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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
As bisaziridinas contíguas contendo aziridinas não ativadas e ativadas foram sintetizadas por aziridinas organocatalíticas assimétricas e, em seguida, submetidas a reações quimiosseletivas de abertura de anéis em condições ácidas ou básicas. O anel de aziridina não ativado se abre com nucleófilos menos reativos sob condições ácidas, enquanto o anel de aziridina ativado se abre com nucleófilos mais reativos em condições básicas.
As aziridinas, uma classe de moléculas orgânicas reativas contendo um anel de três membros, são síntons importantes para a síntese de uma grande variedade de compostos alvo funcionalizados contendo nitrogênio através da abertura regiocontrolada do anel de aziriminas substituídas por C. Apesar do tremendo progresso na síntese de aziridina na última década, o acesso eficiente a bisaziridinas contíguas permanece difícil. Portanto, estávamos interessados em sintetizar bisaziridinas contíguas com um conjunto eletronicamente diversificado de N-substituintes além da espinha dorsal única da aziridina para reações regiosseletivas de abertura de anel com diversos nucleófilos. Neste estudo, bisaziridinas quirais contíguas foram preparadas por aziridinação assimétrica organocatalítica de quiraldeído (E)-3-((S)-1-((R)-1-feniletil)aziridina-2-il)acrilaldeído com N-Ts-O-tosyl ou N-Boc-O-tosyl hidroxilamina como fonte de nitrogênio na presença de (2 S)-[difenil(trimetilsililo)metil]pirrolidina como organocatalisador quiral. Também são demonstrados aqui exemplos representativos de reações regiosseletivas de abertura de anéis de bisaziridinas contíguas com uma variedade de nucleófilos, como enxofre, nitrogênio, carbono e oxigênio, e a aplicação de bisaziridinas contíguas à síntese de pirrolidinas quirais multi-substituídas por hidrogenação catalisada por Pd.
O projeto racional de pequenas moléculas orgânicas com diversos sítios reativos que controlam com precisão a seletividade do produto é um objetivo fundamental na síntese orgânica moderna e na química verde 1,2,3,4,5,6,7,8. Para atingir esse objetivo, estávamos interessados na síntese modular de aziridinas. As aziridinas são de interesse para a maioria dos químicos orgânicos, devido à sua estrutura estruturalmente importante9 com um conjunto eletronicamente diversificado de N-substituintes que podem levar a reações regiosseletivas de abertura de anel com múltiplos nucleófilos 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19, e atividades farmacológicas variadas, como propriedades antitumorais, antimicrobianas e antibacterianas. Apesar dos avanços na química da aziridina, a aziridina não ativada e a aziridina ativada têm sínteses independentes e reações de abertura de anéis na literatura20.
Portanto, nosso objetivo foi sintetizar bisaziridinas contíguas compreendendo tanto as aziridinas não ativadas quanto as ativadas. Essas bisaziridinas contíguas podem ser usadas para racionalizar sistematicamente um padrão quimiosseletivo de abertura de anel com base nas seguintes propriedades eletrônicas das duas aziridinas diferentes e sua reatividade aos nucleófilos 20,21,22,23,24: a) aziridinas ativadas, nas quais os substituintes retiradores de elétrons estabilizam conjugativamente a carga negativa sobre o nitrogênio, reagem prontamente com múltiplos nucleófilos a permitir produtos abertos por anel; b) aziridinas não ativadas, nas quais o nitrogênio está ligado aos substituintes doadores de elétrons, são consideravelmente inertes em relação aos nucleófilos; portanto, uma etapa de pré-ativação com um ativador adequado (principalmente ácidos de Brønsted ou Lewis) é necessária para fornecer os produtos abertos em anel em altos rendimentos20,21,25,26.
O presente estudo descreve o desenho racional de bisaziridinas contíguas como blocos de construção quirais via organocatálise livre de metais de transição e a síntese de diversas moléculas ricas em nitrogênio utilizando ferramentas de modelagem preditiva para reações de abertura de anéis de bisaziridinas. Este estudo tem como objetivo estimular o avanço de métodos práticos para a construção de compostos bioativos enriquecidos com nitrogênio e produtos naturais e a polimerização de aziridinas.
Os detalhes de todos os produtos sintetizados (1-5), incluindo a estrutura, espectros completos de RMN, pureza óptica e dados HRMS-MALDI, são fornecidos no Arquivo Suplementar 1.
1. Síntese de aldeído 3-(aziridina-2-il)acrilo (1a)
2. Síntese de bisaziridina contígua (2a)
3. Síntese do composto 3
4. Síntese do composto 4
5. Abertura seletiva do anel de aziridinas não ativadas: Síntese de 5d
6. Abertura seletiva do anel de aziridinas ativadas: Síntese de 5f
7. Hidrogenação catalisada por PD de aziriminas contíguas: Síntese de 5h
8. Análise do polarímetro

9. Análise de RMN de 1 H e 13C
Para investigar a viabilidade do preparo de uma bisaziridina, a (E)-3-((S)-1-((R)-1-1-feniletil)aziridina-2-il)acrilaldeído (1a) foi primeiramente sintetizada como substrato modelo de acordo com o procedimento mencionado na etapa 1 (Figura 1)28.

Figura 1: Síntese de 1a como substrato modelo. O produto 1a foi sintetizado a partir de (R)-1-((R)-1-feniletil)aziridina-2-carbaldeído utilizando (trifenilfosforanideído)acetaldeído como reagente. Esse número é adaptado de Mao et al.28 e Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Posteriormente, a aziridinação de 1a foi realizada para obtenção de bisaziridinas contíguas (2a e 2b) sob as seguintes condições ótimas de reação 29,30,31,32,33,34,35 (etapa 2 e Figura 2): a) Para a síntese de 2a: 1a (1,0 mmol), catalisador BS (7 mol), BocNHOTs como fonte de azoto (equivalente a 1,1), NaOAc como base (equivalente a 1,5), EtOAc (0,3 M) durante 24 h à temperatura ambiente; b) Para a síntese de 2b: 1a (1,0 mmol), catalisador BS (7 mol%), TsNHOTs como fonte de nitrogênio (equivalente a 1,1), NaOAc como base (equivalente a 1,5), THF (0,3 M) por 7 h à temperatura ambiente.

Figura 2: Síntese de bisaziridinas contíguas (2a e 2b). Os produtos 2a e 2b foram sintetizados a partir de 1a em duas etapas, utilizando-se BS como catalisador na primeira etapa e BocNHOTs ou TsNHOTs como reagente na segunda etapa. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Após a construção de bisaziridinas enantioenriquecidas com metades de aziridina não ativadas e ativadas, várias moléculas enriquecidas com nitrogênio (5a-g) foram preparadas por meio de reações regiosseletivas de abertura de anel com diversos nucleófilos. Exemplos representativos das reações de abertura do anel das bisaziridinas estão resumidos na Tabela 1.
Tabela 1: Abertura em anel regioseletiva de bisaziridinas com nucleófilos diversos. Esta tabela é adaptada de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para baixar esta Tabela.
Na presença do ácido de Lewis ZnCl2, do átomo de enxofre do 1-fenil-5-mercaptotetrazol e no meio ácido NH4Cl, a amina da anilina ataca o átomo C3 menos dificultado das azidrinas 3b e 4b para proporcionar os produtos correspondentes 5a e 5b, respectivamente 36,37,38,39,40,41,42 (Tabela 1 , entradas 1 e 2). O produto 5c foi sintetizado quando o átomo de nitrogênio de N-metilenoamina equivalente43, que foi produzido a partir de 1,3,5-trietilhexahidro-1,3,5-triazina na presença de ZnBr2 como catalisador, ataca a aziridina não ativada sobre a aziridina ativada 3b não reagida, seguida de reação de fechamento de anel (Tabela 1 , entrada 3). Surpreendentemente, o controle regioquímico na abertura do anel das aziridinas não ativadas pode ser alcançado pela seleção de um grupo protetor N apropriado, como o grupo Ts ou Boc, nas aziridinas ativadas (Tabela 1, entradas 4 e 5). Presumivelmente, o padrão diferencial de abertura do anel pode ser atribuído à geometria dos modos de ativação após a protonação (ou seja, interações secundárias) (Figura 3). A interação secundária entre o átomo de nitrogênio da aziridina não ativada e o átomo de nitrogênio adjacente da sulfonamida na posição C2' pode ter ocorrido, criando um ambiente quiral estericamente congestionado; o consequente ataque nucleofílico de acetato sobre o átomo de C3 menos impedido44,45,46 teria levado à formação do produto cinético 5d (Tabela 1, entrada 4). Por outro lado, a interação secundária entre o próton do íon aziridínio e o oxigênio carbonílico pode envolver a construção de uma circunstância mais flexível e menos congestionada estericamente, levando à formação do produto termodinâmico 5evia ataque nucleofílico 20,21,22,23,24,25,26 de acetato no átomo de C2 mais substituído (Tabela 1, entrada 5). Notavelmente, vários nucleófilos, como S, N, C e O, atacaram favoravelmente a aziridina não ativada sob condições levemente ácidas (Tabela 1, entradas 1-5).

Figura 3: Interações secundárias plausíveis para as reações seletivas de abertura de anel de bisaziridinas contíguas . (A) O ataque nucleofílico de acetato no átomo de C3 menos prejudicado teria resultado na formação de produtos cinéticos 5d. (B) O ataque nucleofílico de acetato no átomo de C2 mais substituído teria resultado na formação do produto termodinâmico 5e. Esse número é adaptado de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A reação seletiva de abertura do anel da aziridina protegida por N-Ts pode ser realizada com azida (N 3ˉ) para proporcionar o produto desejado 5f, uma vez que a azida fornece acesso ao átomo de C3' menos prejudicado47,48,49 (Tabela 1, entrada 6). Além disso, o N-óxido de isoxazolina 5g foi sintetizado através da formação de um éster β-hidroxi-α-nitro e do ataque nucleofílico sucessivo do átomo de oxigênio nitronato no átomo C3' do anel de aziridina ativado, enquanto o aldeído contíguo bisaziridinil foi reagido com nitroacetato de etila e imidazol50 (Tabela 1, entrada 7). Notavelmente, as reações preferenciais de abertura do anel das metades de aziridina ativadas ocorreram em condições básicas (Tabela 1, entradas 6 e 7).
Na presença de Pd(OH)2/C, H 2 (1 atm) e Boc2O, o aldeído contíguo bisaziridinil foi facilmente convertido para o composto de pirrolidina quiral multi-substituído 5hatravés das seguintes reações consecutivas51 (Tabela 1, entrada 8 e Figura 4).

Figura 4: Ilustração esquemática para a síntese de pirrolidina quiral. Esse número foi modificado a partir de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Dados de caracterização dos produtos
Alguns picos importantes nos dados espectrais de RMN de 1H (Figura 5, Figura 6, Figura 7, Figura 8, Figura 9, Figura 10 e Figura 11) dos compostos são os seguintes. O pico do hidrogênio aldeído aparece em ≥9,00 ppm. Os picos dos hidrogênios alcenos aparecem na faixa de 5,00-7,00 ppm. Os picos dos hidrogênios aziridina aparecem a ≤3,50 ppm. No caso da bisaziridina, os hidrogênios aparecem individualmente. Geralmente, os picos dos hidrogênios dos outros grupos alquila aparecem a ≤3,00 ppm. No caso de Boc e TBS, os picos de hidrogênio são geralmente estacionários e aparecem como singlets a ≤2,00 ppm. No caso do composto de abertura do anel de bisaziridina, os picos de hidrogênio do grupo alquila aparecem individualmente. Todos os detalhes dos produtos são fornecidos no Arquivo Suplementar 1 (espectros completos de RMN, pureza óptica e dados HRMS-MALDI).
Os dados espectrais de RMN restantes dos produtos mostrados na Tabela 1 estão incluídos no Arquivo Suplementar 1 (5a-c, 5e e 5g).

Figura 5: Dados espectrais para espectro de RMN 1a: (A) 1H. (B) Espectro de RMN de 13C. Picos notáveis no espectro de RMN de 1 H: Os picos de6,56 e 6,38 ppm correspondem aos hidrogênios alcenos entre a aziridina e o aldeído. Além disso, o pico de 9,47 ppm corresponde ao hidrogênio aldeído. Essa figura é adaptada de Mao et al.28. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6: Dados espectrais para 2a: (A) Espectro de RMN de 1H. (B) Espectro de RMN de 13C. Picos notáveis no espectro de RMN de 1 H: O pico de9,16 ppm indica que o aldeído permanece intacto. O pico a 1,48 ppm corresponde aos hidrogênios de Boc. Em comparação com os dados de espectro de 1a, os picos de hidrogênios alcenos desapareceram; no entanto, os picos dos hidrogênios aziridina gerados são detectados na faixa de 1,25-1,72 ppm. Esse número é adaptado de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: Dados espectrais para 3a: (A) Espectro de RMN de 1H. (B) Espectro de RMN de 13C. Picos notáveis no espectro de RMN de 1 H: O pico de 1,42ppm corresponde ao hidrogênio do álcool etílico adjacente à aziridina, indicando que o aldeído em 2a foi reduzido a álcool etílico. Além disso, os picos de 4,00 e 3,54 ppm representam os hidrogênios de metileno no álcool etílico. Esse número é adaptado de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8: Dados espectrais para 4a: (A) Espectro de RMN de 1H. (B) Espectro de RMN de 13C. Picos notáveis no espectro de RMN de 1 H: Os picos de0,90 e 0,07 ppm correspondem aos hidrogênios TBS. Esse número é adaptado de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 9: Dados espectrais para 5d: (A) Espectro de RMN de 1H. (B) Espectro de RMN de 13C. Picos notáveis no espectro de RMN de 1 H: O pico de2,13 ppm corresponde aos hidrogênios metílicos do acetato. Os picos de 4,43 e 4,15 ppm correspondem aos hidrogênios de metileno adjacentes ao acetato, formados após a abertura do anel de aziridina pelo ácido acético. Assim, os picos de 2,13, 3,11, 4,15 e 4,43 ppm são evidências diretas da reação de abertura do anel. Esse número é adaptado de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 10: Dados espectrais para 5f: (A) Espectro de RMN de 1H. (B) Espectro de RMN de 13C. Picos notáveis no espectro de RMN de 1H: O pico a 4,95 ppm corresponde ao próton amina. O pico de 3,72 ppm corresponde ao hidrogênio ligado ao carbono ligado à azida. Esses picos são evidências diretas da abertura do anel da aziridina com o grupo -Ts pelo nucleófilo N3ˉ. Esse número é adaptado de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 11: Dados espectrais para 5h: (A) Espectro de RMN de 1H. (B) Espectro de RMN de 13C. Picos notáveis no espectro de RMN de 1 H: Os picos de1,70, 1,99, 3,32, 3,45 e 3,65 ppm correspondem aos hidrogênios da pirrolidina. O pico do próton amina adjacente ao grupo -Ts se sobrepõe a outros grupos fenila a 7,30 ppm. Estes picos demonstram a abertura do anel e a hidrogenação da bisaziridina e a subsequente formação de novos compostos cíclicos. Esse número é adaptado de Rhee et al.52. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Arquivo Suplementar 1: A estrutura, os espectros de RMN, a pureza óptica e os dados HRMS-MALDI dos prodcuts sintetizados. Clique aqui para baixar este arquivo.
Os autores não têm nada a revelar.
As bisaziridinas contíguas contendo aziridinas não ativadas e ativadas foram sintetizadas por aziridinas organocatalíticas assimétricas e, em seguida, submetidas a reações quimiosseletivas de abertura de anéis em condições ácidas ou básicas. O anel de aziridina não ativado se abre com nucleófilos menos reativos sob condições ácidas, enquanto o anel de aziridina ativado se abre com nucleófilos mais reativos em condições básicas.
Esta pesquisa foi apoiada pela bolsa do Instituto de Ciências Básicas da Coreia (Centro Nacional de Instalações e Equipamentos de Pesquisa) financiada pelo Ministério da Educação (2022R1A6C101A751). Este trabalho também foi apoiado pelas bolsas da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF) (2020R1A2C1007102 e 2021R1A5A6002803).
| (R)-(+)-&alfa;,&alfa;-Difenil-2-pirrolidinemetanol éter trimetilsilílico | Sigma-Aldrich | 677191 | reagente |
| (R)-1-((R)-1-feniletil)aziridina-2-carbaldeído | Imagene Co.,Ltd. | reagente | |
| (s)-(–)-&alfa;,&alfa;-Difenil-2-pirrolidinemetanol éter trimetilsilílico | Sigma-Aldrich | 677183 | reagente |
| (S)-2-(difenil((trim etilsilil)oxi)metil)pirrolidina | Sigma-Aldrich | 677183 | reagente |
| (Trifenilfosforanilideno) acetaldeído | Sigma-Aldrich | 280933 | reagente |
| 1,2-Dicloroetano | Sigma-Aldrich | 284505 | solvente |
| AB Sciex 4800 Plus MALDI TOFTM (matriz de ácido 2,5-dihidroxibenzóico (DHB) | Sciex | Espectros de massa de alta resolução | |
| Ácido acético | Reagente Sigma-Aldrich | A6283 | Reagente |
| Cloreto de amônio | Sigma-Aldrich | Reagente 254134 | |
| anilina | Reagente Sigma-Aldrich | 132934 | |
| Autopol III polarímetro digital | Rudolph Espectrômetro analítico | do | polarímetro |
| da pesquisa AVANCE III HD (400 megahertz) Espectrómetro | Bruker | NMR espectrómetro | |
| Bruker ascend 500 (500 megahertz) | Espectrómetro | Celite | 535 Sigma-Aldrich 22138 do polarizador analítico|
| pesquisa para a almofada de Celite | |||
| Dicarbonato | 270997 de | Di-terc-butil dosolvente | de DiclorometanoSigma-Aldrich Sigma-Aldrich |
| Reagente | 361941 | Sigma-Aldrich | |
| Acetato de etila | Solvente | de 270989 | Sigma-Aldrich |
| Nitroacetato de etila | Reagente | de 192333 | Sigma-Aldrich |
| Imidazol | Reagente Sigma-Aldrich | I2399 | |
| INOVA 400WB (400 MHz) | Espectrômetro de RMN | Varian | |
| JMS-700 | JEOL | High resolução espectros de massa | |
| Metanol | Solventede 322415 | Sigma-Aldrich | |
| N-Boc-O-tosilhidroxilamina | Reagente | de 775037 | Sigma-Aldrich |
| P-2000 | Polarímetro JASCO | ||
| Hidróxido de paládio sobre carbono | Reagente de 212911 Sigma-Aldrich | Reagente | |
| fenil-1H-tetrazol-5-tiol | TCI | P0640 | |
| Gel de sílica | Sigma-Aldrich | 227196 | Para clromatografia flash |
| Gel de sílica em placas TLC | Placa Merck | 60768 | TLC |
| Reagente Acetato | de sódio Reagente Sigma-Aldrich | S8750 | |
| Azida de sódio | Reagente Sigma-Aldrich | S2002 | |
| Borohidreto de sódio | Reagente | ||
| 452882 Sigma-AldrichCarbonato de sódio | Sigma-Aldrich | S2127 | reagente |
| terc-butildimetilsilil cloreto | Sigma-Aldrich | 190500 | reagente |
| tetrahidrofurano | Sigma-Aldrich | solvente 401757 | |
| Tolueno | Sigma-Aldrich | 244511 | solvente |
| Brometo de zinco | Sigma-Aldrich | reagente | 230022 |
| Cloreto de zinco | Reagente Sigma-Aldrich | 429430 |