Summary
En 2-azido-1-nitrat-ester kan konverteres til den tilsvarende 2-azido-1-trichloroacetimidate i et en-pot procedure. Målet med håndskriftet er at påvise nytten af mikrobølgeovn reaktoren i kulhydrat syntese.
Abstract
Målet med den følgende fremgangsmåde er at give en demonstration af en-pot konvertering af en 2-azido-1-nitrat-ester til en trichloroacetimidate glycosyl donor. Efter azido-nitrering af en glycal, kan produktet 2-azido-1-nitrat ester hydrolyseret under mikrobølgeovn-assisteret bestråling. Denne transformation er normalt opnås ved hjælp af stærkt nukleofil reagenser og udvidede reaktionstider. Mikrobølgeovn bestråling inducerer hydrolyse, i mangel af reagenser, med korte reaktionstider. Efter denitration omdannes den mellemliggende anomere alkohol i den samme gryde, til de tilsvarende 2-azido-1-trichloroacetimidate.
Introduction
Som følge af deres allestedsnærværelse i Molekylærbiologi, har kulhydrater været langvarige mål for kemisk syntese. 1 , 2 , 3 kernen i enhver vellykket syntetiske kampagne er den korrekte installation af glykosylering reaktioner at bygge oligosaccharid kæde. 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ikke overraskende, der er et stort antal af metoder til at installere glykosidbindinger. 13 , 14 den Koenigs-Knorr metode er en af de tidligste kendte procedurer og involverer kobling en glycosyl chlorid eller bromid med en alkoholiske komponent, normalt under tungmetaller (kviksølv eller sølv) aktivering. 15 relaterede glycosyl fluorider blev først introduceret som donorer i 1981 af gruppen Mukaiyama og har fundet udbredt anvendelse på grund af deres øget termisk og kemisk stabilitet. 16 på den modsatte ende af reaktivitet spektrum er glycosyl jodider, som er langt mere reaktiv end de øvrige halogenider. Øget reaktivitet er ledsaget af øget stereocontrol, især når danner α-linked oligosaccharider. 17 ud over "haloglycosides", thioglycosides har fundet bred nytte, delvis på grund af deres lethed af dannelse, stabilitet til et væld af reaktionsbetingelser og aktivering med elektrofil reagenser. 18
Metoderne beskrevet ovenfor fokus på konvertering af en anomere alkohol til en "ikke-ilt" indeholdende, latent forlader gruppe, der er aktiveret og i sidste ende fordrevet af en alkohol fra en acceptor molekyle. Anomere ilt aktivering fokuserer som beskrevet af Schmidt skole, på konvertering C1 ilt, sig selv, at en forlader gruppen. 19 denne metode er den mest kraftfulde og udbredt meget i kemiske glykosylering reaktioner. Trichloroacetimidate donorer er let tilberedt af en reducerende sukker og trichloroacetonitrile i en base som kaliumcarbonat (K2CO3) eller 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-en (DBU). Disse arter er derefter aktiveres ved hjælp af Lewis syrer. 20
Vi har for nylig rapporteret, at 2-azido-1-trichloroacetimidate donorer kan tilberedes direkte fra glycals. Processen indebærer en to reaktion, en-pot procedure fra 2-azido-1-nitrat estere. 21 denne detaljerede protokollen er beregnet til at hjælpe praktiserende læger i endt transformation i højt udbytte. Af særlig interesse er det første trin i den rækkefølge, der fokuserer på termisk denitration under mikrobølgeovn - assisteret varme. Vi håber også at give en visuel tutorial på beskæftiger mikrobølgeovn reaktorer i organisk syntese.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. repræsentant mikrobølgeovn-assisteret Denitration
- Placer azido nitrat ester (1,0-ækvivalent, 0,2 mmol) i en 8 mL mikrobølgeovn prøveglas. Omfanget af reaktionen kan øges til flere mmol uden nogen negativ virkning på reaktion fremskridt.
- Opløse azido-nitrat ester i 20% aq. acetone (0,1 M, 2,0 mL). Tilføje pyridin (5.0-ækvivalent, 0,08 mL, 1,0 mmol) til reaktion fartøj. Cap mikrobølgeovn bestråling hætteglas og placere reaktion fartøj i en mikrobølgeovn reaktor hulrum.
- Bestråle løsning ved 120 ° C i 15 min. under omrøring og med et fast hold tid. Hold tid repræsenterer, hvor længe bestrålingen vil finde sted på den udpegede temperatur og deraf følgende pres. Varm alle reaktioner på rapporterede temperaturen over en 2-minutters ramping periode. Overvåge temperaturen af et indbygget IR sensor.
- Efter 15 min, analysere reaktionsblandingen ved hjælp af tyndtlagskromatografi (TLC) for at bekræfte forbrug af råvaren. Brug 1:1 ethylacetat/hexanes som elueringsvæsken.
- Visualisere TLC-pladen ved hjælp af ceric ammonium molybate pletten. Rf af reaktanter og produkter vil variere, men den reducerende alkohol er generelt 0,05 til 0,1 lavere Rf end reaktant.
2. dannelse af trichloroacetimidate
- Efter komplet forbrug af råvaren, fordampe opløsningsmiddel til en reduceret mængde ved hjælp af et flyselskab. Derefter fortyndes med (dichlormethan) CH2Cl2 (1,0 mL) og brug en sprøjte til at fjerne vandet lag. Når vandet lag er fjernet, cool reaktionsblandingen til 0 ° C ved hjælp af en is-vandbad.
- Næste, Tilføj DBU (10 eq, 0,3 mL, 1.9 mmol) og 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 eq, 1,0 mL, 10 mmol) til reaktion fartøj. Begge reagenser er tilføjet i overskud og et minimum af 1 svarer til base og 1 svarer til 2,2,2-trichloroacetonitrile er nødvendige.
- Lad reaktionsblandingen omrøres samtidig opvarmning til stuetemperatur. Overvåge reaktion af TLC at bekræfte forbrug af råvaren.
- Brug 1:1 ethylacetat/hexanes som elueringsvæsken. Visualisere TLC-pladen ved hjælp af ceric ammonium molybate pletten. Rf af reaktanter og produkter vil variere.
- Efter komplet forbrug af starter materiale, overføres reaktionsblandingen til et opsving kolbe og koncentrere blandingen i vakuum ved 30 ° C. Fordampning af opløsningsmidlet vil levere en rå lysegul til brun olie.
- Rense den rå vare af silicagel kolonne kromatografi med en 1,5 cm kromatografi kolonne og 1:4 ethylacetat/hexanes som elueringsvæsken. Den fysiske form af den imidate vil variere fra molekyle for molekyle.
Figur 1. Repræsentative eksempler på en-pot omdannelse af 2-azido-1-nitrat estere til 2-azido-1-trichloroimidates. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den teknologi, der er beskrevet heri blev demonstreret på en pulje af tre 2-azido-1-nitrat estere. I hvert tilfælde var det første trin i reaktionen komplet inden for 20 minutter.
Figur 2. Repræsentativt eksempel hydrolyse (1 ->2), og en-pot konvertering af 2-azido-1-nitrat ester af 1 (1->3). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
(2S,3R,4S,5S,6R)-2-(((2R,3S,4R,5R,6R)-4-acetoxy-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(imino(2l3-trichloran-2-yl)methoxy)tetrahydro-2H-pyran-3-yl)oxy)-6-(acetoxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-3,4,5-triyl triacetatfibre (3) En blanding af 11:1:6 (alpha manno- / alpha gluco-/ beta gluco-) konfigureret azidonitrate estere 1 (1,0-ækvivalent, 0.133 g, 0,20 mmol) blev opløst i 20% aq. acetone (2,0 mL) og behandlet med pyridin (5.0-ækvivalent, 1,0 mmol, 0,8 mL). Reaktionen var opvarmet af mikrobølgeovn bestråling til 120 ° C i 10 min. Næste, reaktionsblandingen var afkølet til 0 ° C og behandlet med CH2Cl2 (1,0 mL). Den vandige lag af reaktionen var fjernet. Derefter var reaktionen tilføjet DBU (10-ækvivalent, 0,3 mL, 1.9 mmol) og 2,2,2-trichloroacetonitrile (50-ækvivalent, 1,0 mL, 10 mmol). 15 reaktionen var tilladt at varme til rt. Efter komplet forbrug af råvaren var blandingen koncentreret i vakuum. Råolien blev renset af flash kromatografi (10:3 - 1:1 hexanes / EtOAc) til at give en 5:1 (gluco-/ manno-) blanding af alpha imidate produkter 3 (0.133 g, 0.174 mmol, 87% samlet). Under disse reaktionsbetingelser er råvare manno-konfigureret mere resistent til hydrolyse som tidligere nævnt. I denne reaktion, > 95% af råvaren gluco-konfigureret blev med succes konverteret til alpha imidate 3 mens 62% af manno-konfigurerede råvare blev konverteret til imidate produkt. Spektroskopiske data aftalt med tidligere rapporterede data21. Som en blanding af komplekse C-2 isomerer: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8,64 (s, 1 H), 6.46 (d, J = 3,6 Hz, 1 H), 5,54 (Møller, J = 9.6 Hz), 5,33 (d, J = 3,6 Hz), 5.11 (dd, J = 10.6 Hz, J = 7,9 Hz), 5,04 (dd, Jørgensen = 9.6, 3,6 Hz), 4.93 (dd, J = 10.6, 3,6 Hz, 1 H), 4,49 (d, J = 7,9 Hz, 1 H), 4.48 (m, 1 H), 4.10 (m, 4 H), 3,85 (m, 2 H), 2.14 (s, 3 H), 2,09 (s, 3 H,), 2,06 (s, 3 H), 2,02 (s, 6 H), 1,99 (s, 3 H), 1,95 (s, 3 H); 13 C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 171.2, 170.4, 170.2, 170.1, 169,4, 169.2, 169.0, 162.1, 101.3, 92,9, 76,6, 71,2, 70.9, 70,8, 69,8, 69,5, 69,2, 66,7, 61,5, 60,8, 21.1, 21,0, 20,7, 20.6.
Figur 3. Repræsentativt eksempel hydrolyse (4 ->5), og en-pot konvertering af 2-azido-1-nitrat ester af 4 (4->6). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
((3aR,4R,7R,7aR)-7-azido-6-hydroxy-2,2-dimethyltetrahydro-4H-[1,3]dioxolo[4,5-c]pyran-4-yl)methyl acetat (6). Azidonitrate ester 4 (1,0-ækvivalent, 0,150 g, 0.451 mmol) i en opløsning af 1:4 vand/acetone (4,0 mL) og pyridin (5.0-ækvivalent, 0.18 mL, 2,26 mmol) blev opvarmet af mikrobølgeovn bestråling til 110 ° C i 10 min. Derefter reagerede vial var koncentreret under en strøm af luft til at reducere opløsningsmiddel blandingen til ~1/2 sin oprindelige volumen. Rå reaktionsblandingen blev tilføjet CH2Cl2 (4,0 mL). Den vandige lag af reaktionen var fjernet. Derefter var reaktionen tilføjet DBU (2,0-ækvivalent, 0,14 mL, 0,90 mmol) og 2,2,2-trichloroacetonitrile (10-ækvivalent, 0,45 mL, 4.51 mmol) ved 0 ° C. På 30 min. var reaktionen koncentreret til en mørk brun raaolie. Råolien blev passeret et stik af silicagel i en filter tragt og koncentreret så renset ved flash kromatografi (2:5 EtOAc/hexanes) til at give en 34: 1 blanding (alpha/beta) imidate 6 (0.189 g, 0.438 mmol, > 95%) som en gul olie. Spektroskopiske data aftalt med tidligere rapporterede data21. Rƒ 0,26 (1:3 EtOAc/hexanes); [Α] D20 +6.63 ° (c 0,3, CHCl3); IR (tynde film, cm-1) 3943.02, 3689.98, 3053.89, 2986.53, 2684.50, 2409.92, 2304.81, 2115.20, 1735.63, 1674.77, 1616.82, 1421.56, 1265.14, 741.47, 705.37; 1H NMR (400 MHz, CDCl3): alpha anomer δ8.75 (s, 1 H), 6.34 (d, J = 3,4 Hz, 1 H), 4.48 (dd, 1 H, J = 5.5, 7,9 Hz, 1 H), 4.44-4.24 (m, 4 H), 3,76 (dd, J = 3,4, 7,7 Hz, 1 H), 2,04 (s, 3 H), 1,54 (s, 3 H), 1,36 (s, 3 H); 13C (100 MHz, CDCl3): δ170.69, 160.47, 110.54, 94.34, 90,67, 73.35, 72,32, 68.13, 63.13, 60.11, 27.92, 26,00, 20,75; HRQ-TOF/MS (m/z): beregnet årligt beløb for [M+Na]+, C13H17Cl3N4O6, 453.0111, fundet 453.1277.
Fig. 4. Repræsentativt eksempel hydrolyse (7 ->8), og en-pot konvertering af 2-azido-1-nitrat ester af 7 (7->9). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
2R,3S,4R,5R,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl diacetat og (2R,3S,4R,5S,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl diacetat (9). En 1:14.4:27.4 (beta gluco- / alpha manno- / alpha gluco-) blanding af triacetatfibre 7 (1,0-ækvivalent, 0.438 g, 1.164 mmol) i en opløsning af 1:4 vand/acetone (10,0 mL) og pyridin (5.0-ækvivalent, 0.47 mL, 5.82 mmol) blev opvarmet af mikrobølgeovn bestråling ved 120 ° C i 20 min. Derefter, prøveglas var koncentreret under en strøm af luft til at reducere den oprindelige mængde opløsningsmiddel blanding til ~1/2 af den oprindelige mængde. Rå reaktionsblandingen blev tilføjet CH2Cl2 (10,0 mL). Den vandige lag af reaktionen var fjernet. Derefter var reaktionen tilføjet DBU (1,0-ækvivalent, 0.18 mL, 1.164 mmol) og 2,2,2-trichloroacetonitrile (10-ækvivalent, 1,2 mL, 11.64 mmol) ved 0 ° C. På 1 h, reaktionen var en lys orange og pH af reaktionen blandingen var 7. Yderligere DBU (1,0-ækvivalent, 0.18 mL, 1.164 mmol) blev tilføjet og reaktionen viste hurtigt sit karakteristiske mørke brun farve. På 3 timer var reaktionen koncentreret til mørk brun raaolie. Råolien blev renset af flash kromatografi (2:5 EtOAc/hexanes) til at give en 1: 1.7 gluco- / manno - konfigureret blanding af alpha imidate 9 (0.3758 g, 0.790 mmol, 68%) som en gul olie. Spektroskopiske data aftalt med tidligere rapporterede data21. 1 H NMR (400 MHz, CDCl3): som en kompleks blanding af isomerer: δ 8.68 (s), 6.51 (d, J = 3,7 Hz), 5,51 (m), 5.13 (m), 5.09 (dd, J = 10.3, 3,7 Hz), 4,24 (dd, J = 12,0, 3,8 Hz), 4.19-4.15 (m) 4.09 (dd, J = 12,0, 1,8 Hz), 2,02 (s) , 2,00 (s), 1,98 (s), 1,97 (s); 13 C NMR (100 MHz, CDCl3): δ 170.5, 170.0, 169,8, 169.5, 160.7, 92,9, 90,7, 70,0, 69,8, 69,7, 67,7, 61,4, 20,7, 20,6, 20,5.
Figur 5. 1 H og 13C spektre af 3. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6. 1 H og 13C spektre af 6. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7. 1 H og 13C spektre af 9. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den protokol, der er beskrevet i dette selvstudium indeholder en metode til at konvertere nitrat estere til nyttige, reaktiv funktionalitet. I en bredere forstand har ansætte en mikrobølgeovn reaktor til at fuldføre særlige manøvrer i løbet af en kulhydrat syntese potentiale til at gøre vanskeligt transformationer letkøbt og rutine. Vores mål med denne tutorial er at vise, hvordan man håndterer kulhydrater i forbindelse med mikrobølgeovn bestråling.
I forbindelse med den overordnede reaktion, har tidligere bestræbelser på at opnå denitration typisk påberåbt kraftigt nukleofil reagenser og udvidede reaktionstider. Styrken af den teknologi, der er beskrevet heri er, at mikrobølgeovnen giver high-powered varme i et meget kort tidsinterval, giver mulighed for kvantitative manipulation af en anomere nitrat ester. Hidtil, metoden fungerer bedst med stoffer, der er glucose konfigureret på C2 dvs "ækvatoriale" alkohol på denne holdning. Forbindelser, der har "axial" mannose konfiguration på C2 skal udsættes for længerevarende bestråling, som de er resistente over for hydrolyse. Mens reaktionen foregår i nærværelse af base at udskille syre produceret i de-nitrering, base kan udelukkes for molekyler, ikke der syre labile. Derudover kan reaktionstider øges for at hydrolysere molekyler der er resistente over for reaktion (dvs. peracetylated sukker). Med hensyn til rensning, kan du rense alkohol fremstillet efter mikrobølgeovn reaktion.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne anerkende Vanderbilt University og kemiske Biologisk Institut for økonomisk støtte. Mr. Berkley Ellis og Prof. John McLean er anerkendt for High-Resolution masse spektralanalyse.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 230 400 mesh silica gel | SiliCycle Inc | R10030B | |
| TLC plates | SiliCycle Inc | TLG-R10014B-527 | |
| Ceric ammonium molybdate | Sigma-Aldrich | A1343 | |
| Solvent Still | Mbraun | MB-SPS-800 | |
| Infared spectrometer | Thermo | Thermo Electron IR100 | |
| Nuclear Magnetic Resonance | Bruker | 400, 600 MHz | |
| LC/MS | Thermo/Dionex | Single quad, ESI | |
| HRMS | Agilent | Synapt G2 S HDMS | |
| Microwave reactor | Anton Parr | Anton Parr G10 Monowave 200 | |
| DBU | Sigma-Aldrich | 139009 | |
| CCl3CN | Sigma-Aldrich | T53805 | |
| Pyridine | Sigma-Aldrich | 270970 | |
| Acetone | Fisher Scientific | A18-20 | Tech. grade |
| Phase separator | Biotage | 120-1901-A | |
| Rotary evaporator | Buchi | R-100 |
References
- Nicolaou, K. C., Mitchell, H. J. Adventures in Carbohydrate Chemistry: New Synthetic Technologies, Chemical Synthesis, Molecular Design, and Chemical Biology A list of abbreviations can be found at the end of this article. Telemachos Charalambous was an inspiring teacher at the Pancyprian Gymnasium, Nicosia, Cyprus. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 40 (9), 1576-1624 (2001).
- Danishefsky, S. J., Allen, J. R. From the laboratory to the clinic: A retrospective on fully synthetic carbohydrate-based anticancer vaccines. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39 (5), 836-863 (2000).
- Nicolaou, K. C., Hale, C. R. H., Nilewski, C., Ioannidou, H. A. Constructing molecular complexity and diversity: total synthesis of natural products of biological and medicinal importance. Chemical Society Reviews. 41 (15), 5185-5238 (2012).
- Zhu, X., Schmidt, R. R. New principles for glycoside-bond formation. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48 (11), 1900-1934 (2009).
- Danishefsky, S. J., Bilodeau, M. T. Glycals in organic synthesis: The evolution of comprehensive strategies for the assembly of oligosaccharides and glycoconjugates of biological consequence. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35 (13-14), 1380-1419 (1996).
- Bongat, A. F., Demchenko, A. V. Recent trends in the synthesis of O-glycosides of 2-amino-2-deoxysugars. Carbohydr. Res. 342 (3-4), 374-406 (2007).
- Feizi, T., Fazio, F., Chai, W. C., Wong, C. H. Carbohydrate microarrays - a new set of technologies at the frontiers of glycomics. Curr. Opin. Struct. Biol. 13 (5), 637-645 (2003).
- Palmacci, E. R., Plante, O. J., Seeberger, P. H. Oligosaccharide synthesis in solution and on solid support with glycosyl phosphates. Eur. J. Org. Chem. (4), 595-606 (2002).
- Stallforth, P., Lepenies, B., Adibekian, A., Seeberger, P. H. 2009 Claude S. Hudson Award in Carbohydrate Chemistry. Carbohydrates: a frontier in medicinal chemistry. J. Med. Chem. 52 (18), 5561-5577 (2009).
- Danishefsky, S. J., Mcclure, K. F., Randolph, J. T., Ruggeri, R. B. A Strategy for the Solid-Phase Synthesis of Oligosaccharides. Science. 260 (5112), 1307-1309 (1993).
- Demchenko, A. V. Stereoselective chemical 1,2-cis O-glycosylation: From 'sugar ray' to modern techniques of the 21st century. Synlett. (9), 1225-1240 (2003).
- Fraserreid, B., Wu, Z. F., Udodong, U. E., Ottosson, H. Armed-Disarmed Effects in Glycosyl Donors - Rationalization and Sidetracking. J. Org. Chem. 55 (25), 6068-6070 (1990).
- Bohe, L., Crich, D. A propos of glycosyl cations and the mechanism of chemical glycosylation; the current state of the art. Carbohydr. Res. 403, 48-59 (2015).
- Toshima, K., Tatsuta, K. Recent Progress in O-Glycosylation Methods and Its Application to Natural-Products Synthesis. Chem. Rev. 93 (4), 1503-1531 (1993).
- Koenigs, W., Knorr, E. Ueber einige Derivate des Traubenzuckers und der Galactose. Chem. Ber. 34 (1), 957-981 (1901).
- Mukaiyama, T., Murai, Y., Shoda, S. An Efficient Method for Glucosylation of Hydroxy Compounds Using Glucopyranosyl Fluoride. Chem. Lett. (3), 431-432 (1981).
- Meloncelli, P. J., Martin, A. D., Lowary, T. L. Glycosyl iodides. History and recent advances. Carbohydrate Research. 344 (9), 1110-1122 (2009).
- Lian, G., Zhang, X., Yu, B. Thioglycosides in carbohydrate research. Carbohydr. Res. 403, 13-22 (2015).
- Schmidt, R. R., Kinzy, W. Anomeric-Oxygen Activation for Glycoside Synthesis - the Trichloroacetimidate Method. Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry. 50, 21-123 (1994).
- Schmidt, R. R., Toepfer, A. Glycosylation with highly reactive glycosyl donors: efficiency of the inverse procedure. Tetrahedron Lett. 32 (28), 3353-3356 (1991).
- Keith, D. J., Townsend, S. D. Direct, microwave-assisted substitution of anomeric nitrate-esters. Carbohydr. Res. 442, 20-24 (2017).
- Bukowski, R., et al. Synthesis and Conformational Analysis of the T-Antigen Disaccharide(B-D-Gal-(1->3)-a-D-GalNAc-OMe). Eur. J. Org. Chem. 14, 2697-2705 (2001).
