Summary
Un 2-azido-1-nitrato-estere può essere convertito per il corrispondente 2-azido-1-trichloroacetimidate in una routine di uno-pentola. L'obiettivo del manoscritto è di dimostrare l'utilità del reattore a microonde nella sintesi di carboidrati.
Abstract
L'obiettivo della seguente procedura è quello di fornire una dimostrazione della conversione di un donatore di glicosil trichloroacetimidate uno-pentola di un 2-azido-1-nitrato-estere. In seguito azido-nitrazione di un glycal, l'estere 2-azido-1-nitrato di prodotto può essere idrolizzato sotto irradiazione assistita da microonde. Questa trasformazione avviene solitamente utilizzando reagenti fortemente nucleofili e lunghi tempi di reazione. Irradiazione a microonde induce idrolisi, in assenza di reagenti, con brevi tempi di reazione. A seguito di denitrazione, l'alcool anomerica intermedio viene convertito, nella stessa pentola, per il corrispondente 2-azido-1-trichloroacetimidate.
Introduction
A causa della loro ubiquità nella biologia molecolare, carboidrati sono stati gli obiettivi di lunga data per sintesi chimica. 1 , 2 , 3 alla base di qualsiasi successo campagna sintetico è la corretta distribuzione delle reazioni di glicosilazione per costruire la catena oligosaccaride. 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 non sorprendentemente, ci sono un gran numero di metodi per installare legami glicosidici. 13 , 14 the Koenigs-Knorr metodo è una delle prime procedure note e coinvolge un glicosil cloruro o bromuro di accoppiamento con una componente alcolica, solitamente sotto l'attivazione di metalli pesanti (mercurio o argento). 15 correlate glicosil fluoruri sono stati introdotti come donatori nel 1981 dal gruppo Mukaiyama e hanno trovato applicazione diffusa a causa della loro maggiore stabilità termica e chimica. 16 all'estremità opposta dello spettro reattività sono glicosil ioduri, che sono molto più reattivi rispetto gli altri alogenuri. Maggiore reattività è accompagnata da aumento STEREOCONTROLLO, particolarmente quando formando oligosaccaridi α-collegati. 17 oltre a "haloglycosides", thioglycosides hanno trovato ampia utilità, in parte, grazie alla loro facilità di formazione, stabilità ad una moltitudine di condizioni di reazione e l'attivazione con reagenti elettrofili. 18
I metodi descritti sopra messa a fuoco sulla conversione di un alcool anomerica per un "non-ossigeno" contenente, lasciando il gruppo che è attivato e in definitiva spostata di un alcool da una molecola accettore latente. Attivazione dell'ossigeno anomerico come descritto dalla scuola Schmidt, si concentra sulla conversione dell'ossigeno di C1 stesso, in un gruppo uscente. 19 questo metodo è il più potente e ampiamente utilizzati nelle reazioni di glicosilazione chimica. Trichloroacetimidate donatori sono prontamente preparati da una riduzione di zucchero e trichloroacetonitrile in presenza di una base come carbonato di potassio (K2CO3) o 1,8-diazabiciclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU). Queste specie sono quindi attivate usando acidi di Lewis. 20
Recentemente, abbiamo riferito che i donatori 2-azido-1-trichloroacetimidate possono essere preparati direttamente da glicali. Il processo comporta una reazione di due, uno-pentola procedura dagli esteri 2-azido-1-nitrato. 21 questo protocollo dettagliato è destinato per aiutare i praticanti a completare con successo la trasformazione nell'alto rendimento. Di particolare interesse è il primo passo della sequenza, che si concentra su denitrazione termica sotto forno a microonde - assistita riscaldamento. Speriamo anche di fornire un tutorial visual su impiegando reattori di microonde nella sintesi organica.
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Protocol
1. rappresentante microonde-assistita denitrazione
- Posizionare l'estere di nitrato azido (1.0 equiv., 0,2 mmol) in un flaconcino di reazione di 8 mL forno a microonde. La scala della reazione può essere aumentata a parecchi mmol senza alcun effetto negativo sui progressi di reazione.
- Sciogliere l'estere azido-nitrato in 20% AQ. acetone (0,1 M, 2,0 mL). Aggiungere piridina (5,0 equiv., 0,08 mL, 1,0 mmol) il recipiente di reazione. Tappo del flaconcino di irradiazione a microonde e posizionare il recipiente di reazione in una cavità di reattore a microonde.
- Irradiare la soluzione a 120 ° C per 15 minuti con agitazione e con un tempo di tenuta fisso. Il tempo di attesa rappresenta quanto tempo si verificherà l'irradiazione all'area temperatura e la pressione risultante. Riscaldare tutte le reazioni alla temperatura segnalata per un periodo di 2 minuti in rampa. Monitorare la temperatura di un sensore incorporato IR.
- Dopo 15 min, analizzare la miscela di reazione mediante cromatografia su strato sottile (TLC) per confermare il consumo del materiale di partenza. Utilizzare 1:1. acetato di etile/esano come eluente.
- Visualizzare la piastra di TLC usando Ciociola ammonio molybate macchia. Rf del reagente e del prodotto può variare, ma l'alcol riducente è generalmente da 0.05 a 0.1 inferiore Rf più reattivo.
2. formazione della trichloroacetimidate
- A seguito di consumo completo del materiale di partenza, far evaporare il solvente per un volume ridotto utilizzando una compagnia aerea. Diluire con (diclorometano) CH2Cl2 (1,0 mL), quindi utilizzare una siringa per rimuovere lo strato di acqua. Una volta rimosso lo strato di acqua, raffreddare la miscela di reazione a 0 ° C, usando un bagno di acqua e ghiaccio.
- Successivamente, aggiungere DBU (eq 10, 0,3 mL, 1,9 mmol) e 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 eq, 1,0 mL, 10 mmol) per il recipiente di reazione. Entrambi i reagenti sono aggiunti in eccesso e sono necessari un minimo di 1 equivalente di base e 1 equivalente di 2,2,2-trichloroacetonitrile.
- Lasciare che la miscela di reazione mescolare durante il riscaldamento a temperatura ambiente. Monitorare la reazione di TLC per confermare il consumo del materiale di partenza.
- Utilizzare 1:1. acetato di etile/esano come eluente. Visualizzare la piastra di TLC usando Ciociola ammonio molybate macchia. Rf del reagente e del prodotto varierà.
- Dopo il consumo completo del materiale di partenza, trasferire la miscela di reazione in un pallone di recupero e concentrare la miscela sotto vuoto a 30 ° C. Evaporazione del solvente fornirà grezzo da giallo pallido a marrone olio.
- Purificare il prodotto grezzo da cromatografia su colonna di gel di silice con una colonna di cromatografia di 1,5 cm e 1:4. acetato di etile/esano come eluente. La forma fisica dell'immina varierà da molecola per molecola.
Figura 1. Esempi rappresentativi della conversione degli esteri 2-azido-1-nitrato di uno-pentola per 2-azido-1-trichloroimidates. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Representative Results
La tecnologia descritta nel presente documento è stata dimostrata su un pool di tre 2-azido-1-nitrato esteri. In ogni caso il primo passo della reazione era completo entro 20 minuti.
Figura 2. Esempio rappresentativo di idrolisi (1 ->2) e la conversione di uno-pentola di estere 2-azido-1-nitrato di 1 (1->3). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
(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 triacetato (3) Una miscela di 11:1:6 (manno - alfa / alfa gluco-/ beta gluco-) configurato azidonitrate esteri 1 (1,0 equiv., 0,133 g, 0,20 mmol) è stato disciolto in acetone 20% AQ. (2,0 mL) e trattati con piridina (5,0 equiv., 1,0 mmol, 0,8 mL). La reazione è stata riscaldata da irradiazione a microonde fino a 120 ° C per 10 min. Successivamente, la miscela di reazione è stata raffreddata a 0 ° C e trattata con CH2Cl2 (1,0 mL). È stato rimosso lo strato acquoso della reazione. Quindi la reazione è stato aggiunto DBU (10 equiv., 0,3 mL, mmole 1,9) e 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 equiv., 1,0 mL, 10 mmol). 15 la reazione è stata lasciata scaldare a rt. Dopo il consumo completo del materiale di partenza, la miscela è stata concentrata nel vuoto. Il petrolio greggio è stato purificato mediante cromatografia flash (10:3 - 1:1 esano / EtOAc) per dare un 5:1 (gluco-/ manno-) miscela di prodotti immina alfa 3 (0,133 g, 0,174 mmol, 87% complessivo). In queste condizioni di reazione il materiale di partenza manno-configurato è più resistente all'idrolisi come accennato in precedenza. In questa reazione, > 95% del materiale di partenza di gluco-configurato correttamente è stato convertito in alfa immina 3 mentre il 62% della manno-configurato materiale di partenza è stato convertito in prodotto immina. Dati spettroscopici concordato con i dati precedentemente segnalati21. Come una miscela di isomeri di C-2 complessi: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8,64 (s, 1h), 6,46 (s, J = 3,6 Hz, 1 H), 5,54 (m, J = 9,6 Hz), 5,33 (s, J = 3,6 Hz), 5.11 (dd, J = 10,6 Hz, J = 7,9 Hz), 5.04 (dd, J = 9.6, Hz 3,6), 4,93 (dd, J = 10.6, 3,6 Hz, 1 H), 4,49 (s, J = 7,9 Hz, 1 H), 4,48 (m, 1 H), 4.10 (m, H 4), 3,85 (m, H 2), 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.
Figura 3. Esempio rappresentativo di idrolisi (4 ->5) e la conversione di uno-pentola di estere 2-azido-1-nitrato di 4 (4->6). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
((3aR,4R,7R,7aR)-7-azido-6-hydroxy-2,2-dimethyltetrahydro-4H-[1,3]dioxolo[4,5-c]pyran-4-yl)methyl acetato (6). Azidonitrate ester 4 (1,0 equiv., 0,150 g, 0,451 mmol) in una soluzione di acqua/acetone (4,0 mL) piridina (5,0 equiv., 0,18 mL, 2,26 mmol) e 1:4 è stata riscaldata per irraggiamento di microonde a 110 ° C per 10 min. Quindi, la reazione è stata flaconcino si concentrava sotto un getto d'aria per ridurre la miscela solvente a ~1/2 il suo volume iniziale. La miscela di reazione greggio è stato aggiunto CH2Cl2 (4,0 mL). È stato rimosso lo strato acquoso della reazione. Quindi la reazione è stato aggiunto DBU (2,0 equiv., 0,14 mL, 0.90 mmol) e 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 equiv., 0,45 mL, 4,51 mmol) a 0 ° C. A 30 min., la reazione è stata concentrata per un greggio marrone scuro. Il petrolio greggio era passato attraverso una spina di gel di silice in un filtro ad imbuto e concentrato poi purificato mediante cromatografia flash (2:5 EtOAc/esano) per dare un 34: 1 miscela (alfa/beta) immina 6 (0,189 g, 0.438 mmol, > 95%) come un olio giallo. Dati spettroscopici concordato con i dati precedentemente segnalati21. Rƒ 0,26 (1:3 EtOAc/esano); [Α] D20 +6,63 ° (c 0.3, CHCl3); IR (film sottile, 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): anomer alfa δ8.75 (s, 1h), 6,34 (s, 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): calcolato per [M+Na]+, trovato C13H17Cl3N4O6, 453.0111, 453.1277.
Figura 4. Esempio rappresentativo di idrolisi (7 ->8) e la conversione di uno-pentola di estere 2-azido-1-nitrato di 7 (7->9). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Diacetato di 2R,3S,4R,5R,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl di e (2R,3S,4R,5S,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl diacetato (9). Un 1:14.4:27.4 (beta gluco- / alpha manno- / alfa gluco-) miscela di triacetato 7 (1,0 equiv., 0,438 g, 1,164 mmol) in una soluzione di acqua/acetone (10,0 mL) piridina (5,0 equiv., 0,47 mL, 5,82 mmol) e 1:4 è stata riscaldata per irraggiamento di microonde a 120 ° C per 20 min. Quindi, il flaconcino di reazione è stato concentrato sotto un getto d'aria per ridurre la quantità iniziale di miscela di solventi al ~1/2 del suo volume iniziale. La miscela di reazione greggio è stato aggiunto CH2Cl2 (10,0 mL). È stato rimosso lo strato acquoso della reazione. Quindi la reazione è stato aggiunto DBU (1,0 equiv., 0,18 mL, 1,164 mmol) e 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 equiv., 1,2 mL, 11.64 mmol) a 0 ° C. A 1 h, la reazione è stata un luce arancione e il pH della reazione miscela era 7. Ulteriori DBU (1,0 equiv., 0,18 mL, 1,164 mmol) è stato aggiunto e la reazione si trasformò rapidamente il caratteristico colore marrone scuro. A 3 h, la reazione è stata concentrata a greggio marrone scuro. Il petrolio greggio è stato purificato mediante cromatografia flash (2:5 EtOAc/esano) di dare un 1: 1.7 gluco - manno - configurato miscela di alfa immina 9 (0,3758 g, 0,790 mmol, 68%) come un olio giallo. Dati spettroscopici concordato con i dati precedentemente segnalati21. 1 H NMR (400 MHz, CDCl3): come una complessa miscela di isomeri: δ 8.68 (s), 6,51 (s, 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.
Figura 5. 1 Spettri di C H e 13di 3. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Nella figura 6. 1 Spettri di C H e 13di 6. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7. 1 Spettri di C H e 13di 9. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Il protocollo descritto in questo tutorial fornisce un metodo per convertire nitrato esteri alla funzionalità utili, reattiva. In senso più ampio, impiegando un reattore a microonde per la realizzazione di manovre specifiche nel corso di una sintesi di carboidrati ha il potenziale per fare trasformazioni difficile facile e di routine. Il nostro obiettivo in questo tutorial è per illustrare come gestire i carboidrati nel contesto di irradiazione a microonde.
Nel caso la reazione del padre, i precedenti tentativi di raggiungere denitrazione hanno invocato in genere fortemente nucleofili reagenti e prolungati tempi di reazione. La forza della tecnologia descritta qui è che il forno a microonde fornisce riscaldamento ad alta potenza in un breve intervallo, consentendo per la manipolazione quantitativa di un estere di nitrato anomerico. Finora, il metodo funziona al meglio con i composti che sono glucosio configurato al C2 cioè "equatoriale" alcool in questa posizione. Composti che presentano configurazione "assiale" mannosio al C2 devono essere sottoposti a irradiazione prolungata, come sono resistenti all'idrolisi. Mentre la reazione viene condotta in presenza di base di sequestrare l'acido prodotto nella de-nitrazione, base può essere escluso per le molecole che non sono acide labile. Inoltre, i tempi di reazione può essere aumentati per idrolizzare molecole che sono resistenti alla reazione (cioè peracetylated zuccheri). Riguardo alla purificazione, si può purificare l'alcole prodotto dopo la reazione di forno a microonde.
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Disclosures
Gli autori non hanno nessun concorrenti interessi finanziari.
Acknowledgments
Gli autori si desidera ringraziare Vanderbilt University e l'Istituto di biologia chimica per il sostegno finanziario. Signor Berkley Ellis e Prof John McLean sono riconosciuti per l'analisi spettrale di massa ad alta risoluzione.
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
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