В настоящем протоколе подробно описан настольный каталитический метод, который дает уникальное борилированное производное ибупрофена.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В настоящем протоколе подробно описан настольный каталитический метод, который дает уникальное борилированное производное ибупрофена.
Нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП) являются одними из наиболее распространенных препаратов, используемых для лечения боли и воспаления. В 2016 году новый класс НПВП, функционализированных бором (бора-НПВП), был синтезирован в мягких условиях с помощью катализируемого медью региоселективного боракарбоксилирования виниларенов с использованием диоксида углерода (баллон CO2) и восстановителя дибора при комнатной температуре. Этот оригинальный метод был выполнен в основном в перчаточном ящике или с вакуумным газовым коллектором (линия Шленка) в строгих условиях без воздуха и влаги, что часто приводило к невоспроизводимым результатам реакции из-за следовых примесей. В настоящем протоколе описан более простой и удобный настольный способ синтеза репрезентативного бора-НПВП, бора-ибупрофена. Реакция перекрестного сочетания Судзуки-Мияуры между 1-бром-4-iсобутилбензолом и сложным эфиром пинакола винилбороновой кислоты приводит к образованию 4-изобутилстирола. Впоследствии стирол региоселективно боракарбоксилируется для получения бора-ибупрофена, α-арил-β-борил-пропионовой кислоты, с хорошим выходом в многограммовом масштабе. Эта процедура позволяет более широко использовать катализируемое медью боракарбоксилирование в синтетических лабораториях, что позволяет проводить дальнейшие исследования бора-НПВП и других уникальных функционализированных бором лекарственных молекул.
Борорганические соединения стратегически используются в химическом синтезе уже более 50 лет 1,2,3,4,5,6. Такие реакции, как гидроборирование-окисление 7,8,9,10, галогенирование 11,12, аминирование 13,14 и перекрестное соединение Судзуки-Мияуры 15,16,17, привели к значительным междисциплинарным инновациям в химии и смежных дисциплинах. Например, реакции Судзуки-Мияуры составляют 40% всех реакций с образованием углерод-углеродных связей в погоне за кандидатами на фармацевтические препараты18. Реакция перекрестной связи Судзуки-Мияуры производит виниларены за один шаг из галогенированного предшественникаарена 19. Эта более экологичная каталитическая стратегия ценна по сравнению с традиционными синтезами Виттига из альдегидов, которые имеют плохую экономию атомов и производят стехиометрический побочный продукт оксида трифенилфосфина.
Было предсказано, что региоселективное гетеро(элементное)карбоксилирование виниларенов позволит получить прямой доступ к новым гетеро(элементным) нестероидным противовоспалительным препаратам (НПВП), использующим CO2 непосредственно в синтезе. Однако реакции гетеро(элементного)карбоксилирования были чрезвычайно редки и были ограничены алкиниловыми и аллениловыми субстратами до2016 20,21,22. Распространение реакции боракарбоксилирования на виниларены обеспечит функционализированные бором НПВП, а фармацевтические кандидаты на основе бора (рис. 1) набирают популярность, о чем свидетельствуют недавние решения FDA одобрить химиотерапевтический бортезомиб, противогрибковый таваборол и противовоспалительный кризаборол. Кислотность Льюиса бора интересна с точки зрения разработки лекарств из-за способности легко связывать основания Льюиса, такие как диолы, гидроксильные группы на углеводах или азотные основания в РНК и ДНК, поскольку эти основания Льюиса играют важную роль в физиологических и патологических процессах23.
Этот каталитический подход к боракарбоксилированию основан на борилкупировании алкена промежуточным продуктом Cu-борила с последующей вставкой CO2 в полученный промежуточный продукт Cu-алкила. Laitar et al. сообщили о борилкупрации производных стирола с использованием (NHC) Cu-борила24, а также было продемонстрировано карбоксилирование видовCu-алкила 25. В 2016 году лаборатория Поппа разработала новый синтетический подход для достижения мягкой дифункционализации виниларенов с использованием (NHC) Cu-борилового катализатора и всего 1 атм газообразного CO226. Используя этот метод, доступ к фармакофору α-арилпропионовой кислоты осуществляется за один этап, и новый неисследованный класс модифицированных бором НПВП может быть получен с отличным выходом. В 2019 году каталитические присадки повысили эффективность катализатора и расширили область применения субстрата, включая приготовление двух дополнительных новых борилированных НПВП27 (рис. 1).
Предыдущие реакции боракарбоксилирования алкенов могли быть достигнуты только в строгих условиях без воздуха и влаги с использованием изолированного N-гетероциклического карбен-лигированного предшественника меди (I) (NHC-Cu; NHC = 1,3-бис(циклогексил)-1,3-дигидро-2 H-имидазол-2-илиден, ICy). Настольный метод, в котором борилированный ибупрофен может быть синтезирован с использованием простых реагентов, был бы более желательным для синтетического сообщества, что побудило бы нас разработать условия реакции, которые позволяют боракарбоксилированию виниларенов, в частности 4-изобутилстирола, происходить от генерации in situ предварительного катализатора NHC-Cu и без необходимости в перчаточном ящике. Недавно сообщалось о протоколе боракарбоксилирования с использованием солей имидазолия и хлорида меди(I)-меди для получения in situ активного катализатора28 меди(I), лигированного NHC. Используя этот метод, α-метилстирол подвергали боракарбоксилированию, чтобы дать 71% изолированный выход желаемого продукта, хотя и с использованием перчаточного ящика. Вдохновленный этим результатом, была разработана модифицированная процедура боракарбоксилата трет-бутилстирола без использования заполненного азотом перчаточного ящика. Желаемый продукт из боракарбоксилированного трет-бутилстирола был получен с выходом 90% в масштабе 1,5 г. Отрадно, что этот метод может быть применен к 4-изобутилстиролу для получения производного НПВП бора-ибупрофена с умеренным выходом. Фармакофор α-арилпропионовой кислоты является основным мотивом среди НПВП; Поэтому синтетические стратегии, обеспечивающие прямой доступ к этому мотиву, являются весьма желательными химическими превращениями. Здесь представлен синтетический путь доступа к уникальному производному НПВП бора-ибупрофена из обильного, недорогого исходного материала 1-бром-4-изобутилбензола (~ 2,50 доллара США / 1 г) с умеренным выходом в два этапа, без необходимости в перчаточном ящике.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Синтез 4-изобутилстирола через кросс-соединение Suzuki 1-бром-4-изобутилбензола с эфиром пинакола винилбороновой кислоты
2. Крупномасштабный синтез бора-ибупрофена в перчаточном ящике
ПРИМЕЧАНИЕ: Эту реакцию готовили в заполненном азотом перчаточном ящике (см. Таблицу материалов). Все химикаты были высушены или очищены перед перемещением в коробку. 4-изобутилстирол перед использованием подвергали замораживанию с помощью насоса. Все флаконы и стеклянную посуду перед использованием сушили и нагревали в духовке (180 °C) не менее 24 ч. Медный предкатализатор (ICyCuCl) был приготовлен в соответствии с ранее опубликованным отчетом29.
3. Настольный крупномасштабный синтез бора-ибупрофена
ПРИМЕЧАНИЕ: Эта реакционная процедура проводилась без использования заполненного азотом перчаточного ящика. Все химические вещества использовались в том виде, в каком они были получены или синтезированы без дальнейшей очистки (сушки, дистилляции и т.д.). Все флаконы и стеклянную посуду сушили и нагревали в печи (180 °C) в течение не менее 24 ч перед использованием и охлаждали под аргоном до комнатной температуры непосредственно перед началом реакции.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
4-изобутилстирол был охарактеризован ЯМР-спектроскопией 1Н и 13С. Бора-ибупрофен был охарактеризован ЯМР-спектроскопией 1H, 13 C и 11B для подтверждения структуры продукта и оценки чистоты. Основные данные по этим соединениям описаны в этом разделе.
Спектральные данные хорошо согласуются со структурой 4-изобутилстирола (1) (рис. 2). Спектр ЯМР 1H, полученный в CDCl...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
4-изобутилстирол (1) был эффективно получен с помощью реакции перекрестного соединения Suzuki из недорогого, коммерчески доступного эфира 1-бром-4-изобутилбензола и винилбороновой кислоты. По сравнению с подходом Виттига, эта реакция позволяет производить желаемый стирол более экологически чистым способом и с лучшей экономией атома. Мониторинг реакций с помощью ТСХ имел решающее значение для обеспечения полной конверсии субстрата 1-бром-4-изобутилбензола, поскольку реакции, не переходящ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.
Мы хотели бы поблагодарить программы CAREER и МРТ Национального научного фонда (CHE-1752986 и CHE-1228336), Программу дипломных работ EXCEL Университета Западной Вирджинии (ASS & ACR), программы исследовательского ученичества Университета Западной Вирджинии (RAP) и Summer Undergraduate Research Experience (SURE) (ACR), а также семью Броди (Ресурсный фонд инноваций Дона и Линды Броди) за их щедрую поддержку этого исследования.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Фильтрующая колба 125 мл | ChemGlass | ||
| 20 мл флакон с крышкой для сброса давления | ChemGlass | ||
| 4-изобутилбромбензол | Matrix scientific | 8824 | |
| Безводный карбонат калия | Beantown chemicals | 124060 | |
| Безводный сульфат натрия | Дубовое дерево | 44702 | |
| Бис(пинаколато)дибор | Бор Молекулярные химикаты | BM002 | |
| Воронка Бюхнера с резиновым адаптером | ChemGlass | ||
| Углекислый газ (Костный сухой) | Трубка Mateson | Tygon соединяет цилиндрический регулятор с иглой, используемой для реакционной продувки | |
| ХЛОРИД МЕДИ (I), РЕАГЕНТ МАРКА, 97% | Олдрич | 212946 | |
| Дихлоромтан - высокая чистота | Fisher | D37-20 | |
| Диэтиловый эфир - высокой чистоты | Fisher | E138-20 | |
| Erlenmyer Flask, 125 мл | ChemGlass | CG-8496-125 | |
| фильтровальная бумага | Fisher | ||
| Heptane | Fisher | H360-4 | |
| Соляная кислота | Fisher | AC124635001 | |
| IKA мешалка для нагрева | Fisher | 3810001 RCT Basic MAG | |
| Азотный перчаточный ящик | MBRAUN | ||
| Палладий(0) тетракиетрифенилфозин | Ark Pharm | ||
| SilicaFlash P60 силикагель | SiliCycle | R12030B | |
| бикарбонат натрия | Fisher | S233-3 | |
| трет-бутоксид натрия | Fisher | A1994222 | |
| Тетрагидрофуран - высокой чистоты | Fisher | T425SK-4 | Высушенный на стеклеКонтурная система очистки растворителей |
| Трифенилфосфин | Sigma | T84409 | |
| Вакуум/газовый коллектор | Используется для установки реакции боракарбокса | ||
| Винилбороновая кислота пинакол эфир | Оксхем |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.