Summary
2-azido-1-нитрат Эстер может быть преобразован в соответствующий 2-azido-1-trichloroacetimidate в один горшок процедуры. Рукопись призвана продемонстрировать полезность микроволновой реактора в синтезе углеводов.
Abstract
Следующая процедура призвана обеспечить демонстрацию Однореакторный преобразования 2-azido-1-нитрат Эстер trichloroacetimidate glycosyl донора. После azido азотирования Енозы Эстер 2-azido-1-нитрата продукт может гидролизованный под облучением при содействии Микроволновая печь. Это преобразование обычно достигается с помощью сильно нуклеофильных реагентов и длительного времени реакции. Микроволновая печь облучение вызывает гидролиз, в отсутствие реагентов, с коротким временем реакции. После денитрация промежуточные anomeric алкоголя преобразуется в том же банке, чтобы соответствующий 2-azido-1-trichloroacetimidate.
Introduction
Из-за их вездесущность в молекулярной биологии углеводы были давней цели для химического синтеза. 1 , 2 , 3 основой любой успешной кампании синтетических является правильное развертывание гликозилирования реакций для создания цепи олигосахариды. 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 не удивительно, существует большое количество методов установки гликозидных связей. 13 , 14 Кёнигс-Knorr метод является одним из первых известных процедур и включает в себя муфты glycosyl хлорид или бромид с алкогольных компонентом, обычно под тяжелых металлов (ртути или серебро) активации. 15 фториды связанные glycosyl впервые были введены как доноров в 1981 году группой Мукаяма и нашли широкое применение из-за их повышенной тепловой и химической стабильности. 16 на противоположном конце спектра реактивности являются glycosyl йодиды, которые являются гораздо более реактивен, чем другие галогениды. Увеличение реактивности сопровождается повышенной stereocontrol, особенно когда формирования олигосахариды, α-связаны. 17 в дополнение к «haloglycosides», тиогликозид нашли широкий Утилита, отчасти, из-за их легкости формирования, стабильности на множество условий реакции и активация с электрофильное реагентов. 18
Методы, описанные выше фокус на преобразование anomeric спирт «не кислород», содержащие, скрытые покидает группу, которая активируется и в конечном счете, перемещенных в результате спирта от акцепторные молекулы. Активации кислорода Anomeric как описано в школе Шмидт, фокусируется на преобразования C1 кислорода, сам, чтобы покинуть группу. 19 этот метод является наиболее мощным и широко используется в химической гликозилирования реакций. Trichloroacetimidate доноры готовятся легко от снижения сахара и trichloroacetonitrile присутствии основания например карбонат калия (K2CO3) или 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-Ен (дБ). Эти виды затем активируются с помощью кислоты Льюиса. 20
Недавно мы сообщили, что 2-azido-1-trichloroacetimidate доноров может быть непосредственно подготовлен от glycals. Этот процесс включает в себя две реакции, процедура один горшок из эфиров 2-azido-1-нитрата. 21 этот подробный протокол предназначен для оказания помощи практиков в успешном завершении преобразования в высокой доходности. Особый интерес представляет первый шаг в последовательности, которая фокусируется на тепловой денитрация под Микроволновая печь - при содействии Отопление. Мы также надеемся обеспечить визуальный учебник на использование микроволновой реакторов в органическом синтезе.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Представитель Микроволновая печь-помощь денитрация
- Место azido нитрата Эстер (1.0 экв, 0,2 ммоль) в 8 мл флаконе реакции Микроволновая печь. Масштаб реакции может быть увеличена до нескольких ммоль без каких-либо неблагоприятного влияния на прогресс реакции.
- Растворите Эстер azido нитрата в 20% собственн ацетон (0,1 М, 2.0 мл). Добавьте пиридина (5.0 экв, 0,08 мл, 1.0 ммоль) в реакционный сосуд. Колпачок флакона облучения микроволновой и реакционный сосуд в полость реактора Микроволновая печь.
- Облучение раствора на 120 ° C в течение 15 мин с перемешиванием и с фиксированной провести время. Время представляет, как долго облучения будет происходить на назначенный температуры и результирующая давления. Тепло все реакции на сообщения о температуре в течение 2-х минутах наращивает. Мониторинг температуры встроенный инфракрасный датчик.
- После 15 минут анализируйте реакционную смесь, используя тонкий слой хроматографии (ТСХ) для подтверждения потребление исходного материала. Качестве элюента используйте этиловый ацетат/гексаны 1:1.
- Визуализируйте TLC пластину, используя Серик аммония molybate пятно. Rf реагент и продукта будут отличаться, но сокращение алкоголя является как правило от 0,05 до 0,1 ниже Rf чем реагент.
2. формирование trichloroacetimidate
- После полного потребления исходного материала испарения растворителя для уменьшения объема с помощью авиакомпании. Затем разбавить (дихлорметаном) CH2Cl2 (1,0 мл) и использовать шприц для удаления слоя воды. После удаления слоя воды, холодная реакционную смесь до 0 ° C, с помощью льда водяной бане.
- Далее добавьте дБу (10 eq, 0,3 мл, 1,9 ммоль) и 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 eq, 1,0 мл, 10 ммоль) в реакционный сосуд. Необходимы как минимум 1 эквивалент базы и 1 эквивалент 2,2,2-trichloroacetonitrile и оба реагенты добавляются в избытке.
- Разрешить смесь реакции перемешивать пока потепление температуры окружающей среды. Контролировать реакцию TLC для подтверждения потребление исходного материала.
- Качестве элюента используйте этиловый ацетат/гексаны 1:1. Визуализируйте TLC пластину, используя Серик аммония molybate пятно. Rf реагент и продукта будут меняться.
- После полного потребления исходного материала передача смеси реакции восстановления колбу и концентрации смеси в вакууме при температуре 30 ° C. Испарение растворителя обеспечит сырой бледно-желтый коричневый нефти.
- Очищайте сырой продукт, силикагель колоночной хроматографии со столбцом хроматография 1,5 см и 1:4 этиловый ацетат/гексаны как элюента. Физическая форма imidate будет варьироваться от молекулы в молекуле.
Рис. 1. Типичные примеры преобразования Однореакторный эфиров 2-azido-1-нитрата 2-azido-1-trichloroimidates. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Технологии, описанные здесь была продемонстрирована на совокупность трех эфиров 2-azido-1-нитрата. В каждом случае первым шагом реакции был полностью в течение 20 минут.
Рисунок 2. Типичный пример гидролиза (1 ->2) и преобразование Однореакторный эфира 2-azido-1-нитрат 1 (1->3). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
(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 триацетат (3) Смесь из 11:1:6 (альфа-Манно- / альфа gluco-/ gluco бета-) настроенные azidonitrate эфиры 1 (1.0 экв, 0,133 g, 0.20 ммоль) был распущен в 20% собственн ацетон (2,0 мл) и относились с пиридина (5.0 экв., 1.0 ммоль, 0,8 мл). Реакция была нагревается микроволновой облучения до 120 ° C в течение 10 мин. Далее реакционную смесь охлаждают до 0 ° C и относились с CH2Cl2 (1,0 мл). Водный слой реакции был удален. Тогда реакция была добавлена дБу (10 экв., 0,3 мл, 1,9 ммоль) и 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 экв, 1,0 мл, 10 ммоль). 15 реакции было позволено теплый рт. После полного потребления исходного материала смесь была сосредоточена в вакууме. Сырая нефть был очищен флеш хромотографией (10:3 - 1:1 гексаны / EtOAc) дать 5:1 (gluco-/ Манно-) смесь альфа imidate продукты 3 (0,133 g, 0,174 ммоль, 87% общей). В этих условиях реакции Манно-настроенные исходным материалом является более устойчив к гидролизу как упоминалось ранее. В этой реакции > 95% gluco-настройки исходного материала был успешно преобразован в альфа imidate 3 при 62% Манно-настроенного исходного материала был преобразован в imidate продукта. Спектральные данные согласился с ранее сообщенных данных21. Как смесь изомеров сложных C-2: 1H ЯМР (400 МГц, CDCl3) δ 8,64 (s, 1 H), 6.46 (d, J = 3,6 Гц, 1 H), 5.54 (m, J = 9,6 Гц), 5,33 (d, J = 3,6 Гц), 5.11 (dd, J = 10,6 Гц, J = 7.9 Гц), 5.04 (dd, J = 9,6, 3.6 Гц), 4.93 (dd, J = 10,6, 3.6 Гц, 1 Ч), 4.49 (d, J = 7.9 Гц, 1 H), 4,48 (m, 1 H), 4.10 (m, 4 Ч), 3.85 (м, Ч. 2), 2.14 (s, 3 Ч), 2.09 (s, 3 Ч), 2.06 (s, 3 Ч), 2.02 (s, 6 H), 1.99 (s, 3 Ч), 1.95 (s, 3 H); 13 C ЯМР (100 МГц, 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.
Рис. 3. Типичный пример гидролиза (4 ->5) и один горшок преобразования 2-azido-1-нитрата эфира 4 (4->6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
((3aR,4R,7R,7aR)-7-azido-6-hydroxy-2,2-dimethyltetrahydro-4H-[1,3]dioxolo[4,5-c]pyran-4-yl)methyl ацетат (6). Azidonitrate Эстер 4 (1.0 экв, 0,150 г, 0,451 ммоль) в растворе 1:4 воды/ацетон (4,0 мл) и пиридина (5.0 экв, 0,18 мл, 2,26 ммоль) был нагрет микроволновой облучением до 110 ° C за 10 мин. Затем реакция была, что пузырек был сконцентрирован под струей воздуха уменьшить жидкостной смеси до ~1/2 ее первоначального объема. Сырой реакционную смесь была добавлена CH2Cl2 (4,0 мл). Водный слой реакции был удален. Тогда реакция была добавлена дБу (2.0 экв, 0,14 мл, 0,90 ммоль) и 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 экв, 0,45 мл, 4.51 ммоль) при 0 ° C. В 30 мин. реакция была сосредоточена на темно коричневый нефти. Сырой нефти было через вилку силикагель в воронку фильтра и сосредоточены затем очистить хромотографией (2:5 EtOAc/гексаны) флэш-дать 34:1 смесь (альфа/бета) imidate 6 (0.189 g, 0.438 ммоль, > 95%) как желтое масло. Спектральные данные согласился с ранее сообщенных данных21. Rƒ 0,26 (1:3 EtOAc/гексаны); [Α] D20 +6.63 ° c 0,3 (КХКЛ3); IR (тонкой пленки, см-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 ЯМР (400 МГц, CDCl3): альфа-Аномеры δ8.75 (s, 1 H), 6,34 (d, J = 3,4 Гц, 1 H), 4.48 (dd, 1 H, J = 5.5, 7.9 Гц, 1 H), 4.44-4.24 (m, 4 Ч), 3.76 (dd, J = 3.4, 7.7 Гц, 1 H), 2.04 (s, 3 Ч), 1,54 (s, 3 Ч), 1.36 (s, 3 H); 13C (100 МГц, 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/мс (m/z): calcd [+Na M]+, C13Ч17Cl3N4O6, 453.0111, нашли 453.1277.
Рисунок 4. Типичный пример гидролиза (7 ->8) и преобразование Однореакторный эфира 2-azido-1-нитрата 7 (7->9). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
2R,3S,4R,5R,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl диацетат и (2R,3S,4R,5S,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl диацетата (9). 1:14.4:27.4 (бета-версия gluco- / альфа Манно- / альфа gluco-) смесь 7 триацетат (1.0 экв, 0.438 g, 1,164 ммоль) в растворе воды/ацетон (10,0 мл) 1:4 и пиридина (5.0 экв, 0,47 мл, 5.82 ммоль) был нагрет, Микроволновая облучения на 120 ° C для 20 мин. Затем флакон реакция была сосредоточена под струей воздуха, чтобы уменьшить начальный объем жидкостной смеси ~1/2 своего первоначального объема. Сырой реакционную смесь была добавлена CH2Cl2 (10,0 мл). Водный слой реакции был удален. Тогда реакция была добавлена дБу (1.0 экв, 0,18 мл, 1,164 ммоль) и 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 экв., 1,2 мл, 11.64 ммоль) при 0 ° C. В 1 ч, реакция была светло-оранжевый и pH реакции смесь был 7. Дополнительные дБу (1.0 экв, 0,18 мл, 1,164 ммоль) был добавлен и реакции быстро повернул его характерный темно-коричневого цвета. В 3 ч реакция была сосредоточена на темно коричневый нефти. Сырая нефть был очищен хромотографией (2:5 EtOAc/гексаны) флэш-дать gluco принимают - Манно - как желтое масло в конфигурации смесь альфа-imidate 9 (0.3758 g, 0.790 ммоль, 68%). Спектральные данные согласился с ранее сообщенных данных21. 1 H ЯМР (400 МГц, CDCl3): как сложная смесь изомеров: 6.51 δ 8,68 (s), (d, J = 3,7 Гц), 5,51 (m), 5.13 (m), 5.09 (dd, J = 10.3, 3.7 Гц), 4.24 (dd, J = 12.0, 3,8 Гц), 4.19-4.15 (m) 4.09 (dd, J = 12.0, 1.8 Гц), 2.02 (s) , 2.00 (s), 1,98 (s), 1,97 (s); 13 C ЯМР (100 МГц, 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.
Рисунок 5. 1 H и 13C спектры 3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6. 1 H и 13C спектры 6. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7. 1 H и 13C спектры 9. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Протокол, описанные в данном руководстве предоставляет метод для преобразования нитрата эфиры полезным, реактивной функциональность. В более широком смысле использование микроволновой реактора для завершения определенных маневров в течение синтеза углеводов имеет потенциал, чтобы сделать сложные преобразования, снисходительный и обычные. Наша цель в этом учебнике заключается в том, чтобы продемонстрировать, как обрабатывать углеводы в контексте микроволновом.
В случае реакции родителей предыдущие усилия по достижению денитрация обычно полагаются на сильно нуклеофильных реагентов и длительного времени реакции. Сила технологии, описанные здесь является, что микроволновой печи обеспечивает мощный отопления в очень короткий интервал, позволяя количественных манипулирования эфира нитрата anomeric. До настоящего времени, этот метод лучше всего работает с соединений, которые являются глюкозы, настроенные на C2 т.е. «equatorial» алкоголя в этой позиции. Соединений, которые функция конфигурации «осевой» маннозы в C2 должны подвергаться длительное облучение, как они устойчивы к гидролизу. Хотя реакция проводится в присутствии базы для улавливания кислоты, произведенной в де азотирования, базы могут быть исключены для молекул, которые не являются кислоты лабильной. Кроме того время реакции может быть увеличена до гидролизуют молекулы, которые устойчивы к реакции (т.е. peracetylated сахара). В отношении очистки можно очистить спирта после реакции Микроволновая печь.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы имеют без финансовых интересов.
Acknowledgments
Авторы хотели бы признать Университет Вандербильта и Институт химической биологии для финансовой поддержки. Г-н Эллис Беркли и профессор Джон Маклин признал высокоразрешающей массы спектрального анализа.
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).
