Summary
1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer framställs av aryl hydraziner kombinerat med antingen 3-aminokrotononitril eller en α-cyanoketon i en 1 M HCl-lösning med hjälp av en mikrovågsugn reaktor. De flesta reaktionerna görs i 10-15 minuter och ren produkt kan erhållas via vakuum filtrering med typisk isolerad avkastning på 70-90%.
Abstract
En syntetisk process för beredning av en mängd 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer utvecklades. Den mikrovågsmedierade karaktären hos denna metod gör den effektiv i både tid och resurser och använder vatten som lösnings medel. 3-aminokrotononitril eller en lämplig α-cyanoketon kombineras med en arylhydrazin och löses upp i 1 M HCl. Blandningen värms sedan i en mikrovågsugn reaktor vid 150 ° c, typiskt för 10-15 min. Produkten kan lätt erhållas genom basbildande lösningen med 10% NaOH och isolera den önskade föreningen med en enkel vakuum filtrering. Användningen av vatten som lösnings medel i denna reaktion lånar till dess lätthet och användbarhet i produktionen, och denna metod är lätt reproducerbar med en mängd olika funktionella grupper. Typiska isolerade avkastningar varierar från 70-90%, och reaktioner kan utföras på milligram till gram skala med liten eller ingen förändring i observerade avkastningar. Några av de tillämpningar av dessa molekyler och deras derivat inkluderar bekämpnings medel, anti-malarials, och chemotherapeutics, bland många andra.
Introduction
Impulsen att skapa en strömlinjeformad syntes av 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer beror på den myriad av tillämpningar av dessa små molekyler. De förekommer i Kinas hämmare1, antibiotika2, bekämpnings medel3, och bland många andra biologiskt aktiva föreningar4,5. Syntetiska system för dessa föreningar är rikligt, men de flesta involverar komplexa isolerings-och renings tekniker. En vanlig metod innebär återflöde av arylhydrazin och 3-aminokrotononitril i antingen alkoholhaltiga eller vatten lösningar följt av en efterföljande rening via kromatografi och/eller omkristallisering6,7, 8,9,10. En handfull isolerade rapporter har detaljerade syntesen av dessa föreningar med hjälp av mikrovågs strålning, men alla krävde omfattande uppvärmnings tid och erbjöd liten fördel jämfört med andra tidigare rapporterade metoder11,12 .
Trots deras nytta, det finns ett begränsat antal 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer tillgängliga från kommersiella leverantörer. Vi hade nyligen framgång förbereda kväve heterocykler med hjälp av en mikrovågsugn reaktor13 och bestämde sig för att undersöka en relaterad metodik för pyrazol-5-Amin analoger. I detta dokument, vi detalj vårt förfarande för att förbereda 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer genom att reagera en aryl hydrazin med antingen 3-aminokrotononitril eller en α-cyanoketone i 1 M HCl under mikrovågs strålning. Fördelarna med detta förfarande inkluderar en kort reaktions tid och förmågan att införliva en mängd olika funktionella grupper inklusive halogenider, nitriler, fenoler, sulfoner och Nitro grupper14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Var försiktig: Läs igenom alla relevanta material säkerhets data blad (MSDS) före användning. Följ alla lämpliga säkerhets rutiner när du använder mikrovågsugnen, bland annat genom att granska mikrovågsreaktorns protokoll och användning av personlig skyddsutrustning (skydds glasögon, handskar, labbrock, ful längds byxor, skor med sluten tå). Detta förfarande är utformat för att fungera med en aryl Hydrazin och antingen 3-aminokrotononitril eller en α-cyanoketon. Lämplig mikrovågsinjektionsflaska och rör stång bör användas enligt den omfattning av reaktionen som anges av tillverkaren.
1. beredning av reaktions blandning
Anmärkning: följande reaktion mellan 4-fluorophenylhydrazinhydroklorid och 3-aminocrotononitril på en 2 mmol skala är representativ. Proceduren är identisk när man ersätter α-cyanoketoner i stället för 3-aminokrotononitril14.
- Få en mikrovågsugn injektions flaska avsedd för reaktions volymer på 2-5 mL som har torkats över natten i en glas ugn och tillsätt en lämplig rör stång.
- Tillsätt 0,325 g 4-fluorofenylhydrazinhydroklorid (1 equiv., 2 mmol) och 0,164 g 3-aminocrotononitril (1 equiv., 2 mmol) till mikrovågsflaskan.
- Tillsätt 5 mL 1 M HCl för att göra koncentrationen av startreagens som 0,4 M. Använd en rör platta för att se till att den heterogena SUS pensionen rörs om. Tillsätt ytterligare lösnings medel om reaktanter har dålig löslighet och reaktions blandningen inte kan rörs om ordentligt. Överför lösningen till en större injektions flaska om det behövs för att undvika att överskrida den rekommenderade spädnings vätskan som anges i bruksanvisningen för mikrovågsugnen.
2. upphettning av reaktionen i mikrovågsreaktorn
- Försegla mikrovågsflaskan med en mikrovågsyl med lämpligt crimper-verktyg.
- Placera injektions flaskan i mikrovågsreaktorn. Program mera mikrovågsinställningarna för tid (10 min), temperatur (150 ° c), och absorption (mycket hög).
Varning: var uppmärksam på reaktor trycket under uppvärmnings fasen. Ett plötsligt tryck fall kan tyda på läckage och/eller kärl haveri. - När reaktionen har svalnat (< 40 ° c), ta bort injektions flaskan från mikrovågsreaktorn.
- Ta bort locket med ett lämpligt verktyg för deapper.
3. isolering av produkten genom vakuum filtrering
- I ett välventilerat dragskåp, kläm fast mikrovågsflaskan över en rör platta.
- Tillsätt 2 mL 10% NaOH med omrörning för att göra lösningen basisk och orsaka omedelbar utfällning av produkten. Lösningens pH ska vara > 10, vilket indikeras av pH-papper. Ultraljudsbehandling och skrapning av injektions flaskan med en spatel kan stöd med blandning och lossnar produkt från kärl väggarna.
Obs: vissa produkter olja ur den alkaliska lösningen. Om detta inträffar, överför lösningen med hjälp av ~ 20 mL avjoniserat vatten till en Separerande tratt och extrahera 3x med diklormetan eller etylacetat. Torka de kombinerade organiska lagren och avdunsta för att få produkten. - Ställ in en vakuum filtrerings apparat för att isolera fast produkt fällning. Använd avjoniserat vatten för att skölja kvarvarande produkter från mikrovågsflaskan och tvätta den isolerade produkten.
- Låt produkten torka över natten på bänk skivan eller i en exsickator. Isolerade avkastningar är vanligt vis i 70-90% intervall14.
- Skaffa ett 1H NMR-spektrum i cdcl3 för att bekräfta produktens identitet och renhet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I denna demonstration reagerade 3-aminocrotononitril och 4-fluorophenylhydrazinhydroklorid för att producera 1-(4-fluorofenyl) -3-metyl-1H-pyrazol-5-Amin (figur 1). Blandningen av utgångs materialet i mikrovågsflaskan som ses i figur 2a visar den heterogena SUS pensionen som skapas genom att kombinera utgångs materialen i 1 M HCl-vätskan. Det rekommenderas att i förväg blanda lösningen i några sekunder över en rör platta för att se till att rör ribban fritt kan snurra. Efter att mikrovågsreaktionen har inträffat blir lösningen en homogen blandning som ses i figur 2b. Efter omrörning och tillsats av tillräckligt med 10% NaOH för att göra lösningen grundläggande, kommer produkten snabbt fällas ut ur lösningen som visas i figur 2c. Fällningen kan sedan filtreras och tvättas med avjoniserat vatten som producerar det fasta som ses i figur 2d efter torkning. Om produkten oljor ur lösning (figur 2e), kan det i stället isoleras genom extraktion med antingen diklormetan eller etylacetat. När produkten är isolerad och torkad, det kan karakteriseras via NMR att bekräfta syntesen av målet 5-aminopyrazole (figur 3).
Figur 1 . Syntes av 1-(4-fluorofenyl)-3-metyl-1H-pyrazol-5-Amin. Reaktions schema som visar reaktionen mellan 3-aminokrotononitril och 4-fluorophenylhydrazinhydroklorid för att erhålla den önskade produkten. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 . Bilder av lösningen under reaktions förloppet. a reaktions blandningen före upphettning. b reaktions blandningen efter upphettning i mikrovågsugnen. (c) utfällning av produkten efter tillsats av tillräckligt med 10% NaOH för att göra lösningen basisk (pH > 10). d produktens utseende efter isolering genom vakuum filtrering. (e) exempel på en produkt (3-metyl-1-(3-metylfenyl)-1H-pyrazol-5-Amin) som oljor ur lösning efter tillsats av 10% NaOH, som kräver en extraktion för att isolera. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 . 1 den första H NMR (400 MHz) spektrum av 1-(4-fluorophenyl)-3-metyl-1H-pyrazol-5-Amin i cdcl3. Spektrum som visar produktens renhet isolerad genom en enkel filtrering. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ett antal 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer bereddes genom att kombinera en α-cyanoketon eller 3-aminokrotonitil med en aryl hydrazin i 1 M HCl och värma lösningen till 150 ° c i en mikrovågsugn reaktor. Nästan alla föreningar var syntetiseras i 10-15 min, med den långsammaste substrat som kräver 35 min uppvärmning14. Användningen av vatten som lösnings medel möjliggör snabb uppvärmning av lösningen och minimerar användningen av farliga organiska lösnings medel.
Högre temperatur och tryck kan säkert uppnås i mikrovågsreaktorer, men reaktions blandningen upphettas endast till 150 ° c för att hålla drift trycket under 10 bar som en säkerhets fråga. Högre temperaturer skulle förväntas minska reaktions tider och många kommersiella mikrovågor reaktorer kan hantera högre tryck. Men vår erfarenhet är att reaktor kärl misslyckande blir mycket mer frekvent vid tryck över 15 bar och vissa organiska reaktanter bryts ned vid högre temperaturer.
Vissa substrat visade begränsad löslighet i 1 M HCl, men solubilize som reaktionen fortskrider (figur 2). Men om substrat inte löses upp i någon nämnvärd utsträckning i reaktor kärlet, kan detta orsaka att rör ribban fastnar och leder till en misslyckad reaktion. Som med alla mikrovågsugn reaktioner, ordentlig omrörning är avgörande för reaktion framgång, eftersom de flesta vågledare rikta strålningen till toppen av lösningen, vilket gör en rörs lösning avgörande för att fördela värmen och bibehålla en enhetlig värme fördelning profil. I dessa fall kan mer lösnings medel användas för att säkerställa korrekt omrörning av lösningen. Även högre koncentrationer av HCl kan också användas, såg vi ingen märkbar skillnad i antingen reaktions tider eller löslighet av reaktanter. Lägre koncentrationer av HCl ledde dock till tjocka upphängningar som inte kunde röras effektivt. När reaktionen är basified, de flesta föreningar lätt fällning från lösning och är lätt fångas via vakuum filtrering. Vissa föreningar, dock, kan olja ut i lösningen. I dessa fall krävs vätskevätskeextraktion med antingen etylacetat eller diklormetan för att isolera produkten.
Sammanfattnings vis, denna metod möjliggör en snabb beredning av 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer utan behov av omfattande renings protokoll som finns i andra rapporterade förfarandet. Den enkla proceduren och workup gör att de flesta produkter kan isoleras på mindre än 1 h, och användningen av vatten som lösnings medel bidrar till att förbättra säkerheten och minska miljö påverkan och bortskaffande kostnad. Detta förfarande tolererar ett brett spektrum av funktionella grupper, och vi förväntar oss ytterligare produktion av nya föreningar som använder denna metod.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Denna forskning stöddes av Bill och Linda frost Fund.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-5mL Microwave vial set | Chemglass | CG-4920-01 | Set includes appropriate stir bars and 20mm aluminum seals |
| Biotage Initiator+ microwave | Biotage | 356007 | Includes crimper and decapper tool. |
| Sonicator | Kendal | Ultrasonic Cleaner GB-928 | |
| Glassware oven | Quincy Lab | 20GC | |
| 4-Fluorophenylhydrazine hydrochloride | Fisher | AC119590100 | |
| 3-Aminocrotonitrile | Fisher | AC152451000 | |
| CDCl3 | Cambridge Labs | DLM-7-100 | 99.8% D |
| Hydrochloric acid, concentrated | Fisher | A144SI-212 | Used to prepare 1 M HCl solution |
| Sodium hydroxide pellets | Fisher | S318-100 | Used to prepare 10% NaOH solution |
References
- Gradler, U., et al. Fragment-based discovery of focal adhesion kinase inhibitors. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 23 (19), 5401-5409 (2013).
- Chandak, N., Kumar, S., Kumar, P., Sharma, C., Aneja, K. R., Sharma, P. K. Exploration of antimicrobial potential of pyrazolo[3,4-b]pyridine scaffold bearing benzenesulfonamide and trifluoromethyl moieties. Medicinal Chemistry Research. 22 (11), 5490-5503 (2013).
- Huo, J., et al. Synthesis and biological activity of novel N-(3-furan-2-yl-1-phenyl-1H-pyrazol-5-yl) amides derivatives. Chinese Chemical Letters. 27 (9), 1547-1550 (2016).
- Anand, D., et al. Antileishmanial activity of pyrazolopyridine derivatives and their potential as an adjunct therapy with miltefosine. Journal of Medicinal Chemistry. 60 (3), 1041-1059 (2017).
- Eldehna, W. M., El-Naggar, D. H., Hamed, A. R., Ibrahim, H. S., Ghabbour, H. A., Abdel-Aziz, H. A. One-pot three-component synthesis of novel spirooxindoles with potential cytotoxic activity against triple-negative breast cancer MDA-MB-231 cells. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. 33 (1), 309-318 (2017).
- Briebenow, N., et al. Identification and optimization of substituted 5-aminopyrazoles as potent and selective adenosine A1 receptor antagonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 20 (19), 5891-5894 (2010).
- Marinozzi, M., et al. Pyrazole[3,4-e][1,4]thiazepin-7-one derivatives as a novel class of Farnesoid X Receptor (FXR) agonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 20 (11), 3429-3445 (2012).
- Ochiai, H., et al. Discovery of new orally available active phosphodiesterase inhibitors. Chemical and Pharmaceutical Bulletin. 52 (9), 1098-1104 (2004).
- Ganesan, A., Heathcock, C. H. Synthesis of unsymmetrical pyrazines by reaction of an oxadiazinone with enamines. Journal of Organic Chemistry. 58 (22), 6155-6157 (1993).
- Sumesh, R. V., et al. Multicomponent dipolar cycloaddition strategy: combinatorial synthesis of novel spiro-tethered pyrazolo[3,4-b]quinoline hybrid heterocycles. ACS Combinatorial Science. 18 (5), 262-270 (2016).
- Bagley, M. C., Davis, T., Dix, M. C., Widdowson, C. S., Kipling, D. Microwave-assisted synthesis of N-pyrazole ureas and the p38α inhibitor BIRB 796 for study into accelerated cell ageing. Organic & Biomolecular Chemistry. 4 (22), 4158-4164 (2006).
- Su, W., Lin, T., Cheng, K., Sung, K., Lin, S., Wong, F. An efficient on-pot synthesis of N-(1,3-diphenyl-1H-pyrazol-5-yl)amides. Journal of Heterocyclic Chemistry. 47 (4), 831-837 (2010).
- Eagon, S., Anderson, M. O. Microwave-assisted synthesis of tetrahydro-β-carbolines and β-carbolines. European Journal of Organic Chemistry. (8), 1653-1665 (2014).
- Everson, N., et al.
