Summary
Un 2-azido-1-nitrato-éster se puede convertir en el correspondiente 2-azido-1-trichloroacetimidate en un procedimiento one-pot. El objetivo del manuscrito es demostrar la utilidad del reactor de microondas en la síntesis de hidratos de carbono.
Abstract
El objetivo de este procedimiento es proporcionar una demostración de la conversión de un pote de un 2-azido-1-nitrato-éster a un donante de glicosil trichloroacetimidate. Después de azido-nitración de un glycal, puede hidrolizar el éster 2-azido-1-nitrato de producto bajo irradiación de microondas-asistida. Esta transformación se logra utilizando reactivos fuertemente nucleofílico y prolongado tiempo de reacción. Irradiación de microondas induce la hidrólisis, en la ausencia de reactivos, tiempos de reacción cortos. Tras Desnitruración, el alcohol intermedio anomérico se convierte, en la misma olla, a la 2-azido-1-trichloroacetimidate correspondiente.
Introduction
Debido a su ubicuidad en biología molecular, hidratos de carbono han sido objetivos de larga data para síntesis química. 1 , 2 , 3 en la base de cualquier campaña sintético es el correcto despliegue de reacciones de glicosilación para construir la cadena de oligosacáridos. 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 no es de extrañar, hay un gran número de métodos para instalar enlaces glucosídicos. 13 , 14 Koenigs-Knorr el método es uno de los procedimientos lo más temprano posible conocidos e implica una glicosil cloruro o bromuro de acoplamiento con un componente alcohólico, generalmente bajo activación de metales pesados (mercurio o plata). 15 fluoruros glycosyl relacionados primero fueron introducidos como donantes en 1981 por el grupo de Mukaiyama y han encontrado uso extenso debido a su mayor estabilidad térmica y química. 16 en el extremo opuesto del espectro de reactividad son glicosil yoduros, que son mucho más reactivos que los otros halides. Mayor reactividad se acompaña de stereocontrol creciente, particularmente cuando formando α-linked oligosacáridos. 17 además de "haloglycosides", thioglycosides han encontrado gran utilidad, en parte, debido a su facilidad de formación, estabilidad a una multitud de condiciones de reacción y la activación con los reactivo electrofílico. 18
Los métodos descritos anteriormente foco sobre la conversión de un alcohol anomérico a un "sin oxígeno" que contiene, latente dejando el grupo que está activado y finalmente desplazada por un alcohol de una molécula aceptora. Activación de oxígeno anomérico descrito por la escuela Schmidt, se centra en convertir el oxígeno de C1, a un grupo dejando. 19 este método es el más potente y ampliamente utilizado en las reacciones químicas glicosilación. Los donantes Trichloroacetimidate se preparan fácilmente de un azúcar reductor y trichloroacetonitrile en presencia de una base como el carbonato de potasio (K2CO3) o 1, 8-Diazabiciclo [5.4.0] undéc-7-eno (DBU). Estas especies se activan utilizando ácidos de Lewis. 20
Recientemente, nos han informado que los donantes 2-azido-1-trichloroacetimidate se pueden preparar directamente de glycals. El proceso implica una reacción en dos, uno de otro procedimiento de los ésteres de 2-azido-1-nitrato. 21 este protocolo detallado está diseñado para ayudar a los profesionales para completar con éxito la transformación de alto rendimiento. De particular interés es el primer paso de la secuencia, que se centra en térmica Desnitruración en microondas - asistida por calefacción. También esperamos proporcionar un tutorial visual en el empleo de reactores de microondas en síntesis orgánica.
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Protocol
1. representante de microonda-asistida Desnitruración
- Coloque el éster de nitrato azido (1.0 equiv, 0,2 mmol) en un frasco de reacción de microondas de 8 mL. La magnitud de la reacción se puede aumentar a varios mmol sin ningún efecto adverso sobre el progreso de la reacción.
- El éster de azido-nitrato en acetona al 20% AQ (0,1 M, 2,0 mL) se disuelven. Añadir piridina (5,0 equivalente, 0,08 mL, 1,0 mmol) en el recipiente de la reacción. La tapa del frasco de irradiación de microondas y colocar el recipiente de la reacción en una cavidad de reactor de microondas.
- Irradiar la solución a 120 ° C durante 15 min con agitación y con un tiempo de espera fijo. El tiempo de espera representa cuánto se producirá la irradiación a la temperatura señalada y la presión resultante. Calentar todas las reacciones a la temperatura divulgada durante un período de rampa de 2 minutos. Controlar la temperatura con un sensor incorporado IR.
- Después de 15 min, analizar la mezcla de reacción mediante cromatografía en capa fina (TLC) para confirmar el consumo de material de partida. Utilizar acetato de etilo/hexanes 1:1 como eluyente.
- Visualizar la placa de TLC mediante tinción de molybate de amonio cérico. Rf del reactivo y del producto variarán, pero el alcohol reducción es generalmente 0.05 a 0.1 menor Rf que el reactivo.
2. formación de la trichloroacetimidate
- Tras consumo completo de material de partida, se evapora el disolvente a un volumen reducido con una línea aérea. Luego diluir con (diclorometano) CH2Cl2 (1,0 mL) y utilizar una jeringa para eliminar la capa de agua. Una vez retirada la capa de agua, enfriar la mezcla de reacción a 0 ° C usando un baño de agua helada.
- A continuación, añadir DBU (eq 10, 0.3 mL, 1,9 mmol) y 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 eq, 1,0 mL, 10 mmol) en el recipiente de la reacción. Se añaden dos reactivos en exceso y se necesita un mínimo de 1 equivalente de base y 1 equivalente de 2,2,2-trichloroacetonitrile.
- Deje que la mezcla de reacción agitar y calentar a temperatura ambiente. Vigilar la reacción por el TLC para confirmar el consumo de material de partida.
- Utilizar acetato de etilo/hexanes 1:1 como eluyente. Visualizar la placa de TLC mediante tinción de molybate de amonio cérico. Rf del reactivo y del producto variará.
- Después de la consumición completa del material de partida, transferir la mezcla de reacción a un matraz de recuperación y concentrar la mezcla en vacío a 30 ° C. Evaporación del disolvente proveerá un crudo amarillo pálido a marrón aceite.
- Purifique el producto crudo por cromatografía de columna de gel de silicona con una columna de cromatografía de 1,5 cm y de 1:4 acetato de etilo/hexanes como eluyente. La forma física de la imidate variará de molécula a molécula.
Figura 1. Ejemplos representativos de la conversión de un pote de ésteres de 2-azido-1-nitrato al 2-azido-1-trichloroimidates. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Representative Results
La tecnología descrita fue demostrada en un grupo de tres ésteres de 2-azido-1-nitrato. En cada caso el primer paso de la reacción era completado dentro de 20 minutos.
Figura 2. Ejemplo de hidrólisis (1 ->2) y la conversión de un pote de ester 2-azido-1-nitrato de 1 (1->3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta 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 mezcla de 11:1:6 (manno - alfa / alfa gluco-/ beta gluco-) configurado azidonitrate ésteres 1 (1,0 equiv, 0,133 g, 0,20 mmol) fue disuelto en acetona al 20% AQ (2.0 mL) y tratados con piridina (5,0 equivalente 1,0 mmol, 0.8 mL). La reacción fue calentada por irradiación de microondas a 120 ° C durante 10 minutos. A continuación, la mezcla de reacción se enfría a 0 ° C y tratada con CH2Cl2 (1,0 mL). Se ha eliminado la capa acuosa de la reacción. Entonces la reacción se agregó DBU (10 equiv, 0,3 mL, 1,9 mmol) y 2,2,2-trichloroacetonitrile (50 equiv, 1,0 mL, 10 mmol). 15 se le permitió la reacción caliente a rt. Después de la consumición completa del material de partida, la mezcla fue concentrado en vacío. El petróleo crudo se purificó mediante cromatografía flash (10:3 - 1:1 hexanes / EtOAc) darle un 5:1 (gluco-/ manno-) mezcla de productos imidate alfa 3 (0,133 g, 0,174 mmol, 87% en conjunto). Bajo estas condiciones de reacción manno-configurar material de partida es más resistente a la hidrólisis como se mencionó anteriormente. En esta reacción, > 95% de gluco-configurar material de partida fue convertido con éxito a alfa imidate 3 mientras que el 62% de la manno-configurado material de partida se convirtió en producto imidate. Datos espectroscópicos de acuerdo con datos previamente registrados21. Como una mezcla de isómeros de C-2 complejo: 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 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), 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 RMN (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. Ejemplo de hidrólisis (4 ->5) y la conversión de un pote de ester 2-azido-1-nitrato de 4 (4->6). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
((acetato de 3aR,4R,7R,7aR)-7-azido-6-hydroxy-2,2-dimethyltetrahydro-4H-[1,3]dioxolo[4,5-c]pyran-4-yl)methyl (6). Azidonitrate ester 4 (1,0 equiv, 0,150 g, 0.451 mmol) en una solución de 1:4 (4,0 mL) de agua/acetona y piridina (5,0 equivalente, 0,18 mL, 2.26 mmol) fue calentado por irradiación de microondas a 110 ° C durante 10 minutos. Entonces, la reacción fue vial se concentró en una corriente de aire para reducir la mezcla solvente a ~1/2 su volumen inicial. La mezcla de crudo de reacción se agregó CH2Cl2 (4,0 mL). Se ha eliminado la capa acuosa de la reacción. La reacción se adicionaron DBU (2,0 equiv, 0,14 mL, 0.90 mmol) y 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 equiv, 0,45 mL, 4,51 mmol) a 0 ° C. En 30 minutos, la reacción se concentró a un crudo marrón oscuro. El petróleo crudo se pasa a través de un tapón de gel de sílice en un embudo de filtro concentrado y purificado mediante cromatografía flash (2:5 EtOAc/hexanes) darle un imidate de 34: 1 mezcla (alfa/beta) 6 (0,189 g, 0.438 mmol, > 95%) como un aceite amarillo. Datos espectroscópicos de acuerdo con datos previamente registrados21. Rƒ 0.26 (1:3 EtOAc/hexanes); [Α] D20 ° +6,63 (c 0.3, CHCl3); IR (película delgada, 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, 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): importe anual calculado para [M+Na]+, C13H17Cl3N4O6, 453.0111, encontrar 453.1277.
Figura 4. Ejemplo de hidrólisis (7 ->8) y la conversión de un pote de ester 2-azido-1-nitrato de 7 (7->9). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Diacetato de 2R,3S,4R,5R,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl y (2R,3S,4R,5S,6R)-2-(acetoxymethyl)-5-azido-6-(2,2,2-trichloro-1-iminoethoxy)tetrahydro-2H-pyran-3,4-diyl Diacetato de (9). Un 1:14.4:27.4 (beta gluco- / alfa manno- / alfa gluco-) mezcla de triacetato 7 (1,0 equiv, 0,438 g, 1.164 mmol) en una solución de 1:4 (10,0 mL) de agua/acetona y piridina (5,0 equivalente, 0,47 mL, 5,82 mmol) fue calentado por irradiación de microondas a 120 ° C por 20 min. Luego, el frasco de reacción se concentró en una corriente de aire para reducir la cantidad inicial de solvente mezcla a ~1/2 de su volumen inicial. La mezcla de crudo de reacción se agregó CH2Cl2 (10,0 mL). Se ha eliminado la capa acuosa de la reacción. La reacción se adicionaron DBU (1,0 equiv, 0,18 mL, 1.164 mmol) y 2,2,2-trichloroacetonitrile (10 equiv, 1,2 mL, 11.64 mmol) a 0 ° C. En 1 h, la reacción fue una luz naranja y el pH de la reacción de mezcla fue de 7. Adicional DBU (1,0 equiv, 0,18 mL, 1.164 mmol) fue agregado y la reacción rápidamente volvió a su característico color marrón oscuro. A las 3 h, la reacción se concentró a crudo marrón oscuro. El petróleo crudo se purificó mediante cromatografía flash (2:5 EtOAc/hexanes) para dar un 1:1.7 gluco- / manno - configurado mezcla de imidate alfa 9 (0,3758 g, 0.790 mmol, 68%) como un aceite amarillo. Datos espectroscópicos de acuerdo con datos previamente registrados21. 1 H RMN (400 MHz, CDCl3): como una mezcla compleja de isómeros: 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, Hz 3,8), 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 RMN (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 Espectros de H y 13C 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6. 1 Espectros de H y 13C 6. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7. 1 H y 13C espectros de 9. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
El protocolo descrito en este tutorial proporciona un método para convertir ésteres de nitrato a la funcionalidad útil, reactiva. En un sentido más amplio, empleando un reactor de microondas para completar maniobras específicas en el transcurso de una síntesis de hidratos de carbono tiene el potencial para hacer transformaciones difíciles fáciles y rutinarias. Nuestro objetivo en este tutorial es demostrar cómo manejar los hidratos de carbono en el contexto de la irradiación de microondas.
En el caso de la reacción de los padres, los esfuerzos anteriores para lograr Desnitruración típicamente han confiado en reactivos fuertemente nucleofílico y prolongado tiempo de reacción. La fuerza de la tecnología descrita en este documento es que el microondas proporciona calefacción de alta potencia en un intervalo muy corto, permitiendo la manipulación cuantitativa de un éster de nitrato anomérico. Hasta el momento, el método funciona mejor con compuestos que son glucosa configurada en C2 es decir alcohol "Ecuatorial" en esta posición. Compuestos que disponen de configuración de la manosa "axial" en C2 deben ser sometidos a irradiación prolongada, ya que son resistentes a la hidrólisis. Mientras que la reacción se lleva a cabo en presencia de base para secuestrar el ácido producido en la nitración de, base puede ser excluida para las moléculas que no son ácidas lábiles. Por otra parte, tiempos de reacción puede incrementarse para hidrolizar las moléculas que son resistentes a la reacción (es decir, azúcares peracetylated). En cuanto a la purificación, puede purificar el alcohol producido después de la reacción de microondas.
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Disclosures
Los autores tienen intereses financieros que compiten.
Acknowledgments
Los autores desean reconocer la Universidad de Vanderbilt y el Instituto de Biología química para apoyo financiero. Sr. Ellis de Berkley y Prof. John McLean son reconocidos por análisis espectral de masa de alta resolución.
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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