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Chemistry

Cercosporin-Fotocalalyzed [4/1]- e [4-2]-Annulations of Azoalkenes In Condizioni lievi

Published: July 17, 2020 doi: 10.3791/60786
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1, 2, 1
1Key Laboratory of Carbohydrate Chemistry and Biotechnology, Ministry of Education, School of Biotechnology, Jiangnan University, 2School of Pharmaceutical Science, Jiangnan University
* These authors contributed equally

Summary

Sono state sviluppate nuove vie per la sintesi di eterocicli contenenti azoto utilizzando la cercosporina come fotocatalizzatore privo di metalli.

Abstract

L'interesse per gli eterocicli contenenti azoto si è rapidamente espanso nella comunità sintetica poiché sono motivi importanti per i nuovi farmaci. Tradizionalmente, sono stati sintetizzati attraverso reazioni di cicloaddition termico, mentre oggi, la fotocatalisi è preferita a causa delle condizioni lievi ed efficienti. Con questa attenzione, un nuovo metodo fotocatalitico per la sintesi di eterocicli contenenti azoto è altamente desiderato. Qui, riportiamo un protocollo per la biosintesi della cercosporina, che potrebbe funzionare come un fotocatalizzatore privo di metalli. Illustramo quindi i protocolli fotocatatalizzati con tossia per la sintesi di eterocicli contenenti azoto 1,2,3-thiadiazoli attraverso l'annulazione di azoalkenes con KSCN, e la sintesi di 1,4,5,6-tetraidroridazine [4,2] attraverso la ciclodimerizzazione degli azoalkeni con KSCN, e la sintesi di 1,4,5,6-tetraidroridazine [4,2] attraverso la ciclodimerizzazione degli azoalkeni con KSCN, e la sintesi di 1,4,5,6-tetraidroridazine [4,2] attraverso la ciclodimerizzazione degli azoalkeni con KSCN, e la sintesi di 1,4,5,6-tetraidroridazine [4,2] attraverso la ciclodimerizzazione degli azoalkeni con KSCN, e la sintesi di 1,4,5,6-tetraidroridazine [4,2] attraverso la ciclodimerizzazione degli azoalkeni con KSCN, e la sintesi di 1,4,5,6-tetraidroridazine [4,2] attraverso la ciclodimerizzazione degli Di conseguenza, c'è un nuovo ponte tra il metodo di fermentazione microbico e la sintesi organica in modo mite, economico, rispettoso dell'ambiente e sostenibile.

Introduction

Gli eterocicli contenenti azoto hanno attirato molta attenzione poiché non sono solo scheletri importanti per una vasta gamma di prodotti naturali con bioattività, ma anche precursori sintetici per agrochimici e molecole di farmaci1,2. Tra i vari N-eterocicli, 1,2,3-thiadiazoles3,4 e 1,4,5,6-tetraidropiridazines5,6 sono le molecole più importanti, che sono utilizzati come intermedi versatili nella chimicasintetica( Figura 1 ). N Poiché la modifica dei loro gruppi funzionali induce sempre attività farmacologiche distintive, sono stati dedicati ampi sforzi allo sviluppo di strategie efficaci per la sintesi di eterocicli contenenti azoto e sono stati per lo più sintetizzati attraverso reazioni di cicloaddition termico7,8,9,10. Al giorno d'oggi, per soddisfare i requisiti di sviluppo sostenibile e chimica verde, la fotocatalisi ha esercitato grande importanza e vantaggi11,12,13,14, che comprende l'efficacia15,16,17,18,19 ed evitare reagenti stoicometrici per l'attivazione20,21. I potenti e versatili intermedi a quattro unità, azoalkenes (1,2-diaza-1,3-dienes)22,23,24,25,26, 27,,,27,29, sono stati impiegati come precursori nelle reazioni metalliche Ru(bpy)3Cl2-fotocatalizzato con alta efficienza per l'annlazione di halogeno hydrazine e chetocarbonyls30.27 Inoltre, è stato utilizzato anche nel sistema fotocatalizzato Eosin Y privo di metalli, ma che offre il prodotto desiderato solo nel 7% di resa. Dal momento che i fotocatalizzatori senza metallo mostrano un grande vantaggio rispetto ai fotocatalizzatori a base metallica di transizione, per quanto riguarda il fattore ambientale e i prezzi più economici18,19, è molto importante sviluppare nuovi sistemi fotocatalitici senza metallo per la sintesi di N-eterocicli.

Cercosporin31,32,33,34,35, ipocrellina36,37,38,3939,40, elsinomimo41 e freicromo42,43 ( Figura2) appartengono a pigmenti perylequinonoid (PQP) in natura e sono prodotti da funghi endofisici, che sono stati ampiamente studiati per quanto riguarda le loro proprietà fotofisiche e fotobiologiche, e applicate nella terapia fotodinamica e nella diagnosi fotofisica, a causa del loro forte assorbimento nella regione UV-vis e delle proprietà uniche della fotosensibilità36,44,45,46,47. Al momento dell'irradiazione, questi PQP possono essere spinti a eccitare lo stato e quindi generare specie attive attraverso il trasferimento di energia (EnT) e il trasferimento di elettroni (ET)35,38,44,48,49,50,51,52,53,54. Così, abbiamo immaginato che questi PQP naturali possono essere utilizzati come fotocatalizzatori "senza metalli" per guidare reazioni organiche, che raramente sono stati studiati55,56,57,58,59.

Qui, riportiamo il protocollo per la biosintesi della cercosporina dalla fermentazione liquida e poi lo applichiamo come fotocatalizzatore privo di metalli per la reazione di anntalizzazione [4/1] di azoalkenes e KSCN, così come la ciclodimerizzazione degli azoalkenes [4,2], che forniscono rispettivamente 1,2,3-thiadiazoles e 1,4,5,6- tetraidropirodazine con elevata efficienza in condizioni miti (Figura 3).

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Protocol

N α-acyl-hydrazones sono stati preparati secondo una procedura pubblicata60.N Tutti i solventi e altri reagenti chimici sono stati ottenuti da fonti commerciali senza ulteriore purificazione. Per la prima volta abbiamo descritto la sintesi di -Halo-N-acyl-hydrazones e la biosintesi della cercosporina come fotocatalizzatore privo di metalli. Successivamente, abbiamo illustrato i protocolli delle reazioni cercosporina-fotocatalizzate per la sintesi di 1,2,3-thiadiazoles e 1,4,5,6-tetraidropyridazine.

APRUDEnza: Tutte le manipolazioni devono essere condotte con cautela indossando guanti, lab-coat e occhiali. Si raccomanda vivamente di leggere attentamente il MSDS per ogni prodotto chimico e solvente utilizzato in tali reazioni e processo di purificazione. Le sostanze chimiche possono essere pesate su un equilibrio sul banco. Tutte le reazioni organiche devono essere impostate nella cappa del fume e il processo di purificazione deve essere effettuato anche in una cappa di fumi.

1. Preparazione di -Halo-N-acyl-hydrazones

  1. Pesare 10 mmol di chetone e 10 mmol di idralina di benzoile in una fiaschetta.
  2. Aggiungere 20 mL di CH3OH al pallone.
  3. Equipaggiare il pallone con un tappo di gomma e una barra di agitazione.
  4. Iniettare lentamente 0,25 mL di HCl nella miscela.
  5. Incubare il pallone in aria a temperatura ambiente per 4 h.
  6. Raccogliere il precipitato dopo la reazione filtrazione e lavare con acetone.
  7. Asciugare il prodotto sottovuoto e identificarsi mediante NMR.

2. Preparazione della cercosporina

  1. Caricare un pallone da 3 L con 1 L di s-7 medio.
  2. Inoculare il ceppo di cercosporina56 nella fiaschetta di agitazione.
  3. Coltura della miscela in condizioni di luce a 135 r/min, 25 gradi centigradi per 2 settimane.
  4. Sottoporre il brodo di fermentazione alla filtrazione sottovuoto utilizzando una pompa a vuoto per ottenere il supernatante e il pellet.
  5. Raccogliere il pellet e asciugarlo in un'asciugatrice congelata.
  6. Estrarre il pellet e il supernatante separatamente con 3 x 50 mL di diclorometano.
  7. Unire le fasi organiche e lavare con acqua 2-3 volte.
  8. Concentrare la fase organica sotto vuoto.
  9. Sciogliere il residuo con metanolo analitico e filtrare attraverso una membrana di microfiltrazione organica di 0,18 m.
  10. Purificare la cercosporina con una colonna Sephadex LH-20 e identificarla da HPLC.

3. Preparazione di 1,2,3 thiadiazoli

  1. Pesare fuori il -Halo-N-acyl-hydrazone (0.2 mmol, 1.0 eq), 1 mg di cercosporina (0.002 mmol, 0.01 equiv.), 27 mg di tBuOK (1.2 equiv) e 39 mg di KSCN (2 equiv) in una vasca 10 mL Schlenk dotata di un tappo di gomma e un scosso.
  2. Svuotare il tubo Schlenk con O2 tre volte.
  3. Iniettare CH3CN secco (2 mL) al tubo Schlenk.
  4. Sottoporre il tubo Schlenk a un LED blu 5 W dal basso per 16 h.
  5. Lavare con 4 x 15 mL di soluzione NaCl satura e combinare la fase acquosa.
  6. Estrarre nuovamente la fase acquosa con 4 x 15 mL di acetato etilare.
  7. Unire fase organica e asciugare con anhydrous Na2SO4.
  8. Rimuovere il solvente con evaporatore a vuoto.
  9. Purificare il prodotto 3 con la cromatografia a colonne di gel di silice (eluente, petrolio: acetato etilico 10:1) e identificare da NMR.

4. Preparazione di 1,4,5,6-tetraidropiridazina

  1. Pesare il -Halo-N-acyl-hydrazone (0,5 mmol), 2,7 mg di cercosporina (0,01 equiv) e 195 mg di Cs2CO3 (1,2 equiv) in una vasca Schlenk da 10 mL dotata di un tappo di gomma e di una barra di agitazione.
  2. Svuotare il tubo Schlenk con N2 tre volte.
  3. Iniettare CH3CN/H2O (10:1, 2 mL) nel tubo Schlenk.
  4. Sottoporre il tubo Schlenk a un LED blu 5 W dal basso per 16 h.
  5. Lavare con 4 x 15 mL di soluzione NaCl satura e combinare la fase acquosa.
  6. Estrarre nuovamente la fase acquosa con 4 x 15 mL di acetato etilare.
  7. Unire fase organica e asciugare con anhydrous Na2SO4.
  8. Rimuovere il solvente con evaporatore a vuoto.
  9. Purificare il prodotto 4 con cromatografia a colonne di gel di silice (eluente, petrolio: acetato etilografico 10:1) e identificare da NMR.

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Representative Results

Sintesi di -Halo-N-acyl-hydrazones: Sono sintetizzati secondo il Protocollo 1.

Sintesi di cercosporina: È stato sintetizzato e purificato secondo il Protocollo 2. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 14,82 (s, 2H, ArH), 7,06 (s, 2H, ArH), 5,57 (s, 2H, CH2), 4,20 (s, 6H, 2OCH3), 3,62-3,57 (m, 2H, CH2), 3,42-3,37 (m, 2H, CH2), 2,93-2.88 (m, 2H, CH2), 0,63 (d, 6H, J - 8 Hz, 2CH3) (Figura 4). 13 del sistema C NMR (101 MHz, CDCl3): che ha sticoppato 207,0, 181,8, 167,4, 163,4, 152,8, 135,4, 130,6, 127,9, 112,9, 109,3, 108,2, 92,6, 68,1, 61,2, 42,2, 19.3. HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C29H25O10 [M-H]- 533.1448, trovato 533.1468.

Sintesi di 4-Phenyl-1,2,3-thiadiazole (3a): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 3 con un rendimento dell'88%. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 8,66 (s, 1H), 8,07-8,05 (m, 2H), 7,55-7,44 (m, 3H) (Figura 5). 13 del sistema C NMR (100 MHz, CDCl3– ppm 162,9, 130,8, 129,9, 129,4, 129,2, 127,4 (Figura 6). HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C8H7N2S [M-H]- 162.0330, trovato 163.0349.

Sintesi di 4-(4-Fluorophenyl)-1,2,3-thiadiazole (3b): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 3 con un rendimento del 72%. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 8,60 (s, 1H), 8,09-8,02 (m, 2H), 7,19-7,19 (m, 2H). 13 del sistema C NMR (100 MHz, CDCl3): che consente di premere ppm 164,3-161,9 (d, JC-F - 240 Hz), 161,3, 133,6, 129,8 (d, JC-F - 9,0 Hz), 127,8 (d, JC-F - 3,0 Hz), 116,7 (d,J-F 22,0 Hz). J HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C8H6FN2S [M-H]- 181.0196, trovato 181.0191.

Sintesi di 4-(4-clorofenephenyl)-1,2,3-thiadiazole (3c): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 3 con un rendimento dell'87%. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 8,65 (s, 1H), 8,00 (d, J , 8 Hz, 2H), 7,50 (d, J - 8 Hz, 2H). 13 del sistema C NMR (100 MHz, CDCl3– ppm 162,6, 135,5, 132,4, 129,4, 128,9, 128,7. HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C8H6ClN2S [M -H]- 196.9940, trovato 196.9940.

Sintesi di 4-(4-Bromophenyl)-1,2,3-thiadiazole(3d): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 3 con il 78% di rendimento. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 8,66 (s, 1H), 7,94 (d, J , 8 Hz, 2H), 7,65 (d, J - 8 Hz, 2H). 13 del sistema C NMR (100 MHz, CDCl3– ppm 161.2, 134.3, 132.7, 130.4, 129.6, 119.1. HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C8H6BrN2S [M-H]- 240.9435, trovato 240.9429.

Sintesi di (3,6-Diphenyl-5,6-dihydropyridazin-1(4H)-yl)(fenyl)metanonero (4a): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 4 con un rendimento dell'80%. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 7,84-7,82 (m, 2H), 7,60-7,58 (m, 2H), 7.49-7.44 (m, 3H), 7.33-7.30 (m, 5H), 7.26-7.24 (m, 1H), 7.18 (d, J 8 Hz, 2H), 6.09 (s, 1H), 2.71-2.67 (m, 1H), 2.43-2.16 (3H).Figure 7

Sintesi di (3,6-Bis(4-fluorofenenilo)-5,6-dihydropyridazin-1(4H)-yl)(fenil))metano (4b): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 4 con un rendimento del 72%. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 7,80-7,78 (m, 2 H), 7,57-7,55 (m, 2H), 7.52-7.43 (m, 3H), 7.16-7.12 (m, 2H), 7.03-6.97 (m, 4H), 6.05 (s, 1H), 2.69-2.65 (m, 1H), 2.40-2.25 (m, 2H), 2.18-2.13 (mH, 1H). 13 del sistema C NMR (100 MHz, CDCl3– ppm 170,2, 163,4 (d, 1J C-F - 248,1 Hz), 162,0 (d, 1JC-F - 244,1 Hz), 146,0, 135,5 (d, 4JC-F - 3,1 Hz), 135,1, 133,2 (d, 4J-F - 3,2 Hz), 130,4, 129.9 127,5, 127,2 (d, 3JC-F - 8,2 Hz), 127,1 (d, 3JC-F - 8,0 Hz), 115,7 (d, 2JC-F - 21,5 Hz), 115,4 (d, 2J-F - 21,6 Hz), 50,9, 24,0, 18,7. 19 del 12 F NMR (376 MHz, CDCl3) (ppm) -111.7, -115.5. HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C23H19F22O [M- H]- 377.1465, trovato 377.1482.

Sintesi di (3,6-Bis(4-clorofenenil)-5,6-dihydropyridazin-1(4H)-yl)(fenil))metano (4c): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 4 con un rendimento del 70%. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– ppm 7,78 (d, J 2H), 7.50-7.43 (m, 5H), 7.30-7.26 (m, 5H), 7.10 (d, J - 8 Hz, 2H), 6.03 (s, 1H), 2.68-2.63 (m, 1H), 2.39-2.26 (m, 2H), 2.2H), 2.20-2.11 (m, 1H). 13 del sistema C NMR (100 MHz, CDCl3– ppm 170,2, 145.8, 138.3, 135.4, 135.3, 134.9, 133.2, 130.5, 129.9, 129.0, 128.6, 127.5, 126.9, 126.6, 51.2, 29.7, 19.8, 18.6. HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C23H19Cl2N2O [M- H]- 409.0874, trovato 409.0864.

Sintesi di (3,6-Bis(4-bromophenyl)-5,6-dihydropyridazin-1(4H)-yl)(fenil))metano (4d): È stato sintetizzato e purificato utilizzando il Protocollo 4 con un rendimento dell'82%. 1 : il nome del H NMR (400 MHz, CDCl3– J - 8 Hz, 2H), 7,52-7,40 (m, 9H), 7,04 (d, J - 8 Hz, 2H), 6,01 (s, 1H), 2,67-2,62 (m, 1H), 2.39-2.25 (m, 2H), 2.20-2.11 (m, 1H). 13 del sistema C NMR (100 MHz, CDCl3– ppm 170,2, 145.9, 138.9, 135.8, 134.8, 132.0, 131.6, 130.5, 129.9, 127.5, 127.2, 126.9, 119.6, 121.2, 51.3, 29.7, 19.8, 18.5. HRMS (ESI-Q-TOF) massa esatta calcata per C23H19Br22O [M- H]- 498.9845, trovato 498.9799.

Questi risultati rappresentativi dimostrano come le reazioni di 4-aryl-1,2,3-thiadiazoles e 1,4,5,6-tetraidropiridazine possano essere opportunamente sintetizzate dalle reazioni fotocataliche cercoste da -Halo-N-acyl-hydrazone (Figura 8). αN

4-aryl-1,2,3-thiadiazoles sono stati ottenuti con quelle condizioni: 1 (0,2 mmol), KSCN (0,4 mmol), tBuOK (0,24 mmol), CH3CN (2,0 mL), cercosporina (1 mol%), 5 W LED blu, 16 h, a temperatura ambiente in atmosfera di O2 (Figura 3 e 8). La procedura era adatta per i substrati che portavano sia gruppi che donano elettroni che gruppi che accettano elettroni sull'anello fenile, fornendo ai prodotti desiderati rese da moderate a buone.

1,4,5,6-tetraidropidazine sono state ottenute con tali condizioni: 1 (0,5 mmol), Cs2CO3 (1,2 equiv) e cercosporina (1 mol%) nella miscela di MeCN e H2O (10:1) sotto atmosfera N2 (Figura 3 e Figura 8). I prodotti desiderati sono stati ottenuti in buoni rendimenti eccellenti.

Figure 1
Figura 1: Molecole bioattive con motivi N-heterocycles. Adattato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: pigmenti perylenequinonoidi rappresentativi in natura. Adattato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Sintesi cercosporina-Catalizzato di 1,2,3-Thiadiazoles e 1,4,5,6- Tetraidroridazines. Adattato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: 1spettro H-NMR di cercosporina (400 MHz, CDCl3). Ristampato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Rappresentante 1spettro H-NMR di 3a (400 MHz, CDCl3). Ristampato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: Rappresentante dellospettro C-NMR di 3a (400 MHz, CDCl3). Ristampato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7: Rappresentante 1spettro H-NMR di 4a (400 MHz, CDCl3). Ristampato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 8
Figura 8: Sintesi cercosporina-Catalizzato di 4-aryl-1,2,3-thiadiazoles e 1,4,5,6-tetraidropiridricazines. Adattato con il permesso di Shang Y., Cao Y., Lu L. S., Bao W., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenenonoid-Catalyzed-Catalyzed [4/1]-Annulations di Azoalkenes: Accesso fotocatalitico a 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetraidroridazine Derivatives Journal, Organicy. 84 (12), 7711-7721, (2019). Diritto d'autore (2019) American Chemical Society. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Gli eterocicli contenenti azoto sono motivi importanti per molti nuovi farmaci e sono stati tradizionalmente sintetizzati attraverso reazioni di cicloaddition termico. A causa di grande interesse, un nuovo metodo fotocatalitico per la sintesi di questi composti è altamente desiderato. Per sfruttare le eccellenti proprietà di fotosensibilità della cercosporina, abbiamo applicato la cercosporina come fotocatalizzatore senza metalli in due categorie di reazioni di annulazione per sintetizzare eterocicli contenenti azoto.

In primo luogo, abbiamo segnalato il protocollo di hosporin-fotocatalizzato [4/1] annformulazione degli azoalkenes con KSCN in condizioni standard: z-halo-N -acyl-hydrazone 1 (0.2 mmol), tBuOK (1.2 equiv), KSCN 2 (2 equiv), cercosporina (0.01 equiv), secco CH3CN (2 mL), e le miscele risultanti sono state sottoposte a 5 W LED blu per 16 h sotto un'atmosfera O2. N KSCN funzionalizzata come un'unità nucleofilaaaaa ammordente qui. Cercosporin, tBuOK, luce blu e O2 erano tutti prerequisiti per questa reazione. CH3 CN ha fornito la migliore resa di prodotto e 0,01 equiv. di cercosporina è stato il rapporto ottimizzato.

In secondo luogo, abbiamo segnalato il protocollo di annlazione cercosporina-fotocatalizzata [4/2] di azoalkenes in condizioni standard: z-halo-N-acyl-hydrazone 1 (0,5 mmol), Cs2CO3 (1.2 equiv), cercosporin (0.01 equiv) (CH3CN/H2O - 10:1) 2 mL, e le miscele risultanti sono state sottoposte a un LED blu 5 W per 16 h sotto un'atmosfera N2. Gli esperimenti di controllo sono stati fatti per la reazione [4/2] come è stato per la reazione [4/1]. In questo protocollo, l'aggiunta di acqua e Cs2CO3 è stata fondamentale per l'autocondensazione di z-halo- N-acyl-hydrazone.N Anche i rapporti di acqua e Cs2CO3 sono stati fondamentali per fornire la migliore resa per il prodotto.

In sintesi, abbiamo riportato il protocollo di biosintesi per la cercosporina e poi lo abbiamo applicato come fotocatalizzatore privo di metalli per la sintesi di N-heterocycles 4-aryl-1,2,3-thiadiazoles e 1,4,5,6-tetraidropirodazine in condizioni miti, attraverso l'annlazione degli azoalkeni [4/1] con l'annlone degli azoalkees, rispettivamente. Tali reazioni hanno fatto uso di LED 5 W convenienti e potrebbero essere elaborate facilmente, il che ha fornito una nuova applicazione in sintesi. Ancora più importante, abbiamo costruito un ponte tra la biosintesi e la sintesi organica per la progettazione di n-eterocicli in modo mite, economico, rispettoso dell'ambiente e sostenibile.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Ringraziamo per il National Key R&D Program of China (2018YFA0901700), La Natural Science Foundation della provincia di Jiangsu (Grants No. BK20160167), il Thousand Talents Plan (Giovani Professionisti), i Fondi di Ricerca Fondamentali per le Università Centrali (JUSRP51712B), il National First-class Discipline Program of Light Industry Technology and Engineering (LITE2018-14) e la Fondazione Post-dottorato nella provincia di Jiangsu (2018K153C) per il sostegno di finanziamento.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2,4'-Dibromoacetophenone ENERGY D0500850050
2'-bromo-4-chloroacetophenone ENERGY A0500400050
2-Bromo-4'-fluoroacetophenone ENERGY A050037-5g
2-Bromoacetophenone ENERGY A0500870050
4-Bromobenzhydrazide ENERGY B0103390010
4-Chlorobenzhydrazide ENERGY D0511130050
4-Fluorobenzhydrazide ENERGY B010461-5g
5 W blue LED PHILIPS 29237328756
Benzoyl hydrazine ENERGY D0500610250
CH2Cl2 SINOPHARM 80047360
CH3CN SINOPHARM S3485101
CH3OH SINOPHARM 100141190
Cs2CO3 ENERGY E060058-25g
Ethyl acetate SINOPHARM 40065986
freeze dryer LABCONCO 7934074
HPLC Agilent 1260 Infinity II
KSCN ENERGY E0104021000
Na2SO4 SINOPHARM 51024461
organic microfiltration membrane SINOPHARM 92412511
S-7 medium Gluose 1g; Fructose 3g; Sucrose 6g; Sodium acetate 1g; Soytone 1g; Phenylalanine 5mg; Sodium benzoate 100mg; 1M KH2P04 buffer ph6.8; Biotin 1mg; Ca(NO3)2 6.5mg; Pyridoxal 1mg; Calcium pantothenate 1mg; Thiamine 1mg; MnCl2 5mg; FeCl3 2mg; Cu(NO3)2 1mg; MgSO4 3.6mg; ZnSO4 2.5mg
Schlenk tub Synthware F891910
sephadex LH-20 column GE 17009001
shaker Lab Tools BSH00847
silica gel ENERGY E011242-1kg
tBuOK ENERGY E0610551000
vacuum bump Greatwall SHB-III
vacuum evaporator

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References

  1. Majumdar, K. C., Chattopadhyay, S. K. Heterocycles in Natural Product Synthesis. ed, , 1st ed, Wiley-VCH. (2011).
  2. Taylor, R. D., MacCoss, M., Lawson, A. D. Rings in drugs. Journal of Medicinal Chemistry. 57 (14), 5845-5859 (2014).
  3. Bakulev, V. A., Dehaen, W. The Chemistry of 1,2,3-Thiadiazoles. , John Wiley & Sons. (2004).
  4. Dong, W. L., Liu, Z. X., Liu, X. H., Li, Z. M., Zhao, W. G. Synthesis and antiviral activity of new acrylamide derivatives containing 1,2,3-thiadiazole as inhibitors of hepatitis B virus replication. European Journal of Medicinal Chemistry. 45 (5), 1919-1926 (2010).
  5. Combs, D. W., Reese, K., Phillips, A. Nonsteroidal Progesterone-Receptor Ligands. 1. 3-Aryl-1-Benzoyl-1,4,5,6-Tetrahydropyridazines. Journal of Medicinal Chemistry. 38 (25), 4878-4879 (1995).
  6. Combs, D. W., et al. Nonsteroidal Progesterone-Receptor Ligands. 2. High-Affinity Ligands with Selectivity for Bone Cell Progesterone Receptors. Journal of Medicinal Chemistry. 38 (25), 4880-4884 (1995).
  7. Xu, S. L., Chen, R. S., Qin, Z. F., Wu, G. P., He, Z. J. Divergent Amine-Catalyzed [4+2] Annulation of Morita-Baylis-Hillman Allylic Acetates with Electron-Deficient Alkenes. Organic Letters. 14 (4), 996-999 (2012).
  8. Ishikawa, T., Kimura, M., Kumoi, T., Iida, H. Coupled Flavin-Iodine Redox Organocatalysts: Aerobic Oxidative Transformation from N-Tosylhydrazones to 1,2,3-Thiadiazoles. ACS Catalysis. 7 (8), 4986-4989 (2017).
  9. Chen, J. F., Jiang, Y., Yu, J. T., Cheng, J. TBAI-Catalyzed Reaction between N-Tosylhydrazones and Sulfur: A Procedure toward 1,2,3-Thiadiazole. Journal of Organic Chemistry. 81 (1), 271-275 (2016).
  10. Liu, B. B., Bai, H. W., Liu, H., Wang, S. Y., Ji, S. J. Cascade Trisulfur Radical Anion (S3(*-)) Addition/Electron Detosylation Process for the Synthesis of 1,2,3-Thiadiazoles and Isothiazoles. Journal of Organic Chemistry. 83 (17), 10281-10288 (2018).
  11. Staveness, D., Bosque, I., Stephenson, C. R. J. Free Radical Chemistry Enabled by Visible Light-Induced Electron Transfer. Accounts of Chemical Research. 49 (10), 2295-2306 (2016).
  12. Corrigan, N., Shanmugam, S., Xu, J. T., Boyer, C. Photocatalysis in organic and polymer synthesis. Chemical Society Reviews. 45 (22), 6165-6212 (2016).
  13. Shaw, M. H., Twilton, J., MacMillan, D. W. C. Photoredox Catalysis in Organic Chemistry. Journal of Organic Chemistry. 81 (16), 6898-6926 (2016).
  14. Marzo, L., Pagire, S. K., Reiser, O., Konig, B. Visible-Light Photocatalysis: Does It Make a Difference in Organic Synthesis? Angewandte Chemie-International Edition. 57 (32), 10034-10072 (2018).
  15. Prier, C. K., Rankic, D. A., MacMillan, D. W. C. Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chemical Reviews. 113 (7), 5322-5363 (2013).
  16. Reckenthaler, M., Griesbeck, A. G. Photoredox Catalysis for Organic Syntheses. Advanced Synthesis & Catalysis. 355 (14-15), 2727-2744 (2013).
  17. Nicewicz, D. A., Nguyen, T. M. Recent Applications of Organic Dyes as Photoredox Catalysts in Organic Synthesis. ACS Catalysis. 4 (1), 355-360 (2014).
  18. Pitre, S. P., McTiernan, C. D., Scaiano, J. C. Understanding the Kinetics and Spectroscopy of Photoredox Catalysis and Transition-Metal-Free Alternatives. Accounts of Chemical Research. 49 (6), 1320-1330 (2016).
  19. Romero, N. A., Nicewicz, D. A. Organic Photoredox Catalysis. Chemical Reviews. 116 (17), 10075-10166 (2016).
  20. Albini, A., Fagnoni, M. Photochemically-Generated Intermediates in Synthesis. , John Wiley & Sons. (2013).
  21. Chen, J. R., Hu, X. Q., Lu, L. Q., Xiao, W. J. Exploration of Visible-Light Photocatalysis in Heterocycle Synthesis and Functionalization: Reaction Design and Beyond. Accounts of Chemical Research. 49 (9), 1911-1923 (2016).
  22. Attanasi, O. A., et al. Cultivating the Passion to Build Heterocycles from 1,2-Diaza-1,3-dienes: the Force of Imagination. European Journal of Organic Chemistry. 19, 3109-3127 (2009).
  23. Attanasi, O. A., Filippone, P. Working twenty years on conjugated azo-alkenes (and environs) to find new entries in organic synthesis. Synlett. 10, 1128-1140 (1997).
  24. Deng, Y., Pei, C., Arman, H., Dong, K., Xu, X., Doyle, M. P. Syntheses of Tetrahydropyridazine and Tetrahydro-1,2-diazepine Scaffolds through Cycloaddition Reactions of Azoalkenes with Enol Diazoacetates. Organic Letters. 18 (22), 5884-5887 (2016).
  25. Guo, C., Sahoo, B., Daniliuc, C. G., Glorius, F. N-heterocyclic carbene catalyzed switchable reactions of enals with azoalkenes: formal [4+3] and [4+1] annulations for the synthesis of 1,2-diazepines and pyrazoles. Journal of American Chemistry Society. 136 (50), 17402-17405 (2014).
  26. Attanasi, O. A., et al. Interceptive [4+1] annulation of in situ generated 1,2-diaza-1,3-dienes with diazo esters: direct access to substituted mono-, bi-, and tricyclic 4,5-dihydropyrazoles. Journal of Organic Chemistry. 79 (17), 8331-8338 (2014).
  27. Li, J., Huang, R., Xing, Y. K., Qiu, G., Tao, H. Y., Wang, C. J. Catalytic Asymmetric Cascade Vinylogous Mukaiyama 1,6-Michael/Michael Addition of 2-Silyloxyfurans with Azoalkenes: Direct Approach to Fused Butyrolactones. Journal of the American Chemical Society. 137 (32), 10124-10127 (2015).
  28. Huang, R., Chang, X., Li, J., Wang, C. J. Cu(I)-Catalyzed Asymmetric Multicomponent Cascade Inverse Electron-Demand Aza-Diels-Alder/Nucleophilic Addition/Ring-Opening Reaction Involving 2-Methoxyfurans as Efficient Dienophiles. Journal of the American Chemical Society. 138 (12), 3998-4001 (2016).
  29. Tong, M. C., et al. Catalytic asymmetric synthesis of [2,3]-fused indoline heterocycles through inverse-electron-demand aza-Diels-Alder reaction of indoles with azoalkenes. Angew Chemistry International Edition English. 53 (18), 4680-4684 (2014).
  30. Yu, J. M., Lu, G. P., Cai, C. Photocatalytic radical cyclization of alpha-halo hydrazones with beta-ketocarbonyls: facile access to substituted dihydropyrazoles. Chemistry Communication (Camb.). 53 (38), 5342-5345 (2017).
  31. Kuyama, S., Tamura, T. Cercosporin. A pigment of Cercosporina kikuchii Matsumoto et Tomoyasu. I. Cultivation of fungus, isolation and purification of pigment. Journal of the American Chemical Society. 79 (21), 5725-5726 (1957).
  32. Kuyama, S., Tamura, T. Cercosporin. A pigment of Cercosporina kikuchii Matsumoto et Tomoyasu. II. Physical and chemical properties of cercosporin and its derivatives. Journal of the American Chemical Society. 79 (21), 5726-5729 (1957).
  33. Daub, M. E. Resistance of fungi to the photosensitizing toxin, cercosporin. Phytopathology. 77 (11), 1515-1520 (1987).
  34. Jalal, M. A. F., Hossain, M. B., Robeson, D. J., Vanderhelm, D. Cercospora-Beticola Phytotoxins - Cebetins That Are Photoactive, Mg2+-Binding, Chlorinated Anthraquinone Xanthone Conjugates. Journal of the American Chemical Society. 114 (15), 5967-5971 (1992).
  35. Daub, M. E., Ehrenshaft, M. The photoactivated Cercospora toxin cercosporin: Contributions to plant disease and fundamental biology. Annual Review of Phytopathology. 38 (1), 461-490 (2000).
  36. Diwu, Z. J., Lown, J. W. Photosensitization with Anticancer Agents. 14. Perylenequinonoid Pigments as New Potential Photodynamic Therapeutic Agents - Formation of Tautomeric Semiquinone Radicals. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 69 (2), 191-199 (1992).
  37. Hu, Y. Z., An, J. Y., Jiang, L. J., Chen, D. W. Spectroscopic Study on the Photoreduction of Hypocrellin-a - Generation of Semiquinone Radical-Anion and Hydroquinone. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 89 (1), 45-51 (1995).
  38. Hu, Y. Z., Jiang, L. J., Chiang, L. C. Characteristics of the reaction between semiquinone radical anion of hypocrellin A and oxygen in aprotic media. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 94 (1), 37-41 (1996).
  39. Zhang, M. H., et al. Study of electron transfer interaction between hypocrellin and N,N-diethylaniline by UV-visible, fluorescence, electron spin resonance spectra and time-resolved transient absorption spectra. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 96 (1-3), 57-63 (1996).
  40. He, Y. Y., An, J. Y., Jiang, L. J. pH Effect on the spectroscopic behavior and photoinduced generation of semiquinone anion radical of hypocrellin B. Dyes and Pigments. 41 (1-2), 79-87 (1999).
  41. Li, C., et al. Photophysical and photosensitive properties of Elsinochrome A. Chinese Science Bulletin. 51 (9), 1050-1054 (2006).
  42. So, K. K., et al. Improved production of phleichrome from the phytopathogenic fungus Cladosporium phlei using synthetic inducers and photodynamic ROS production by phleichrome. Journal of Bioscience and Bioengineering. 119 (3), 289-296 (2015).
  43. Hudson, J. B., Imperial, V., Haugland, R. P., Diwu, Z. Antiviral activities of photoactive perylenequinones. Photochemistry and Photobiology. 65 (2), 352-354 (1997).
  44. Diwu, Z. J., Lown, J. W. Photosensitization by Anticancer Agents. 12. Perylene Quinonoid Pigments, a Novel Type of Singlet Oxygen Sensitizer. Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry. 64 (3), 273-287 (1992).
  45. Diwu, Z. J., Zimmermann, J., Meyer, T., Lown, J. W. Design, Synthesis and Investigation of Mechanisms of Action of Novel Protein-Kinase-C Inhibitors - Perylenequinonoid Pigments. Biochemical Pharmacology. 47 (2), 373-385 (1994).
  46. Guedes, R. C., Eriksson, L. A. Photophysics, photochemistry, and reactivity: Molecular aspects of perylenequinone reactions. Photochemical & Photobiological Sciences. 6 (10), 1089-1096 (2007).
  47. Mulrooney, C. A., O'Brien, E. M., Morgan, B. J., Kozlowski, M. C. Perylenequinones: Isolation, Synthesis, and Biological Activity. European Journal of Organic Chemistry. (21), 3887-3904 (2012).
  48. Daub, M. E., Hangarter, R. P. Light-induced production of singlet oxygen and superoxide by the fungal toxin, cercosporin. Plant Physiololgy. 73 (3), 855-857 (1983).
  49. Daub, M. E., Leisman, G. B., Clark, R. A., Bowden, E. F. Reductive Detoxification as a Mechanism of Fungal Resistance to Singlet Oxygen-Generating Photosensitizers. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89 (20), 9588-9592 (1992).
  50. Leisman, G. B., Daub, M. E. Singlet Oxygen Yields, Optical-Properties, and Phototoxicity of Reduced Derivatives of the Photosensitizer Cercosporin. Photochemistry Photobiology. 55 (3), 373-379 (1992).
  51. Bilski, P., Li, M. Y., Ehrenshaft, M., Daub, M. E., Chignell, C. F. Vitamin B6 (pyridoxine) and its derivatives are efficient singlet oxygen quenchers and potential fungal antioxidants. Photochemistry Photobiology. 71 (2), 129-134 (2000).
  52. Xing, M. Z., Zhang, X. Z., Sun, Z. L., Zhang, H. Y. Perylenequinones act as broad-spectrum fungicides by generating reactive oxygen species both in the dark and in the light. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 51 (26), 7722-7724 (2003).
  53. Weng, M., Zhang, M. H., Shen, T. Electron transfer interaction between hypocrellin A and biological substrates and quantitative analysis of superoxide anion radicals. Journal of the Chemical Society-Perkin Transactions. 2 (11), 2393-2397 (1997).
  54. Daub, M. E., Li, M., Bilski, P., Chignell, C. F. Dihydrocercosporin singlet oxygen production and subcellular localization: A possible defense against cercosporin phototoxicity in Cercospora. Photochemistry and Photobiology. 71 (2), 135-140 (2000).
  55. Zhang, S. W., et al. Perylenequinonoid-catalyzed photoredox activation for the direct arylation of (het)arenes with sunlight. Organic & Biomolecular Chemistry. 17 (17), 4364-4369 (2019).
  56. Zhang, Y., et al. Perylenequinonoid-Catalyzed [4+1]-and [4+2]-Annulations of Azoalkenes: Photocatalytic Access to 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridazine Derivatives. Journal of Organic Chemistry. 84 (12), 7711-7721 (2019).
  57. Li, J., et al. Cercosporin-Bioinspired Selective Photooxidation Reactions under Mild Conditions. Green Chemistry. 21 (22), 6073-6081 (2019).
  58. Tang, Z., et al. Cercosporin-bioinspired photoreductive activation of aryl halides under mild conditions. Journal of Catalysis. 380, 1-8 (2019).
  59. Li, J., Bao, W., Zhang, Y., Rao, Y. Cercosporin-photocatalyzed sp3 (C-H) Activation for the Synthesis of Pyrrolo[3,4-c]quinolones. Organic & Biomolecular Chemistry. 17 (40), 8958-8962 (2019).
  60. Wang, F., Chen, C., Deng, G., Xi, C. J. Concise Approach to Benzisothiazol-3(2H)-one via Copper-Catalyzed Tandem Reaction of o-Bromobenzamide and Potassium Thiocyanate in Water. Journal of Organic Chemistry. 77 (8), 4148-4151 (2012).

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Chimica Numero 161 Perylenequinonoid Cercosporin Fotocatalisi 1,2,3-Thiadiazole 1,4,5,6-Tetrahydropyridazine Eterocycles
Cercosporin-Fotocalalyzed [4/1]- e [4-2]-Annulations of Azoalkenes In Condizioni lievi
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Icyishaka, P., Li, C., Lu, L., Bao,… More

Icyishaka, P., Li, C., Lu, L., Bao, W., Li, J., Zhang, Y., Rao, Y. Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- and [4+2]-Annulations of Azoalkenes Under Mild Conditions. J. Vis. Exp. (161), e60786, doi:10.3791/60786 (2020).

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