Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Facile Framställning av 4-substituerade kinazolinderivat

doi: 10.3791/53662 Published: February 15, 2016

Abstract

Rapporteras i detta dokument är en mycket enkel metod för direkt framställning av 4-substituerade kinazolinderivat från en reaktion mellan substituerade 2-aminobensofenoner och tiourea i närvaro av dimetylsulfoxid (DMSO). Detta är en unik kompletterande reaktionssystem där tiourinämne genomgår termisk sönderdelning för att bilda karbodiimid och svavelväte, där de tidigare reagerar med 2-aminobensofenon att bilda 4-phenylquinazolin-2 (1H) -imine mellan, medan vätesulfid reagerar med DMSO för att ge metantiol eller annat svavelinnehållande molekyl, som därefter fungerar som en komplementär reduktionsmedel för att reducera 4-phenylquinazolin-2 (1H) -imine intermediär i 4-fenyl-1,2-dihydrokinazolin-2-amin. Därefter ger eliminering av ammoniak från 4-fenyl-1,2-dihydrokinazolin-2-amin substituerade kinazolinderivat. Denna reaktion ger vanligen kinazolinderivat som en enda produkt som härrör från 2-aminobensofenon, vilket övervakades med GC / MSanalys, tillsammans med en liten mängd av svavelhaltiga molekyler såsom dimetyldisulfid, dimetyl trisulfid, etc. Reaktionen fullbordar vanligen i 4-6 h vid 160 ° C i liten skala men kan pågå under 24 timmar när den utförs i stor skala. Reaktionsprodukten kan lätt renas med hjälp av att tvätta av DMSO med vatten följt av kolonnkromatografi eller tunnskiktskromatografi.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Substituerade kinazoliner, såsom en unik typ av heterocykler, har varit kända för en mängd olika biologiska aktiviteter, inklusive antibiotikum, ett antidepressivt medel, 2 anti-inflammatorisk, 3,4 antihypertensiv, 3 mot malaria, 5 och antitumör, 6 bland andra . Vad är mer, 4-substituerade kinazoliner, t.ex. 4-aryl-kinazoliner, med anti-plasmodial aktivitet 7 har erkänts som epidermal tillväxtfaktorreceptor (EGFR) tyrosinkinashämmare, 8 CNS-depressiva, 9 och antibiotika mot meticillinresistent Staphylococcus aureus och vankomycin-resistent Enterococcus faecalis. 10 på grund av sitt breda spektrum av biologiska aktiviteter, syntetiska metoder för substituerade kinazoliner har i stor utsträckning utforskats. Som ett exempel, har mer än 25 syntesmetoder som redan rapporterats för framställning av 4-phenylquinazolines. 11 Reptativa metoder innefattar bildning av 4-phenylquinazolines från 2-aminobensofenoner och formamid i närvaro av bortrifluorideterat (BF3 Et 2 O) 12 eller myrsyra, 13 eller från reaktionen av 2-aminobensofenoner med urotropin och etylbromacetat, 14 eller reaktionen med aldehyd och ammoniumacetat i närvaro av ett oxidationsmedel. 15

Skiljer sig från de ovan angivna reaktionerna med användning av fuktkänsliga reagens (t.ex., BF 3 · Et 2 O) eller dyra reagens (t.ex., urotropin och etylbromacetat), en enkel metod som lätt kan konvertera 2-aminobensofenoner till motsvarande 4-phenylquinazolines i dimetylsulfoxid ( DMSO), i närvaro av tiokarbamid har undersökts. Omfattande mekanistiska studier på denna reaktion tyder på att det är en kompletterande reaktion där tiourinämne genomgår termisk sönderdelning för att bilda karbodiimid ochvätesulfid, där karbodiimid reagerar med 2-aminobensofenon för att bilda 4-phenylquinazolin-2 (1H) -imine mellanliggande, medan DMSO används inte bara som ett lösningsmedel, men också reagenset att generera svavelinnehållande reduktionsmedel när den reagerar med väte sulfid (även i samband med tiourea). Då, de svavelinnehållande reduktionsmedel reducerar 4-phenylquinazolin-2 (1H) -imine intermediär för bildning av 4-fenyl-1,2-dihydrokinazolin-2-amin som undergår eliminering av ammoniak för att bilda 4-fenvlkinazolin. Denna reaktion utföres vanligen vid en temperatur från 135 till 160 ° C, och kan lätt utföras med hjälp av traditionella oljebad uppvärmning på värmeplatta eller under mikrovågsbestrålning. Denna reaktion illustreras i figur 1 nedan.

Figur 1

Figur 1: En allmän reaktion mellan 2-aminobensofenon ochtiourea i DMSO. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Varning: Kontakta alla relevanta säkerhetsdatablad (SDB) före användning. Medan 2-aminobensofenoner är luktfri, vissa svavelinnehållande molekyler som genereras i denna reaktion. Därför bör alltid användas gott skick ventilation. Använd all lämplig säkerhetspraxis när de utför reaktionerna vid en temperatur högre än 140 ° C, som trycket kan gå över 5 barer som registrerats under mikrovågsbestrålning. När temperaturen inställd på 160 ° C, är det högsta trycket registreras 21 bar, vilket är nästan den övre gränsen mikrovågsugn reaktorn kan hantera. Även om trycket är inte en fråga när reaktionen utföres i oljebad under återloppskokning, bör god ventilation alltid användas.

1. Framställning av 4-fenvlkinazolin i småskalig under mikrovågsbestrålning

  1. Framställning av Reaktionsblandning
    1. Lägg till en kompatibel magnetisk omrörare till en 2-5 ml mikrovågsugn reaktionsrör.
    2. Obs: Det optimala förhållandet mellan 2-aminobensofenon och tiourea är 1: 3.
    3. Överföring 5 ml DMSO till reaktionsröret.
      Obs: Mängden DMSO är ganska flexibel, 5 ml DMSO är bara om tillräckligt för att uppfylla den minimala krav på volym för korrekt absorption av mikrovågsugn enligt tillverkarens guide. Men under värmeförhållanden krävs mycket mindre lösningsmedel för reaktion av denna omfattning.
    4. Försegla reaktionsröret med en kompatibel aluminiumlock, innehållande gummiseptum inlopp.
    5. Skaka röret på en virvel för 1-2 minuter för att upplösa reaktanterna.
      Notera: Tiourea kan inte fullständigt lösas upp i DMSO vid rumstemperatur, men det kommer att fullt upplösas när värme appliceras.
    6. Använda en mikrospruta för att dra tillbaka 5 | il av reaktionsblandningen till en 2 ml glas sampling rör innehållande 0,35 ml etylacetat (EtOAc) för gaskromatografi / masspektroskopi (GC / MS) analys innan reaktionen startar.
  2. Bildning av 4-fenvlkinazolin under mikrovågsbestrålning
    1. Slå på mikrovågsreaktor, satte mikrovågsugn reaktionsröret i ett av de tubhållare åtta.
    2. Setup reaktionsparametrar genom pekskärm, såsom placeringen av röret (t.ex., från brunn 1 till 8), typ av rör (t.ex. 2-5 ml), reaktionstemperaturen (vid 150 ° C), före omrörning varaktighet (1 min), mikrovågsabsorption nivå (hög), omrörningshastighet (600 rpm), och reaktionstiden (5 h).
    3. När alla parametrar är inställda på rätt sätt, klicka på "kör", roboten automatiskt plocka upp reaktionsröret från tubhållaren (eller bra) och placera den i värme hålet. Då kommer mikrovågsreaktor köra reaktionen enligt de parametrar som upp tidigare.
    4. När mikrovågsstrålning är klar, wAIT tills temperaturen sjunker till nära 30 ° C, roboten kommer att plocka upp reaktionsröret och placera den tillbaka till den ursprungliga innehavaren.
    5. Använd mikro-spruta för att dra tillbaka 5 pl reaktionsblandning (klar gul lösning, ingen olöslig substans observeras) och lägga till ytterligare 2 ml glas provtagningsrör innehållande 0,35 ml EtOAc för GC / MS-analys.
    6. GC / MS-analys visar att reaktionen bara halv klar ställa in mikro reaktion av samma rör för ytterligare 5 timmar vid samma temperatur.
      Notera: Reaktionstiden varierar beroende på mängden av utgångsmaterial som används, koncentrationen av reaktionslösningen, de substituerande grupperna på 2-aminobensofenoner, och ännu viktigare, reaktionstemperaturen. Till exempel kommer en reaktion av 0,3 g 2-aminobensofenon i 3 ml DMSO fylla i 6 h vid 160 ° C, men varar mer än 14 timmar vid 140 ° C under både mikrovågsbestrålning och kokplatta uppvärmning. Det rekommenderas också för att övervaka reaktions periodically med GC eller GC / MS-analys. Människor utan tillgång till GC eller GC / MS ska sedan använda tunnskiktskromatografi (TLC) för att övervaka reaktionen, även om det inte är det bästa verktyget.
  3. GC / MS-analys av reaktionsblandning
    1. Se till GC / MS är korrekt konfigurerat enligt tillverkarens protokoll.
    2. Sätt glas provtagningsrör på auto-sampler facket.
    3. Klicka på "GCMS_3" genväg på skärmen för att initiera datainsamlingsprogram som styr och samordnar funktioner injektor, GC och masspektrometer. Ladda en lämplig metod genom att klicka på "Metod" på rullgardinsmenyn och markera "Load Method." Den valda metoden innehåller alla nödvändiga parametrar för både GC och fyrdubbla masspektrometer för att analysera riktade urval. Om det inte finns någon sådan metod, skapa en nödvändig metod.
      1. För ett nytt prov, om ändra några av de GC parametrar för att passa ett särskilt prov, markera "Redigera Entire Method "genom att klicka på" Method "från rullgardinsmenyn och ändra relevanta parametrar i enlighet därmed. GC parametrar som ofta ändras är den ursprungliga temperaturen och varaktigheten för att hålla den temperaturen, graden av ökande temperatur, den slutliga temperaturen och varaktighet för att bibehålla temperaturen, insprutningsmängden, de gånger för att tvätta injektionsnålen före och efter injektionen, jämviktstiden och pOST körtid, och efterkörningstemperaturen.
      2. För detta experiment, ange initial GC temperaturen vid 70 ° C (1 min), med en ökande hastighet av temperaturen vid 20 ° C / min, och den slutliga temperaturen vid 250 ° C (5 min). Använd en total speltid på 15 minuter. Använda en injektionsvolym av 2 | j, l, med fyra fördisk och 4 efter-tvättar med nål. Använda ren helium som bärargas användes under detta förhållande.
        Obs: En metod för GC / MS-analys innehåller förinställda parametrar för att köra både GC och MS instrument. Parametrarna for GC inkluderar den initiala temperaturen i ugnen för att värma upp GC-kolonnen och antal minuter för att behålla denna temperatur, att hastigheten för att höja temperaturen i ugnen, den slutliga temperaturen i ugnen och antalet minuter behålla den slutliga temperaturen före GC-analys är klar; mängden injicerat prov; splithastigheten för bärgasen; det antal gånger för att tvätta nålen innan provet injiceras; och antalet gånger för att tvätta nålen efter det att provet injiceras; etc. Valet av initiala och slutliga temperaturer liksom hastigheten för att höja temperaturen beror på naturen av analyserat prov. I allmänhet är icke-polära molekyler av låga kokpunkter analyseras vid relativt låg initialtemperatur.
    4. Tune masspektrometern enligt tillverkarens protokoll.
      1. När en löpande metod som väljs, klicka på "Instrument" på toppen av rullgardinsmenyn, och markera "Tune MSD." Då ett nytt fönstervisas framför datainsamlingsfönstret. Man kan välja antingen "Tune MSD" eller "QuickTune", och klicka på "OK" knappen för att starta inställningsprocessen av masspektrometer. Den "QuickTune" alternativet tar ca 3 minuter att slutföra, medan "Tune MSD" alternativet kör ca 10 min. Under normal omständigheter, "QuickTune" alternativet är tillräckligt bra för att kalibrera masspektrometern med noggrannhet upp till 0,1 Dalton. Avstämningsprocessen kommer att mäta den relativa förekomsten av topp 69, 219 och 502 av perfluortributylamin (PFTBA) liksom mängden N2, O2, H2O, CO2, etc.
        Obs: Den masspektrometer måste kalibreras varannan dag för att få en noggrann mätning av massan. Trimningen är att justera parametrarna för masspektrometer för att fungera, såsom spänningen fyrdubbla, vakuum av massdetektor, bakgrundsbruset, de standardtopparna mäta masspektrometer,etc. Man kan välja antingen autotune eller manuellt ställa läge att kalibrera masspektrometern, dvs. genom att välja "QuickTune" eller "Tune MSD" alternativet.
    5. Förvärva GC / MS-data
      1. Redigera datainsamling sekvens. Klicka på "Sekvens" på toppen av rullgardinsmenyn för att markera "Edit Sequence", och ett nytt fönster öppnas, där information om proverna ska matas in, såsom typ av prov (prov, blank, kalibrering, QC , etc.), placeringen av provflaska (1-100), provnamn, datafilen namn, kommentarer prov, etc. När alla prov information har matats in, klicka på "OK" -knappen. Klicka sedan på "Sekvens" på toppen av rullgardinsmenyn för att markera "Spara sekvens som .." och ange sekvensnamn i en rätt mapp.
      2. Förvärva GC / MS-data. Klicka på "Sekvens" på toppen av rullgardinsmenyn för att markera "Run Sequence", väljen riktig "datafil Directory" för att spara de förvärvade data och klicka sedan på "Kör Sekvens" knappen för att starta dataförvärvsprocessen.
    6. Analysera GC / MS-resultat
      Notera: Molekyler kan kännetecknas av protokollet de eluerade från GC-kolonnen, så kallade uppehållstiden. Under samma GC tillstånd (dvs de ovan nämnda GC parametrar), är uppehållstiden för en speciell molekyl mycket reproducerbar. Föreningen kan bekräftas ytterligare genom dess masspektrum. Man kan lätt identifiera en förening i form av retentionstiden och masspektrum, och kontrollera renheten hos en förening samt.
      1. Dubbelklicka på "GCMS_3 Data Analysis" genväg på skärmen för att få upp den programvara som avsiktligt behandlar de förvärvade data från GC / MS maskin.
      2. Under datainsamlingsprocessen, för att se omedelbar följd av det analyserade provet, klicka på "File" i rullgardinsmenyn och Highlight "Ta bild" för att få den synkroniserade GC spektrum av provet. Ofta kommer folk bearbeta data efter förvärvsprocessen är klar. I det här fallet, klicka på "File" från rullgardinsmenyn för att markera "Load Data File" och välj rätt datafil, eller bläddra i datakatalogen och dubbelklicka på datafilen, för att visa hela GC spektrum av provet. En vertikal linje visas vid positionen där musen är pekade på insidan av fönstret i GC-spektrum.
      3. Flytta musen till centrum av en topp där den vertikala linjen träffar den högsta punkten på toppen, och dubbelklicka på höger musknapp för att få upp masspektrumet av provet i ett nytt fönster under fönstret GC spektrum. Man kan zooma masspektrumet genom att hålla den vänstra knappen och välj regionen för att zooma för detaljerna i masspektrum.
      4. Identifiera föreningarna genom att dubbelklicka på höger musknapp i fönstret spektrummassa för att erhålla två nya fönster. den lillaframruta med ett namn på "PBM Sökresultat: C: Database W8N08.L" tar upp 20 molekyler från databasen som troligen matcha den analyserade masspektrum, och rangordnar de 20 molekyler i den ordning deras likheter. Den stora bakrutan innehåller två paneler, där den övre panelen visar den ursprungliga masspektrumet av analyserade topp i GC-spektrum, och den nedre panelen visar masspektrumet för den valda molekylen från listan över små framrutan. Ofta kan vanliga organiska föreningar bekräftas genom att jämföra dess masspektrum med standarden masspektrum förts in i databasen. Även nya föreningar eller molekyler inte samlats i databasen inte kan direkt bekräftas kan deras identiteter erhållas genom matchning av förväntad molekylvikt och eventuella fragment med sina strukturer.
      5. Identifiera samma förening i olika prover genom att jämföra dess retentionstid på GC spektrumet. Under samma betingelser av data Anskaffningisition bör samma förening visas med samma retentionstid på GC spektrumet.
      6. Analysera renheten prov genom att klicka på "Kromatogram" på rullgardinsmenyn, markera antingen "Integrera" eller "AutoIntegrate" och välja "Procent Report".
      7. Skriv både GC spektrum och mass-spektra som motsvarar topparna inom GC spektrum i antingen stående eller liggande format genom att välja "Skrivare Setup" när ett klick "File" på rullgardinsmenyn. Också ut spektra direkt i pdf-format genom att välja en PDF Converter.
  4. Extraktion av Reaktionsblandning
    Notera: Isoleringsprocessen har utförts i dragskåp, såsom liten mängd svavelinnehållande molekyler med obehaglig lukt alstras i denna reaktion.
    1. Öppna mikrovågsugn reaktionsröret med tillverkaren tillhandahålls tång, och överföra reaktionsblandningen till en 125 ml separertratt. endd 20 ml EtOAc till denna tratt följt av 10 ml vatten.
      Obs: Om reaktionslösningen fick stå vid rumstemperatur under en dag, kan lång nål form kristaller visas i lösningen beroende på koncentrationen av lösningen. Således, är det klokt att lämna den storskaliga reaktionsblandningen vid rumstemperatur för att bilda kristall och isolera produkten av kristallen direkt om tiden inte är en faktor.
    2. Skaka separertratten kraftigt, och dränera botten vattenskiktet. Tillsätt sedan ytterligare 10 ml vatten till separertratten och upprepa processen.
    3. Koncentrera den återstående EtOAc-lösningen ner till ca 1 ml genom roterande indunstning.
  5. Rening av 4-fenvlkinazolin genom preparativ TLC
    1. Överföra den koncentrerade EtOAc-lösningen med pasteurpipett till en 20 cm x 20 cm preparativ TLC-platta på ett sådant sätt att av remsan av provet på TLC-plattan är mindre än 1 cm bred och är cirka 1 cm från kanten. Doppa denna platta till en glass kammare innehållande 150 ml hexan och EtOAc (2: 1). Titta på rörelsen av lösningsmedel gräns närmar sig toppen av TLC-plattan, och ta ut plattan när lösningsmedels gränsen är ca 1 cm från den övre kanten.
      1. Rita två raka linjer på TLC-plattan med penna för att markera platsen innan provet är laddad. Också, doppa TLC-plattan i glaskammare på ett sådant sätt att av remsan av provet är på botten men fortfarande ca 2 mm ovanför lösningsmedelsnivån.
    2. Under ultraviolett (UV) ljus, använd en penna för att markera bandet med grön fluorescens, och skrapa den markerade bandet på TLC-plattan till en vägningspapper (med en relativ rörlighet Rf = 0,68, hexan / EtOAc = 2 : 1).
      Obs: På grund av hög känslighet UV-absorption, kan man observera flera svaga band på plattan. Emellertid de mycket toppbanden motsvarar ofta svavelhaltiga molekyler, såsom dimetyldisulfid, dimetyl trisulfid; andra band under fyra-fenvlkinazolin är visible men deras storlek är för lite för att isoleras och karakteriseras.
    3. Till en glaspipett fylld med glasull, överföra repad kiseldioxidgelpulver till pipetten genom att vika vågpapper diagonalt för att tillåta pulver av kiselgel faller in i pipetten, och peka på pipetten mot en hård yta för att packa kiselgel tight . Tvätta pipetten med aceton (8-15 ml) i en 2-trumma scintillationsflaska.
    4. Överför 0,35 ml av den eluerade acetonlösningen till en annan 2 ml glas provtagningsrör för GC / MS-analys och direkt torka återstående acetonlösningen på en roterande indunstare. Sätta hela scintillationsflaska innehållande den renade föreningen i vakuumexsickator för ytterligare torkning.
      Obs: Upp till detta steg, renas produkten och kan användas för ytterligare karakterisering (t.ex., kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi) eller ytterligare transformationer.

2. Framställning av 4-fenvlkinazolin in småskalig via Kokplatta Uppvärmning

OBS! Metoderna för GC / MS-analys av reaktionsblandningen, extraktion av reaktionsblandningen och rening av reaktionsprodukten är mycket lika de som beskrivs i avsnitt 1 (1.1.1-1.3.4, 1.4.1-1.4.3 och 1.5.1-1.5.5, respektive), så att de flesta av dessa steg kommer att utelämnas nedan.

  1. Beredning av reaktionsblandningen under värmeplatta uppvärmning
    1. Väg 0,0240 g av 2-aminobensofenon och 0,0280 g tiokarbamid i en 2 ml glasampull, sedan överföra 0,5 ml DMSO till samma flaskan och stänga flaskan med en skruvkapsyl.
      Obs: Mängden DMSO används under detta tillstånd är mycket mindre än ett under mikrovågsbestrålning. På grund av liten skala av denna reaktion, inte behövs magnetisk omröring längre, så för virvel omröring av lösningen för att upplösa reaktanterna. Emellertid, i en relativ stor reaktionsskalan, exempelvis i 2-trumma scintillationsflaska eller rundbottnad kolv, magnetisk omrörningbehövs fortfarande.
  2. Framställning av 4-fenvlkinazolin via Kokplatta Uppvärmning
    1. Inuti dragskåp, sätta en värmeblock ovanpå värmeplatta, och ställa in temperaturen till 160 ° C.
    2. När temperaturen når 160 ° C, sätt i glasflaskan in i en av brunnarna i värmeblocket. Med ungefär en halvtimme intervall, ta ut ur flaskan och hand skaka den för 2-3 sekunder, och lägger tillbaka till brunnen igen. Efter sex timmar, ta ut ur flaskan och lämna den i dragskåp svalna.
    3. Transfer 5 pl av reaktionsblandningen till en annan 2 ml glas provtagningsrör innehållande 0,35 ml EtOAc, och lämna prov för GC / MS-analys.
  3. När reaktionen är klar, träna den produkt som beskrivs i avsnitt 1. Se detaljerna i avsnitt 1.1.1-1.3.4, 1.4.1-1.4.3, och 1.5.1-1.5.5 för GC / MS-analys, extraktion av reaktionsblandningen och rening av produkten, respektive.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

GC-analys av reaktionsblandningen före reaktionen, är 5 h efter reaktion under mikrovågsbestrålning, och 10 h efter reaktion under mikrovågsbestrålning vid 150 ° C presenteras i figur 2, som tydligt åskådliggör förfarandet enligt denna pryd reaktion. Masspektra av 2-aminobensofenon och 4-fenvlkinazolin presenteras i figur 3 och figur 4, respektive. En uppenbar mekanism för reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea att en person med goda kunskaper i organisk kemi kan postulera visas i figur 5. I jämförelse, är reaktionen i DMSO på värmeplatta vid 160 ° C på liknande sätt spåras med GC / MS, såsom visas i fig 6, tillsammans med masspektrumet för 4-phenylquinazolin-2 (1H) -on biprodukt. Baserat på många experimentella fakta, illustreras i en fullständig förklaring för generering av fyra-fenvlkinazolin Figur 8 och figur 9, respektive. Jämförelsen av reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea i DMF och i DMF, men med en liten mängd DMSO illustreras i figur 10.

På grundval av GC / MS-analys, är det helt klart att omvandlingen av utgångsmaterial till produkt är nästan kvantitativt (Figur 2). På grund av liten skillnad med molekylvikt mellan utgångsmaterialet (t.ex., 2-aminobensofenon, MW = 197, retentionstid = 9,673 min) och produkten av substituerade kinazolinderivat (t.ex. 4-fenvlkinazolin, MW = 206, retentionstid = 9,962 min), retentionstiderna för utgångsmaterial och produkt på GC är mycket lika, men ändå möjliga att separera. Mer än 10 olika 2-aminobensofenoner har been testades med avseende på denna reaktion och liknande resultat erhålles. 16

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Detta rena reaktion (som visas i figur 2) verkar mycket spännande i början som molekylvikt av produkten endast ökade med 9 med avseende på den av utgångsmaterial (som visas i Figur 3 och Figur 4). Detta låter omöjligt eftersom atomvikten för kol är 12. Mycket troligt, införandet av en kolatom i en molekyl kommer att öka molekylvikten av åtminstone 12 om den medföljande väteatom (er) inte ingick. Därför har reaktionen ihop oss för ganska lite tid.

I en snabb skymt av reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea, kan en postulerar att en enkel tillsats av aminogruppen i 2-aminobensofenon till tiokarbonylgrupp av tiokarbamid följt av tillsats av aminogruppen ansluter till tiokarbonylgrupp till karbonylgruppen inne i 2-aminobensofenon kommer att bilda en struktur med en molekylvikt av 238 ( i Figur 2, sönderdelas tiourea snabbt eftersom den inte kan detekteras efter det att reaktionsblandningen upphettas under 5 timmar; under detta förhållande, förblir nästan 50% av utgångsmaterialet fortfarande. Om tiourea är de verkliga arter att reagera med 2-aminobensofenon som postulerats i figur 5, då det alltid att finnas utgångsmaterial kvar i reaktionslösningen eftersom ingen mer tiourea är tillgänglig för att reagera med det kvarvarande utgångsmaterial. Således innebär detta ljud mekanism inte representera de verkliga reaktionsvägen och är också oförenligt med förändringen av molekylvikt från 197 av utgångsmaterial till 206 av produkten. Det är väl känt att ett jämnt antal molekylvikt antyder ett jämnt antal kväveatom inuti molekylen. Således produkten antingen inte har kväveatom alls eller innehåller jämnt antal kväveatomer, mest sannolikt med två kväveatomer i detta fall; annars, den molekylära wåtta av produkten kan inte bara ökade med 9.

Efter omfattande strukturella karakteriseringar, inklusive en H NMR, 13C NMR, och särskilt röntgenkristallografi, är det klart att produkten är 4-fenvlkinazolin. 16 Men hur är det bildas? Computational studie visar att vätesulfid och karbodiimid kan bildas från termisk sönderdelning av tiourea. 17 Om karbodiimiden är den art att reagera med 2-aminobensofenon, även om tiourea försvinner i reaktionslösningen, skulle karbodiimid kvar i lösningen. Med denna kunskap, är det möjligt att aminogruppen i 2-aminobensofenon reagerar inledningsvis med karbodiimid för att bilda 1- (2-bensoylfenyl) guanidin mellan, som cykliserar för att bilda 4-phenylquinazolin-2 (1H) -imine mellan. Men en sådan mellanprodukt är instabil, och kan hydrolyseras till 4-phenylquinazolin-2 (1H) -on, såsom visas i figur 6C, under förhållandet avuppvärmning på värmeplatta. Dessutom tar nedbrytningen av denna mellanprodukt inte leda till bildning av 4-fenvlkinazolin heller, eftersom den direkta omvandlingen av denna mellanprodukt till 4-fenvlkinazolin skulle kräva avlägsnande av en kväveatom. Detta är omöjligt, eftersom båda bindningar som ansluter till denna kväveatom måste bryta för att bli av med ett fragment av NH, en mycket instabila reaktiva ämnen. Men om fyra-phenylquinazolin-2 (1H) -imine mellanminskades, sedan eliminering av ammoniak under hög temperatur skulle ske mycket lätt (Figur 7). Därefter måste det finnas ett reducerande reagens som ingår i reaktionen och reducerar 4-phenylquinazolin-2 (1H) -imine till 4-fenyl-1,2-dihydrokinazolin-2-amin. Som nämnts i början, termisk nedbrytning av tiourea genererar vätesulfid, tillsammans med karbodiimid. Vätesulfid kan reagera med lösningsmedel DMSO för att generera organiska svavelinnehållande molekyler som fungerar som reduktionsmedel, även om vätesulfid själv har tillämpats som reduktionsmedel också. 18-20 Den mesta möjliga svavelhaltiga organiska reduktionsmedel kan vara metantiol, som stöds av detektering av dimetyldisulfid (uppehållstid = 3.287 minuter i figur 2, Masspektra i figur 8 ) och dimetyl-trisulfid (retentionstid = 3.691 min i figur 2, Masspektra i figur 9).

figur 2
Figur 2:. GC-analys av reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea i DMSO vid 150 ° C under mikrovågsbestrålning GC villkor är: initial temperatur vid 70 ° C (1 min), ökande temperatur hastighet vid 20 ° C / min, sluttemperatur vid 250 ° C (5 min). Total speltid är 15 min. Insprutningsmängden är 2 | j, l, med fyra fördisk och 4 efter-tvätt av needle. (A) Reaktion blandningen innan värme appliceras; (B) reaktionsblandningen efter att ha upphettats vid 150 ° C under 5 h (iminmellanprodukt observerbara); (C) reaktionsblandningen efter upphettning vid 150 ° C under 10 h. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3:. Mass-spektrum av 2-aminobensofenon (El-läge, fyrdubbla) Molekylformel: C 13 H 11 NEJ, molekylvikt: 197. Typiska fragmenten är 198, M + 1 (9,8%), 197: M + (68,6 %), 196, M + -1 (100,0%), 180: M + -17 (NH 3 förlorade, 8,3%), 120: M + -77 (fenyl C 6 H 5 förlorade, 35,9%), 105: bensoyl katjon (C 6 H 5 CO + < / sup>, 11,4%), 92: M + -bensoyl (M + C6 H 5 CO, 18,0%), 77: fenyl ning (22,4%). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4: Masspektrum av 4-fenvlkinazolin (EI läge, fyrdubbla) Molekylformel:. C 14 H 10 N 2, molekylvikt: 206,25. Typiska fragment är 207: M + 1 (7,2%), 206: M + (50,8%), 205: M + -1 (100,0%), 177: M + -1-HCN-1 (6,6%), 151 Masspektrum: M + -1-C 4 H 4-H 2 (8,9%), 129: M + C6 H 5 (1,6%), 102: M + -C 4 H 4 -C 4 H 4 (5,3%) .pg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5:. Den skenbara mekanism för reaktion mellan 2-aminobensofenon och tiourea Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 6
Figur 6: GC / MS-analys av reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea i DMSO på värmeplatta vid 160 ° C (A) En blandning av 0,0240 g 2-aminobensofenon och 0,0280 g tiokarbamid i 0,5 ml DMSO innan värme appliceras,. (B) reaktionsblandningen efter att ha upphettats vid 160 ° C under 6 h; (C) mass spectrum 4-phenylquinazolin-2 (1H) -on biprodukt efter lösningen upphettades vid 160 ° C under 6 h. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 7
Figur 7:. Den verkliga reaktionsmekanismen för bildning av 4-fenvlkinazolin från 2-aminobensofenon och tiourea Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 8
Figur 8: Masspektrum av dimetyldisulfid (El-läge, fyrdubbla) Molekylformel:. C 2 H 6 S 2, molekylvikt: 94,19. Typiska fragment är95,9: M + 2 (2,9%), 94: M + (62,0%), 79. M + -CH3 (100,0%) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 9
Figur 9: Masspektrum av dimetyl-trisulfid (El-läge, fyrdubbla) Molekylformel:. C 2 H 6 S 3, molekylvikt: 126,25. Typiska fragment är 128: M + 2 (13,7%), 126: M + (100,0%), 110,9. M + -CH3 (14,6%) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

För denna enkla reaktion, de kritiska steg är kontroll av uppvärmningstemperaturen och därefter rening. Som karbodiimiden ärden verkliga arten som reagerar med 2-aminobensofenon för att bilda 4-phenylquinazolin-2 (1H) -imine intermediär, är mycket viktigt bildandet av karbodiimid från termisk sönderdelning av tiourea. Tidig studie visade att tiokarbamid börjar sönderdelas vid en temperatur mellan 140 och 180 ° C, 21 vilket även överensstämmer med beräknings studie av tiourea. 17 När emellertid tiokarbamid löses i polära lösningsmedel, såsom DMSO, börjar det att sönderdelas vid en lägre temperatur. Denna temperatur har observerats runt 120 ° C eller högre för att ha en rimlig reaktionshastighet för bildning av 4-fenvlkinazolin från 2-aminobensofenon. Å andra sidan kan denna reaktion inte ställas in på en mycket hög temperatur heller. Den övre gränsen för reaktionstemperaturen beror på kokpunkten för lösningsmedlet, och eventuellt den temperatur vid vilken ytterligare biprodukter från termisk sönderdelning av tiourea genereras. Till exempel har det rapporterats att kol disulfide är den primära produkten när tiokarbamid upphettas vid temperatur mellan 182 och 240 ° C. 22 Dessutom, under förutsättning av mikrovågsbestrålning, hela reaktionssystemet är förseglad i ett reaktionsrör av begränsat utrymme, kan för hög temperatur leda till mycket högt tryck och explosions. Därför är det idealiska reaktionstemperaturen rekommenderas mellan 150 och 165 ° C. Medan trycket kanske inte är ett problem enligt termisk återloppskokning, kommer en hög reaktionstemperatur orsaka att utvecklas av vätesulfid som krävs för att generera reducerande reagens från reaktionen med DMSO. En annan avgörande steg i detta protokoll är rening av produkten. Såsom 4-fenvlkinazolin är mindre polär än utgångsmaterialet, är mindre än den för utgångsmaterialet lösligheten av produkten i DMSO. När reaktionen har slutförts visas ofta produkt av kristall om reaktions lösningen lämnas vid rumstemperatur i en dag eller längre. I detta fall, kan kristallen vara helt enkelt FiltreringsTed och tvättas med lösningsmedel för erhållande av ren produkt. Dessutom var koncentrationen av reaktanter påverkar också sättet att rena produkterna. Vid samma reaktionstemperatur, desto större är koncentrationen av lösningen, desto längre tid reaktionen tar att slutföra. Bestämt, då reaktionslösningen är alltför koncentrerad, ett oljeskikt produktformer och flyter ovanpå DMSO-lösning. Detta är fallet när 3 g 2-aminobensofenon och 3,5 g tiokarbamid reagerar på ett 20 ml mikrovågsrör med 7 till 8 ml DMSO. I detta fall kan inga kristallformer, och produkten endast separeras från lösningsmedel genom extraktion. Under tiden, kan produkten vara förorenad med svavel-innehållande molekyler, såsom dimetyldisulfid och dimetyl-trisulfid, som kommer att avlägsnas genom kolonnkromatografi. Detta är det förfarande som rekommenderas för rening av storskaliga reaktionen.

När det gäller modifiering av denna reaktion, kan den utföras i en annan polär solvent, såsom N, N-dimetylformamid (DMF), i närvaro av DMSO. I detta fall är liten mängd DMSO användes som reagens i stället för lösningsmedlet, i syfte att generera reduktionsmedel. Under detta förhållande, förutom DMSO, färre svavelinnehållande molekyler är närvarande så att obehaglig lukt kan väl hanteras. Emellertid kommer denna modifiering långsammare eftersom reaktionshastigheten. Dessutom är en liten mängd biprodukt härrörande från DMF märkbar med GC / MS-analys, även om den inte kan påverka den övergripande processen rening. Å andra sidan, kan utföras en reaktion av stor skala i en rundbottnad kolv under återloppskokning. Eftersom det är öppen för luft i dragskåp under återloppskokning, kommer låga flyktiga molekyler inklusive dimetyldisulfid och dimetyl trisulfid utvecklas från reaktionssystemet, så att mindre obehaglig lukt kommer att upptäckas. Det bör påpekas att denna reaktion är mycket reproducerbar som har upprepats i flera gånger. Om utgångs matematerial blandas korrekt i DMSO, och lösningen upphettas mellan 150 och 165 ° C, är det garanterat att ha den förväntade slutprodukten, så att nästan ingen felsökning är nödvändigt. Emellertid inte reaktionshastigheten ändras när en annan 2-aminobensofenon används, på grund av att substituenten effekt och sterisk effekt.

Betydelsen av denna reaktion är dess enkelhet och prydlighet, med mycket få mindre biprodukter. Som visas i figur 2, kan nästan ingen annan biprodukter som härrör från 2-aminobensofenon observeras genom GC-analys. Även om en topp uppträder vid en uppehållstid (dvs 10,553 min) högre än 4-fenvlkinazolin, är en sådan topp mycket liten och försvinner när reaktionen fortskrider till fullbordande. Spektroskopi studie om denna topp indikerar att det är fyra-phenylquinazolin-2 (1H) -imine mellan. 16 Dessutom är väldigt billigt utgångsmaterial såsom tiokarbamid används i denna reaktion, i stället för andra dyra Reagmedelsingredienser såsom urotropin eller etylbromacetat. Förutom framställningen av 4-phenylquinazolines från 2-aminobensofenoner, kan denna reaktion enkelt utökas för att framställa andra aromatiskt sammansmälta molekyler som innehåller kinazolin byggnadsställning, såsom perimidines som har viktiga industriella tillämpningar som färgämnen. Dessutom kan denna reaktion också utvidgas till 2-aminofenyl alkylketoner att förbereda kinazoliner med en alkylgrupp i position 4, istället för en arylgrupp. Men det är begränsat till endast de två-aminofenyl alkylketoner utan aktiv α-väte (er) på kolatomen angränsande till karbonylgruppen, för om ett aktivt väte föreligger vid denna α-kolatom, kan potentiella tautomerisering inträffa att bilda enol som genomgår Aldolkondensation att bilda andra biprodukter, i stället för kinazolinderivat.

För denna reaktion, är det optimala förhållandet mellan två-aminobensofenon och tiourea 1: 3. Beräknings studie av termisk nedbrytning feller tiourea visar att förutom ett par vätesulfid och karbodiimid, ammoniak och tiocyansyra genereras också, vilket tyder på att inte alla tiourea kommer att omvandlas till karbodiimid. 17 Därför behövs för denna reaktion åtminstone en ekvivalent av tiourea. Å andra sidan, så liten svavelinnehållande molekyl kommer att genereras från denna reaktion, är det klokt att inte använda för mycket tiourea för denna reaktion på grund av den obehagliga lukt av svavel-innehållande biprodukter.

Det är tydligt att reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea i DMSO är en unik komplementär reaktionssystem, i vilket termisk sönderdelning av tiokarbamid producerar de erforderliga reaktiva species (dvs., karbodiimid) som par med 2-aminobensofenon att bilda imino mellanprodukten (dvs. , 4-fenyl-kinazolin-2 (1H) -imine), medan vätesulfid reagerar med DMSO för att generera organisk molekyl svavelhaltig som fungerar som reduktions agent för att minska imino mellanprodukten. Då, eliminering av ammoniak från 4-fenyl-1,2-dihydrokinazolin-2-amin ger 4-fenvlkinazolin. Reaktionen har testats i andra aprotiska polära lösningsmedel, såsom DMF, etylenglykol, men reaktionen är inte lika bra som den en i DMSO. Till exempel reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea i etylenglykol ger primärt (5Z, 11Z) -6,12-difenyl-dibenso [b, f] [1,5] -diazocine, dimeriseringsprodukten av 2-aminobensofenon. 16 under det att reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea i DMF har råd 4-fenvlkinazolin, är denna reaktion inte så rena som det i DMSO, såsom visas av de okända biprodukter i figur 10B. Uppenbarligen är denna reaktion inte så snabbt som den i DMSO heller. Emellertid tillsatsen av liten mängd av DMSO i DMF-lösning verkligen förbättrar reaktionen i termer av både reaktionshastighet och minskning av sidoprodukter (fig 10D och fig 10E

Figur 10
Figur 10: GC / MS-analys av reaktionen mellan 2-aminobensofenon och tiourea i DMF och i DMF med DMSO närvarande (A) En blandning av 0,0318 g av 2-aminobeznophenone och 0,0382 g tiokarbamid i 2 ml DMF innan upphettas är. applicerad; (B) DMF-lösningen efter att ha upphettats vid 165 ° C i 11 h under mikrovågsugn irradiation; (C) en blandning av 0,0663 g av 2-aminobensofenon, 0,0767 g tiokarbamid, 0,5 ml DMSO och 5,0 ml DMF innan upphettas appliceras; (D) lösningen i (C) efter att ha upphettats vid 160 ° C i 6 h under mikrovågsbestrålning; (E) lösningen i (C) efter att ha upphettats till 160 ° C under 18 timmar under mikrovågsbestrålning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kamal, A., Reddy, K. L., Devaiah, V., Shankaraiah, N., Rao, M. V. Recent Advances in the Solid-Phase Combinatorial Synthetic Strategies for the Quinoxaline, Quinazoline and Benzimidazole Based Privileged Structures. Mini-Rev. Med. Chem. 6, (1), 71-89 (2006).
  2. Spirkova, K., Stankovsky, S. Some Tricyclic Annelated Quinazolines. Khim. Geterotsikl. Soedin. (10), 1388-1389 (1995).
  3. Connolly, D. J., Cusack, D., O'Sullivan, T. P., Guiry, P. J. Synthesis of Quinazolinones and Quinazolines. Tetrahedron. 61, (43), 10153-10202 (2005).
  4. Baba, A., et al. Studies on Disease-Modifying Antirheumatic Drugs: Synthesis of Novel Quinoline and Quinazoline Derivatives and Their Anti-Inflammatory Effect. J. Med. Chem. 39, (26), 5176-5182 (1996).
  5. Gama, Y., Shibuya, I., Simizu, M. Novel and Efficient Synthesis of 4-Dimethylamino-2-Glycosylaminoquinazolines by Cyclodesulfurization of Glycosyl Thioureas with Dimethylcyanamide. Chem. Pharm. Bull. 50, (11), 1517-1519 (2002).
  6. Wakeling, A. E., et al. Specific Inhibition of Epidermal Growth Factor Receptor Tyrosine Kinase by 4-Anilinoquinazolines. Breast Cancer Res Treat. 38, (1), 67-73 (1996).
  7. Verhaeghe, P., et al. Synthesis and Antiplasmodial Activity of New 4-Aryl-2-Trichloromethylquinazolines. Bioorg. Med. Chem. Lett. 18, (1), 396-401 (2008).
  8. Kitano, Y., Suzuki, T., Kawahara, E., Yamazaki, T. Synthesis and Inhibitory Activity of 4-Alkynyl and 4-Alkenylquinazolines: Identification of New Scaffolds for Potent Egfr Tyrosine Kinase Inhibitors. Bioorg. Med. Chem. Lett. 17, (21), 5863-5867 (2007).
  9. Goel, R. K., Kumar, V., Mahajan, M. P. Quinazolines Revisited: Search for Novel Anxiolytic and Gabaergic Agents. Bioorg. Med. Chem. Lett. 15, (8), 2145-2148 (2005).
  10. Parhi, A. K., et al. Antibacterial Activity of Quinoxalines, Quinazolines, and 1,5-Naphthyridines. Bioorg. Med. Chem. Lett. 23, (17), 4968-4974 (2013).
  11. Brown, D. J. Chemistry of Heterocyclic Compounds, Volume 55: Quinazolines, Supplement I. John Wiley & Sons, Inc. (1996).
  12. Yang, C. -H., et al. Color Tuning of Iridium Complexes for Organic Light-Emitting Diodes: The Electronegative Effect and -Conjugation Effect. J. Organomet. Chem. 691, (12), 2767-2773 (2006).
  13. Byford, A., Goadby, P., Hooper, M., Kamath, H. V., Kulkarni, S. N. O-Aminophenyl Alkyl/Aralkyl Ketones and Their Derivatives. Part V. An Efficient Synthetic Route to Some Biologically Active 4-Substituted Quinazolines. Ind. J. Chem. B. 27, (4), 396-397 (1988).
  14. Blazevic, N., Oklobdzija, M., Sunjic, V., Kajfez, F., Kolbah, D. New Ring Closures of Quinazoline Derivatives by Hexamine. Acta Pharmaceut. Jugo. 25, (4), 223-230 (1975).
  15. Panja, S. K., Saha, S. Recyclable, Magnetic Ionic Liquid Bmim[Fecl4]-Catalyzed, Multicomponent, Solvent-Free, Green Synthesis of Quinazolines. RSC Adv. 3, (34), 14495-14500 (2013).
  16. Wang, Z. D., Eilander, J., Yoshida, M., Wang, T. Mechanistic Study of a Complementary Reaction System That Easily Affords Quinazoline and Perimidine Derivatives. Eur. J. Org. Chem. (34), 7664-7674 (2014).
  17. Wang, D. Z., Yoshida, M., George, B. Theoretical Study on the Thermal Decomposition of Thiourea. Comput. Theoret. Chem. 1017, 91-98 (2013).
  18. Zhang, P., et al. Inhibitory Effect of Hydrogen Sulfide on Ozone-Induced Airway Inflammation, Oxidative Stress, and Bronchial Hyperresponsiveness. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 52, (1), 129-137 (2015).
  19. Yan, J., et al. One-Pot Synthesis of Cdxzn1-Xs-Reduced Graphene Oxide Nanocomposites with Improved Photoelectrochemical Performance for Selective Determination of Cu2+. RSC Adv. 3, (34), 14451-14457 (2013).
  20. Keith, J. D., Pacey, G. E., Cotruvo, J. A., Gordon, G. Experimental Results from the Reaction of Bromate Ion with Synthetic and Real Gastric Juices. Toxicology. 221, (2-3), 225-228 (2006).
  21. Timchenko, V. P., Novozhilov, A. L., Slepysheva, O. A. Kinetics of Thermal Decomposition of Thiourea. Russ. J. Gen. Chem. 74, (7), 1046-1050 (2004).
  22. Wang, S., Gao, Q., Wang, J. Thermodynamic Analysis of Decomposition of Thiourea and Thiourea Oxides. J. Phys. Chem. B. 109, (36), 17281-17289 (2005).
Facile Framställning av 4-substituerade kinazolinderivat
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter