Summary
En 2-azido-1-nitrat-ester kan konverteres til de tilsvarende 2-azido-1-trichloroacetimidate i en en-potten prosedyre. Målet med manuskriptet er å vise nytte av mikrobølgeovn reaktoren i karbohydrater syntese.
Abstract
Målet med den følgende fremgangsmåten er å gi en demonstrasjon av en-potten konvertering av en 2-azido-1-nitrat-ester til trichloroacetimidate glycosyl giver. Etter azido-nitration av en glycal, produkt 2-azido-1-nitrat ester kan være hydrolyzed under mikrobølgeovn-assistert bestråling. Denne transformasjonen er vanligvis oppnås ved hjelp av sterkt nukleofil reagenser og utvidet reaksjonstid. Mikrobølgeovn bestråling induserer hydrolyse, i fravær av reagenser, med kort reaksjonstid. Etter denitration, mellomliggende anomeric alkohol konverteres, i samme potten, til den tilsvarende 2-azido-1-trichloroacetimidate.
Introduction
På grunn av deres ubiquity i molekylærbiologi, har karbohydrater vært langvarig mål for syntese. 1 , 2 , 3 kjernen i enhver vellykket syntetiske kampanje er riktig distribusjonen av glykosylering reaksjoner å bygge oligosaccharide kjeden. 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ikke overraskende, det er mange metoder å installere glycosidic obligasjoner. 13 , 14 the Koenigs-Knorr metoden er en av de tidligste kjente prosedyrene og innebærer kopling en glycosyl chloride eller bromide med en alkoholholdige komponent, vanligvis under heavy metal (kvikksølv eller sølv) aktivisering. 15 relaterte glycosyl fluorider ble først innført som givere i 1981 av gruppen Mukaiyama og fant utbredt programmet på grunn av deres økt termisk og kjemisk stabilitet. 16 på den motsatte enden av spekteret reaktivitet er glycosyl iodides, som er langt mer reaktiv enn de andre halides. Økt reaktivitet ledsages av økte stereocontrol, spesielt når danner α-tilknyttet oligosaccharides. 17 i tillegg til "haloglycosides", thioglycosides har funnet bredt nytte, delvis på grunn av sin brukervennlighet formasjon, stabilitet til en rekke reaksjonen forhold og Aktivisering med Elektrofil reagenser. 18
Metodene beskrevet ovenfor fokus på å konvertere en anomeric alkohol til en "ikke-oksygen" inneholder, latente forlate gruppen er aktivert og til slutt fordrevet av en alkohol fra en acceptor molekyl. Anomeric oksygen aktivisering fokuserer som beskrevet av Schmidt skolen, på å konvertere C1 oksygen, en forlate gruppen. 19 denne metoden er den mektigste og brukt mye i kjemisk glykosylering reaksjoner. Trichloroacetimidate givere tilberedes lett fra en redusert sukker og trichloroacetonitrile i nærvær av en base som kalium karbonat (K2CO3) eller 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU). Disse artene er aktiveres ved hjelp av Lewis syrer. 20
Vi har nylig rapportert at 2-azido-1-trichloroacetimidate givere kan tilberedes direkte fra glycals. Prosessen omfatter en to reaksjon, one-pot prosedyre fra 2-azido-1-nitrat estere. 21 denne detaljerte protokollen er ment å hjelpe utøvere å fullføre forvandlingen i høy avkastning. Av spesiell interesse er første trinn i sekvensen, som fokuserer på termisk denitration under mikrobølgeovn - assistert oppvarming. Vi håper å gi en visuell tutorial på å ansette mikrobølgeovn reaktorer i Organisk syntese.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. representant mikrobølgeovn-assistert Denitration
- Plasser azido nitrat ester (1.0 hovedfag, 0,2 mmol) i en 8 mL mikrobølgeovn reaksjon hetteglass. Omfanget av reaksjonen kan økes til flere mmol uten noen negativ effekt på reaksjon fremgang.
- Løs opp azido-nitrat ester i 20% a aceton (0.1 M, 2.0 mL). Legge til pyridine (5.0 hovedfag, 0,08 mL, 1.0 mmol) på reaksjonen fartøyet. Cap mikrobølgeovn bestråling ampullen og plassere reaksjonen fartøyet i en mikrobølgeovn reaktoren hulrom.
- Irradiate løsningen på 120 ° C i 15 min med omrøring og en fast hold tid. Hold tid representerer hvor lenge irradiation vil skje på den angitte temperatur og resulterende press. Varme alle reaksjoner til rapporterte temperatur over en 2-minutters gradvis periode. Temperaturen av en innebygd IR sensor.
- Etter 15 min, analysere reaksjonsblandingen med tynt lag kromatografi (TLC) for å bekrefte forbruk av utgangsmaterialet. Bruk 1:1 ethyl acetate/hexanes som eluent.
- Visualisere TLC platen med ceric ammonium molybate flekken. Rf reactant og produktet vil variere, men redusere alkohol er generelt 0,05 til 0,1 lavere Rf enn reactant.
2. dannelsen av trichloroacetimidate
- Etter fullført forbruk av utgangsmaterialet fordampe løsemiddelet til en redusert volum bruker et flyselskap. Deretter fortynn med (diklormetan) lm2Cl2 (1,0 mL) og bruk en sprøyte fjerne vann laget. Når vann laget er fjernet, kule reaksjonsblandingen 0 ° c med en is-vannbad.
- Deretter legge DBU (10 eq, 0,3 mL, 1,9 mmol) og 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 eq, 1,0 mL, 10 mmol) til reaksjonen fartøyet. Begge reagenser legges i overkant og minimum 1 tilsvarer base og 1 tilsvarende 2,2,2-trichloroacetonitrile er nødvendig.
- Tillate reaksjonsblandingen å rør mens oppvarming til romtemperatur. Overvåke reaksjonen av TLC å bekrefte forbruk av utgangsmaterialet.
- Bruk 1:1 ethyl acetate/hexanes som eluent. Visualisere TLC platen med ceric ammonium molybate flekken. Rf reactant og produktet vil variere.
- Etter fullført forbruk starter materiale, overføre reaksjonsblandingen til en utvinning kolbe og konsentrere blandingen i vacuo på 30 ° C. Fordampning løsemiddel gir en grov blek gul brun olje.
- Rense råolje produktet av silica gel kolonnen kromatografi med en 1,5 cm kromatografi kolonne og 1:4 ethyl acetate/hexanes som eluent. Fysisk form av den imidate varierer fra molekyl til molekylet.
Figur 1. Representative eksempler på one-pot konvertering av 2-azido-1-nitrat estere til 2-azido-1-trichloroimidates. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Teknologien beskrevet her ble demonstrert på en pool av tre 2-azido-1-nitrat estere. I hvert fall var det første trinnet i reaksjonen ferdig innen 20 minutter.
Figur 2. Representative eksempel hydrolyse (1 ->2), og one-potten konvertering av 2-azido-1-nitrat ester 1 (1->3). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
(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 triacetate (3) En blanding av 11:1:6 (alpha manno- / alpha gluco-/ beta gluco-) konfigurerte azidonitrate estere 1 (1.0 hovedfag, 0.133 g, 0,20 mmol) ble oppløst i 20% a aceton (2.0 mL) og behandlet med pyridine (5.0 hovedfag, 1.0 mmol, 0,8 mL). Reaksjonen ble oppvarmet med mikrobølgeovn bestråling 120 ° c i 10 min. Deretter var reaksjonsblandingen avkjølt 0 ° c og behandlet med lm2Cl2 (1,0 mL). Vandig laget av reaksjon ble fjernet. Deretter var reaksjonen lagt DBU (10 hovedfag, 0,3 mL, 1,9 mmol), og 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 hovedfag, 1,0 mL, 10 mmol). 15 reaksjonen var tillatt å varme rt. Etter fullført forbruk av utgangsmaterialet var blandingen konsentrert i vacuo. Råolje var renset av flash kromatografi (10:3 - 1:1 hexanes / EtOAc) å gi en 5:1 (gluco-/ manno-) blanding av alpha imidate produkter 3 (0.133 g, 0.174 mmol, 87% totalt). Under disse reaksjonen forhold er utgangsmaterialet manno-konfigurert mer motstandsdyktig mot hydrolyse som tidligere nevnt. I denne reaksjonen, > 95% av utgangsmaterialet gluco-konfigurert ble konvertert til alpha imidate 3 mens 62% av manno-konfigurerte utgangsmaterialet ble konvertert til imidate produktet. Spektroskopiske data avtalt med tidligere rapporterte data21. Som en blanding av komplekse C-2 isomerene: 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) ses 8,64 (s, 1 H), 6.46 (d, J = 3,6 Hz, 1 H), 5.54 (m, 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, J = 9.6, 3,6 Hz), (493 hektar) (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) ses 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. Representative eksempel hydrolyse (4 ->5), og one-potten konvertering av 2-azido-1-nitrat ester 4 (4->6). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
((3aR,4R,7R,7aR)-7-azido-6-hydroxy-2,2-dimethyltetrahydro-4H-[1,3]dioxolo[4,5-c]pyran-4-yl)methyl acetate (6). Azidonitrate ester 4 (1.0 hovedfag, 0.150 g, 0.451 mmol) i en løsning av 1:4 vann/aceton (4.0 mL) og pyridine (5.0 hovedfag, 0,18 mL, 2,26 mmol) ble oppvarmet med mikrobølgeovn bestråling 110 ° c i 10 min. Reaksjonen var medisinglass var konsentrert under en strøm av air forminske løsemiddel blandingen til ~1/2 sitt første volum. Råolje reaksjonsblandingen lagt lm2Cl2 (4.0 mL). Vandig laget av reaksjon ble fjernet. Deretter var reaksjonen lagt DBU (2.0 hovedfag, 0,14 mL, 0,90 mmol) og 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 hovedfag, 0,45 mL, 4.51 mmol) ved 0 ° C. Reaksjonen var konsentrert til en råolje med mørk brun på 30 minutter. Råolje var gått gjennom en plugg med silica gel i filteret trakt og konsentrert så renset ved flash kromatografi (2:5 EtOAc/hexanes) å gi en 34:1 blanding (alpha/beta) imidate 6 (0.189 g, 0.438 mmol, > 95%) som en gul olje. Spektroskopiske data avtalt med tidligere rapporterte data21. Rƒ 0.26 (1:3 EtOAc/hexanes); [Α] D20 +6.63 ° (c 0,3, CHCl3); IR (tynn 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 årlig beløp for [M+Na]+, C13H17Cl3N4O6, 453.0111, funnet 453.1277.
Figur 4. Representative eksempel hydrolyse (7 ->8), og one-potten konvertering av 2-azido-1-nitrat ester 7 (7->9). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
2R,3S,4R,5R,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl diacetate og (2R,3S,4R,5S,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl diacetate (9). En 1:14.4:27.4 (beta gluco- / alpha manno- / alpha gluco-) blanding av triacetate 7 (1.0 hovedfag, 0.438 g, 1.164 mmol) i en løsning av 1:4 vann/aceton (10,0 mL) og pyridine (5.0 hovedfag, 0.47 mL, 5.82 mmol) ble oppvarmet med mikrobølgeovn irradiation 120 ° C for 20 min. Deretter var reaksjon ampullen konsentrert under en strøm av luft å redusere første løsemiddel blanding til ~1/2 av sitt første volum. Råolje reaksjonsblandingen lagt lm2Cl2 (10,0 mL). Vandig laget av reaksjon ble fjernet. Deretter var reaksjonen lagt DBU (1.0 hovedfag, 0,18 mL, 1.164 mmol) og 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 hovedfag, 1,2 mL, 11.64 mmol) ved 0 ° C. 1t, reaksjonen var en lys oransje og pH av reaksjonen blanding var 7. Ekstra DBU (1.0 hovedfag, 0,18 mL, 1.164 mmol) ble lagt til og reaksjonen snudde raskt sin mørk brun farge. På 3 h var reaksjonen konsentrert til mørke brune råolje. Råolje var renset av flash kromatografi (2:5 EtOAc/hexanes) å gi en 1:1.7 gluco- / manno konfigurert blanding av Alfa imidate 9 (0.3758 g, 0.790 mmol, 68%) som en gul olje. Spektroskopiske data avtalt med tidligere rapporterte data21. 1 H-NMR (400 MHz, CDCl3): som en kompleks blanding av isomerene: ses 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): ses 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 Spectra 3. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6. 1 H og 13C spektra av 6. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7. 1 H og 13C spektra av 9. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollen beskrevet i denne opplæringen inneholder en metode for å konvertere nitrat estere til nyttig, reaktive funksjonalitet. I utvidet forstand har ansette en mikrobølgeovn reaktoren å fullføre spesifikke øvelser i løpet av karbohydrater syntese potensial til å gjøre vanskelige transformasjoner lettvinte og rutine. Vårt mål i denne opplæringen er å håndtere karbohydrater i sammenheng med mikrobølgeovn bestråling.
Hvis den overordnede reaksjonen, har tidligere arbeidet denitration vanligvis stolt på sterkt nukleofil reagenser og utvidet reaksjonstid. Styrken på teknologien beskrevet her er at mikrobølgeovnen gir kraftige oppvarming i et svært kort intervall, slik at kvantitative manipulering av et anomeric nitrat ester. Så langt metoden fungerer best med forbindelser som glukose konfigurert på C2 dvs "equatorial" alkohol på denne plasseringen. Forbindelser som har "aksial" mannose konfigurasjonen på C2 må utsettes for langvarig bestråling, som de er resistente mot hydrolyse. Mens reaksjonen er gjennomført i nærvær av base å beslaglegge syre produsert i de-nitration, base kan bli ekskludert molekyler som ikke er syre labil. Videre kan reaksjonstid økes for å hydrolyze molekyler som er resistente mot reaksjonen (dvs. peracetylated sukker). I forhold til rensing, kan du rense alkohol produsert etter mikrobølgeovn reaksjon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å erkjenne Vanderbilt University og Institutt for kjemisk biologi for økonomisk støtte. Mr. Berkley Ellis og Prof. John McLean er anerkjent for med høy oppløsning masse spektral analyse.
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).
