Summary
1-aryl-1H-pyrazole-5-aminer fremstilles fra aryl hydrazines kombinert med enten 3-aminocrotononitrile eller en α-cyanoketone i en 1 M HCL-løsning ved hjelp av en mikrobølgeovn reaktor. De fleste reaksjonene er gjort i 10-15 minutter og rent produkt kan fås via vakuum filtrering med typiske isolerte avlinger på 70-90%.
Abstract
En syntetisk prosess for utarbeidelse av en rekke 1-aryl-1H-pyrazole-5-aminer ble utviklet. Den mikrobølgeovn-mediert natur denne metoden gjør det effektivt i både tid og ressurser og utnytter vann som løsningsmiddel. 3-Aminocrotononitrile eller en passende α-cyanoketone kombineres med en aryl hydrazin og oppløst i 1 M HCl. Blandingen varmes deretter opp i en mikrobølgeovn reaktor ved 150 ° c, typisk for 10-15 min. Produktet kan lett fås ved basifying løsningen med 10% NaOH og isolere den ønskede forbindelsen med en enkel vakuum filtrering. Bruken av vann som et løsemiddel i denne reaksjonen gir sin letthet og nytte i produksjon, og denne metoden er lett reproduserbar med en rekke funksjonelle grupper. Typisk isolerte gir spenner fra 70-90%, og reaksjoner kan utføres på milligram til gram skala med liten eller ingen endring i observerte rentene. Noen av programmene av disse molekylene og deres derivater inkluderer plantevernmidler, anti-malarials, og chemotherapeutics, blant mange andre.
Introduction
Drivkraften til å skape en strømlinjeformet syntese av 1-aryl-1H-pyrazole-5-aminer skyldes myriade av anvendelser av disse små molekylene. De vises i kinase hemmere1, antibiotika2, plantevernmidler3, og blant mange andre biologisk aktive forbindelser4,5. Syntetiske ordninger for disse forbindelsene er rikelig, men de fleste involverer komplekse isolasjon og rensing teknikker. En vanlig metode innebærer reflux av aryl hydrazin og 3-aminocrotononitrile i enten alkoholholdige eller vandige løsninger etterfulgt av en påfølgende rensing via kromatografi og/eller omkrystallisering6,7, 8,9,10. En håndfull isolerte rapporter har detaljert syntesen av disse forbindelsene ved hjelp av mikrobølger, men alle nødvendige omfattende oppvarmingstid og tilbød liten fordel i forhold til andre tidligere rapporterte metoder11,12 .
Til tross for deres nytte, er det et begrenset antall 1-aryl-1H-pyrazole-5-aminer tilgjengelig fra kommersielle leverandører. Vi har nylig hatt suksess forbereder nitrogen heterocycles ved hjelp av en mikrobølgeovn reaktor13 og bestemte seg for å undersøke en relatert metodikk for pyrazole-5-Amin analogs. I dette dokumentet, detalj vi vår prosedyre for å forberede 1-aryl-1H-pyrazole-5-aminer ved å reagere en aryl hydrazin med enten 3-aminocrotononitrile eller en α-cyanoketone i 1 M HCL under mikrobølger. Fordelene med denne prosedyren inkluderer en kort reaksjonstid og evnen til å innlemme en rekke funksjonelle grupper, inkludert halogenider, nitriles, fenoler, sulfoner og Nitro grupper14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
FORSIKTIG: gå gjennom alle relevante sikkerhetsdatablad (muskel-og skjelett) før bruk. Følg alle aktuelle sikkerhetsrutiner ved bruk av mikrobølgeovn reaktoren inkludert gjennomgang av mikrobølgeovn reaktoren protokoller og bruk av personlig verneutstyr (vernebriller, hansker, Lab coat, full lengde bukser, lukket-tå sko). Denne prosedyren er utformet for å fungere med en aryl hydrazin og enten 3-aminocrotononitrile eller en α-cyanoketone. Den aktuelle mikrobølgeovn hetteglasset og rør bar bør brukes i henhold til omfanget av reaksjonen som angitt av produsenten.
1. utarbeidelse av reaksjons blanding
Merk: følgende reaksjon mellom 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride og 3-aminocrotononitrile på en 2 mmol skala er representativ. Prosedyren er identisk når du erstatter α-cyanoketones i stedet for 3-aminocrotononitrile14.
- Skaff en mikrobølgeovn hetteglass designet for reaksjons volumer på 2-5 mL som har blitt tørket over natten i en glass ovn og legge til en passende røre bar.
- Tilsett 0,325 g av 4-fluorophenylhydrazine hydroklorid (1 EQUIV., 2 mmol) og 0,164 g av 3-aminocrotononitrile (1 EQUIV., 2 mmol) til mikrobølgeovnen hetteglasset.
- Tilsett 5 mL 1 M HCl for å gjøre konsentrasjonen av Start reagenser som 0,4 M. ved hjelp av en rør plate, sørg for at den heterogene suspensjonen er rørt. Tilsett ekstra løsemiddel hvis reaktantene har dårlig løselighet og reaksjonsblandingen ikke kan røres ordentlig. Overfør løsningen til et større hetteglass om nødvendig, for å unngå å overskride løsningsmiddel volumet som er angitt i bruksanvisningen for mikrobølgeovnen.
2. oppvarming reaksjonen i mikrobølgeovnen reaktoren
- Forsegle hetteglasset med et hetteglass deksel med riktig crimper-verktøy.
- Plasser hetteglasset i mikrobølgeovnen. Programmere mikrobølgeovn innstillingene for tid (10 min), temperatur (150 ° c), og absorpsjon (svært høy).
FORSIKTIG: Vær oppmerksom på reaktor trykket under oppvarmingsfasen. Et plutselig fall i trykket kan indikere en lekkasje og/eller fartøy svikt. - Når reaksjonen er avkjølt (< 40 ° c), fjerner du hetteglasset fra mikrobølgeovnen.
- Fjern hetten med et egnet decapper-verktøy.
3. isolering av produktet ved vakuum filtrering
- I en godt ventilert avtrekks hette, klem hetteglasset over en rør plate.
- Tilsett 2 mL 10% NaOH med omrøring for å gjøre løsningen alkalisk og forårsake umiddelbar utfelling av produktet. PH-verdien i løsningen bør være > 10 som indikert av pH-papir. Sonikering og skraping hetteglasset med en slikkepott kan hjelpe til med miksing og dislodging produkt fra fartøy veggene.
Merk: noen produkter olje ut av alkalisk løsning. Hvis dette skjer, overføre løsningen ved hjelp av ~ 20 mL deionisert vann til en separatory trakt og ekstrakt 3x med diklormetan eller etanol acetate. Tørk de kombinerte organiske lagene og fordampe for å få produktet. - Sett opp et vakuum filtrerings apparat for å isolere solid produkt utfelling. Bruk deionisert vann til å skylle eventuelle gjenværende produkter fra hetteglasset og vask det isolerte produktet.
- La produktet tørke over natten på benk toppen eller i en desikator. Isolerte avlinger er vanligvis i 70-90% rekkevidde14.
- Skaff et 1H NMR-spektrum i CDCl3 for å bekrefte produkt identitet og renhet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I denne demonstrasjonen ble 3-aminocrotononitrile og 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride reagerte for å produsere 1-(4-fluorophenyl) -3-metyl-1H-pyrazol-5-Amin (figur 1). Blandingen av Start materialet i mikrobølgeovnen hetteglasset sett i figur 2a viser den heterogene suspensjonen opprettet ved å kombinere Start materialene i 1 M HCL løsemiddel. Det anbefales å pre-mix løsningen i noen sekunder over en rør plate for å sikre at røres Bar kan fritt spinne. Etter at mikrobølgeovnen reaksjonen oppstår, blir løsningen en homogen blanding som sett i figur 2b. Etter omrøring og legge nok 10% NaOH å gjøre løsningen grunnleggende, vil produktet raskt utløse ut av løsningen som vist i figur 2c. Den utfelling kan deretter filtreres og vaskes med deionisert vann produsere solid sett i figur 2d etter tørking. Hvis produktet oljer ut av løsningen (figur 2e), det kan i stedet være isolert ved å utvinne med enten diklormetan eller etanol acetate. Når produktet er isolert og tørket, kan det karakteriseres via NMR å bekrefte syntesen av målet 5-aminopyrazole (Figur 3).
Figur 1 . Syntese av 1-(4-fluorophenyl)-3-metyl-1H-pyrazol-5-Amin. Reaksjons ordning som viser reaksjonen mellom 3-aminocrotononitrile og 4-fluorophenylhydrazine hydrochloride for å oppnå ønsket produkt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 . Bilder av løsningen i løpet av reaksjonen. (a) reaksjons blanding før oppvarming. (b) reaksjons blanding etter oppvarming i mikrobølgeovnen. (c) utfelling av produktet etter tilsetning av nok 10% NaOH å gjøre løsningen alkalisk (pH > 10). (d) utseende på produktet etter isolering av vakuum filtrering. (e) eksempel på et produkt (3-metyl-1-(3-methylphenyl)-1h-pyrazol-5-Amin) som oljer ut av løsningen etter tilsetning av 10% NaOH, som krever en ekstraksjon for å isolere. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3 . 1 den andre H NMR (400 MHz) spektrum av 1-(4-fluorophenyl)-3-metyl-1H-pyrazol-5-Amin i CDCl3. Spectrum demonstrere renheten av produktet isolert med en enkel filtrering. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En rekke 1-aryl-1H-pyrazole-5-aminer ble fremstilt ved å kombinere en α-cyanoketone eller 3-aminocrotonitile med en aryl hydrazin i 1 M HCL og varme opp oppløsningen til 150 ° c i en mikrobølgeovn. Nesten alle forbindelser ble syntetisert i 10-15 min, med den tregeste substrat som krever 35 min av oppvarming14. Bruk av vann som løsningsmiddel gir mulighet for rask oppvarming av løsningen og minimerer bruken av farlige organiske løsemidler.
Høyere temperatur og trykk kan sikkert oppnås i mikrobølgeovn reaktorer, men reaksjonen blandingen ble bare oppvarmet til 150 ° c for å holde driftstrykk under 10 bar som et spørsmål om sikkerhet. Høyere temperaturer vil forventes å redusere reaksjonstider og mange kommersielle mikrobølgeovner kan håndtere høyere trykk. Men vår erfaring er at reaktoren fartøyet svikt blir mye hyppigere ved press over 15 bar og noen organiske reaktantene brytes ved høyere temperaturer.
Noen underlag viste begrenset løselighet i 1 M HCl, men solubilize som reaksjonen utvikler seg (figur 2). Men hvis underlag ikke oppløses i noen merkbar grad i reaktoren fartøyet, kan dette føre til at røre bar å bli sittende fast og føre til en mislykket reaksjon. Som med alle mikrobølgeovn reaksjoner, er riktig omrøring kritisk til reaksjons suksess, som de fleste bølgeledere direkte strålingen til toppen av løsningen, noe som gjør en rørt løsning avgjørende for å fordele varmen og opprettholde en jevn varme fordelings profil. I disse tilfellene kan mer løsemiddel brukes til å sikre riktig omrøring av løsningen. Selv om høyere konsentrasjoner av HCl også kan brukes, så vi ingen merkbar forskjell i enten reaksjonstider eller løselighet av reaktantene. Lavere konsentrasjoner av HCl, men førte til tykke suspensjoner som ikke kunne røres effektivt. Når reaksjonen er basified, de fleste forbindelser lett å fremskynde fra løsningen og er lett fanges via vakuum filtrering. Noen forbindelser, men kan oljen ut i løsningen. I disse tilfellene er det nødvendig med en væske-væske-ekstraksjon med enten etanol eller diklormetan for å isolere produktet.
Avslutningsvis gjør denne metodikken for rask utarbeidelse av 1-aryl-1H-pyrazole-5-aminer uten behov for omfattende rensing protokoller som finnes i andre rapporterte prosedyre. Den enkle prosedyren og workup gjør at de fleste produkter kan isoleres på mindre enn 1 time, og bruk av vann som løsningsmiddelet bidrar til å forbedre sikkerheten og redusere miljøpåvirkningen og avhendings kostnadene. Denne prosedyren tåler et bredt spekter av funksjonelle grupper, og vi forventer videre produksjon av romanen forbindelser utnytte denne metodikken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Denne forskningen ble støttet av 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.
