Summary
1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer fremstilles af aryl hydraziner kombineret med enten 3-aminocrotononitril eller en α-cyanoketon i en 1 M HCL-opløsning ved hjælp af en mikrobølge reaktor. De fleste reaktioner er udført i 10-15 minutter og rent produkt kan opnås via vakuum filtrering med typiske isolerede udbytter på 70-90%.
Abstract
En syntetisk proces til fremstilling af en række 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer blev udviklet. Mikrobølge-medieret karakter af denne metode gør det effektivt i både tid og ressourcer og udnytter vand som opløsningsmiddel. 3-aminocrotononitril eller en passende α-cyanoketon er kombineret med en aryl Hydrazin og opløst i 1 M HCl. Blandingen opvarmes derefter i en mikrobølge reaktor ved 150 °C, typisk for 10-15 min. Produktet kan let opnås ved at basificere opløsningen med 10% NaOH og isolere den ønskede forbindelse med en simpel vakuum filtrering. Brugen af vand som opløsningsmiddel i denne reaktion egner sig til dets lethed og nytte i produktionen, og denne metode er let reproducerbar med en række funktionelle grupper. Typiske isolerede udbytter spænder fra 70-90%, og reaktioner kan udføres på milligram til gram skala med lidt at ingen ændring i observerede udbytter. Nogle af de anvendelser af disse molekyler og deres derivater omfatter pesticider, anti-malarials, og kemoterapeutika, blandt mange andre.
Introduction
Tilskyndelsen til at skabe en strømlinet syntese af 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer er på grund af myriader af anvendelser af disse små molekyler. De optræder i kinasehæmmere1, antibiotika2, pesticider3, og blandt mange andre biologisk aktive forbindelser4,5. Syntetiske ordninger for disse forbindelser er rigelige, men de fleste involverer komplekse isolering og rensning teknikker. En fælles metode omfatter refluks af aryl Hydrazin og 3-aminocrotononitril i enten alkoholiske eller vandige opløsninger efterfulgt af en efterfølgende rensning via kromatografi og/eller omkrystallisering6,7, 8,9,10. En håndfuld af isolerede rapporter har detaljeret syntesen af disse forbindelser ved hjælp af mikrobølgestråling, men alle krævede omfattende opvarmningstid og tilbød lille fordel i forhold til andre tidligere rapporterede metoder11,12 .
På trods af deres nytte, der er et begrænset antal af 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer tilgængelige fra kommercielle leverandører. Vi har for nylig haft succes med at forberede kvælstof heterocycles ved hjælp af en mikrobølgeovn reaktor13 og besluttede at undersøge en relateret metode til pyrazol-5-Amin analoger. I dette dokument beskriver vi vores procedure for at forberede 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer ved at reagere på en aryl hydrazin med enten 3-aminocrotononitril eller en α-cyanoketon i 1 M HCL under mikrobølgestråling. Fordelene ved denne procedure omfatter en kort reaktionstid og evnen til at indarbejde en række funktionelle grupper, herunder halogenider, nitriler, phenoler, sulfoner og Nitro grupper14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Forsigtig: Læs alle relevante sikkerhedsdatablade (MSDS) før brug. Følg al relevant sikkerhedspraksis ved brug af mikrobølge reaktoren, herunder gennemgang af mikrobølge reaktor protokollerne og brug af personlige værnemidler (sikkerhedsbriller, handsker, laboratorie frakke, bukser i fuld længde, lukkede sko). Denne procedure er konstrueret til at fungere ved hjælp af en aryl Hydrazin og enten 3-aminocrotononitril eller en α-cyanoketon. Det passende mikrobølge hætteglas og røre stang skal anvendes i henhold til reaktions skalaen som specificeret af fabrikanten.
1. forberedelse af reaktionsblandingen
Bemærk: følgende reaktion mellem 4-fluorophenylhydrazin-hydrochlorid og 3-aminocrotononitril på en 2 mmol-skala er repræsentativ. Proceduren er identisk ved substitution af α-cyanoketoner i stedet for 3-aminocrotononitril14.
- Få et hætteglas af mikrobølgeovnen beregnet til reaktions volumener på 2-5 mL, som er blevet tørret natten over i en glas ovn, og tilsæt en passende røre stang.
- Der tilsættes 0,325 g 4-fluorophenylhydrazin-hydrochlorid (1 equiv., 2 mmol) og 0,164 g 3-aminocrotononitril (1 equiv., 2 mmol) til hætteglasset med mikrobølger.
- Der tilsættes 5 mL 1 M HCl for at gøre koncentrationen af start reagenser til 0,4 M. Sørg for, at den heterogene suspension omrøres ved hjælp af en Omrørs plade. Tilsæt yderligere opløsningsmiddel, hvis reaktanter har ringe opløselighed, og reaktionsblandingen ikke kan omrøres korrekt. Opløsningen overføres til et større hætteglas, hvis det er nødvendigt for at undgå at overskride den anbefalede opløsnings volumen som specificeret i betjeningsvejledningen til mikrobølge reaktoren.
2. opvarmning af reaktionen i mikrobølge reaktoren
- Forsegl mikrobølge hætteglasset med et hætteglas med mikrobølger ved hjælp af det relevante crimper-værktøj.
- Anbring hætteglasset i mikrobølge reaktoren. Program mikrobølge indstillingerne for tid (10 minutter), temperatur (150 °C) og absorption (meget høj).
Forsigtig: Vær opmærksom på reaktor trykket under opvarmningsfasen. Et pludseligt fald i trykket kan indikere en lækage og/eller et fartøjs svigt. - Når reaktionen er afkølet (< 40 °C), fjernes hætteglasset fra mikrobølge reaktoren.
- Fjern hætten ved hjælp af et passende decapper-værktøj.
3. isolering af produktet ved vakuum filtrering
- I et godt ventileret stinkskab skal du klemme mikrobølge flasken over en omrøre plade.
- Tilsæt 2 mL 10% NaOH med omrøring for at gøre opløsningen alkalisk og forårsage øjeblikkelig udfældning af produktet. Opløsningens pH skal være > 10 som angivet ved pH-papir. Sonikering og skrabning af hætteglasset med en spatel kan hjælpe med blanding og desintering produkt fra skibet vægge.
Bemærk: nogle produkter olie ud af den alkaliske opløsning. Hvis dette sker, overføres opløsningen ved hjælp af ~ 20 mL afioniseret vand til en skilletragt og ekstraherer 3x med dichlormethan eller ethylacetat. Tør de kombinerede organiske lag og fordampe for at opnå produktet. - Opret et vakuum filtrerings apparat for at isolere fast produkt bundfald. Brug deioniseret vand til at skylle det resterende produkt fra mikrobølgeovnen, og vask det isolerede produkt.
- Lad produktet tørre natten over på bordpladen eller i en desiccator. Isolerede udbytter er typisk i 70-90%-intervallet14.
- Få et 1H NMR-spektrum i cdcl3 for at bekræfte produktets identitet og renhed.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I denne demonstration blev 3-aminocrotononitril og 4-fluorophenylhydrazin-hydrochlorid reageret for at producere 1-(4-fluorophenyl) -3-methyl-1H-pyrazol-5-Amin (figur 1). Blandingen af udgangsmaterialet i mikrobølge flasken set i figur 2a viser den heterogene suspension, der er skabt ved at kombinere udgangsmaterialerne i 1 M HCL-opløsningsmidlet. Det anbefales at pre-mix opløsningen i et par sekunder over en røre plade for at sikre, at røre bar kan frit spin. Når mikrobølge reaktionen indtræffer, bliver opløsningen en homogen blanding som vist i figur 2b. Efter omrøring og tilsætning af nok 10% NaOH til at gøre opløsningen grundlæggende, vil produktet hurtigt udfælde ud af opløsningen som vist i figur 2c. Bundfaldet kan derefter filtreres og vaskes med deioniseret vand, der frembringer det faste stof, der er set i figur 2d efter tørring. Hvis produktet olier ud af opløsning (figur 2e), kan det i stedet isoleres ved udvinding med enten dichlormethan eller ethylacetat. Når produktet er isoleret og tørret, kan det karakteriseres via NMR for at bekræfte syntesen af målet 5-aminopyrazol (figur 3).
Figur 1 . Syntese af 1-(4-fluorophenyl)-3-methyl-1H-pyrazol-5-Amin. Reaktionsordning, der viser reaktionen mellem 3-aminocrotononitril og 4-fluorophenylhydrazin-hydrochlorid for at opnå det ønskede produkt. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 . Billeder af opløsningen i løbet af reaktionen. a) reaktionsblanding før opvarmning. b) reaktionsblanding efter opvarmning i mikrobølgeovnen. c) udfældning af produktet efter tilsætning af nok 10% NaOH til at gøre opløsningen alkalisk (pH > 10). d) produktets udseende efter isolation ved vakuum filtrering. e) eksempel på et produkt (3-methyl-1-(3-methylphenyl)-1H-pyrazol-5-Amin), som olier ud af opløsning efter tilsætning af 10% NaOH, der kræver en ekstraktion for at isolere. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 . 1 af H NMR (400 MHz) spektrum af 1-(4-fluorophenyl)-3-methyl-1H-pyrazol-5-Amin i cdcl3. Spektrum, der demonstrerer renheden af produktet isoleret ved en simpel filtrering. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En række 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer blev fremstillet ved at kombinere en α-cyanoketon eller 3-aminocrotonitile med en aryl hydrazin i 1 M HCl og varme opløsningen til 150 °c i en mikrobølge reaktor. Næsten alle forbindelser blev syntetiseret i 10-15 min, med den langsomste substrat kræver 35 min af opvarmning14. Brugen af vand som opløsningsmiddel giver mulighed for hurtig opvarmning af opløsningen og minimerer brugen af farlige organiske opløsningsmidler.
Højere temperatur og tryk kan helt sikkert opnås i mikrobølge reaktorer, men reaktionsblandingen blev kun opvarmet til 150 °C for at holde driftstrykket under 10 bar som et spørgsmål om sikkerhed. Højere temperaturer forventes at reducere reaktionstiderne, og mange kommercielle mikrobølge reaktorer kan håndtere højere tryk. Men vores erfaring er, at reaktor fartøjs svigt bliver meget hyppigere ved tryk over 15 bar og nogle organiske reaktanter nedbrydes ved højere temperaturer.
Nogle substrater viste begrænset Opløselighed i 1 M HCl, men solubilize som reaktionen skrider frem (figur 2). Hvis substraterne imidlertid ikke opløses mærkbart i reaktorbeholderen, kan det medføre, at røre stangen bliver hængende og fører til en mislykket reaktion. Som med alle mikrobølge reaktioner er korrekt omrøring afgørende for reaktions succesen, da de fleste bølge føringer Diriger strålingen til toppen af opløsningen, hvilket gør en rørt løsning afgørende for at distribuere varmen og vedligeholde en ensartet varme fordelingsprofil. I disse tilfælde kan der anvendes mere opløsningsmiddel til at sikre korrekt omrøring af opløsningen. Mens højere koncentrationer af HCl kan også anvendes, så vi ingen mærkbar forskel i hverken reaktionstider eller opløseligheden af reaktanter. Lavere koncentrationer af HCl førte imidlertid til tykke suspensioner, som ikke kunne omrøres effektivt. Når reaktionen er basificeret, de fleste af forbindelser hurtigt bundfælde fra opløsning og er let fanget via vakuum filtrering. Nogle forbindelser, dog, kan olie ud i opløsning. I disse tilfælde kræves en væske-væskeekstraktion med enten ethylacetat eller dichlormethan for at isolere produktet.
Afslutningsvis, denne metode giver mulighed for hurtig tilberedning af 1-aryl-1H-pyrazol-5-aminer uden behov for omfattende rensnings protokoller findes i andre rapporterede procedure. Den lethed af proceduren og oparbejdningen tillader de fleste produkter, der skal isoleres i mindre end 1 time, og brugen af vand som opløsningsmiddel bidrager til at forbedre sikkerheden og reducere miljøpåvirkningen og bortskaffelse omkostninger. Denne procedure tolererer en bred vifte af funktionelle grupper, og vi forventer yderligere produktion af nye forbindelser, der udnytter denne metode.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Denne forskning blev støttet af Bill og Linda frost fund.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-5mL Microwave vial set | Chemglass | CG-4920-01 | Set includes appropriate stir bars and 20mm aluminum seals |
| Biotage Initiator+ microwave | Biotage | 356007 | Includes crimper and decapper tool. |
| Sonicator | Kendal | Ultrasonic Cleaner GB-928 | |
| Glassware oven | Quincy Lab | 20GC | |
| 4-Fluorophenylhydrazine hydrochloride | Fisher | AC119590100 | |
| 3-Aminocrotonitrile | Fisher | AC152451000 | |
| CDCl3 | Cambridge Labs | DLM-7-100 | 99.8% D |
| Hydrochloric acid, concentrated | Fisher | A144SI-212 | Used to prepare 1 M HCl solution |
| Sodium hydroxide pellets | Fisher | S318-100 | Used to prepare 10% NaOH solution |
References
- Gradler, U., et al. Fragment-based discovery of focal adhesion kinase inhibitors. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 23 (19), 5401-5409 (2013).
- Chandak, N., Kumar, S., Kumar, P., Sharma, C., Aneja, K. R., Sharma, P. K. Exploration of antimicrobial potential of pyrazolo[3,4-b]pyridine scaffold bearing benzenesulfonamide and trifluoromethyl moieties. Medicinal Chemistry Research. 22 (11), 5490-5503 (2013).
- Huo, J., et al. Synthesis and biological activity of novel N-(3-furan-2-yl-1-phenyl-1H-pyrazol-5-yl) amides derivatives. Chinese Chemical Letters. 27 (9), 1547-1550 (2016).
- Anand, D., et al. Antileishmanial activity of pyrazolopyridine derivatives and their potential as an adjunct therapy with miltefosine. Journal of Medicinal Chemistry. 60 (3), 1041-1059 (2017).
- Eldehna, W. M., El-Naggar, D. H., Hamed, A. R., Ibrahim, H. S., Ghabbour, H. A., Abdel-Aziz, H. A. One-pot three-component synthesis of novel spirooxindoles with potential cytotoxic activity against triple-negative breast cancer MDA-MB-231 cells. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry. 33 (1), 309-318 (2017).
- Briebenow, N., et al. Identification and optimization of substituted 5-aminopyrazoles as potent and selective adenosine A1 receptor antagonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 20 (19), 5891-5894 (2010).
- Marinozzi, M., et al. Pyrazole[3,4-e][1,4]thiazepin-7-one derivatives as a novel class of Farnesoid X Receptor (FXR) agonists. Bioorganic & Medicinal Chemistry. 20 (11), 3429-3445 (2012).
- Ochiai, H., et al. Discovery of new orally available active phosphodiesterase inhibitors. Chemical and Pharmaceutical Bulletin. 52 (9), 1098-1104 (2004).
- Ganesan, A., Heathcock, C. H. Synthesis of unsymmetrical pyrazines by reaction of an oxadiazinone with enamines. Journal of Organic Chemistry. 58 (22), 6155-6157 (1993).
- Sumesh, R. V., et al. Multicomponent dipolar cycloaddition strategy: combinatorial synthesis of novel spiro-tethered pyrazolo[3,4-b]quinoline hybrid heterocycles. ACS Combinatorial Science. 18 (5), 262-270 (2016).
- Bagley, M. C., Davis, T., Dix, M. C., Widdowson, C. S., Kipling, D. Microwave-assisted synthesis of N-pyrazole ureas and the p38α inhibitor BIRB 796 for study into accelerated cell ageing. Organic & Biomolecular Chemistry. 4 (22), 4158-4164 (2006).
- Su, W., Lin, T., Cheng, K., Sung, K., Lin, S., Wong, F. An efficient on-pot synthesis of N-(1,3-diphenyl-1H-pyrazol-5-yl)amides. Journal of Heterocyclic Chemistry. 47 (4), 831-837 (2010).
- Eagon, S., Anderson, M. O. Microwave-assisted synthesis of tetrahydro-β-carbolines and β-carbolines. European Journal of Organic Chemistry. (8), 1653-1665 (2014).
- Everson, N., et al.
