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Chemistry

Preparação Facile de derivados de quinazolina 4-substituída

Published: February 15, 2016 doi: 10.3791/53662
Automatic Translation
1, 2, 1
1School of Science and Computer Engineering, University of Houston-Clear Lake, 2Airgas Specialty Gas, Airgas USA LLC

Abstract

Relatado no presente documento é um método muito simples para a preparação directa de derivados de quinazolina 4-substituída a partir de uma reacção entre o composto 2-aminobenzof enonas e tioureia na presença de sulfóxido de dimetilo (DMSO). Este é um sistema de reacção complementar único, no qual tioureia sofre decomposição térmica para formar carbodiimida e sulfureto de hidrogénio, em que os antigos reage com 2-aminobenzofenona para formar 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermédia, enquanto que o sulfureto de hidrogénio reage com DMSO para dar metanotiol ou outra molécula que contém enxofre, o qual, em seguida, funciona como um agente redutor para reduzir complementar 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermédio em 4-fenil-1,2-di-hidroquinazolin-2-amina. Subsequentemente, a eliminação de amoníaco a partir de 4-fenil-1,2-di-hidroquinazolin-2-amina proporciona derivado de quinazolina substituídos. Esta reacção geralmente dá derivado de quinazolina como um único produto resultante a partir de 2-aminobenzofenona como monitorizada por CG / EManálise, juntamente com uma pequena quantidade de moléculas contendo enxofre tais como dissulfureto de dimetilo, trissulfureto de dimetilo, etc. A reacção geralmente completa em 4-6 horas a 160 ºC em escala pequena, mas pode durar mais de 24 horas quando efectuada em larga escala. O produto da reacção pode ser facilmente purificado por meio de lavagem com água fora DMSO seguido por cromatografia em coluna ou cromatografia em camada fina.

Introduction

Quinazolinas substituídas, como um único tipo de heterociclos, foram conhecidas para uma variedade de actividades biológicas, incluindo a antibiótico, um antidepressivo, 2 anti-inflamatório, anti-hipertensiva 3,4, 3 antimalárico, 5 e anti-tumoral, 6 entre outros . O que é quinazolinas mais, 4-substituídos, por exemplo, 4-aril-quinazolinas, com actividade anti-plasmodial 7 foram reconhecidas como inibidores do receptor do factor de crescimento epidérmico (EGFR) de tirosina cinase, 8 depressores do SNC, 9 e antibióticos contra o Staphylococcus aureus resistente à meticilina aureus e Enterococcus faecalis resistentes a vancomicina. 10 Devido ao seu largo espectro de actividades biológicas, os métodos sintéticos para quinazolinas substituídas têm sido amplamente explorados. Como um exemplo, mais de 25 métodos sintéticos já têm sido relatados para a preparação de 4-phenylquinazolines. 11 Repmétodos sentante incluem a formação de 4-phenylquinazolines partir de 2-aminobenzof enonas e formamida na presença de eterato de trifluoreto de boro (BF3 Et2O) 12 ou ácido fórmico, 13 ou a partir da reacção de 2-aminobenzofenonas com urotropine e bromoacetato de etilo, 14 ou a reacção com o aldeído e acetato de amónio na presença de um agente oxidante. 15

Diferente das reacções acima, utilizando o reagente sensível à humidade (por exemplo, BF3 Et2O) ou reagente caro (por exemplo, urotropine e bromoacetato de etilo), um método fácil, que possa facilmente converter 2-aminobenzofenonas na correspondente 4-phenylquinazolines em sulfóxido de dimetilo ( DMSO), na presença de tioureia tem sido explorado. Estudos mecanicistas extensivamente nesta reacção indicar que é uma reacção na qual complementar tioureia sofre decomposição térmica para formar e carbodiimidasulfureto de hidrogénio, em que carbodiimida reage com 2-aminobenzofenona para formar 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermédia, enquanto DMSO é usado não apenas como um solvente, mas também o reagente para gerar um reagente redutor quando reage com hidrogénio sulfurado- sulfureto (também resultantes da tioureia). Em seguida, os agentes redutores contendo enxofre reduzir o 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermediário para formar 4-fenil-1,2-di-hidroquinazolin-2-amina que é submetido a eliminação do amoníaco para formar 4-fenilquinazolina. Esta reacção é geralmente levada a cabo à temperatura 135-160 ° C, e pode ser facilmente realizada por meio de aquecimento do banho de óleo tradicional em placa de aquecimento ou sob irradiação de microondas. Esta reacção é geralmente ilustrado na Figura 1 abaixo.

figura 1

Figura 1: A reacção geral entre 2-aminobenzofenona etioureia em DMSO. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Protocol

Cuidado: Por favor, consulte todas as folhas de dados de segurança pertinentes (MSDS) antes do uso. Enquanto 2-aminobenzofenonas são inodoras, algumas moléculas contendo enxofre são geradas nesta reacção. Portanto, deve sempre ser usado em bom estado de ventilação. Por favor, use toda a prática de segurança adequado ao realizar as reacções à temperatura mais elevada do que 140 ° C, como a pressão pode ir acima de 5 bares como registrado sob irradiação de microondas. Quando a temperatura é regulada a 160 ° C, a pressão é mais elevada registada barras 21, que é quase o limite superior do reactor de microondas pode manipular. Embora a pressão não é um problema quando a reacção é realizada em banho de óleo sob refluxo, uma boa ventilação deve ser sempre utilizado.

1. Preparação de 4-fenilquinazolina em pequena escala Sob irradiação de microondas

  1. Preparação da Mistura de Reacção
    1. Adicionar uma barra de agitação magnética compatível a um tubo de reacção de 2-5 ml de microondas.
      2. Nota: A relação ideal entre 2-aminobenzofenona e tioureia é de 1: 3.
    2. Transferência de 5 ml de DMSO ao tubo de reacção.
      Nota: A quantidade de DMSO é bastante flexível, 5 ml de DMSO é apenas sobre o suficiente para atender a exigência mínima do volume para a absorção correta de microondas de acordo com o manual do fabricante. Contudo, sob condição térmica, muito menos solvente é necessário para a reacção deste escala.
    3. Selar o tubo de reacção com uma tampa de alumínio compatível contendo borracha de entrada de septo.
    4. Agitar vigorosamente o tubo em um agitador por 1-2 min para dissolver os reagentes.
      Nota: A tioureia pode não se dissolvem completamente em DMSO à temperatura ambiente, mas que se dissolvem completamente quando o calor é aplicado.
    5. Utilize uma micro-seringa para retirar 5 ul de mistura reaccional para um copo de 2 ml sampling tubo contendo 0,35 ml de acetato de etilo (EtOAc) para cromatografia em fase gasosa / espectroscopia de massa (GC / MS) de análise antes de iniciada a reacção.
  2. A formação de 4-fenilquinazolina Sob irradiação de microondas
    1. Ligue reactor de microondas, coloque o tubo de reacção de microondas em um dos oito titulares de tubo.
    2. Configuração de reacção por meio de parâmetros de ecrã táctil, tal como a localização do tubo (por exemplo, a partir do poço 1 a 8), tipo de tubo (por exemplo, 2-5 mL), temperatura de reacção (a 150 ° C), a duração pré-agitação (1 min), o nível de absorção de microondas (elevado), velocidade de agitação (600 rpm), e tempo de reacção (5 horas).
    3. Uma vez que todos os parâmetros estão configurados corretamente, clique no botão "Run", o robô irá automaticamente pegar o tubo de reacção do titular do tubo (ou bem) e colocá-lo dentro do buraco de aquecimento. Em seguida, o reactor de microondas irá executar a reacção de acordo com os parâmetros definidos anteriormente.
    4. Quando irradiação de microondas completa, wait até que a temperatura cai para cerca de 30 ºC, o robô vai pegar o tubo de reacção e colocá-lo de volta para o titular original.
    5. Use micro-seringa para retirar 5 ul de mistura reaccional (solução amarela límpida, nenhuma substância insolúvel observado) e adicioná-lo a um outro tubo de amostragem de vidro de 2 ml contendo 0,35 ml de EtOAc para análise por GC / MS.
    6. Como a análise por CG / EM indica que a reacção está apenas metade completa, configurar a reacção de microondas ao mesmo tubo durante mais 5 h à mesma temperatura.
      Nota: O tempo de reacção varia dependendo da quantidade de material de partida utilizado, a concentração da solução de reacção, os grupos substituintes no grupo 2-aminobenzof enonas, e mais importante ainda, a temperatura de reacção. Por exemplo, uma reacção de 0,3 g de 2-aminobenzofenona em 3 ml de DMSO vai completar em 6 h a 160 ° C, mas mais dura do que 14 h a 140 ° C, sob irradiao com microondas, tanto de aquecimento e placa de aquecimento. Recomenda-se também para monitorar a reação periodically com GC ou análise GC / MS. Pessoas sem acesso a GC ou GC / MS deve então usar cromatografia em camada delgada (TLC) para monitorar a reação, embora não seja a melhor ferramenta.
  3. GC / MS Análise de Mistura de Reacção
    1. Certifique-se de GC / MS está configurado corretamente de acordo com o protocolo do fabricante.
    2. Coloque os tubos de amostragem de vidro no tabuleiro amostrador automático.
    3. Clique em "GCMS_3" atalho no monitor para iniciar o programa de aquisição de dados que controla e coordena as funções de injector, GC e espectrômetro de massa. Carregar um método adequado clicando no "Método" no menu drop-down e destacando "Método de carga." O método selecionado contém todos os parâmetros necessários para as qualidades GC e espectrômetro de massa quádruplo para analisar as amostras-alvo. Se não existe tal método, criar um método necessário.
      1. Para uma nova amostra, se modificar alguns dos parâmetros de GC para atender a uma determinada amostra, realce o "Editar entire Método ", clicando em" Método "do menu drop-down e alterar os parâmetros relevantes em conformidade. Os parâmetros de GC que muitas vezes são alterados são a temperatura inicial ea duração para manter essa temperatura, a taxa de aumento da temperatura, a temperatura final ea duração para manter a temperatura, a quantidade de injecção, as vezes para lavar a agulha de injecção, antes e após a injecção, o tempo de equilíbrio e pós correr do tempo, e a temperatura de pós de execução.
      2. Para esta experiência, ajustar a temperatura inicial GC em 70 ° C (1 min), com uma taxa de aumento da temperatura a 20 ° C / min, e a temperatura final a 250 ° C (5 min). Use um tempo total de 15 minutos. Utilizar um volume de injecção de 2 mL, com 4 de pré-lavagem e depois 4-lavagens de agulha. Use hélio puro como gás de transporte utilizado sob esta condição.
        Nota: Um método para a análise GC / MS contém os parâmetros pré-definidos para executar tanto instrumentos MS GC e. Os parâmetros foR GC incluem a temperatura inicial do forno para aquecer a coluna de GC e o número de minutos, para reter essa temperatura, a taxa para elevar a temperatura do forno, a temperatura final do forno e o número de minutos para manter a temperatura final antes do A análise por CG completa; a quantidade de amostra injectada; a taxa de divisão do gás portador; o número de vezes para lavar a agulha antes da amostra é injectado; e o número de vezes para lavar a agulha depois de a amostra é injectada; etc. A escolha de temperaturas iniciais e finais, bem como a taxa de aumento da temperatura depende da natureza da amostra analisada. Em geral, as moléculas não-polares de baixos pontos de ebulição são analisadas a temperaturas relativamente baixas inicial.
    4. Sintonize o Espectrômetro de Massa De acordo com o protocolo do fabricante.
      1. Depois de um método de execução é selecionado, clique em "Instrument" no topo do menu drop-down e selecione "Tune MSD." Em seguida, outra janelaaparece na frente da janela de aquisição de dados. Pode-se escolher qualquer um "Tune MSD" ou "QuickTune" e clique no botão "OK" para iniciar o processo de ajuste de espectrômetro de massa. A opção "QuickTune" leva cerca de 3 minutos para ser concluída, enquanto que a opção "Tune MSD" corre cerca de 10 min. Sob circunstâncias normais, a opção "QuickTune" é bom o suficiente para calibrar o espectrômetro de massa com uma precisão até 0,1 Dalton. O processo de sintonização vai medir a abundância relativa do pico de 69, 219 e 502 de perfluorotributilamina (PFTBA), bem como a quantidade de N 2, O 2, H 2 O, CO 2, etc.
        Nota: O espectrómetro de massa deve ser calibrado em cada dois dias, a fim de ter uma medição precisa da massa. A afinação é para ajustar os parâmetros para o espectrómetro de massa para funcionar correctamente, tais como a tensão de quádruplo, vácuo de um detector de massa, o ruído de fundo, os picos do padrão para medir o espectrómetro de massa,etc Pode-se escolher o modo sintonia manual de auto-ajuste ou para calibrar o espectrômetro de massa, ou seja, selecionando "QuickTune" ou opção "Tune MSD".
    5. Adquirir o GC / MS de dados
      1. Editar sequência de aquisição de dados. Clique no botão "Sequence" no topo do menu drop-down para realçar "Editar Seqüência", e uma nova janela aparece, em que as informações sobre as amostras devem ser de entrada, tais como o tipo de amostra (amostra, em branco, calibração, QC , etc.), a localização do frasco de amostras (de 1 a 100), nome da amostra, o nome do arquivo de dados, comentários de amostra, etc. Quando todas as informações da amostra foi de entrada, clique no botão "OK". Em seguida, clique no botão "Sequence" no topo do menu drop-down para realçar "Guardar sequência como .." e insira o nome da seqüência em uma pasta adequada.
      2. Obter os dados GC / MS. Clique no botão "Sequence" no topo do menu drop-down para realçar "Run Sequence", escolhaum "directório de arquivo de dados" adequada para salvar os dados adquiridos e, em seguida, clique no botão "Run Sequence" para iniciar o processo de aquisição de dados.
    6. Analisar os GC / MS Resultados
      Nota: As moléculas podem ser caracterizados pelos minutos eles são eluídos a partir da coluna GC, chamado o tempo de retenção. Sob a mesma condição GC (isto é, os parâmetros acima mencionados GC), o tempo de retenção de uma molécula particular, é muito reprodutível. O composto pode ainda ser confirmada pelo seu espectro de massa. Pode-se facilmente identificar um composto, em termos de tempo de retenção e o espectro de massa, e verificar a pureza de um composto bem.
      1. Dê um duplo clique no atalho "Análise de Dados GCMS_3" no monitor para abrir o software que, deliberadamente, processa os dados adquiridos a partir do GC máquina / MS.
      2. Durante o processo de aquisição de dados, para ver o resultado imediato da amostra analisada, clique em "Arquivo" no menu suspenso e highlig baixoht "Take Snapshot" para obter o espectro de GC sincronizada de amostra. Muitas vezes, as pessoas vão processar os dados após o processo de aquisição seja concluída. Neste caso, clique em "Arquivo" no menu drop-down para realçar "Carregar arquivo de dados" e selecione o arquivo de dados correto, ou navegue na lista de dados e clique duas vezes no arquivo de dados, para mostrar todo o espectro GC da amostra. Uma linha vertical aparece na posição onde o mouse é apontado para dentro da janela do espectro GC.
      3. Mova o mouse para o centro de um pico onde a linha vertical atinge o ponto mais alto do pico, e dê um duplo clique no botão direito do mouse para abrir o espectro de massa da amostra em uma nova janela abaixo da janela do espectro GC. Pode-se aumentar o espectro de massa, segurando o botão esquerdo e selecione a região para aumentar para o detalhe de espectro de massa.
      4. Identificar os compostos com um duplo clique no botão direito do rato dentro da janela espectro de massa para obter duas novas janelas. O pequenojanela da frente com um nome de "PBM Resultados da Pesquisa: C: Database W8N08.L" traz 20 moléculas do banco de dados que provavelmente coincide com o espectro de massa analisados, e classifica as 20 moléculas, a fim de suas semelhanças. A grande janela traseira contém dois painéis, dos quais o painel superior exibe o espectro de massa inicial do pico analisados ​​dentro do espectro de GC, eo painel inferior mostra o espectro de massa da molécula seleccionada da lista de pequena janela da frente. Muitas vezes, os compostos orgânicos comuns pode ser confirmada por comparação do seu espectro de massa com o espectro de massa padrão recolhidas na base de dados. Embora os novos compostos ou moléculas não recolhidas na base de dados não podem ser confirmadas directamente, as suas identidades podem ser obtidos através da comparação do peso molecular esperado e os fragmentos possíveis com as suas estruturas.
      5. Identificar o mesmo composto em diferentes amostras por comparação do seu tempo de retenção no espectro de GC. Sob a mesma condição de acqu de dadosisition, o mesmo composto deve aparecer com o mesmo tempo de retenção no espectro GC.
      6. Analisar a pureza da amostra clicando no botão "Cromatograma" no menu drop-down, com destaque para qualquer um "Integrar" ou "AutoIntegrate", e selecionando "Relatório por cento".
      7. Imprimir ambos espectro de GC e de massa correspondente aos picos dentro do espectro de GC no formato retrato ou paisagem, selecionando "Configuração da impressora" quando um clique em "Arquivo" no menu drop-down. Além disso, imprimir os espectros diretamente em formato pdf, selecionando um conversor de pdf.
  4. Extracção de Mistura de Reacção
    Nota: O processo de isolamento foi realizado no exaustor de fumos, como pequena quantidade de moléculas contendo enxofre com cheiro desagradável são geradas nesta reacção.
    1. Abrir o tubo reaccional de microondas com o fabricante fornecida alicate, e transferir a mistura reaccional para uma ampola de decantação de 125 ml. UMAdd 20 ml de EtOAc para este funil seguido por 10 ml de água.
      Nota: Se a solução de reacção é deixada à temperatura ambiente durante um dia, os cristais de forma longa agulha pode aparecer na solução, dependendo da concentração da solução. Assim, é aconselhável deixar a mistura de reacção em grande escala, à temperatura ambiente para formar cristais e isolar o produto de cristal directamente se o tempo não é um factor.
    2. Agitar a ampola de decantação vigorosamente, e drenar a camada aquosa inferior. Em seguida, adicione mais 10 ml de água para a ampola de decantação, e repita este processo.
    3. Concentra-se a solução de EtOAc restante para baixo para cerca de 1 mL por evaporação rotatória.
  5. Purificação de 4-fenilquinazolina por TLC preparativa
    1. Transferir a solução EtOAc foi concentrada com uma pipeta de Pasteur a 20 cm x 20 cm de placa de CCF preparativa de uma maneira tal que a faixa de amostra na placa de TLC é inferior a 1 cm de largura e é de cerca de 1 cm do bordo. Mergulhe esta placa a uma ABLSS câmara contendo 150 ml de hexano e EtOAc (2: 1). Observar o movimento da fronteira solvente se aproximando do topo da placa de TLC, e tirar a placa quando fronteira solvente é de cerca de 1 cm da borda superior.
      1. Desenhe duas linhas retas na placa TLC com lápis para marcar o local antes da amostra é carregada. Além disso, mergulhar a placa de TLC em câmara de vidro de tal maneira que a faixa de amostra é, na parte inferior, mas ainda de cerca de 2 mm acima do nível de solvente.
    2. Sob ultra-violeta (UV), use um lápis para marcar a banda com fluorescência verde e raspe a banda marcada na placa de TLC com um papel de pesagem (com uma mobilidade relativa de R f = 0,68, hexano / AcOEt = 2 : 1).
      Nota: Devido à alta sensibilidade da absorção de UV, pode-se observar várias bandas fracas na placa. No entanto, as principais bandas muito frequentemente correspondem a moléculas contendo enxofre, como dissulfureto de dimetilo, trissulfureto de dimetilo; Outras bandas abaixo de 4 fenilquinazolina são visiblE, mas a sua quantidade é demasiado pequena para ser isolado e caracterizado.
    3. Para uma pipeta de vidro preenchido com lã de vidro, a transferência do pó de gel de sílica riscado à pipeta dobrando o papel de pesagem diagonalmente para permitir que o pó de gel de sílica desce para a pipeta, e toque da pipeta contra uma superfície dura para embalar o gel de sílica apertado . Lava-se a pipeta com acetona (8-15 ml) para um frasco de cintilação de 2-cilindro.
    4. Transferir 0,35 ml da solução de acetona eluída a um outro tubo de amostragem de 2 ml de vidro para a análise de GC / MS, e secar directamente a solução de acetona restante num evaporador rotativo. Colocar todo o frasco de cintilação contendo o composto purificado em exsicador de vácuo para posterior secagem.
      Nota: Até este passo, o produto é purificado e pode ser utilizado para a caracterização adicional (por exemplo, a ressonância magnética nuclear (RMN)) ou transformações adicionais.

2. Preparação de 4-fenilquinazolina in Pequena Escala via Hotplate Aquecimento

Nota: Os procedimentos para a análise de GC / MS da mistura reaccional, extracção da mistura de reacção, e a purificação do produto da reacção são muito semelhantes aos descritos na secção 1 (1.1.1-1.3.4, 1.4.1-1.4.3 , e 1.5.1-1.5.5, respectivamente), de modo que a maior parte destas etapas podem ser omitidas abaixo.

  1. Preparação da mistura de reacção para o aquecimento placa de aquecimento
    1. Pesar 0,0240 g de 2-aminobenzofenona e 0,0280 g de tioureia em um frasco de vidro de 2 ml, em seguida, transferir 0,5 mL de DMSO para o mesmo frasco, e fechar o frasco com uma tampa de rosca.
      Nota: A quantidade de DMSO utilizada sob esta condição é muito menor do que aquela sob irradiação de microondas. Devido à pequena dimensão da presente reacção, sob agitação magnética não é mais necessário, portanto, para a agitação da solução vortex para dissolver os reagentes. No entanto, numa escala de reacção relativamente grande, por exemplo, em 2 de tambor frasco de cintilação ou frasco de fundo redondo, de agitação magnéticaainda é necessário.
  2. Preparação de 4-fenilquinazolina através Placa eléctrica de aquecimento
    1. Dentro exaustor, colocar um bloco de aquecimento em cima do fogão, e a temperatura ajustada para 160 ° C.
    2. Quando a temperatura atinge 160 ° C, inserir o frasco de vidro em um dos poços em bloco de aquecimento. Com cerca de meia hora de intervalo, levar para fora do frasco e mão agitá-lo durante 2-3 segundos, e colocá-lo de volta para o bem novamente. Após 6 horas, retirar do frasco e deixá-lo no interior do exaustor para esfriar.
    3. Transferência de 5 ul da mistura reaccional para outro tubo de amostragem de vidro de 2 ml contendo 0,35 ml de EtOAc, e submeter a amostra para análise por GC / MS.
  3. Uma vez que a reacção completa, exercitar-se o produto como descrito no capítulo 1. Veja os detalhes na seção 1.1.1-1.3.4, 1.4.1-1.4.3 e 1.5.1-1.5.5 para análise por CG / MS, extracção da mistura de reacção, e a purificação do produto, respectivamente.

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Representative Results

A análise por GC da mistura da reacção antes da reacção, após 5 h de reacção sob irradiação de microondas, e 10 h após a reacção sob irradiação de micro-ondas a 150 ° C são apresentados na Figura 2, que ilustra claramente o processo desta reacção limpo. Os espectros de massa de 2-aminobenzofenona e 4-fenilquinazolina são apresentados na Figura 3 e Figura 4, respectivamente. Um mecanismo aparente para a reacção entre a 2-aminobenzofenona e tioureia que uma pessoa com bons conhecimentos de química orgânica pode postulado é mostrado na Figura 5. Em comparação, a reacção no seio de DMSO na placa de aquecimento a 160 ºC é semelhante rastreados por GC / MS como mostrado na Figura 6, juntamente com o espectro de massa de 4-fenilquinazolina-2 (1H) -ona subproduto. Com base em diversos factos experimentais, uma explicação completa para a geração de 4-fenilquinazolina é ilustrado em na Figura 8 e Figura 9, respectivamente. A comparação da reacção entre o 2-aminobenzofenona e tioureia em DMF e em DMF, mas com uma pequena quantidade de DMSO é ilustrada na Figura 10.

Com base na análise por GC / MS, é bastante claro que a conversão do material de partida em produto é praticamente quantitativo (Figura 2). Devido à pequena diferença de peso molecular entre o material de partida (por exemplo, 2-aminobenzofenona, PM = 197, tempo de reteno = 9,673 min) e o produto do derivado de quinazolina substituída (por exemplo, 4-fenilquinazolina, PM = 206, tempo de retenção = 9,962 min), os tempos de retenção de material de partida e produto em GC são muito semelhantes, mas ainda separáveis. Mais de 10 diferentes 2-aminobenzofenonas têm a abelhaN testado para esta reacção e são obtidos resultados semelhantes. 16

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Discussion

Esta reacção limpo (como mostrado na Figura 2) aparece muito intrigante no início como o peso molecular do produto é aumentado apenas por 9 no que diz respeito ao do material de partida (como se mostra na Figura 3 e Figura 4). Isso parece impossível, porque o peso atómico do carbono é 12. Muito provavelmente, a introdução de um átomo de carbono numa molécula irá aumentar o peso molecular de, pelo menos 12, se o átomo de hidrogénio de acompanhamento (s) não foram incluídos. Por isso, a reação tem nos confundido com um pouco de tempo.

Em uma visão rápida da reacção entre o 2-aminobenzofenona e tioureia, pode-se postular que uma simples adição do grupo amino de 2-aminobenzofenona para o grupo tiocarbonilo de tioureia, seguido pela adição do grupo amino de ligação ao grupo tiocarbonilo ao grupo carbonil no interior do 2-aminobenzofenona irá formar uma estrutura com um peso molecular de 238 ( Figura 2, tioureia decompõe-se rapidamente porque não pode ser detectado após a mistura de reacção é aquecida durante 5 horas; sob esta condição, quase 50% do material de partida ainda permanece. Se tioureia é a espécie reais para reagir com 2-aminobenzofenona como postulado na Figura 5, então haverá sempre material restante na solução de reacção porque não mais tioureia está disponível para reagir com o material de partida residual de partida. Assim, este mecanismo de som não representa o caminho de reação real e também é inconsistente com a mudança de peso molecular de 197 do material de partida a 206 do produto. É bem conhecido que um número de peso molecular sugere um número par de átomos de azoto no interior da molécula. Assim, o produto não tem qualquer átomo de azoto em todos ou contém mesmo número de átomos de azoto, mais provável com dois átomos de azoto no presente caso; caso contrário, o W molecularoito do produto não pode ser apenas aumentou 9.

Após extensas caracterizações estruturais, incluindo 1 H NMR, 13 C NMR, e, especialmente, cristalografia de raios-X, é evidente que o produto é 4-fenilquinazolina. 16 mas como se forma? Estudo computacional mostra que o sulfureto de hidrogénio e carbodi-imida pode ser formado a partir da decomposição térmica da tioureia. 17 Se a carbodiimida é a espécie para reagir com 2-aminobenzofenona, embora tioureia desaparece na solução de reacção, carbodiimida iria permanecer na solução. Com este conhecimento, é possível que o grupo amino no interior 2-aminobenzofenona inicialmente reage com carbodiimida para formar 1- (2-benzoilf enil) guanidina intermediário, o qual cicliza para formar 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermediário. No entanto, tal intermediário é instável, e pode ser hidrolisado ao 4-fenilquinazolina-2 (1H) -ona, como mostrado na Figura 6C, sob a condição deaquecimento na placa. Além disso, a decomposição deste intermediário não conduz à formação de 4-fenilquinazolina também, porque a transformação directa deste intermediário de 4-fenilquinazolina iria exigir a remoção de um átomo de azoto. Isso é impossível, já que ambas as ligações que conectam a este átomo de azoto deve quebrar para se livrar de um fragmento de NH, uma espécie reactiva altamente instáveis. No entanto, se 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermediário foram reduzidas, em seguida, a eliminação do amoníaco sob a alta temperatura iria ocorrer muito facilmente (Figura 7). Então, não deve ser um reagente de redução que participa na reacção e reduz 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine de 4-fenil-1,2-di-hidroquinazolin-2-amina. Conforme mencionado no início, a decomposição térmica de tioureia gera sulfureto de hidrogénio, juntamente com carbodiimida. O sulfureto de hidrogénio pode reagir com o solvente de DMSO para gerar moléculas contendo enxofre orgânicos que funcionam como reagentes redutores, embora hidrogéniosulfureto de si tem sido aplicado como agente redutor, bem como 18-20. O mais possível agente redutor orgânico pode ser metanotiol, como suportado pela detecção de dissulfureto de dimetilo (tempo de retenção = 3.287 minutos na Figura 2 que contém enxofre, Os espectros de massa na Figura 8 ) e trissulfureto de dimetilo (tempo de retenção = 3.691 minutos na Figura 2, os espectros de massa na Figura 9).

Figura 2
Figura 2:. A análise por CG da reacção entre a 2-aminobenzofenona e tioureia em DMSO a 150 ° C, sob irradiao com microondas As condições de GC são: temperatura inicial de 70 ° C (1 min), aumentando a taxa de temperatura a 20 ° C / min, temperatura final a 250 ° C (5 min). tempo total de execução é de 15 min. A quantidade de injecção é de 2 mL, com 4 pré-lavagem e 4 pós-lavagem de needle. (A) A mistura de reacção antes de o calor é aplicado; (B) mistura reaccional depois de ter sido aquecida a 150 ° C durante 5 h (imina intermediária observável); (C) mistura de reação após ter sido aquecido a 150 ºC durante 10 horas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3:. Espectro de massa de 2-aminobenzofenona (modo EI, quádrupla) Fórmula molecular: C 13 H 11 NO, peso molecular: 197. fragmentos típicas são 198, M + 1 (9,8%), 197: M + (68,6 %), 196, M + -1 (100,0%), 180: M + -17 (NH3 perdido, 8,3%), 120: M + -77 (fenil C 6 H 5 perdido, 35,9%), 105: benzoílo cação (C 6 H 5 CO + < / sup>, 11,4%), 92: M + -benzo� (M + C 6 H 5 CO, 18,0%), 77: cação fenil (22,4%). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4: Espectro de massa de 4-fenilquinazolina (modo EI, quádrupla) Fórmula molecular:. C 14 H 10 N 2, peso molecular: 206,25. Fragmentos típicas são 207: M + 1 (7,2%), 206: M + (50,8%), 205: M + -1 (100,0%), 177: M + -1-HCN-1 (6,6%), 151 : M + -1-C 4 H 4 -H 2 (8,9%), 129: M + -C 6 H 5 (1,6%), 102: M + H 4-C 4 -C 4 H 4 (5,3%) .pg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
Figura 5:. A aparente mecanismo de reacção entre 2-aminobenzofenona e thiourea Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6
Figura 6: Análise de GC / MS da reacção entre a 2-aminobenzofenona e tioureia em DMSO na placa de aquecimento a 160 ° C (a) Uma mistura de 0,0240 g de 2-aminobenzofenona e 0,0280 g de tioureia em 0,5 mL de DMSO, antes de calor é aplicada;. (B) mistura reaccional depois de ter sido aquecida a 160 ° C durante 6 horas; (C) Spectru em massam de 4-fenilquinazolina-2 (1H) -ona subproduto após a solução foi aquecida a 160 ºC durante 6 horas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7
Figura 7:. O mecanismo de reação verdadeiro para a formação de 4-fenilquinazolina partir de 2-aminobenzofenona e thiourea Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8
Figura 8: Espectro de massa de dimetil dissulfeto (modo EI, quádruplos) Fórmula molecular:. C 2 H 6 S 2, peso molecular: 94.19. Os fragmentos são típicos95,9: M + 2 (2,9%), 94: M + (62,0%), 79:. M + -CH3 (100,0%) Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 9
Figura 9: Espectro de massa de trisulfide dimetil (modo EI, quádruplos) Fórmula molecular:. C 2 H 6 S 3, peso molecular: 126,25. Fragmentos típicos são 128: M + 2 (13,7%), 126: M + (100,0%), 110,9:. M + -CH3 (14,6%) Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Para esta reacção simples, os passos críticos são o controlo da temperatura de aquecimento e, depois de purificação. À medida que a carbodiimida estáa espécie real que reage com 2-aminobenzofenona para formar 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermédia, a formação de carbodiimida de decomposição térmica de tioureia é muito importante. Estudos iniciais indicaram que tioureia começa a decompor-se a temperatura entre 140 e 180 ° C, 21, que também é consistente com o estudo computacional da tioureia. 17 No entanto, quando tioureia é dissolvido em solvente polar tal como DMSO, ele começa a decompor-se a uma temperatura mais baixa. Esta temperatura tem sido observada a cerca de 120 ° C ou acima de modo a ter uma taxa de reacção razoável para a formação de 4-fenilquinazolina partir de 2-aminobenzofenona. Por outro lado, nesta reacção, não podem ser configurados a uma temperatura muito alta ou. O limite superior da temperatura de reacção depende do ponto de ebulição do solvente, e, possivelmente, a temperatura a que os produtos colaterais adicionais de decomposição térmica de tioureia são gerados. Por exemplo, tem sido relatado que os dis de carbonoulfide é o produto principal quando tioureia é aquecida a uma temperatura entre 182 e 240 ° C. 22 Além disso, sob a condição de irradiação de microondas, todo o sistema de reacção é selado num tubo de reacção de um espaço limitado, temperatura demasiado elevada pode causar uma pressão muito elevada e potencial de explosão. Portanto, recomenda-se a temperatura de reacção ideal entre 150 e 165 ° C. Enquanto a pressão pode não ser um problema sob refluxo térmica, uma temperatura de reacção elevada fará com que a evolução de sulfureto de hidrogénio que é necessária para gerar reagentes de redução a partir da reacção com DMSO. Outro passo fundamental neste protocolo é a purificação do produto. Como 4-fenilquinazolina é menos polar do que o material de partida, a solubilidade do produto em DMSO é menor do que a do material de partida. Quando a reacção está completa, muitas vezes produto de cristal aparece se a solução de reacção é deixada à temperatura ambiente por um dia ou mais tempo. Neste caso, o cristal pode ser simplesmente filtraçãoTed e lavou-se com solvente para se obter o produto puro. Além disso, a concentração dos reagentes também influencia o modo para purificar os produtos. À mesma temperatura de reacção, mais elevada a concentração da solução é, quanto mais tempo a reacção se completar. Particularmente, quando a solução de reacção é demasiado concentrada, uma camada de óleo de formas do produto e flutua em cima da solução de DMSO. Este é o caso quando se 3 g de 2-aminobenzofenona e 3,5 g de tioureia reagir num tubo de microondas de 20 mL, com 7 a 8 ml de DMSO. Neste caso, não há formas de cristal, e o produto só pode ser separada do solvente por meio de extracção. Enquanto isso, o produto pode ser contaminado com moléculas contendo enxofre tais como dissulfureto de dimetilo e dimetil trissulfureto, que vai ser removido por cromatografia em coluna. Este é o procedimento recomendado para a purificação de reacção em larga escala.

Em relação à modificação desta reacção, pode ser efectuada num sol polar diferentede ventilação, tal como N, N-dimetilformamida (DMF), na presença de DMSO. Neste caso, uma pequena quantidade de DMSO é usado como reagente, em vez do solvente, com a finalidade de gerar agente redutor. Sob esta condição, além de DMSO, menos moléculas contendo enxofre estão presentes de modo que cheiro desagradável pode ser bem tratadas. No entanto, esta alteração vai abrandar a taxa de reação global. Além disso, uma pequena quantidade de subproduto proveniente de DMF é perceptível por análise de GC / MS, embora possa não afectar o processo global de purificação. Por outro lado, uma reacção de larga escala pode ser realizado em um balão de fundo redondo sob refluxo. Como é aberto ao ar no exaustor durante o refluxo, moléculas voláteis baixas, incluindo dimetil dissulfeto e trisulfide dimetil irá evoluir a partir do sistema de reacção, de modo que o cheiro menos desagradável será detectado. Deve salientar-se que esta reacção é muito reprodutível, que foi repetida várias vezes. Se o companheiro de partidariais são misturados correctamente em DMSO, e a solução é aquecida entre 150 e 165 ° C, que é a garantia de ter o produto final esperado, de modo que quase nenhuma resolução de problemas é necessário. No entanto, a taxa de reacção muda quando uma 2-aminobenzofenona diferente é utilizada, devido ao efeito do substituinte e efeito estérico.

O significado desta reacção é a sua simplicidade e limpeza, com muito poucos subprodutos de menor importância. Como mostrado na Figura 2, quase sem outros produtos secundários resultantes de 2-aminobenzofenona pode ser observado por análise de GC. Embora um pico aparece a um tempo de retenção (isto é, 10,553 min) mais elevada do que 4-fenilquinazolina, tais pico é muito pequena e desaparece à medida que a reacção prossegue até estar completa. Espectroscopia de estudo neste pico indica que é 4-fenilquinazolina-2 (1H) -imine intermediário 16 Além disso., O material de partida muito baratas, tais como tioureia é usado nesta reacção, em vez de outro Reag caroentos como urotropine ou bromoacetato de etilo. Além disso a preparação de 4-phenylquinazolines partir de 2-aminobenzof enonas, esta reacção pode ser facilmente estendido para preparar outras moléculas aromáticos fundidos contendo quinazolina andaime, tais como perimidines que tenham aplicações industriais importantes, como corantes e pigmentos. Além disso, esta reacção também pode ser estendido para as cetonas de alquilo 2-aminofenilo para preparar quinazolinas com um grupo alquilo na posição 4, em vez de um grupo arilo. Mas é limitada apenas aos cetonas de alquilo 2-aminofenil sem α-hidrogénio (s) activo sobre o átomo de carbono adjacente ao grupo carbonilo, porque se um hidrogénio activo existe neste átomo de α-carbono, o potencial de tautomerização pode ocorrer para formar enol que é submetido a condensação aldólica para formar outros produtos secundários, em vez de derivados de quinazolina.

Para esta reacção, a relação óptima entre a 2-aminobenzofenona e tioureia é de 1: 3. estudo computacional de decomposição térmica fou tioureia mostra que, além de um par de sulfureto de hidrogénio e carbodiimida, amoníaco e ácido tiociânico são gerados, bem como, o que indica que nem todos tioureia será convertida em carbodiimida. 17 Por conseguinte, pelo menos, um equivalente da tioureia é necessário para esta reacção. Por outro lado, como molécula contendo enxofre pequena vai ser gerado a partir desta reacção, é aconselhável não usar demasiada tioureia para esta reacção devido ao cheiro desagradável de enxofre contendo subprodutos.

É claro que a reacção entre a 2-aminobenzofenona e tioureia em DMSO é um sistema de reacção complementar único, no qual a decomposição térmica de tioureia produz a espécie reactiva necessária (isto é, carbodiimida) que acopla com 2-aminobenzofenona para formar o imino intermediária (isto é, , 4-fenil-quinazolin-2 (1H) -imine), enquanto que o sulfureto de hidrogénio reage com DMSO para gerar molécula orgânica contendo enxofre, que funciona como reduzindo agenT para reduzir o intermediário imino. Em seguida, a eliminação de amoníaco a partir de 4-fenil-1,2-di-hidroquinazolin-2-amina proporcionou 4-fenilquinazolina. A reacção foi testado em outros solventes polares apróticos, tais como DMF, etileno-glicol, mas a reacção não é tão boa quanto aquela em DMSO. Por exemplo, a reacção entre a 2-aminobenzofenona e tioureia em etileno glicol proporciona principalmente (5Z, 11Z) -6,12-difenil-dibenzo [b, f] [1,5] -diazocine, o produto de dimerização de 2-aminobenzofenona. 16 Embora a reacção entre a 2-aminobenzofenona e tioureia em DMF pode produzir 4-fenilquinazolina, esta reacção não é tão limpa quanto a um em DMSO, como mostrado pelos subprodutos desconhecidos na Figura 10B. Aparentemente, esta reacção não é tão rápida como a um quer em DMSO. No entanto, a adição de uma pequena quantidade de DMSO em solução de DMF melhora certamente a reacção em termos de velocidade de reacção e a redução de produtos secundários (Figura 10D e Figura 10E

Figura 10
Figura 10: análise por GC / MS da reacção entre o 2-aminobenzofenona e tioureia em DMF e em DMF com DMSO presente (a) uma mistura de 0,0318 g de 2-aminobeznophenone e 0,0382 g de tioureia em 2 ml de DMF antes aquecida é. aplicado; (B) à solução de DMF, após ter sido aquecida a 165 ºC durante 11 horas sob i microondasrradiation; (C) uma mistura de 0,0663 g de 2-aminobenzofenona, 0,0767 g de tioureia, 0,5 ml de DMSO e 5,0 mL de DMF antes aquecida é aplicada; (D) a solução em (C) depois de ter sido aquecida a 160 ° C durante 6 horas sob irradiação de microondas; (E) a solução em (C), após ter sido aquecida a 160 ºC durante 18 horas sob irradiação de microondas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
2-Aminobenzophenone Alfa Aesar A12580 98% purity, with tiny impurity as seen on Figure 1(A) in the manuscript.
Thiourea Acros 138910010 1 kg package, 99%, extra pure
Dimethyl Sulfoxide Acros 326880010 Methyl sulfoxide, 99.7+%, Extra Dry, AcroSeal®
N,N-Dimethylformamide Acros 348430010 N,N-Dimethylformamide, 99.8%, Extra Dry over Molecular Sieve, AcroSeal®
Ethyl Acetate Acros 610170040 Ethyl acetate, used as solvent for GC/MS analysis
Preparative TLC plate Sigma-Aldrich Z740216 SIGMA PTLC (Preparative TLC) Glass Plates from EMD/Merck KGaA
Rotavapor Buchi Rotavapor R-205 Use to dry solvent
Microwave Reactor Biotage Initiator+ Use to carry out chemical reaction under microwave irradiation
Hotplate IKA RCT basic use to carry out thermal chemical reaction

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