RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
В этом исследовании мы получаем как энантиомеры азиридина-2-карбоксилата, которые используются в асимметричном синтезе алкалоидов, включая биемамид B и D, так и (-)-эпиалло-изомускарин.
Азотсодержащие гетероцикловые азиридины синтетически очень ценны для получения азациклических и ациклических молекул. Однако очень трудно и трудоемко производить азиридины в оптически чистых формах в больших масштабах для применения асимметричного синтеза аза-соединений. К счастью, мы успешно достигли как энантиомеров (2R)-, так и (2S)-азиридин-2-карбоксилатов с электрон-донорной α-метилбензиловой группой на кольцевом азоте в качестве неактивированных азиридинов. Эти исходные азиридины имеют две различные функциональные группы - высокореактивное трехчленное кольцо и универсальный карбоксилат. Они применимы при кольцевом раскрытии или кольцевом превращении с азиридином и в функциональном групповом превращении в другие из карбоксилата. Оба этих энантиомера использовали при получении биологически важных аминоациклических и/или аза-гетероциклических соединений асимметричным образом. В частности, в настоящем отчете описывается первый целесообразный асимметричный синтез обоих энантиомеров 5, 6-дигидроурациловых морских натуральных продуктов биемамида B и D в качестве потенциальных ингибиторов TGF-β. Этот синтез состоял из регио- и стереоселективной реакции открытия кольца азиридина-2-карбоксилата и последующего образования 4-аминотетерагидропиримидина-2,4-диона. Еще один пример в этом протоколе касался высокостимаселективной реакции Мукайяма азиридина-2-карбоксилата и силиленолового эфира после внутримолекулярного открытия кольца азиридина для обеспечения легкого и легкого доступа к (-)-эпиалло-изомускарину.
Небольшие кольца, состоящие из циклопропанов, оксиранов и азиридинов, содержатся в различных соединениях, таких как натуральные продукты и препараты 1,2. Они в основном используются в качестве исходных материалов, использующих их кольцевую деформацию. Среди трехкольцевых соединений азиридин изучен менее широко из-за его нестабильности и неконтролируемой реакционной способности3. Как показано на картах электростатических потенциалов (рисунок 1), группа, присоединенная к азиридиновому кольцу-азоту, будь то донорство электронов или притяжение электронов, делает основу азота различной. Это различие обеспечивает разительный контраст с реактивностью и селективностью соответствующих азиридинов.

Рисунок 1: Химические структуры «активированных» и «неактивированных» азиридинов и карты электростатических потенциалов их репрезентативных примеров N-метилазиридина и N-ацетилазиридина4. Эта цифра была изменена с разрешения Ranjith et al.4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Когда кольцевой азот имеет электрон-выводящую группу, такую как сульфонат, фосфонат и карбамат, мы называем его «активированным» азиридином. Это легко реагирует с нуклеофилами, чтобы компенсировать его нестабильность с ограниченным объемом региохимии. Эти активированные азиридины получают различными каталитическими методами и используют в качестве исходного материала. Большая часть недавней химии азиридина имела дело с этими активированными азиридинами. Однако активированные азиридины страдают от определенных ограничений, обусловленных их нестабильностью и ограниченным объемом реакции на открытие кольца. С другой стороны, азиридины, несущие электрон-донорные заместители, такие как алкильные или замещенные алкильные группы, в кольцевом азоте, называемом «неактивированным»4, относительно стабильны в большинстве случаев и могут оставаться на стенде в течение длительного времени без значительного разложения. Нуклеофильные реакции открытия кольца неактивированного азиридина происходят путем образования ионов азиридиния. Большинство реакций открытия кольца азиридина и превращений колец протекают высокорегиохимическим образом. Однако очень немногие литературные отчеты обсуждают получение оптически чистых неактивированных азиридинов с заместителями в позициях С2 или С3 5,6.
В данной работе показано успешное получение α-метилбензилгрупп-содержащих хирал азиридин-2-карбоксилат производных, в частности (-)-ментолил(1R)-фенилэтилазиридин-2-карбоксилатов в качестве его диастереомерной смеси, из реакции 2,3-дибромпропионата и (1R)-фенилэтиламина. Из этой диастереомерной смеси энантиопура (1R)-фенилэтил-(2R)- и (2S)-азиридин-2-карбоксилаты в качестве их (-)-ментолиловых эфиров были получены в оптически чистых формах путем селективной рекристаллизации из MeOH и n-пентана на многосоткилометровых шкалах (рисунок 1)7. Эти (-)-ментолиловые эфиры могут быть легко преобразованы в их этиловые или метиловые эфиры путем переэтерификации в присутствии карбоната магния или калия7. Эти соединения также могут быть легко получены в лабораторных масштабах из реакций алкил-2,3-дибромпропионатов или винилэрифлата α-кетоэстера с хиральным 2-фенилэтиламином с последующим разделением диастереомерной смеси с помощью простой флэш-колоночной хроматографии8.
Получив энантиопуру хиральный азиридин-2-карбоксилат, можно синтезировать различные циклические и ациклические азотсодержащие биологически важные молекулы-мишени на основе функциональных групповых превращений карбоксилата и высокорегио- и стереоселективных реакций открытия азиридинового кольца 6,9,10. Первый целесообразный асимметричный синтез был применен для обоих энантиомеров 5, 6-дигидроурациловых морских натуральных продуктов биемамида В и D в качестве потенциальных ингибиторов TGF-β11,12. Во-вторых, диастереозелективный синтез β-(азиридин-2-ил)-β-гидроксикетонов был достигнут реакцией альдола Мукайяма оптически чистого 1-(1-фенилэтил)-азиридина-2-карбоксальдегида и различных еноловых силанов в присутствииZnCl2, в высоком выходе (>82%) с почти идеальной стереоселективностью (98:2 др) через хелатно-контролируемое переходное состояние. Они использовались для асимметричного синтеза эпиалло-изомускариновых алкалоидов 13,14,15.
1. Синтез диастереомерной смеси производного хирального азиридина (-)-ментолового эфира (1)
2. Регио и стереоселективное кольцо азиридина-открытие азидным нуклеофилом для общего синтеза биемамида В и биемамида D
3. Стереоселективная альдольная реакция Мукайяма с хиральным азиридином-2-карбоксальдегидом и его регио и стереоселективное азиридиновое кольцо- открытие внутренним гидроксинуклеофилом для полного синтеза (-)- эпиалло-сомускарина (17)
4. Характеристика всех продуктов
Здесь мы сообщаем о синтезе энантиопуре азиридина-2-карбоксилатов. Диастереометрическая смесь (R)-(1R,2 S,5 R)-2-изопропил-5-метилциклогексил1-((R)-1-фенилэтил)азиридин-2-карбоксилат (2) и (S)-(1R,2S,5R)-2-изопропил-5-метилциклогексил1-((R)-1-фенилэтил)азиридин-2-карбоксилат (3) (4,1 г, 90%) были получены в количественном выражении из 2,3-дибромпропана (-)-ментолового эфира и (1R)-фенилэтиламин, как показано в Рисунок 2. Успешный метод селективной кристаллизации дал начало энантиопурным формам каждого изомера, (R)-(1R,2 S,5 R)-2-изопропил-5-метилциклогексил1-((R)-1-фенилэтил)азиридин-2-карбоксилат (2) из MeOH и (S)-(1R,2S,5R)-2-изопропил-5-метилциклогексил1-((R)-1-фенилэтил)азиридин-2-карбоксилат (3) из н-пентана на рисунке 3 . Этот протокол применим для производства нескольких сотен килограммов энантиопуре азиридина-2-карбоксилатов. Реакции переэтерификации 2 или 3 с использованием mg или карбоната калия со спиртами, такими как MeOH и EtOH, давали соответствующий алкильный эфир хиральных азиридин-2-карбоксилатов. Хиральный азиридин этиловый эфир (3) также легко получали в результате реакции 2,3-дибромпропана этилового эфира и (1R)-фенилэтиламина с последующей колоночной хроматографией. Эта процедура легко выполняется в лаборатории, чтобы получить несколько граммов соответствующих хиральных азиридин-2-карбоксилатов.
Мы достигли нуклеофильной кольцевой реакции открытия хирального этил1-(R)-1-фенилэтил)азиридина-(2S)-карбоксилата сN3, получившего этил(2R)-азидо-3-(((R)-1-фенилэтил)амино)пропаноат региоселективным и стереоселективным способом10. Этот энантиопуре азидо пропионат (5) циклизировали до 5-амино-гексагидро-пиримидина-2,4-диона (6), который преобразовывали для синтеза общего структурного ядра (9H-фторен-9-ил)метил(3-(((R)-3-метил-2,4-диоксо-1-((R)-1 фенилэтил)гексагидропиримидин-5-ил)амино)-3-оксопропил)карбамат (7) биемамида B и D, показанного на фиг.4. Из этого основного фрагмента 7 синтез 5,6-дигидроурацила, содержащего биемамиды B (8) и D (9), которые являются потенциальными ингибиторами TGF-β, может быть достигнут, как показано на фиг.4.
Мы выполнили стереоселективную альдольную реакцию Мукайяма хирального азиридина-2-карбоксальдегида (10) с силиленоэноловым эфиром 11 с получением β-(азиридин-2-ил)-β-гидроксикетон12 в высоком выходе (85%) с выдающейся диастереоселективностью (>98:2). Селективное восстановление соединения 13 в качестве TBS-защищенной формы 12 с L-селекридом (1,1 экв.) при -78 °C привело к неожиданному выходу тетрагидрофурана 15 в 15% вместе с ожидаемым спиртом 14. Та же реакция с удвоенным количеством L-селекрида (2,0 экв.) при -78 °C с последующим перемешиванием при комнатной температуре в течение 8 ч дала 15 в 95% выходе вместе с восстановленным гидроксисоединением 14 в 5% выхода. Это соединение 15 было получено из региоселективного кольцевого раскрытия азиридина внутренней гидроксигруппой в виде нуклеофила в 14. Использование этого соединения 15 обеспечивает новый путь для эффективного синтеза (-)-эпиалло-изомускарина (17) (фиг.5).
Для характеристики всех соединений для подтверждения структуры и оценки чистоты продуктов использовали ЯМР-спектроскопию и масс-спектрометрию (HRMS-ESI) 1H и 13C. Основные данные по репрезентативным соединениям описаны в дополнительном файле 1.

Рисунок 2: Получение (-)-ментолил(1R)-фенилэтил-(2R)-(2) и (2S)-азиридина-2-карбоксилата 2' из 2,3-дибромпропана (-)-ментолового эфира (1a)7,13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Получение как энантиомера (-)-ментолил(2R)- и (2S)-азиридина-2-карбоксилата, так и этил(2R)-азиридина-2-карбоксилата путем трансэтерификации (3) в качестве репрезентативного примера 7,13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Фиг.4: Региоселективное кольцевое открытие этил(2S)-азиридина-2-карбоксилата (4) через азид нуклеофил с последующими последовательными реакциями на общий синтез биемамида B (8) и биемамида D (9)11. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Стереоселективная альдольная реакция Мукайяма хирального азиридина-2-карбоксальдегида (10) и силиленольного эфира (11), дающая аддукт 12 и его регио- и стереоселективные превращения для полного синтеза (-)-эпиалло-изомюскарина (17)13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Обратитесь к рисункам 6-16 для спектровЯМР 1 H и 13C репрезентативных соединений 7,8,11.

Рисунок 6: 1H и 13C ЯМР спектров 2. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 7: 1H и 13C ЯМР спектров 3. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 8: 1H и 13C ЯМР спектров 5. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода11. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 9: 1H и 13C ЯМР спектров 6. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода11. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 10: 1H и 13C ЯМР спектров 7. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода11. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 11: 1Н и 13С ЯМР спектры биемамида В (8). Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода11. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 12: 1Н и 13С ЯМР спектры биемамида D (9). Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода11. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.11. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 13: 1H и 13C ЯМР спектров 12. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода13. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 14: 1H и 13C ЯМР спектров 13. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода13. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 15: 1H и 13C ЯМР спектров 15. Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода13. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 16: 1H и 13C ЯМР спектров (-)-эпиалло-изомюскарина (17). Показаны химические сдвиги и относительные интегрирования характерных протонов и атомов углерода13. Эта цифра была изменена с разрешения Шриваставы и др.13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Дополнительный файл 1: Спектральные данные всех соединений в этой рукописи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Авторы заявляют, что в данном исследовании не было конфликта интересов.
В этом исследовании мы получаем как энантиомеры азиридина-2-карбоксилата, которые используются в асимметричном синтезе алкалоидов, включая биемамид B и D, так и (-)-эпиалло-изомускарин.
Это исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Кореи (NRF-2020R1A2C1007102 и 2021R1A5A6002803) с Центром новых направлений в органическом синтезе и грантом HUFS 2022.
| (2R)-1-[(1R)-1-фенилэтил]-2-азиридинкарбоновая кислота (-)-ментоловый эфир, 98% | Sigma-Aldrich | 57054-0 | |
| (2S)-1-[(1R)-1-фенилэтил]-2-азиридинкарбоновая кислота (-)-ментоловый эфир | Sigma-Aldrich | 57051-6 | |
| 1-(3-Диметиламинопропил)-3-этилкарбодиимида гидрохлорид | TCI | 424331-25 г | CAS No: 25952-53-8 |
| 1,4-Диоксан | SAMCHUN | D0654-1 кг | CAS No: 123-91-1 |
| 1-Гидроксибензотриазола гидрат | Aldrich | 219-989-7-50 г | CAS No: 123333-53-9 |
| 2,6-лютидин | Alfa Aesar Aesar A10478-AP | , 500 мл | CAS No: 108-48-5 |
| Ацетонитрил | SAMCHUN | A0127-18 L | CAS No: 75-05-8 |
| Ацетонитрил-d3 | Кембриджские изотопные | лаборатории,15G-744-25г | CAS No: 2206-26-0 |
| Гексагидрат хлорида алюминия | Aldrich | 231-208-1, 500 г | CAS No: 7784-13-6 |
| Bruker AVANCE III HD (400 МГц) спектрометр | Bruker | NA | |
| Chloroform-d | Кембриджские изотопные лаборатории, | 100 г | CAS No: 865-49-6 |
| Дихлорметан | SAMCHUN | M0822-18 л | CAS No: 75-09-2 |
| Диметилсульфоксид-d6 | Кембриджские изотопные лаборатории,25 | г | CAS No: 2206-27-1 |
| Ethanol | EMSURE | 1009831000,1L | CAS No: 64-17-5 |
| Этилацетат | SAMCHUN | E0191-18 L | CAS No: 141-78-6 |
| Масс-спектрометрия высокого разрешения/MALDI-TOF/TOF Масс-спектрометрия | AB SCIEX | 4800 Plus | Масс-спектры высокого разрешения |
| JASCO P-2000 | JASCO | P-2000 | Для оптического вращения |
| Гидрид лития алюминия | TCI | L0203-100 г | CAS No: 16853-85-3 |
| L-Selectride, 1 М раствор в ТГФ | Acros | 176451000, 100 мл | CAS No: 38721-52-7 |
| Метанол | SAMCHUN | M0585-18 L | CAS No: 67-56-1 |
| N-[(9H-Fluoren-9-ylmethoxy)carbonyl]-β-аланин | TCI | F08825G-5 г | CAS No: 35737-10-1 |
| N-этилдиизопропиламин | Aldrich | 230-392-0, 100 мл | CAS No: 7087-68-5 |
| n-Hexane | SAMCHUN | H0114-18 L | CAS No: 110-54-3 |
| Нингидрин | Альфа Aesar A10409-250 | г | CAS No: 485-47-2 |
| -Анисальдегид | aldrich | A88107-5 г | CAS No: 123-11-5 |
| Гидрат фосфомолибдиновой кислоты | TCI | P1910-100 г | CAS No: 51429-74-4 |
| Азид натрия | D.S.P | 703301-500 г | CAS No: 26628-22-8 |
| Гидрид натрия 60% дисперсия в минеральном масле | Sigma-Aldrich | 452912-100 G CAS | No: 7646-69-7 |
| Гидроксид натрия | DUKSAN | A31226-1 кг | CAS No: 1310-73-2 |
| Сульфат натрия | SAMCHUN | S1011-1 кг | CAS No: 7757-82-6 |
| Тонкослойная хроматография (TLC) | Merck | 100390 | |
| Трет-бутилдиметилсилилтрифторметансульфонат, 98% | Aldrich | 274-102-0, 25 г | CAS NO: 69739-34-0 |
| Тетрагидрофуран | SAMCHUN | T0148-18 L | CAS No: 109-99-9 |
| Триэтилэтиламин | DAEJUNG | 8556-4400-1 L | CAS No: 121-44-8 |
| УФ-свет | Korea Ace Sci | TN-4C | 254 нм |
| Хлорид цинка, безводный, 98+% | Alfa Aesar Aesar A16281-22100 | г | CAS No: 7646-85-7 |