półproduktu diazonium ze względu na jego niską rozpuszczalność14, który jest następnie wprowadzany do niekontrolowanej reakcji rozkładu. Nie można uniknąć ryzyka związanego z obchodzeniem się z dużą ilością soli diazoniowej w linii. W związku z tym istnieje znaczna korzyść z opracowania strategii ciągłego przepływu w celu rozwiązania wyżej wymienionych problemów i uniknięcia zarówno akumulacji, jak i izolacji niestabilnych gatunków diazonium.
Aby zapewnić z natury bezpieczniejszą produkcję chemikaliów w farmaceutykach, nasza grupa skupiła się na wieloetapowej technologii ciągłego przepływu. W niniejszej pracy stosujemy tę technologię do syntezy Balza-Schiemanna w skali kilogramowej w sposób eliminujący izolację arylowych soli diazoniowych, ułatwiając jednocześnie wydajną fluorację.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Dokładnie sprawdź właściwości i toksyczność opisanych tutaj substancji chemicznych pod kątem właściwego postępowania chemicznego z odpowiednim materiałem, zgodnie z kartami charakterystyki substancji niebezpiecznej (MSDS). Niektóre ze stosowanych chemikaliów są szkodliwe dla zdrowia i należy zachować szczególną ostrożność. Unikać wdychania i kontaktu tych materiałów ze skórą. Podczas całego procesu należy nosić odpowiednie środki ochrony osobistej.
1. Przygotowanie pasz do protokołu ciągłego przepływu
2. Konfiguracja sprzętu do ciągłego przepływu
3. Przetwarzanie reakcji ciągłego przepływu
4. Destylacja rozpuszczalników organicznych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Modelowa reakcja jest pokazana w Rysunek 2. 2-metylopirydyno-3-amina (związek 1 w Rysunek 2) została wybrana jako materiał wyjściowy do przygotowania 2-metylopirydyno-3-fluorku (związek 3 w Rysunek 2) poprzez reakcję Balza-Schiemanna. Parametry eksperymentalne były systematycznie badane poprzez zmianę temperatury reakcji i czasu przebywania. Pasza A to 0,35 M 2-metylopirydyno-3-amina w THF. Pasza B to czysty BF3·Et2O w stężeniu 8...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ciągłego przepływu w reakcji Balza-Schiemanna został z powodzeniem przeprowadzony dzięki połączeniu reaktora z przepływem mikrokanałowym i reaktora o dynamicznie mieszanym przepływie. Strategia ta ma kilka zalet w porównaniu z procesem wsadowym: (i) jest bezpieczniejsza przy kontrolowanym tworzeniu soli diazoniowej; (ii) jest bardziej podatny na wyższą temperaturę reakcji, 10 °C w porównaniu z -20 °C; oraz (iii) jest bardziej wydajny bez izolacji półproduktu diazonium, dwóch etapów w jednym ciągłym procesie. W s...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Żaden z autorów tego protokołu nie ma żadnych konkurencyjnych interesów finansowych ani konfliktów interesów.
Chcielibyśmy podziękować za wsparcie Programu Nauki i Technologii w Shenzhen (Grant No. KQTD20190929172447117).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 2-metylopirydyno-3-amina | Raffles Pharmatech Co. Ltd | C2021236-SM5-H221538-008 | HPLC: >98%, Woda firmy KF ≤ |
| Pompa tłokowa o stałym przepływie 0,5% 316L | Oushisheng (Beijing) Technology Co., Ltd | DP-S200 | |
| BF3. Et2O | Whmall.com | B802217 | |
| Kwas cytrynowy | Titan Technology Co., Ltd | G83162G | |
| con. HCl | Foshang Xilong Huagong | 1270110101601M | |
| Reaktor o przepływie dynamicznie mieszanym | Autichem Ltd | DM500 | 316L reator o objętości wewnętrznej 500 ml |
| Heptan | Shenzhen Huachang | HCH606 | Water firmy KF ≤ 0,5% |
| reaktor mikroprzepływowy | Corning Reactor Technology Co., Ltd | G1 Galss AFR | Szklany moduł z 9 ml objętości wewnętrznej |
| Pompa tłokowa o stałym przepływie z PTFE | Sanotac Chiny | MPF1002C | |
| Wodorotlenek sodu | Foshang Xilong Huagong | 1010310101700 | |
| eter metylowy tert-butylu | Titan Technology Co., Ltd | 01153694 | |
| tert-butyl azotyny | Whmall.com | XS22030900060 | |
| Tetrahydrofuran | Titan Technology Co., Ltd | 1152930 | Woda firmy KF ≤ 0,5 % |
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