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Chemistry

Preparación Facile de derivados de quinazolina 4-sustituidos

doi: 10.3791/53662 Published: February 15, 2016

Abstract

Informó en el presente documento es un método muy simple para la preparación directa de derivados de quinazolina 4-sustituidos de una reacción entre 2-sustituidos aminobenzofenonas y tiourea en presencia de dimetilsulfóxido (DMSO). Este es un sistema de reacción complementaria único en el que se somete a descomposición térmica tiourea para formar carbodiimida y sulfuro de hidrógeno, donde el primero reacciona con 2-aminobenzofenona para formar 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedio, mientras que el sulfuro de hidrógeno reacciona con DMSO para dar metanotiol u otra molécula que contiene azufre, que entonces funciona como un agente reductor para reducir complementaria 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedio en 4-fenil-1,2-dihidroquinazolin-2-amina. Posteriormente, la eliminación de amoníaco a partir de 4-fenil-1,2-dihidroquinazolin-2-amina proporciona sustituido derivado de quinazolina. Esta reacción por lo general da derivado de quinazolina como un único producto derivado de 2-aminobenzofenona monitorizada por GC / MSanálisis, junto con una pequeña cantidad de moléculas que contienen azufre tales como disulfuro de dimetilo, trisulfuro de dimetilo, etc. La reacción generalmente se completa en 4 a 6 horas a 160 ºC en pequeña escala, pero puede durar más de 24 horas cuando se lleva a cabo en gran escala. El producto de reacción se puede purificar fácilmente por medio de lavado de DMSO con agua seguido de cromatografía en columna o cromatografía en capa fina.

Introduction

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Quinazolinas sustituidas, como un tipo único de heterociclos, se han conocido para una variedad de actividades biológicas, incluyendo antibióticos, 1 antidepresivo, 2 anti-inflamatoria, 3,4 antihipertensivo, 3 antipalúdico, 5 y anti-tumoral, 6 entre otros . Lo que es quinazolinas más, 4-sustituido, por ejemplo, 4-aril-quinazolinas, con actividad anti-plasmodial 7 han sido reconocidos como los receptores de factor de crecimiento epidérmico (EGFR) inhibidores de tirosina quinasa, 8 depresores del SNC, 9 y antibióticos contra Staphylococcus resistente a la meticilina aureus y Enterococcus faecalis resistente a la vancomicina. 10 Debido a su amplio espectro de actividades biológicas, métodos sintéticos para quinazolinas sustituidas se han explorado en gran medida. A modo de ejemplo, ya se han reportado más de 25 métodos de síntesis para la preparación de 4-phenylquinazolines. 11 Repmétodos resentativas incluyen la formación de 4-phenylquinazolines partir de 2-aminobenzofenonas y formamida en presencia de trifluoruro de boro (BF 3 · Et 2 O) 12 o ácido fórmico, 13 o de la reacción de 2-aminobenzofenonas con urotropina y bromoacetato de etilo, 14 o la reacción con aldehído y acetato de amonio en presencia de un agente oxidante. 15

A diferencia de las reacciones anteriores usando el reactivo sensible a la humedad (por ejemplo, BF 3 · Et 2 O) o un reactivo caro (por ejemplo, urotropina y bromoacetato de etilo), un método fácil de que puede convertir fácilmente 2-aminobenzofenonas en los correspondientes 4-phenylquinazolines en sulfóxido de dimetilo ( DMSO) en presencia de tiourea ha sido explorado. Ampliamente estudios mecanísticos en esta reacción indican que es una reacción complementaria en la que se somete a descomposición térmica tiourea para formar carbodiimida ysulfuro de hidrógeno, donde carbodiimida reacciona con 2-aminobenzofenona para formar 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedio, mientras que se utiliza DMSO no sólo como disolvente, sino que también el reactivo para generar reactivo reductor cuando reacciona con hidrógeno que contiene azufre sulfuro (también derivados de tiourea). Entonces, los agentes reductores que contienen azufre reducen el 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedio para formar 4-fenil-1,2-dihidroquinazolin-2-amina que se somete a eliminación de amoníaco para formar 4-fenilquinazolina. Esta reacción se lleva a cabo normalmente a temperatura 135-160 ° C, y se puede realizar fácilmente por medio de calentamiento tradicional baño de aceite en placa caliente o bajo irradiación de microondas. Esta reacción se ilustra generalmente en la Figura 1 a continuación.

Figura 1

Figura 1: Una reacción general entre 2-aminobenzofenona ytiourea en DMSO. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Protocol

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Precaución: Por favor, consulte a todas las hojas de datos de seguridad de materiales pertinentes (MSDS) antes de usar. Mientras 2-aminobenzofenonas son inodoros, algunas moléculas que contienen azufre se generan en esta reacción. Por lo tanto, buenas condiciones de ventilación siempre debe ser utilizado. Por favor, use todas las prácticas de seguridad adecuada al realizar las reacciones a temperaturas superiores a 140 ° C, ya que la presión puede ir por encima de 5 bares como está registrado bajo irradiación con microondas. Cuando se fija la temperatura a 160 ° C, la presión más alta registrada es de 21 bares, que es casi el límite superior del reactor de microondas puede manejar. Aunque la presión no es un problema cuando se lleva a cabo la reacción en un baño de aceite a reflujo, una buena ventilación debe usarse siempre.

1. Preparación de 4-fenilquinazolina en pequeña escala bajo irradiación de microondas

  1. Preparación de Mezcla de Reacción
    1. Añadir una barra de agitación magnética compatible a un tubo de reacción de microondas 2-5 ml.
    2. Nota: La relación óptima entre 2-aminobenzofenona y tiourea es 1: 3.
    3. Transfer 5 ml de DMSO al tubo de reacción.
      Nota: La cantidad de DMSO es bastante flexible, 5 ml de DMSO es casi suficiente para cumplir con el requisito mínimo de volumen para la correcta absorción de microondas de acuerdo con la guía del fabricante. Sin embargo, bajo condiciones térmicas, se necesita mucho menos disolvente para la reacción de esta escala.
    4. Sellar el tubo de reacción con una tapa de aluminio que contiene compatibles entrada de septo de goma.
    5. agitar vigorosamente el tubo en un vórtex durante 1-2 minutos para disolver los reactivos.
      Nota: La tiourea no puede disolverse completamente en DMSO a temperatura ambiente, pero se disuelve completamente cuando se aplica calor.
    6. Use un micro-jeringa para extraer 5 l de mezcla de reacción a un s de vidrio de 2 mlUESTREO tubo que contiene 0,35 ml de acetato de etilo (EtOAc) para cromatografía de gases / espectroscopía de masas de análisis (GC / MS) antes de que comience la reacción.
  2. Formación de 4-fenilquinazolina Bajo irradiación de microondas
    1. Encienda el reactor de microondas, poner el tubo de reacción de microondas en una de las ocho soportes de tubos.
    2. Configuración de parámetros de reacción a través de la pantalla táctil, tales como la ubicación del tubo (por ejemplo, a partir de bien 1 a 8), el tipo de tubo (por ejemplo, 2 a 5 ml), la temperatura de reacción (a 150 ° C), la duración pre-agitación (1 min), el nivel de absorción de microondas (alta), la velocidad de agitación (600 rpm), y el tiempo de reacción (5 horas).
    3. Una vez que todos los parámetros están configurados correctamente, haga clic en el botón "Ejecutar", el robot tomará automáticamente el tubo de reacción desde el soporte del tubo (o así) y lo puso en el interior del agujero de calefacción. A continuación, el reactor de microondas se ejecutará la reacción de acuerdo con los parámetros establecidos previamente.
    4. Cuando la irradiación de microondas completa, wAIT hasta que la temperatura cae a cerca de 30 ºC, el robot va a recoger el tubo de reacción y poner de nuevo al poseedor original.
    5. Utilizar micro-jeringa para extraer 5 l de mezcla de reacción (solución de color amarillo claro, sin sustancia insoluble observado) y agregarlo a otro tubo de muestra de vidrio de 2 ml que contenía 0,35 ml de EtOAc para el análisis GC / MS.
    6. Como el análisis GC / MS indica que la reacción es sólo un medio completado, estableció la reacción de microondas del mismo tubo para otro 5 horas a la misma temperatura.
      Nota: El tiempo de reacción varía dependiendo de la cantidad de material de partida utilizado, la concentración de la solución de reacción, los grupos sustituyentes en 2-aminobenzofenonas, y más importante, la temperatura de reacción. Por ejemplo, una reacción de 0,3 g de 2-aminobenzofenona en 3 ml de DMSO se completa en 6 horas a 160 ° C, pero dura más de 14 horas a 140 ° C bajo tanto la irradiación de microondas y calefacción placa calefactora. También se recomienda para controlar la reacción pA intervalos fijos con GC o análisis de GC / MS. Las personas sin acceso a la GC o GC / MS deban usar la cromatografía en capa fina (TLC) para controlar la reacción, aunque no es la mejor herramienta.
  3. GC / MS El análisis de mezcla de reacción
    1. Asegúrese de GC / MS está configurado correctamente de acuerdo con el protocolo del fabricante.
    2. Poner los tubos de muestreo de vidrio en la bandeja de muestreador automático.
    3. Haga clic en "GCMS_3" acceso directo en la pantalla para iniciar el programa de adquisición de datos que controla y coordina las funciones de inyector, GC y espectrometría de masas. Cargar un método adecuado haciendo clic en el "método" en el menú desplegable y resaltando el "Método de carga." El método seleccionado contiene todos los parámetros necesarios tanto para GC y espectrómetro de masas cuádruple para analizar las muestras objetivo. Si no hay tal método, crear un método necesario.
      1. Para una nueva muestra, si es modificar algunos de los parámetros de GC para adaptarse a una muestra particular, destacar la "Edición entire Método "haciendo clic en" Método "desde el menú desplegable y cambiar los parámetros relevantes en consecuencia. Los parámetros de GC que se modifican con frecuencia son la temperatura inicial y la duración para mantener esa temperatura, la tasa de aumento de la temperatura, la temperatura final y la duración para mantener la temperatura, la cantidad de inyección, los tiempos para lavar la aguja de inyección antes y después de la inyección, el tiempo de equilibrio y después de tiempo de ejecución, y la temperatura de post plazo.
      2. Para este experimento, ajustar la temperatura inicial de GC a 70 ° C (1 min), con una tasa creciente de temperatura a 20 ° C / min, y la temperatura final a 250 ° C (5 min). Utilice una duración total de 15 minutos. Utiliza un volumen de inyección de 2 l, con 4 prelavado y 4 post-lavados de aguja. Utilice helio puro como gas portador utilizado en esta condición.
        Nota: Un método para el análisis de GC / MS contiene los parámetros preestablecidos para funcionar tanto en GC y MS instrumentos. Los parámetros de FOr GC incluyen la temperatura inicial del horno para calentar la columna de GC y el número de minutos para retener esa temperatura, la tasa para elevar la temperatura de horno, la temperatura final del horno y el número de minutos para retener la temperatura final antes de la análisis GC completa; la cantidad de muestra inyectada; la tasa de escisión del gas portador; el número de veces para lavar la aguja antes de inyectar la muestra; y el número de veces para lavar la aguja después de que se inyecta la muestra; etc. La elección de las temperaturas inicial y final, así como la tasa de aumento de temperatura depende de la naturaleza de la muestra analizada. En general, las moléculas no polares de bajo punto de ebullición se analizan a temperatura relativamente baja inicial.
    4. Sintonizar el espectrómetro de masas según el protocolo del fabricante.
      1. Una vez que se selecciona un método de funcionamiento, haga clic en "instrumento" en la parte superior del menú desplegable, y seleccionar "Tune MSD." Entonces otra ventanaaparece delante de la ventana de adquisición de datos. Uno puede seleccionar ya sea "Tune MSD" o "QuickTune", y haga clic en el botón "OK" para iniciar el proceso de ajuste del espectrómetro de masas. La opción "QuickTune" tarda unos 3 minutos en completarse, mientras que la opción "Tune MSD" corre alrededor de 10 min. En circunstancias normales, la opción "QuickTune" es lo suficientemente bueno para calibrar el espectrómetro de masas con una precisión de hasta 0,1 Dalton. El proceso de ajuste se medir la abundancia relativa de la cresta 69, 219 y 502 de perfluorotributilamina (PFTBA), así como la cantidad de N 2, O 2, H 2 O, CO 2, etc.
        Nota: El espectrómetro de masas debe ser calibrado cada dos días con el fin de tener una medición exacta de la masa. La afinación es ajustar los parámetros para el espectrómetro de masas con su funcionamiento, tales como la tensión del cuádruple, de vacío del detector de masas, el ruido de fondo, los picos del patrón para calibrar el espectrómetro de masas,etc Se puede elegir entre el modo de sintonización automática o sintonización manual para calibrar el espectrómetro de masas, es decir, mediante la selección de "QuickTune" o la opción "Tune MSD".
    5. Adquirir la GC / MS de datos
      1. Editar secuencia de adquisición de datos. Haga clic en la "secuencia" en la parte superior del menú desplegable para seleccionar "Editar secuencia", y una nueva ventana emergente, en la que la información sobre las muestras debe ser de entrada, tales como el tipo de muestra (muestra, en blanco, calibración, control de calidad , etc.), la ubicación del vial de muestra (de 1 a 100), nombre de la muestra, el nombre del archivo de datos, observaciones de la muestra, etc. Cuando toda la información de la muestra se ha introducido, haga clic en el botón "OK". A continuación, haga clic en la "secuencia" en la parte superior del menú desplegable para seleccionar "Guardar como .. Secuencia" e introduzca el nombre de la secuencia en una carpeta adecuada.
      2. Adquirir los datos de GC / MS. Haga clic en la "secuencia" en la parte superior del menú desplegable para seleccionar "Secuencia de ejecución", seleccioneun "directorio de archivos de datos" adecuado para guardar los datos adquiridos y, a continuación, haga clic en el botón "Ejecutar Secuencia" para iniciar el proceso de adquisición de datos.
    6. Analizar los resultados de GC / MS
      Nota: Las moléculas se pueden caracterizar por los minutos que se eluyen de la columna de GC, llamado el tiempo de retención. Con la misma condición GC (es decir, los parámetros de GC antes mencionados), el tiempo de retención de una molécula particular es muy reproducible. El compuesto puede ser confirmada además por su espectro de masas. Uno puede identificar fácilmente un compuesto en términos del tiempo de retención y el espectro de masas, y comprobar la pureza de un compuesto también.
      1. Haga doble clic en el acceso directo "Análisis de Datos GCMS_3" en el monitor para abrir el software que procesa deliberadamente los datos adquiridos de la máquina GC / MS.
      2. Durante el proceso de adquisición de datos, para ver el resultado inmediato de la muestra analizada, haga clic en "Archivo" en el menú y abajo highlight "tomar instantáneas" para obtener el espectro de GC sincronizada de la muestra. A menudo, la gente va a procesar los datos después de que el proceso de adquisición completa. En este caso, haga clic en "Archivo" en el menú desplegable para seleccionar "Cargar archivo de datos" y seleccione el archivo de datos correcto, o navegar por el directorio de datos y haga doble clic en el archivo de datos, para mostrar todo el espectro de GC de la muestra. Aparecerá una línea vertical en la posición en ratón se señaló en el interior de la ventana del espectro GC.
      3. Mover el ratón para el centro de un pico en la línea vertical que alcanza el punto más alto del pico y, haga doble clic en el botón derecho del ratón para abrir el espectro de masas de la muestra en una nueva ventana debajo de la ventana del espectro GC. Se puede ampliar el espectro de masas manteniendo pulsado el botón izquierdo y seleccione la región para ampliar el detalle de espectro de masas.
      4. Identificar los compuestos haciendo doble clic en el botón derecho del ratón en el interior de la ventana de espectro de masas para obtener dos nuevas ventanas. El pequeñoventana delantera con un nombre de "PBM Resultados de la búsqueda: C: Database W8N08.L" nos lleva a 20 moléculas de la base de que lo más probable que coincida con el espectro de masas analizados, y ocupa las 20 moléculas con el fin de sus similitudes. La ventana trasera grande contiene dos paneles, de los cuales el panel superior muestra el espectro de masas inicial del pico analizada dentro del espectro de GC, y el panel inferior muestra el espectro de masas de la molécula seleccionada de la lista de la pequeña ventana de la fachada. A menudo, los compuestos orgánicos comunes se pueden confirmar mediante la comparación de su espectro de masas con el espectro de masas estándar recogida en la base de datos. Aunque los nuevos compuestos o moléculas no recogidos en la base de datos no se pueden confirmar directamente, sus identidades pueden ser obtenidos a través del juego de peso molecular esperado y posibles fragmentos con sus estructuras.
      5. Identificar el mismo compuesto en diferentes muestras mediante la comparación de su tiempo de retención en el espectro de GC. Bajo la misma condición de acqu de datosisition, el mismo compuesto debería aparecer con el mismo tiempo de retención en el espectro GC.
      6. Analizar la pureza de la muestra haciendo clic en el "Cromatograma" en el menú desplegable, destacando ya sea "Integrar" o "Autointegrate", y seleccionando "Porcentaje de informe".
      7. Imprimir tanto el espectro GC y espectros de masa correspondiente a los picos dentro del espectro de GC, ya sea en formato horizontal o vertical seleccionando la opción "Configuración de la impresora" cuando un clic en "Archivo" en el menú desplegable. Además, los espectros de imprimir directamente en formato pdf mediante la selección de un convertidor de pdf.
  4. Extracción de mezcla de reacción
    Nota: El proceso de aislamiento se ha realizado en campana de extracción, como pequeña cantidad de moléculas que contienen azufre con olor desagradable se generan en esta reacción.
    1. Abrir el tubo de reacción de microondas con el fabricante proporcionado alicates, y transferir la mezcla de reacción en un embudo de decantación de 125 ml. UNdd 20 ml de EtOAc a este embudo seguido de 10 ml de agua.
      Nota: Si la solución de reacción se deja a temperatura ambiente durante un día, los cristales de la forma larga de agujas pueden aparecer en la solución en función de la concentración de la solución. Por lo tanto, es conveniente dejar la mezcla de reacción a gran escala a temperatura ambiente para formar cristal y aislar el producto de cristal directamente si el tiempo no es un factor.
    2. Agitar enérgicamente la ampolla de decantación, y drenar la capa acuosa inferior. A continuación, añadir otros 10 ml de agua al embudo de separación, y repetir este proceso.
    3. Se concentra la solución de EtOAc restante hasta aproximadamente 1 ml por evaporación rotatoria.
  5. Purificación de 4-fenilquinazolina por TLC preparativa
    1. Transferir la solución de EtOAc se concentró con pipeta Pasteur a una de 20 cm x 20 cm preparativa placa de TLC de tal manera que la banda de la muestra en la placa de TLC es de menos de 1 cm de ancho y es de aproximadamente 1 cm desde el borde. Sumergir esta placa a una glacámara de ss que contiene 150 ml de hexano y EtOAc (2: 1). Observar el movimiento de la frontera disolvente acercarse a la parte superior de la placa de TLC, y sacar la placa cuando frontera disolvente es de aproximadamente 1 cm del borde superior.
      1. Dibuje dos líneas rectas en la placa de TLC con lápiz para marcar el lugar antes de cargar la muestra. También, sumergir la placa de TLC en la cámara de vidrio de tal manera que la banda de la muestra es en la parte inferior, pero todavía cerca de 2 mm por encima del nivel de disolvente.
    2. Bajo la luz ultravioleta (UV), utilizar un lápiz para marcar la banda con fluorescencia verde, y raspar la banda marcado en la placa de TLC a un papel de pesada (con una movilidad relativa de Rf = 0,68, Hexano / EtOAc = 2 : 1).
      Nota: Debido a la alta sensibilidad de absorción de UV, se puede observar varias bandas débiles en el plato. Sin embargo, la parte superior bandas de frecuencia corresponden a moléculas que contienen azufre, tales como disulfuro de dimetilo, trisulfuro de dimetilo; otras bandas por debajo de 4-fenilquinazolina son visible pero su cantidad es demasiado pequeña para ser aislado y caracterizado.
    3. Para una pipeta de vidrio lleno de lana de vidrio, transferir el polvo de gel de sílice rayado de la pipeta doblando el papel de un peso en diagonal para permitir que el polvo de gel de sílice cae en la pipeta, y toque la pipeta contra una superficie dura para empacar el gel de sílice apretado . Lavar la pipeta con acetona (8-15 ml) en un vial de centelleo de 2-tambor.
    4. Transferir 0,35 ml de la solución de acetona se eluyó a otro tubo de muestras de vidrio de 2 ml para el análisis de GC / MS, y secar directamente la solución de acetona restante en un evaporador rotatorio. Poner todo el vial de centelleo que contiene el compuesto purificado en un desecador de vacío para secado adicional.
      Nota: Hasta esta etapa, el producto se purifica y se puede utilizar para una caracterización adicional (por ejemplo, resonancia magnética nuclear (RMN)) o transformaciones adicionales.

2. Preparación de 4-fenilquinazolina in pequeña escala a través de Placa eléctrica de calefacción

Nota: Los procedimientos para el análisis de GC / MS de la mezcla de reacción, la extracción de la mezcla de reacción, y la purificación del producto de reacción son muy similares a las descritas en el apartado 1 (1.1.1-1.3.4, 1.4.1-1.4.3 y 1.5.1-1.5.5, respectivamente), por lo que la mayoría de estos pasos se omitirá a continuación.

  1. Preparación de mezcla de reacción para la calefacción placa
    1. Pesar 0,0240 g de 2-aminobenzofenona y 0,0280 g de tiourea en un vial de vidrio de 2 ml, a continuación, transferir 0,5 ml de DMSO al mismo vial, y cerrar el vial con un tapón de rosca.
      Nota: La cantidad de DMSO usada bajo esta condición es mucho menor que el que está bajo irradiación de microondas. Debido a pequeña escala de esta reacción, bajo agitación magnética ya no es necesaria, por lo que para la agitación vortex de la solución para disolver los reactivos. Sin embargo, en una escala de reacción grande en relación, por ejemplo, en 2-tambor vial de centelleo o matraz de fondo redondo, bajo agitación magnéticatodavía se necesita.
  2. Preparación de 4-fenilquinazolina través Placa calefactora Calefacción
    1. Dentro de campana de humos, poner un bloque de calentamiento en la parte superior de la placa de cocción, y ajustar la temperatura a 160 ° C.
    2. Cuando la temperatura alcanza 160 ° C, insertar el vial de vidrio en uno de los pozos en el bloque de calefacción. Con alrededor de media hora de intervalo, toma del frasco y agitar la mano durante 2-3 segundos, y lo puso de nuevo al bien de nuevo. Después de 6 horas, se llevará a cabo del vial y dejarlo dentro de la campana de ventilación para enfriarse.
    3. Transferencia de 5 l de la mezcla de reacción a otro tubo de muestra de vidrio de 2 ml que contenía 0,35 ml de EtOAc, y enviar la muestra para el análisis GC / MS.
  3. Una vez que la reacción se completa, hacer ejercicio en el producto descrito en el apartado 1. Consulte los detalles en la sección 1.1.1-1.3.4, 1.4.1-1.4.3 y 1.5.1-1.5.5 para análisis de GC / MS, extracción de la mezcla de reacción, y la purificación del producto, respectivamente.

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Representative Results

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El análisis GC de la mezcla de reacción antes de la reacción, 5 horas después de la reacción bajo irradiación de microondas, y 10 hr después de la reacción bajo irradiación de microondas a 150 ° C se presentan en la Figura 2, que ilustra claramente el proceso de esta reacción neta. Los espectros de masa de 2-aminobenzofenona y 4-fenilquinazolina se presentan en la Figura 3 y la Figura 4, respectivamente. Un mecanismo aparente para la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea que una persona con buen conocimiento de la química orgánica puede postular se muestra en la Figura 5. En comparación, la reacción en DMSO en placa caliente a 160 ºC se realiza un seguimiento de manera similar por GC / MS como se muestra en la Figura 6, junto con el espectro de masas de 4-fenilquinazolin-2 (1H) -ona subproducto. Sobre la base de muchos hechos experimentales, una explicación completa para la generación de 4-fenilquinazolina se ilustra en la en la Figura 8 y la Figura 9, respectivamente. La comparación de la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea en DMF y en DMF pero con una pequeña cantidad de DMSO se ilustra en la Figura 10.

Sobre la base del análisis de GC / MS, es bastante claro que la conversión del material de partida en producto es casi cuantitativa (Figura 2). Debido a la pequeña diferencia de peso molecular entre el material de partida (por ejemplo, 2-aminobenzofenona, MW = 197, tiempo de retención = 9,673 min) y el producto del derivado de quinazolina sustituido (por ejemplo, 4-fenilquinazolina, MW = 206, tiempo de retención = 9,962 min), los tiempos de retención de material de partida y producto en GC son muy similares, pero aún separable. Más de 10 diferentes 2-aminobenzofenonas han de abejasn probados para esta reacción y se obtienen resultados similares. 16

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Discussion

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Esta reacción de limpieza (como se muestra en la Figura 2) aparece muy intrigante en principio como el peso molecular del producto se incrementa en 9 con respecto a la de material de partida (como se muestra en la Figura 3 y la Figura 4). Esto suena imposible porque el peso atómico del carbono es de 12. Es muy probable que, la introducción de un átomo de carbono en una molécula aumentará el peso molecular de al menos 12 si no estuviera incluido el átomo de hidrógeno adjunto (s). Por lo tanto, la reacción nos ha confundido por un poco de tiempo.

En una visión rápida de la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea, se puede postular que una simple adición del grupo amino de 2-aminobenzofenona al grupo tiocarbonilo de tiourea seguido de la adición del grupo amino se conecta a tiocarbonilo grupo al grupo carbonilo dentro de la 2-aminobenzofenona formará una estructura con un peso molecular de 238 ( en la Figura 2, tiourea se descompone rápidamente, ya que no se puede detectar después de la mezcla de reacción se calienta durante 5 h; Bajo esta condición, casi 50% de material de partida todavía permanece. Si tiourea es la especie reales para reaccionar con 2-aminobenzofenona como se postula en la Figura 5, a continuación, siempre habrá material restante en la solución de reacción, ya no más tiourea está disponible para reaccionar con el material de partida residual de partida. Por lo tanto, este mecanismo de sonido no representa el camino de reacción real y también es incompatible con el cambio de peso molecular de 197 de material de partida a 206 del producto. Es bien conocido que un número par de peso molecular sugiere un número par de átomos de nitrógeno dentro de la molécula. Por lo tanto, el producto, o bien no tiene átomo de nitrógeno en todo o contiene un número par de átomos de nitrógeno, muy probablemente con dos átomos de nitrógeno en este caso; de lo contrario, la w molecularocho del producto no puede ser sólo aumentó un 9.

Después de extensas caracterizaciones estructurales, incluyendo 1 H RMN, 13 C RMN, y sobre todo la cristalografía de rayos X, es evidente que el producto es 4-fenilquinazolina. 16 Sin embargo, cómo se forma? Estudio computacional muestra que el sulfuro de hidrógeno y carbodiimida se pueden formar a partir de la descomposición térmica de tiourea. 17 Si la carbodiimida es la especie para reaccionar con 2-aminobenzofenona, a pesar de tiourea desaparece en la solución de reacción, carbodiimida permanecerían en la solución. Con este conocimiento, es posible que el grupo amino dentro de 2-aminobenzofenona inicialmente reacciona con la carbodiimida para formar 1- (2-benzoilfenil) guanidina intermedio, que se cicla para formar 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedio. Sin embargo, tales intermedio es inestable, y se puede hidrolizar a 4-fenilquinazolin-2 -ona (1H), como se muestra en la Figura 6C, bajo la condición decalefacción en placa calefactora. Además, la descomposición de este intermedio no conduce a la formación de 4-fenilquinazolina o bien, debido a que la transformación directa de este intermedio a 4-fenilquinazolina requeriría la eliminación de un átomo de nitrógeno. Esto es imposible, ya que ambos enlaces que conectan a este átomo de nitrógeno deben romper para deshacerse de un fragmento de NH, una especie reactiva altamente inestables. Sin embargo, si 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedio se redujeron, a continuación, la eliminación de amoníaco a alta temperatura se llevaría a cabo muy fácilmente (Figura 7). Luego, tiene que haber un reactivo reductor que participa en la reacción y reduce 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine a 4-fenil-1,2-dihidroquinazolin-2-amina. Como se ha mencionado temprano, la descomposición térmica de tiourea genera sulfuro de hidrógeno, junto con carbodiimida. El sulfuro de hidrógeno puede reaccionar con el disolvente DMSO para generar moléculas que contienen azufre orgánicos que funcionan como la reducción de los reactivos, aunque el hidrógenosulfuro de sí mismo se ha aplicado como el agente reductor también. 18-20 La más posible agente reductor orgánico podría ser metanotiol, como el apoyo de detección de disulfuro de dimetilo (tiempo de retención = 3.287 minutos en la Figura 2 que contiene azufre, espectros de masas en la Figura 8 ) y trisulfuro de dimetilo (tiempo de retención = 3,691 minutos en la Figura 2, espectros de masas en la Figura 9).

Figura 2
Figura 2:. El análisis por CG de la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea en DMSO a 150 ºC bajo irradiación con microondas Las condiciones cromatográficas son las siguientes: temperatura inicial a 70 ° C (1 min), el aumento de velocidad de la temperatura a 20 ° C / min, temperatura final a 250 ° C (5 min). tiempo total de ejecución es de 15 min. La cantidad de inyección es de 2 l, con 4 prelavado y 4 post-lavado de needle. Se aplica (A) mezcla de reacción antes de calor; (B) mezcla de reacción después de calentarse a 150 ºC durante 5 h (imina intermedia observable); (C) mezcla de reacción después de haber sido calentado a 150 ºC durante 10 horas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3:. Espectro de masas de 2-aminobenzofenona (modo EI, cuádruples) Fórmula molecular: C 13 H 11 NO, peso molecular: 197. fragmentos típicos son 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 perdidos, 35,9%), 105: benzoilo catiónico (C 6 H 5 + CO < / sup>, 11,4%), 92: M + benzoil (M + -C 6 H 5 CO, 18,0%), 77: catión fenil (22,4%). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4
Figura 4: Espectro de masas de 4-fenilquinazolina (modo EI, cuádruples) Fórmula molecular:. C 14 H 10 N 2, peso molecular: 206.25. Fragmentos típicos son 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 + -C 4 H 4 -C 4 H 4 (5,3%) .pg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La Figura 5
Figura 5:. El mecanismo aparente para la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6
Figura 6: análisis de GC / MS de la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea en DMSO en placa caliente a 160 ºC (A) Una mezcla de 0,0240 g 2-aminobenzofenona y 0,0280 g de tiourea en 0,5 ml de DMSO antes de la aplicación de calor;. (B) mezcla de reacción después de haber sido calentado a 160 ° C durante 6 horas; (C) Spectru de masasm de 4-fenilquinazolin-2 (1H) -ona subproducto después de que la solución se calentó a 160 ºC durante 6 h. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7
Figura 7:. El verdadero mecanismo de reacción para la formación de 4-fenilquinazolina partir de 2-aminobenzofenona y tiourea Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8
Figura 8: Espectro de masas de disulfuro de dimetilo (modo EI, cuádruples) Fórmula molecular:. C 2 H 6 S 2, peso molecular: 94.19. fragmentos típicos son95.9: M + 2 (2,9%), 94: M + (62,0%), 79:. M + -CH3 (100,0%) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 9
Figura 9: Espectro de masas de trisulfuro de dimetilo (modo EI, cuádruples) Fórmula molecular:. C 2 H 6 S 3, peso molecular: 126.25. Fragmentos típicos son 128: M + 2 (13,7%), 126: M + (100,0%), 110,9:. M + -CH 3 (14,6%) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Para esta reacción simple, los pasos críticos son el control de la temperatura de calentamiento y después purificación. Como la carbodiimida esla especie real que reacciona con 2-aminobenzofenona para formar 4-fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedia, la formación de carbodiimida de la descomposición térmica de tiourea es muy importante. La evidencia preliminar indica que tiourea comienza a descomponerse a una temperatura entre 140 y 180 ° C, 21 que también es coherente con estudio computacional de tiourea. 17 Sin embargo, cuando tiourea se disuelve en un disolvente polar como DMSO, comienza a descomponerse a una temperatura más baja. Esta temperatura se ha observado alrededor de 120 ° C o superior con el fin de tener una velocidad de reacción razonable para la formación de 4-fenilquinazolina de 2-aminobenzofenona. Por otra parte, esta reacción no puede ser configurado a una temperatura muy alta, ya sea. El límite superior de temperatura de reacción depende del punto de ebullición del disolvente, y, posiblemente, en el que se generan productos secundarios adicionales de la descomposición térmica de tiourea de la temperatura. Por ejemplo, se ha informado de que los dis de carbonoulfide es el producto principal cuando tiourea se calienta a una temperatura entre 182 y 240 ° C. 22 Además, en condiciones de irradiación de microondas, todo el sistema de reacción se sella en un tubo de reacción de espacio limitado, una temperatura demasiado alta puede causar una presión muy alta y explosión potencial. Por lo tanto, se recomienda que la temperatura de reacción ideal entre 150 y 165 ° C. Mientras que la presión puede no ser un problema a reflujo térmico, una temperatura de reacción de alta hará que la evolución de sulfuro de hidrógeno que se requiere para generar la reducción de los reactivos de la reacción con DMSO. Otro paso crítico en este protocolo es la purificación del producto. Como 4-fenilquinazolina es menos polar que el material de partida, la solubilidad del producto en DMSO es menor que la del material de partida. Cuando se completa la reacción, a menudo de productos de cristal aparece si la solución de reacción se deja a temperatura ambiente durante un día o más. En este caso, el cristal puede ser simplemente Filtrated y se lava con disolvente para obtener el producto puro. Además, la concentración de los reactivos también influye en la manera de purificar los productos. A la misma temperatura de reacción, mayor es la concentración de la solución es, el tiempo más largo la reacción tarda en completarse. En particular, cuando la solución de reacción se concentra también, una capa de aceite de formas de producto y flota en la parte superior de la solución de DMSO. Este es el caso cuando 3 g de 2-aminobenzofenona y 3,5 g de tiourea reaccionan en un tubo de microondas de 20 ml con 7 a 8 ml de DMSO. En este caso, no hay formas de cristal, y el producto se pueden separar de disolvente a través de la extracción. Mientras tanto, el producto puede estar contaminado con moléculas que contienen azufre tales como disulfuro de dimetilo y trisulfuro de dimetilo, que se eliminan por cromatografía en columna. Este es el procedimiento recomendado para la purificación de la reacción a gran escala.

En cuanto a la modificación de esta reacción, se puede llevar a cabo en un sol polar diferenterespiradero, tal como N, N-dimetilformamida (DMF), en presencia de DMSO. En este caso, una pequeña cantidad de DMSO se usa como el reactivo en lugar de disolvente, con el fin de generar agente reductor. Bajo esta condición, además de DMSO, menos moléculas que contienen azufre están presentes de modo que olor desagradable puede ser bien manejada. Sin embargo, esta modificación se ralentizará la velocidad de reacción global. Además, una pequeña cantidad de subproducto procedente de DMF es notable por análisis de GC / MS, aunque no puede afectar el proceso global de purificación. Por otra parte, una reacción de gran escala puede realizarse en un matraz de fondo redondo bajo reflujo. Ya que está abierto al aire en la campana de humos durante el reflujo, incluyendo moléculas volátiles de bajo disulfuro de dimetilo y trisulfuro de dimetilo evolucionarán del sistema de reacción, de manera que se detecta olor menos desagradable. Debe señalarse que esta reacción es muy reproducible que ha sido repetido en varias veces. Si el compañero de partidariales se mezclan correctamente en DMSO, y la solución se calienta entre 150 y 165 ° C, se garantiza tener el producto final esperado, por lo que casi no es necesaria ninguna resolución de problemas. Sin embargo, la velocidad de reacción no cambia cuando se utiliza un 2-aminobenzofenona diferente, debido al efecto de sustituyente y efecto estérico.

La importancia de esta reacción es su simplicidad y la limpieza, con muy pocos subproductos menores. Como se muestra en la Figura 2, casi sin otros productos secundarios derivados de 2-aminobenzofenona se pueden observar mediante análisis de GC. Aunque un pico aparece en un tiempo de retención (es decir, 10,553 min) mayor que 4-fenilquinazolina, tal pico es muy pequeño y desaparece a medida que la reacción procede hasta su finalización. Espectroscopía estudio sobre este pico indica que es de 4 fenilquinazolin-2 (1H) -imine intermedio. 16 Además, el material de partida muy barato tal como tiourea se utiliza en esta reacción, en lugar de otro reag caropadres como urotropina o bromoacetato de etilo. Además de la preparación de 4-phenylquinazolines partir de 2-aminobenzofenonas, esta reacción se puede extender fácilmente para preparar otras moléculas aromáticamente fusionado que contiene quinazolina andamio, tales como perimidines que tienen importantes aplicaciones industriales como tintes y pigmentos. Por otra parte, esta reacción también se puede extender a cetonas de alquilo 2-aminofenil para preparar quinazolinas con un grupo alquilo en la posición 4, en lugar de un grupo arilo. Pero está limitada a sólo aquellos alquil cetonas 2-aminofenil sin Active α-hidrógeno (s) en el átomo de carbono adyacente al grupo carbonilo, porque si existe un hidrógeno activo en este átomo de α-carbono, el potencial de tautomerización se puede producir para formar enol que se somete a condensación aldólica para formar otros productos secundarios, en lugar de derivados de quinazolina.

Para esta reacción, la relación óptima entre 2-aminobenzofenona y tiourea es 1: 3. estudio computacional de la descomposición térmica fo tiourea muestra que, además de un par de sulfuro de hidrógeno y carbodiimida, el amoníaco y el ácido tiociánico se generan, así, lo que indica que no todos tiourea se convertirá en carbodiimida. 17 Por lo tanto, se necesita al menos un equivalente de tiourea para esta reacción. Por otra parte, tan pequeña molécula que contiene azufre se genera a partir de esta reacción, es aconsejable no usar demasiado tiourea para esta reacción debido al olor desagradable de azufre que contiene subproductos.

Es evidente que la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea en DMSO es un sistema de reacción complementaria único, en el que la descomposición térmica de tiourea produce las especies reactivas necesarias (es decir, carbodiimida) que se acopla con 2-aminobenzofenona para formar el imino intermedio (es decir, , 4-fenil-quinazolin-2 (1H) -imine), mientras que el sulfuro de hidrógeno reacciona con DMSO para generar molécula que contiene azufre orgánico que funciona como la reducción de agent para reducir el intermedio imino. Entonces, la eliminación de amoníaco a partir de 4-fenil-1,2-dihidroquinazolin-2-amina rinde 4-fenilquinazolina. La reacción ha sido probado en otros disolventes polares apróticos, tales como DMF, glicol de etileno, pero la reacción no es tan buena como la de DMSO. Por ejemplo, la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea en etilenglicol produce principalmente ácido (5Z, 11Z) -6,12-difenil-dibenzo [b, f] [1,5] -diazocine, el producto de dimerización de 2-aminobenzofenona. 16 Si bien la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea en DMF puede permitirse 4-fenilquinazolina, esta reacción no es tan limpio como el de DMSO, como se muestra por los subproductos desconocidos en la Figura 10B. Al parecer, esta reacción no es tan rápido como el de DMSO tampoco. Sin embargo, la adición de una pequeña cantidad de DMSO en la solución DMF ciertamente mejora la reacción en términos de velocidad de reacción y la reducción de productos secundarios (Figura 10D y la Figura 10E

Figura 10
Figura 10: análisis de GC / MS de la reacción entre 2-aminobenzofenona y tiourea en DMF y en DMF con DMSO presente (A) Una mezcla de 0,0318 g de 2-aminobeznophenone y 0,0382 g de tiourea en 2 ml de DMF antes de calentar se. aplicado; (B) la solución de DMF después de haber sido calentado a 165 ° C durante 11 h bajo i microondasrradiation; (C) una mezcla de 0,0663 g de 2-aminobenzofenona, 0,0767 g de tiourea, 0,5 ml de DMSO y 5,0 ml de DMF se calienta antes de que se aplica; (D) en la solución (C) después de haber sido calentado a 160 ºC durante 6 horas bajo irradiación de microondas; (E) en la solución (C) después de haber sido calentado a 160 ° C durante 18 horas bajo irradiación con microondas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta 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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References

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Preparación Facile de derivados de quinazolina 4-sustituidos
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Wang, D. Z., Yan, L., Ma, L. Facile Preparation of 4-Substituted Quinazoline Derivatives. J. Vis. Exp. (108), e53662, doi:10.3791/53662 (2016).More

Wang, D. Z., Yan, L., Ma, L. Facile Preparation of 4-Substituted Quinazoline Derivatives. J. Vis. Exp. (108), e53662, doi:10.3791/53662 (2016).

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