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Chemistry

Sintesi e purificazione di Iodoaziridines Coinvolgere quantitativa Selezione del Ottimale fase stazionaria per cromatografia

doi: 10.3791/51633 Published: May 16, 2014

Summary

Un protocollo per la diastereoselettiva preparazione di un piatto di cis - N-TS-iodoaziridines è descritto. La generazione di diiodomethyllithium, oltre a N-Ts aldimines e ciclizzazione della gemma amino-diioduro intermedio iodoaziridines è dimostrata. È incluso anche un protocollo di rapidamente e quantitativamente valutare la fase stazionaria più appropriato per la purificazione mediante cromatografia.

Abstract

La preparazione altamente diastereoselettiva di cis - N-TS-iodoaziridines per reazione di diiodomethyllithium con N-TS aldimines è descritto. Diiodomethyllithium viene preparato mediante deprotonazione di diiodometano con LiHMDS, in una miscela THF etere / etere, a -78 ° C al buio. Queste condizioni sono essenziali per la stabilità del reagente LICHI 2 generato. La successiva aggiunta goccia a goccia di N-Ts aldimines alla soluzione diiodomethyllithium preformato offre un amino-diioduro intermedio, che non è isolato. Rapido riscaldamento della miscela di reazione a 0 ° C favorisce la ciclizzazione di permettersi iodoaziridines con l'esclusiva cis-diastereoselettività. L'aggiunta e ciclizzazione fasi della reazione sono mediate in un pallone di reazione da un accurato controllo della temperatura.

A causa della sensibilità dei iodoaziridines alla purificazione, la valutazione di metodi appropriati di puè necessario rification. Un protocollo per valutare la stabilità dei composti sensibili alle fasi stazionarie per cromatografia su colonna è descritta. Questo metodo è adatto da applicare alle nuove iodoaziridines, o altri nuovi composti potenzialmente sensibili. Di conseguenza, questo metodo può trovare applicazione in diversi progetti di sintesi. La procedura prevede innanzitutto la valutazione della resa di reazione, prima della purificazione, mediante spettroscopia 1 H NMR confrontati con uno standard interno. Parziali di miscela di prodotto impuro vengono poi esposti a fanghi di varie fasi stazionarie adeguate per cromatografia, in un sistema solvente adatto come eluente in cromatografia flash. Dopo agitazione per 30 min a mimare cromatografia, seguito da filtrazione, i campioni vengono analizzati mediante spettroscopia 1 H NMR. I rendimenti calcolati per ogni fase stazionaria vengono poi confrontati a quello inizialmente ottenuto dalla miscela di reazione grezza. I risultati ottenuti forniscono una valutazione quantitativa di tegli stabilità del composto alle diverse fasi stazionarie; quindi la ottimale può essere selezionata. La scelta di allumina basica, modificato all'attività IV, come fase stazionaria adatto ha permesso l'isolamento di talune iodoaziridines in ottima resa e purezza.

Introduction

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Lo scopo di questo metodo è quello di preparare iodoaziridines che offrono potenziale di ulteriore funzionalizzazione di derivati ​​aziridina. Il metodo incorpora un protocollo per la selezione quantitativa della fase stazionaria ottimale per cromatografia.

Aziridine, come anelli di tre membri, possiede ceppo anello intrinseco che li rende elementi importanti in chimica organica 1. Essi mostrano una vasta gamma di reattività che spesso coinvolgono apertura azirdinico 2,3, soprattutto come intermedi nella sintesi di ammine funzionalizzate 4,5, o la formazione di altri eterocicli azotati 6,7. La sintesi di una serie di derivati ​​di aziridina di funzionalizzazione di un precursore contenente un azirdinico intatto è emerso come una strategia praticabile 8. Scambio gruppo funzionale-metallo, per generare un anione aziridinile, e reazione con elettrofili ha dimostrato di essere efficace N-protette è stato anche raggiunto 12-15. Molto recentemente, il palladio catalizzata metodi di cross-coupling per formare aziridine arile da precursori aziridina funzionalizzati è stato sviluppato da Vedejs 16,17, e noi stessi 18.

La chimica di eteroatomi sostituito aziridine apre affascinanti questioni di reattività e stabilità 19. Siamo stati interessati nella preparazione di iodoaziridines come un gruppo funzionale romanzo che offre il potenziale per fornire precursori per una vasta gamma di derivati ​​con reattività complementare a reazioni di funzionalizzazione aziridina esistenti. Nel 2012 abbiamo riportato la prima preparazione di arile N-Boc-iodoaziridines 20, e molto recentemente riportato la preparazione di arile e alchile sostituito N-TS-iodoaziridines 21.

Il metodo per acceiodoaziridines ss utilizza diiodomethyllithium, un reagente che è recentemente stato anche impiegato nella preparazione di diiodoalkanes 22,23, diiodomethylsilanes 22,24 e ioduri vinile 25-27. La natura carbenoid-come questo reagente richiede preparazione e l'uso a basse temperature 22,28. Le tecniche e le condizioni utilizzate per la generazione di diiodomethyllithium nella preparazione di iodoaziridines sono descritte di seguito.

Mentre silice è emerso come il materiale di scelta per cromatografia 29, è risultato essere inadatto per la purificazione di N-TS-iodoaziridines. Il gel di silice è generalmente il primo e unico materiale solido fase impiegata in cromatografia flash in chimica organica a causa delle separazioni disponibilità ed efficaci. Tuttavia, la natura acida del gel di silice può causare la decomposizione di substrati sensibili durante la purificazione, prevenzione dell'isolamento del materiale desiderato. Mentre altri stfasi ationary o gel di silice modificati sono disponibili per cromatografia 30, non c'era modo di valutare la compatibilità della molecola bersaglio di questi materiali differenti. A causa della natura sensibile dei iodoaziridines, abbiamo stabilito un protocollo per valutare la stabilità di un composto di una serie di fasi stazionarie 21, che è dimostrato qui. Questo ha il potenziale per l'applicazione nella sintesi di una vasta gamma di composti con gruppi funzionali sensibili. Il protocollo che segue fornisce un accesso efficiente alle iodoaziridines N-Ts, permettendo la sintesi diastereoselettiva sia di alchil aromatici e cis-iodoaziridines in alto rendimento.

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Protocol

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1. Preparazione di Iodoaziridines con Diiodomethyllithium

  1. Fiamma asciugare un pallone a fondo rotondo da 100 ml contenente un agitatore e munito di un setto, sotto flusso di argon, poi lasciare raffreddare a temperatura ambiente sotto atmosfera di argon. NOTA: Cristalleria asciugato in un forno durante la notte (125 ° C) e raffreddato a temperatura ambiente in un modo analogo è anche opportuno.
  2. Al pallone, aggiungere 5.7 ml di THF anidro e 2,7 ml anidro Et 2 O tramite siringa e esametildisilazano distillato di fresco (1,50 mmol, 315 microlitri) attraverso una microsiringa.
  3. Agitare la soluzione risultante e raffreddare a -78 ° C in un bagno di ghiaccio / acetone secco in un dewar di dimensioni adeguate per consentire il matraccio da ben sommerso. Coprire il dewar con foglio di alluminio, per ridurre al minimo l'esposizione del recipiente di reazione alla luce.
  4. Aggiungere n BuLi (1,50 mmol, 0,60 ml, 2,5 M in esani) goccia a goccia tramite siringa su 2-3 min alla soluzione a -78 ° C.Lasciare la miscela sotto agitazione a -78 ° C per altri 30 minuti per formare una soluzione 0,17 M di LiHMDS. ATTENZIONE: la soluzione n BuLi è infiammabile, corrosivo per la pelle e piroforico. Reagente in eccesso nella siringa deve essere raffreddato conseguenza.
  5. Dopo 30 minuti, aggiungere 1 ml di THF anidro a un pallone a fondo rotondo da 10 ml seccato fiamma tramite siringa, seguita da diiodometano (1,70 mmol, 135 microlitri) attraverso una microsiringa e assicurarsi che siano ben miscelati.
  6. Aggiungere la soluzione diiodometano a gocce in 2 min alla soluzione di litio esametildisilazano a -78 ° C. Lasciare questa soluzione per 20 minuti a -78 ° C.
  7. Durante questo tempo, pesare N - [(E)-4-methylphenylmethylidene]-4-methylbenzenesulfonamide (137 mg, 0.50 mmol) in un altro seccato fiamma 10 ml pallone a fondo rotondo e sciogliere in 2,0 ml di THF anidro.
  8. Dopo il tempo deprotonazione 20 min, aggiungere la soluzione immina goccia a goccia alla soluzione diiodomethyllithium oltre 5 min a -78 & #176; C.
  9. Immediatamente dopo l'aggiunta goccia a goccia è completa, sollevare il recipiente di reazione dal bagno di ghiaccio secco, e trasferire a un bagno di ghiaccio / acqua a 0 ° C. Re-coprire con un foglio di alluminio e lasciare per 15 minuti a 0 ° C. NOTA: La soluzione deve essere di colore arancio.
  10. Dopo 15 min a 0 ° C, spegnere la reazione mediante aggiunta di 30 ml di soluzione di bicarbonato di sodio acquoso saturo. Trasferire la miscela in un imbuto separatore e aggiungere 30 ml di CH 2 Cl 2. Agitare la miscela e rimuovere minore CH 2 Cl 2 strati. Ripetere questa procedura di estrazione altre due volte, e combinare i CH 2 Cl 2 strati.
  11. Aggiungere solfato di sodio per gli strati organici per eliminare l'eventuale acqua presente nella soluzione, quindi filtrare fuori il solfato di sodio e raccogliere il filtrato in un matraccio da 250 ml rotonde fondo.
  12. Eliminare il solvente a pressione ridotta su un evaporatore rotante per dare un campione impuro del prodotto desiderato iodoaziridine.

2. Valutazione del Prodotto di stabilità fasi stazionarie per cromatografia

  1. Sciogliere il campione aziridinico greggio in CH 2 Cl 2 (16 ml) e aggiungere 1,3,5-trimethoxybenzene (28.0 mg, 0,167 mmol) come standard interno, assicurando questa sia completamente dissolto. Prelevare una aliquota (2 ml) di questa miscela, rimuovere il solvente a pressione ridotta e analizzare tale campione 1 H NMR.
  2. Aprire il registrata 1 H NMR utilizzando software standard di elaborazione NMR. In Mestrenova, fare clic destro dello spettro e scegliere "integrazione", poi "manuale" per fornire lo strumento di integrazione. Istruzioni e trascinare per coprire la larghezza dei picchi a 6,08 ppm e 4,87 ppm a integrare rispettivamente i segnali dello standard interno e il segnale CHI aziridina. Fare clic destro sul integrale per il picco a 6,08 ppm, selezionare "modifica integrale" e modificare il valore "normalizzato" a 3,0. NOTE: passi simili possono essere applicati con altri pacchetti software.
  3. Utilizzare il valore aggiornato di integrale per il segnale aziridina CHI (4,87 ppm) per determinare la resa della iodoaziridine, qui utilizzando (100/3) × (l'integrale del segnale CHI), che offre una resa calcolata del 59%. NOTA: Data la quantità nota di standard interno (0,167 mmol), e il picco prodotto corrispondente a 1 protone, la resa di iodoaziridine viene calcolata con la seguente equazione: 100 × (integrante del picco prodotto) × (moli di standard interno) / moli materiale di partenza.
  4. Preparare fanghi delle seguenti fasi stazionarie (25 g): silice, silice + 1% netto 3 (trietilammina), allumina neutra, allumina basica (attività I), allumina basica (attività IV) e florisil, ogni 5% in acetato di etile / esano (50 ml), in sei flaconi da 250 ml coniche separati contenenti barre di agitazione. In un'altra beuta preparare una soluzione di EtOAc esano / 5% (50 ml), per essere usato come un esperimento di controllo. ATTENZIONE: Silicun gel, allumina e altre fasi stazionarie lavoratori sono pericolose se inalate, quindi dovrebbe sempre essere gestito in cappa efficace.
  5. Aggiungere 2 ml della / soluzione standard interna iodoaziridine a ciascuna delle beute a RT. Mescolare le miscele di fanghi per 30 min. NOTA: questo rappresenta la durata il composto può essere esposto alla fase stazionaria durante una normale procedura di cromatografia flash su colonna.
  6. Filtrare le miscele di liquami utilizzando un imbuto sinterizzato, e raccogliere il filtrato in 250 ml rotondo pallone a fondo. Lavare il residuo sul imbuto sinterizzato con CH 2 Cl 2 (2 x 30 ml). Ripetere questo processo di filtraggio per i restanti fanghi. NOTA: È opportuno compensare dell'inizio di ogni fase stazionaria per consentire la filtrazione e quindi mantenere la stessa per ciascuno dei materiali in fase stazionaria.
  7. Rimuovere il solvente dai campioni risultanti sotto pressione ridotta, e analizzare da 1 H NMR SpectroScopy per calcolare la quantità di iodoaziridine recuperati in ogni caso, come descritto nella Sezione 2.2.
  8. Confronta i rendimenti dei iodoaziridine ottenuti da ciascuna fase stazionaria testato con quello ottenuto nella Sezione 2.1. NOTA: Il campione che dà la resa più alta, idealmente lo stesso come in 2.1, indica la fase stazionaria ottimale per cromatografia. In questo esempio, allumina basica (attività IV) è stata considerata la migliore fase stazionaria per la purificazione.

3. Disattivazione della base di allumina e di purificazione del Iodoaziridine

  1. Ripetere Sezione 1 per generare la miscela iodoaziridine greggio.
  2. Per generare allumina basica (attività IV), aggiungere 100 g di allumina basica (attività I) da 500 ml pallone a fondo rotondo e quindi aggiungere 10 ml di acqua nel matraccio e in forma con un tappo di vetro.
  3. Agitare il pallone energicamente fino a quando non sono visibili grumi, indicando anche la diffusione di acqua in tutto il allumina. Lasciare che l'allumina raffreddare a temperatura ambiente. ATTENZIONE: l'adsorbimentozione di acqua è esotermica, quindi il pallone si riscalda e può causare un accumulo di pressione. Rilasciare qualsiasi accumulo di pressione frequentemente.
  4. Purificare il iodoaziridine grezzo per mezzo di cromatografia su colonna usando l'allumina basica (attività IV) come fase stazionaria, eluendo con esano, classificazione al 5% EtOAc / esano. NOTA: alte concentrazioni di acetato di etile, non dovrebbero essere usati con allumina di base. In questi casi, etere etilico può essere utilizzato.
  5. Combinare Le frazioni contenenti prodotto e rimuovere il solvente sotto pressione ridotta, ottenendo il iodoaziridine puro.

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Representative Results

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La procedura descritta permette cis - (±)-2-iodo-3-(4-tolile) -1 - (4-tolylsulfonyl) aziridina come singolo diastereoisomero e con eccellente purezza (Figura 1). Prima della purificazione, un rendimento del 59% del prodotto iodoaziridine stato calcolato spettroscopia 1 H NMR. Tuttavia, questo iodoaziridine è stato particolarmente impegnativo per purificare e subito decomposizione significativo sulla silice. Purificazione su allumina basica (attività IV) come determinato dalla schermata fase stazionaria consentito il prodotto da isolato nel 48% di rendimento. I risultati della schermata fase stazionaria sono illustrati nella Figura 2. Dopo filtraggio, analisi degli spettri 1 H NMR fornisce una serie di rendimenti per i diversi materiali utilizzati, rispetto allo standard interno. Tali rese sono rappresentative della resa isolata che può essere previsto dopo cromatografia su colonna su tale fase stazionaria specifico. Allumina basica (attività IV)restituisce la massima resa (53%), che è più vicino al yield calcolato 1 H NMR. Pertanto, allumina basica (attività IV) è stato scelto come fase stazionaria per cromatografia su colonna per la purificazione del iodoaziridine N-Ts. I rendimenti isolato, seguito cromatografia, sono confrontabili con quelli previsti.

Un'ampia gamma di iodoaziridines può accedere da questo metodo con resa elevata (vedere la Figura 3 per esempi rappresentativi). Sia alchile e aromatici N-TS immine sono compatibili con la reazione, compresa la stericamente esigenti terz-butile ed esempi orto-tolile. La reazione si propone di avvenire per deprotonazione di diiodometano da litio esametildisilazano a -78 ° C, formando diiodomethyllithium (Figura 4). Sulla aggiunta del aldimine N-Ts, addizione nucleofila dell'anione diiodometano al immina a -78 ° C si permette la gemma ammino -diioduro intermedio. Riscaldamento Successivamente a 0 ° C induce una ciclizzazione altamente diastereoselettiva dell'intermedio amino gemma-diioduro, che offrano le cis - N-Ts-iodoaziridine esclusiva. La ciclizzazione avviene altamente stereoselettiva con il cis-iodoaziridine essere favorito rispetto al trans-iodoaziridine a causa di sottili interazioni steriche in stato di transizione ciclizzazione.

Durante l'ottimizzazione di reazione, era evidente che il controllo della temperatura e la tempistica delle diverse fasi è essenziale per il risultato della reazione (Figura 5). Estingue la reazione a -78 ° C senza riscaldamento provoca la formazione del iodoaziridine N-TS e l'ammino gem-diioduro. Tuttavia, i prodotti subiscono degradazione nelle condizioni di reazione, che viene evitata mediante riscaldamento e riducendo i tempi di reazione.

"Figura Figura 1. Formazione del iodoaziridine para-tolile e il corrispondente spettro 1 H NMR del prodotto grezzo miscela contenente il iodoaziridine e 1,3,5-trimethoxybenzene.

Figura 2
. Figura 2 Processo per 1 H NMR studio di stabilità per il iodoaziridine para-tolil con varie fasi stazionarie; il miglior recupero di iodoaziridine si osserva utilizzando allumina basica (attività IV) (53%).

Figura 3
Figura 3. Portata della reazione iodoaziridination selezionato.

<p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "always"> Figura 4
Figura 4. Meccanismo proposto di reazione e la logica di diastereoselettività.

Figura 5
Figura 5. Rapporto di iodoaziridine di aminoacidi gemma diioduro con diversi tempi di reazione e la temperatura.

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Discussion

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Procedimento per la preparazione diastereoselettiva di cis - N-TS-iodoaziridines è descritto, insieme ad un protocollo di studio stabilità per indicare quantitativamente la migliore fase stazionaria per la purificazione di composti potenzialmente instabili mediante cromatografia flash su colonna. Si prevede che l'accesso al iodoaziridines attraverso questo approccio consentirà metodi per accedere ad una vasta gamma di aziridine da sviluppare, mediante derivatizzazione dell'anello intatta.

Una modifica appropriata alla procedura di immine attraverso una α-protone è utilizzare addotti immina-toluene acido solfinico come materiali di partenza al posto del immina dovuto alla migliore stabilità allo stoccaggio e la manipolazione. Da questo materiale di partenza, un equivalente supplementare sia diiodometano e LiHMDS dovrebbe essere impiegato per generare la immina in situ.

In preparazione della soluzione LiHMDS, il esametildisilazano dovrebbe essere appena distillareportato prima dell'uso. Amine che non è stata distillata può comportare più di un prodotto aminal minore in formazione, mediante aggiunta diretta della base nella aldimine. Questo prodotto lato aminal è anche più diffusa quando si utilizzano soluzioni LiHMDS commerciali, piuttosto che una soluzione preparata al momento. Soluzioni commerciali n BuLi devono essere regolarmente titolati per determinare la concentrazione di controllare con precisione la quantità utilizzata nella reazione. I diiodides ei prodotti iodoaziridine sono sensibili alla luce e così la reazione devono essere coperte e l'esposizione del prodotto alla luce devono essere ridotti al minimo. Prolungata esposizione alla luce porta alla decomposizione, così le iodoaziridines isolati deve essere conservato a -20 ° C al buio.

La procedura descritta è limitata a ramificati immine sia con l'immina o addotti acido immina-solfinico; solo i bassi rendimenti sono ottenuti per immine alchilici primari. Ciò è dovuto all'aggiunta preferenziale diretta di LiHMDS al aldimine, il dedesiderata aggiunta di diiodomethyllithium, per substrati meno stericamente impedite.

A nostra conoscenza, non esiste un metodo per quantificare la stabilità di un composto di fasi stazionarie. Ciò è particolarmente importante per le nuove classi di composti o nuovi piccoli gruppi funzionali della molecola. Il protocollo qui descritto permette una rapida indicazione della stabilità della iodoaziridine alle varie fasi stazionarie, oltre a fornire la possibilità di identificare i prodotti di decomposizione che potrebbero essere formate sulla cromatografia su colonna. Il protocollo per valutare quantitativamente la stabilità di iodoaziridines di fasi stazionarie ha possibilità di applicazione nella purificazione di una vasta gamma di composti con gruppi funzionali sensibili, a causa della natura generale e la facilità di installazione.

Ci sono un certo numero di fasi critiche del protocollo. L'aggiunta goccia a goccia della soluzione immina / THF oltre 5 min è fondamentale per la resa del prodotto ottenuto. I tempi di addizione più veloci hanno dimostrato di produrre meno del prodotto iodoaziridine desiderato. Purificazione su allumina di base (attività IV) è essenziale; utilizzo dei risultati di silice in prodotti di decomposizione di essere osservato. Allumina basica (attività IV) non è disponibile in commercio e deve essere preparata prima dell'uso, come descritto nel protocollo (3.2 e 3.3).

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Acknowledgments

Per il sostegno finanziario ci riconosciamo con gratitudine il EPSRC (Career Acceleration Fellowship di JAB, EP/J001538/1), la Ramsay Memorial Trust (Research Fellowship 2009-2011 JAB), e Imperial College di Londra. Grazie al Prof. Alan Armstrong per il generoso sostegno e consigli.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hexamethyldisilazane 999-97-3 Alfa Aesar Distill from KOH under argon prior to use.
n-Butyllithium 109-72-8 Sigma Aldrich 2.5 M in hexanes, titrate prior to use.
Diiodomethane 75-11-6 Alfa Aesar Contains copper as a stabilizer.
1,3,5-Trimethoxybenzene 621-23-8 Sigma Aldrich
Silica 112945-52-5 Merck
Basic alumina 1344-28-1 Sigma Aldrich
Neutral alumina 1344-28-1 Merck
Florisil 1343-88-0 Sigma Aldrich
THF All anhydrous solvents were dried through activated alumina purification columns. 
Et2O
CH2Cl2
NMR spectrometer Bruker AV 400  n/a
NMR processing software MestReNova  7.0.2-8636

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Sintesi e purificazione di Iodoaziridines Coinvolgere quantitativa Selezione del Ottimale fase stazionaria per cromatografia
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Boultwood, T., Affron, D. P., Bull, J. A. Synthesis and Purification of Iodoaziridines Involving Quantitative Selection of the Optimal Stationary Phase for Chromatography. J. Vis. Exp. (87), e51633, doi:10.3791/51633 (2014).More

Boultwood, T., Affron, D. P., Bull, J. A. Synthesis and Purification of Iodoaziridines Involving Quantitative Selection of the Optimal Stationary Phase for Chromatography. J. Vis. Exp. (87), e51633, doi:10.3791/51633 (2014).

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