Bezpośrednia heteroarylacja ketonów wspomagana mikrofalami przy użyciu katalizy metali przejściowych
16 lutego 2020
Związki heteroarylowe są ważnymi cząsteczkami wykorzystywanymi w syntezie organicznej, chemii medycznej i biologicznej. Heteroarylacja wspomagana mikrofalami przy użyciu katalizy palladowej zapewnia szybką i wydajną metodę przyłączania ugrupowań heteroarylowych bezpośrednio do substratów ketonowych.
Protokół ten wykorzystuje promieniowanie mikrofalowe i katalizator palladowy do przyłączenia fragmentu heteroarylu bezpośrednio do węgla alfa ketonu. Główną zaletą tej techniki jest szybka budowa związku heteroarylowego do badań przesiewowych w zakresie chemii medycznej, do opracowywania katalizatorów wspomagających oraz do odkrywania tandemowych reakcji organicznych. Długoterminową implikacją naszych badań jest synteza skutecznego inhibitora aromatazy, który ma być stosowany jako potencjalne leczenie raka piersi z dodatnim receptorem hormonalnym.
Błędy najprawdopodobniej wynikają z rozlania podczas korzystania ze schowka na rękawiczki, dlatego radzimy nie spieszyć się, ponieważ reakcja nie wymaga szybkiego tempa, aby odnieść sukces. Potrzebne odczynniki i materiały eksploatacyjne należy przetransportować do schowka na rękawiczki. Wewnątrz umieszczonego schowka rękawicowego odważyć 115 miligramów tert-butotlenku sodu bezpośrednio do czteromililitrowej fiolki do reakcji mikrofalowej.
Za pomocą szklanej pipety dodaj jeden mililitr odgazowanego toluenu do fiolki do reakcji mikrofalowej. Zważ dziewięć miligramów katalizatora XPhos Palladacycle Generation 4 i dodaj go do fiolki do kuchenki mikrofalowej. Zanurzyć szpatułkę w roztworze w fiolce i zawirować, aby zapewnić całkowite przeniesienie katalizatora.
Następnie użyj odpowiedniej strzykawki o mikrolitrach, aby dodać 64,4 mikrolitrów acetofenonu do fiolki mikrofalowej. Odważyć 103 miligramy 3-jodopirydyny i dodać ją do fiolki do kuchenki mikrofalowej. Następnie dodaj kolejny mililitr odgazowanego toluenu, tak aby całkowita mieszanina reakcyjna wynosiła około trzech mililitrów.
Ostrożnie wyrównać uszczelkę i nakrętkę i umieścić je na fiolce do reakcji mikrofalowej. Dokręć. Wyjmij chemikalia, materiały eksploatacyjne i śmieci ze schowka na rękawiczki.
Weź zmontowaną fiolkę reakcyjną do reaktora mikrofalowego i umieść ją na płytce z węglika krzemu na wirniku. W przypadku wielu fiolek reakcyjnych należy je równomiernie rozmieścić na czterech płytkach z węglika krzemu na wirniku. Ustaw limit temperatury czujnika podczerwieni na 113 stopni Celsjusza, co odpowiada rzeczywistej temperaturze reakcji przy 130 stopniach Celsjusza.
Zaprogramuj moc i czas mikrofal dla każdego kroku zgodnie z rękopisem. Przeprowadzić reakcję pod wpływem promieniowania mikrofalowego. Zapisz rzeczywisty czas reakcji i temperaturę.
Po ostygnięciu mikrofalowej fiolki reakcyjnej do temperatury otoczenia, przenieść mieszaninę reakcyjną do rozdzielacza i przepłukać do lejka minimalną ilością octanu etylu. Dodać dwa mililitry nasyconego chlorku amonu i dziesięć mililitrów octanu etylu do rozdzielacza i wstrząsnąć do wymieszania. Umieść lejek separatora na stojaku, aby osiadał przez pięć minut.
Otwórz zawór, aby opróżnić warstwę wodną, a następnie oddziel górną warstwę organiczną i zachowaj ją w czystej, suchej zlewce. Powtórz ekstrakcję, dodając jeszcze dwa razy dziesięć mililitrów octanu etylu i połącz warstwy organiczne. Po wysuszeniu i odparowaniu obrotowym należy zapisać kształt, kolor i masę produktu surowego.
Zweryfikować produkt końcowy za pomocą automatycznej chromatografii flash. Najpierw rozpuść surowy produkt w jednym do dwóch mililitrów acetonu w kolbie okrągłodennej, a następnie dodaj 1,5 grama żelu krzemionkowego, aby uzyskać zawiesinę. Wykonuj odparowywanie obrotowe przez około pięć minut, bardzo ostrożnie usuwając aceton, tak aby produkt został załadowany na żel krzemionkowy.
Przenieść otrzymany żel krzemionkowy do pustego wkładu ładującego do chromatografii błyskowej. Zamontuj wkład ładujący, wstępnie zapakowaną kolumnę, stojak na probówki i przewody rozpuszczalnika do zautomatyzowanego systemu MPLC. Ustaw gradient rozpuszczalnika i inne parametry dla systemu MPLC i uruchom chromatografię flash.
Połącz pożądane frakcje MPLC w kolbie okrągłodennej i odparuj rozpuszczalnik w obrotowym aparacie odparowującym, aby zebrać czysty produkt. Oczyszczony produkt suszyć w wysokiej próżni przez co najmniej godzinę w celu usunięcia pozostałości rozpuszczalnika. Następnie odważ od pięciu do 10 miligramów końcowego oczyszczonego produktu.
Rozpuść go w 0,75 mililitra deuterowanego chloroformu lub innego odpowiedniego deuterowanego rozpuszczalnika. I weźmy widmo protonowego NMR. Korzystając z tego wydajnego protokołu wspomaganego mikrofalami, przeprowadzono bezpośrednią heteroarylację ketonów alfa-węglową.
Na przykład związek 1A został zsyntetyzowany i wyizolowany jako jasnożółty związek. Jego widma NMR protonu i węgla-13 są pokazane tutaj. Obecność dwuprotonowego sygnału singletowego o wartości delta 4,26 ppm w widmie protonów potwierdziła udane sprzężenie węgiel-węgiel między ketonem a halogenkiem heteroarylu.
Oczyszczanie w oparciu o system rozpuszczalników octanu etylu i heksanów bardzo dobrze pozwoliło na wyizolowanie związków za pomocą jednego azotu. Gdy ta metoda została zastosowana do związków z dwoma lub więcej atomami azotu, należy zastosować system rozpuszczalników metanolu i chlorku metylenu, aby uzyskać szybszą elucję. Najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest zapewnienie dokładnego i kompletnego transferu wszystkich odczynników, zwłaszcza katalizatora.
Technika ta pozwala naukowcom na przeprowadzanie równoległej syntezy w celu odkrycia odczynników farmaceutycznych i opracowania podejścia domina do syntezy produktów naturalnych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół wykorzystuje napromieniowanie mikrofalowe oraz katalizator palladowy do wydajnego przyłączania fragmentu heteroarylowego bezpośrednio do węgla alfa ketonu. Metoda ta jest korzystna w przypadku szybkiej syntezy, szczególnie w zastosowaniach związanych z chemią medyczną.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Synteza organiczna
- Chemia medyczna
- Chemia biologiczna
Wstęp
- Związki heteroarylowe mają istotne znaczenie w różnych zastosowaniach chemicznych.
- Techniki wspomagane mikrofalowo zwiększają wydajność reakcji.
- Kataliza palladowa jest kluczową metodą w syntezie organicznej.
- Celem badań jest opracowanie skutecznych metod leczenia raka piersi z dodatnimi receptorami hormonalnymi.
Cel badania
- Stworzenie szybkiej metody syntezy związków heteroarylowych.
- Ułatwienie przesiewania w chemii medycznej.
- Badanie nowych możliwości odkrywania reakcji organicznych.
Zastosowane metody
- Naświetlanie mikrofalowe w celu przyspieszenia reakcji.
- Heteroarylacja katalizowana palladem.
- Zastosowanie tert-butanorku sodu jako zasady.
- Kontrolowane środowisko wewnątrz komory rękawicowej w celu zapobiegania kontaminacji.
Główne wyniki
- Skuteczne przyłączenie grup heteroarylowych do ketonów.
- Wykazano możliwość szybkiej syntezy związków heteroarylowych.
- Przedstawiono spostrzeżenia istotne dla dalszych badań nad inhibitorami aromatazy.
- Podkreślono znaczenie zachowania ostrożności podczas pracy w rękawicy laboratoryjnej (glove box).
Wnioski
- Metoda wspomagana mikrofalowo jest efektywna w procesie heteroarylowania.
- Technika ta znajduje potencjalne zastosowania w opracowywaniu leków.
- Przyszłe badania mogą doprowadzić do opracowania skutecznych metod leczenia raka piersi.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Ta metoda bezpośredniej heteroarylacji wspomaganej mikrofalowo umożliwia szybką syntezę ketonów heteroarylowych, rozwiązując kluczowy problem w chemii medycznej dotyczący syntezy zróżnicowanych bibliotek małych cząsteczek. Dzięki wyeliminowaniu etapu przygotowania produktów pośrednich oraz wykorzystaniu akceleracji mikrofalowej, protokół ten wspiera szybszy proces przechodzenia od fazy hit-to-lead w początkowych etapach odkrywania leków. Jego zastosowanie w opracowywaniu inhibitorów aromatazy podkreśla znaczenie dla terapii raka piersi z dodatnim receptorem hormonalnym, co jest zgodne z priorytetami w rozwoju leków onkologicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia szybką syntezę ketonów zawierających grupy heteroarylowe do badań przesiewowych przeciwko celom biologicznym, takim jak aromataza.
- Wartość operacyjna: Skraca czas syntezy z godzin do minut dzięki zastosowaniu naświetlania mikrofalowego, co zwiększa wydajność równoległego otrzymywania związków.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Pozwala na otrzymywanie strukturalnie zróżnicowanych ketonów heteroarylowych, odpowiednich do badań SAR w analizach oddziaływań ligand-receptor.
- Wartość operacyjna: Umożliwia otrzymanie czystych, scharakteryzowanych produktów za pomocą zautomatyzowanej chromatografii błyskawicznej, zapewniając spójność materiałów wejściowych do testów biochemicznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera syntezę potencjalnych inhibitorów aromatazy, umożliwiając przedkliniczną ocenę kandydatów do terapii hormonalnej.
- Wartość operacyjna: Wykorzystuje bardziej ekologiczne warunki (etapy pośrednie bez użycia rozpuszczalników, zredukowana ilość odpadów), zgodne z celami zrównoważonej chemii procesowej.
Integracja rurociągów i przepływów pracy
Metoda ta wpisuje się w wczesne etapy procesów odkrywania leków, umożliwiając szybką syntezę bibliotek do badań nad wiązaniem z celem i identyfikacją związków wiodących, z potencjałem translacyjnym w przedklinicznych programach onkologicznych.
- Biologia odkrywcza: Generowanie ketonów heteroarylowych w celu badania wiązania z celem i modulacji funkcjonalnej podczas ograniczania ryzyka w analizie szlaków sygnałowych.
- Przesiewanie: Dostarczanie powtarzalnych, czystych związków do wysokoprzepustowych lub ukierunkowanych kampanii przesiewowych w chemii medycznej.
- Analityka: Wykorzystanie 1H NMR, 13C NMR oraz HRMS do potwierdzenia struktury, co zapewnia integralność danych niezbędną do podejmowania dalszych decyzji.
- Badania translacyjne: Powiązanie z opracowywaniem inhibitorów aromatazy, wspierające przejście od związku hit do kandydata przedklinicznego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Platforma mikrofalowa/palladowa może być adaptowana do różnych substratów heteroarylowych, umożliwiając jej ponowne wykorzystanie w wielu projektach chemii medycznej.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w badaniach SAR poprzez umożliwienie szybkiego dostępu do różnorodnych szkieletów heteroarylowych.
- Wartość operacyjna: Zwiększa wydajność laboratoryjną dzięki skróceniu czasu reakcji i uproszczonemu opracowaniu produktu bez konieczności stosowania produktów pośrednich w postaci silylowych eterów enolowych.
- Wartość strategiczna: Przyspiesza identyfikację trafień (hit identification), poprawiając efektywność kapitałową we wczesnych etapach projektowania leków.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację chemotypów skorygowaną o ryzyko, z poprawionym potencjałem oddziaływania z celem molekularnym.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza z zakresu obsługi reaktora mikrofalowego oraz przygotowania reakcji katalizowanych palladem.
- Niezbędny jest dostęp do szczelnych fiolek mikrofalowych, atmosfery obojętnej (pudło rękawicowe lub linia Schlenka) oraz zautomatyzowanych systemów chromatografii błyskawicznej.
- Wymagana jest standaryzacja przenoszenia odczynników i obchodzenia się z katalizatorem w celu zapewnienia powtarzalności wyników między różnymi użytkownikami.
- Należy dostosować układy rozpuszczalników (np. metanol/chlorek metylenu) dla polarnych substratów heteroarylowych, aby utrzymać wydajność oczyszczania.
- Metoda jest ograniczona przez wrażliwość substratów na wysoką temperaturę i ciśnienie; związki termolabilne mogą wymagać alternatywnych metod aktywacji.
