Summary
1-Aryl-1H-ピラゾール-5-アミンは、マイクロ波反応器を用いた1M HCl溶液中の3-アミノクロトノニトリルまたはα-シアノケトンのいずれかと組み合わせたアリルヒドラジンから調製される。ほとんどの反応は10-15分で行われ、純粋な製品は70-90%の典型的な絶縁収率で真空濾過を介して得ることができます。
Abstract
様々な1-aryl-1H-ピラゾール-5-アミンの調製のための合成プロセスが開発された。この方法のマイクロ波媒介性は、時間と資源の両方で効率的になり、水を溶媒として利用します。3-アミノクロトノニトリルまたは適切なα-シアノケトンは、アリルヒドラジンと組み合わせ、1M HClに溶解する。混合物は、通常10〜15分間、150°Cでマイクロ波反応器で加熱されます。製品は、10%NaOHで溶液を基化し、簡単な真空濾過で所望の化合物を単一化することによって容易に得ることができる。この反応の溶媒としての水の使用は、生産におけるその容易さと有用性に適しており、この方法は、様々な機能基で容易に再現可能です。典型的な絶縁収率は70〜90%の範囲であり、反応は観察された収率のほとんどまたは全く変化なしでグラムスケールにミリグラムで行うことができる。これらの分子とその誘導体の用途のいくつかは、農薬、抗マラリア、および化学療法、他の多くの中で含まれます。
Introduction
1-aryl-1H-ピラゾール-5-アミンの合理化された合成を作成する原動力は、これらの小分子の無数のアプリケーションによるものです。それらはキナーゼ阻害剤1、抗生物質2、農薬3、および他の多くの生物学的活性化合物4、5に現れる。これらの化合物の合成スキームは豊富ですが、ほとんどは複雑な分離および精製技術を伴います。一般的な方法は、アルコールまたは水溶液の中でアリルヒドラジンおよび3-アミノクロトノニトリルの還流を含み、その後クロマトグラフィーおよび/または再結晶6、7、その後の精製を行う。 8,9,10.一握りの孤立したレポートは、マイクロ波放射を使用してこれらの化合物の合成を詳細に説明しているが、すべての広範な加熱時間を必要とし、他の以前に報告された方法11、12と比較した場合、ほとんど利点を提供しました.
その有用性にもかかわらず, 商業ベンダーから入手可能な 1-aryl-1H-ピラゾール-5-アミンの限られた数があります。.我々は最近、マイクロ波反応器13を用いた窒素ヘテロサイクルの調製に成功し、ピラゾール-5-アミン類似体の関連方法論を調査することにした。本論文では、マイクロ波放射線下で3-アミノクロトノニトリルまたはα-シアノケトンのいずれかで3-アミノクロトノニトリルまたはα-シアノケトンを反応させ、1-aryl-1 H-ピラゾール-5-アミンを調製する手順を詳述する。この手順の利点は、短い反応時間とハロゲン化物、ニトリル、フェノール、スルホンおよびニトロ基14を含む様々な機能基を組み込む能力を含む。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
注意: 使用する前に、関連するすべての材料安全データ シート (MSDS) を確認してください。マイクロ波原子炉プロトコルの見直しや個人用保護具(安全メガネ、手袋、ラボコート、フルレングスパンツ、クローズドトーシューズ)の使用など、マイクロ波原子炉を使用する際には、適切な安全対策に従ってください。この手順は、3-アミノクロトノニトリルまたはα-シアノケトンのいずれかを使用して動作するように設計されています。適切なマイクロ波バイアルと攪拌バーは、メーカーが指定した反応のスケールに応じて使用する必要があります。
1. 反応混合物の調製
注:2mmolスケールの4-フルオロフェニルヒドラジン塩酸塩と3-アミノクロトノニトリルとの間の以下の反応が代表的である。この手順は、3-アミノクロトノニトリル14の代わりにα-シアノケトンを置換する場合と同一である。
- ガラス製品のオーブンで一晩乾燥させた2-5 mLの反応量のために設計された電子レンジバイアルを取得し、適切な攪拌バーを追加します。
- 4-フッ素ヘニルヒドラジン塩酸塩(1等温、2mmol)の0.325gと3-アミノクロトノニトリル(1等味、2mmol)の0.164gをマイクロ波バイアルに加えます。
- 1M HClの5mLを加えて開始試薬の濃度を0.4Mにし、攪拌板を用いて、異種懸濁液が撹拌されることを確認する。反応物の溶解度が悪く、反応混合物が適切に撹拌できない場合は、追加の溶媒を追加します。必要に応じて溶液を大きなバイアルに移し、マイクロ波反応器の操作マニュアルで規定されている推奨溶媒量を超えないようにする。
2. マイクロ波反応器での反応を加熱する
- 適切なクリンパーツールを使用して、電子レンジバイアルキャップで電子レンジバイアルを密封します。
- バイアルをマイクロ波反応器に入れます。時間(10分)、温度(150°C)、および吸収(非常に高い)のマイクロ波設定をプログラムします。
注意:加熱段階では、原子炉の圧力に注意してください。急激な圧力低下は、漏れや容器の故障を示している可能性があります。 - 反応が冷却されたら(< 40 °C)、マイクロ波反応器からバイアルを取り出します。
- 適切なデキャッパー ツールを使用してキャップを取り外します。
3. 真空濾過による製品の分離
- 換気の良いヒュームフードで、マイクロ波バイアルを攪拌プレートの上に締め付けます。
- 溶液アルカリ性を作り、製品の即時沈殿を引き起こすために攪拌で10%NaOHの2 mLを追加します。溶液のpHは、pH紙で示すように>10でなければなりません。超音波処理とへらでバイアルを削り取り、容器の壁から製品を混合し、取り外すことに役立ちます。
注:一部の製品は、アルカリ性溶液から油を供給しています。これが発生した場合は、脱イオン水の〜20 mLの助けを借りて溶液を分離漏斗に移し、ジクロロメタンまたは酢酸エチルで3倍抽出する。組み合わせた有機層を乾燥させ、蒸発して製品を得る。 - 固形物沈殿物を分離する真空濾過装置を設置する。脱イオン水を使用して、電子レンジバイアルから残りの製品を洗い流し、単離された製品を洗浄します。
- 製品をベンチトップまたはデシケータで一晩乾燥させます。絶縁収率は、通常、70〜90%の範囲14である。
- CDCl3で1H NMR スペクトルを取得し、製品の同一性と純度を確認します。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
本実証では、3-アミノクロトノニトリルおよび4-フルオロフェニルヒドラジン塩酸塩を反応させ、1-(4-フルオロフェニル)-3-メチル-1H-ピラゾル-5-アミン(図1)を産生した。図2に見られるマイクロ波バイアル中の開始物質の混合物は、1M HCl溶媒中の開始材料を組み合わせることによって生み出される不均一な懸濁液を示す。攪拌バーが自由に回転できることを確認するために、攪拌プレート上で数秒間溶液を事前に混合することをお勧めします。マイクロ波反応が起こった後、溶液は図2bに見られるように均質な混合物となる。溶液を基礎にするために十分な10%NaOHを攪拌して追加した後、製品は図2cに示すように溶液から急速に沈殿します。その後、沈殿物を濾過し、乾燥後に図2dに見られる固体を作り出す脱イオン水で洗浄することができる。製品油が溶液から出した場合(図2e)、代わりにジクロロメタンまたは酢酸エチルのいずれかで抽出して単離することができる。製品を単離して乾燥させた後、NMRを介して標的5-アミノピラゾールの合成を確認することを特徴付けることができる(図3)。
図 1.1-(4-フルオロフェニル)-3-メチル-1H-ピラゾール-5-アミンの合成。 3-アミノクロトノニトリルと4-フルオロフェニルヒドラジン塩酸塩との反応を示す反応スキームは、所望の製品を得る。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 2.反応の過程で溶液の画像。(a)加熱前の反応混合物。(b)電子レンジで加熱した後の反応混合物。(c)溶液アルカリ性を作るのに十分な10%NaOHを添加した後の製品の沈殿(pH>10)。(d)真空濾過による単離後の製品の外観。 (e)10%NaOHを添加した後に溶液から油を出す製品(3-メチル-1-(3-メチルフェニル)-1H-ピラゾル-5-アミン)の例は、単離するために抽出を必要とする。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図 3.1H NMR (400 MHz) スペクトル 1-(4-フルオロフェニル)-3-メチル-1H-ピラゾール-5-CDCl3のアミン. 単純な濾過によって単離された製品の純度を実証するスペクトル。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
α-シアノケトンまたは3-アミノクロトニタイルを1M HClでアリルヒドラジンと組み合わせ、マイクロ波反応器で150°Cに加熱することにより、多数の1-aryl-1 H-ピラゾール-5-アミンを調製した。ほぼすべての化合物は10〜15分で合成され、最も遅い基板は14を加熱する35分を必要とする。溶媒としての水の使用は、溶液の迅速な加熱を可能にし、有害な有機溶媒の使用を最小限に抑えます。
マイクロ波原子炉では、より高い温度と圧力を確実に実現できますが、安全上の問題として10気圧以下の動作圧力を維持するために、反応混合物を150°Cに加熱しただけです。より高い温度は反応時間を減らすことが期待され、多くの商業マイクロ波反応器は、より高い圧力を扱うことができます。しかし、私たちの経験では、原子炉容器の故障は15バール以上の圧力ではるかに頻繁になり、一部の有機反応物はより高い温度で分解されます。
一部の基板は1M HClで限られた溶解性を示したが、反応が進行するにつれて可溶化する(図2)。しかし、基板が原子炉容器内のかなりの程度まで溶解しない場合、攪拌バーが立ち往生し、反応が失敗する可能性があります。すべてのマイクロ波反応と同様に、ほとんどの導波路が溶液の上部に放射線を向けるので、適切な撹拌は反応の成功に不可欠であり、熱を分配し、均一な熱分布プロファイルを維持するために重要な攪拌溶液を作ります。これらの場合、より多くの溶媒を使用して、溶液の適切な撹拌を確保することができる。HClの高濃度も使用できますが、反応時間や反応物の溶解性に顕著な差は見られなかった。しかし、HClの濃度が低いと、効率的に撹拌できなかった厚い懸濁液が生じます。反応が基礎化されると、化合物の大部分は溶液から容易に沈殿し、真空濾過を介して容易に捕捉されます。しかし、一部の化合物は、溶液中でオイルアウトする可能性があります。これらの場合、製品を単離するには酢酸エチルまたはジクロロメタンのいずれかの液体-液体抽出が必要です。
結論として、この方法論は、他の報告された手順で見つかった広範な精製プロトコルを必要とせずに、1-aryl-1 H-ピラゾール-5-アミンの迅速な調製を可能にする。手順およびワークアップの容易さは1時間未満でほとんどのプロダクトを隔離することを可能にし、溶媒として水の使用は安全を改善し、環境影響および処分費用を減らすのに役立つ。この手順は、幅広い官能基を許容し、この方法論を利用した新規化合物のさらなる生産を期待する。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
著者は何も開示していない。
Acknowledgments
この研究はビルとリンダ・フロスト基金によって支援されました。
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.
