Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

セルコスポリン-フォトカタ分解[4+1]-および[4+2]-軽度の条件下でのアゾアルケンのアゾアルケンのアヌレーション

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

セルコポリンを金属フリー光触媒として利用した窒素含有ヘテロサイクルの合成のための新しい経路が開発された。

Abstract

窒素含有ヘテロサイクルへの関心は、新薬の重要なモチーフであるため、合成界で急速に拡大しています。従来、これらは熱シクロ付加反応を介して合成されたが、今日では、軽度で効率的な条件のために光触媒が好ましい。この焦点により、窒素含有ヘテロサイクルの合成のための新しい光触媒法が非常に望まれている。ここでは、金属を含まない光触媒として機能するセルコポリンの生合成プロトコルを報告する。次に、KSCNによるアゾアルケンの環化による窒素含有ヘテロサイクル1,2,3-チアジアゾールの合成、および軽度の条件下でのアゾアルケンのシクロ二量体化を通じた1,4,5,6-テトラヒドロピリダジン[4+2]の合成に関するセルコポリン光触媒プロトコルを説明する。その結果、微生物発酵法と有機合成との間には、穏やかで費用対効果が高く、環境に優しく、持続可能な方法で新たな橋渡しが行われています。

Introduction

窒素含有ヘテロサイクルは、生物活動を有する天然物の広い範囲にとって重要な骨格であるだけでなく、農薬および薬物分子11,22の合成前駆体でもあるため、多くの注目を集めている。種々のN-ヘテロサイクルの中で、1,2,3-チアジアゾール33,44及び1,4,5,6-テトラヒドロピリダジン55,66は、合成化学において汎用性の高い中間体として利用される最も重要な分子である(図1)。それらの官能基の修飾は、常に独特の薬理活性を誘発するので、窒素含有ヘテロサイクルの合成に対する有効な戦略の開発に多大な努力が注がれ、それらは主に熱サイクロ付加反応77、8、9、108,9,10を介して合成された。今日では、持続可能な開発とグリーンケミストリーの要件を満たすために、光触媒は,、有効性15、16、17、18、19と活性化のための化学試薬15の回避を含,む,,11、12、13、14、および活性化のための化学試薬の回避を含む、非常に重要かつ利点を発揮しています11,18,1916,1712131420,,21.,強力で多目的な4ユニット中間体、 アゾアルケン(1,2-ジアジア-1,3-ジエネス)22,23,24,25,26,27,28,29,23,24,25は、ハロゲノヒドラジンおよびケトカーボン26,27,28,2930の分解のための高3効率の金属系Ru(bpy)3Cl2-光触媒反応の前駆体として採用されている。さらに、金属フリーのエオシンY光触媒システムにも使用されたが、所望の製品をわずか7%の収率で得た。金属フリー光触媒は遷移金属系光触媒に対して大きな利点を示すため、環境要因に関しては、さらに安価な価格18,19,19に関して、N-ヘテロサイクルの合成のための新しい金属フリー光触媒システムを開発することが非常に重要です。

セルコスポリン,,31、32、33、34、35、31,32,33,34,35低クレリン36、37、38、39、40、エルジノクロム36,37,38,39,4041およびフレイクロム42、43(,43図2)は、自然の中でペリイニヨン色素異色素(PQPs)に属し、内臓真菌によって産生され、 UV-vis領域での強い吸収と光化36、44、45、46、47のユニークな特性のために、光力学療法および光物理診断に適用され36,44、広く調査されている。46,4745照射時に、これらのPQPは励起状態に促され、エネルギー移動(EnT)および電子移動(ET)35、38、44、48、49、50、51、52、53、54を介して活性種53を54生成することができる。35,38,44,48,49,50,51,52,このように、我々は、これらの天然PQP,が,、55、56、57、58、59をほとんど調査されていない有機反応を駆動するために「金属55,56,フリー」光触媒として利用され得ることを想定した。575859

本明細書において、液体発酵からのセルコポリンの生合成プロトコルを報告し、それをアゾアルケンスとKSCNの[4+1]環化反応に対する金属フリー光触媒として適用し、 また[4+2]アゾアルケンのサイクロジメ化と同様に、それぞれ穏やかな条件下で高効率の1,2,3-チアジアゾールおよび1,4,5,6-テトラヒドロピリダジンを供給する(図3)。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

注: α-Halo-N-アシルヒドラゾンは公開された手順60に従って調製した。全ての溶媒及び他の化学試薬は、更なる精製を行うことなく、市販の供給源から得られた。まず、α-Halo-N-アシルNヒドラゾンの合成とセルコポリンの生合成を金属フリー光触媒として説明しました。 α次に、1,2,3-チアジアゾールおよび1,4,5,6-テトラヒドロピリダジンの合成に対するセルコポリン-光触媒反応のプロトコルを示した。

注意:すべての操作は、手袋、ラボコート、ゴーグルを着用して慎重に行う必要があります。これらの反応および精製プロセスで使用される化学および溶媒ごとにMSDSを注意深く読むことを強くお勧めします。化学薬品はベンチのバランスで重量を量ることができる。すべての有機反応は、ヒュームフードに設定する必要があり、精製プロセスもヒュームフードで行われるべきです。

1. α-ハロ-N-アシルヒドラゾンの調製

  1. ケトン10ミリモルとベンゾイルヒドラジン10ミリモルをフラスコに計量する。
  2. フラスコに20mLのCH3OHを加えます。
  3. フラスコにゴムストッパーと攪拌バーを装備します。
  4. 混合物にゆっくりとHClの0.25 mLを注入します。
  5. フラスコを室温で4時間インキュベートする。
  6. ろ過して反応後に沈殿物を回収し、アセトンで洗浄します。
  7. 製品を真空で乾燥させ、NMRで識別します。

2. セルコスポリンの調製

  1. S-7培地の1 Lで3 Lシェイクフラスコを充電します。
  2. セルコポリン生産株56をシェイクフラスコに接種する。
  3. 135 r/minで軽い条件下で混合物を培養し、25°Cで2週間培養した。
  4. 発酵液を真空濾過に真空ポンプを用いて対象化し、上清およびペレットを得た。
  5. ペレットを回収し、凍結乾燥機で乾燥させます。
  6. ペレットと上清を3 x 50 mLのジクロロメタンで別々に抽出します。
  7. 有機相を合わせ、水で2〜3回洗浄します。
  8. 有機相を真空下に濃縮します。
  9. 分析メタノールで残留物を再溶解し、0.18μmの有機精密ろ過膜を通して濾過します。
  10. セファデックス LH-20 カラムでセルコスポリンを精製し、HPLC で識別します。

3. 1,2,3-チアジアゾールの調製

  1. α-Halo-N-アNシルヒドラゾン(0.2ミリモル、1.0 eq)、1mgのセルコスポリン(0.002ミリモル、0.01 equiv.)、t BuOK(1.2 equiv)の27mg、KSCN(2 equiv)の39mgを10mLのシュレンクタベを10mLの停止止めとゴムを装備したバーを取り付けた。 α t
  2. O2でシュレンク管を3回パージします。
  3. シュレンク管に乾燥したCH3CN(2 mL)を注入します。
  4. シュレンク管を下から5Wの青色LEDに16時間当てるようにします。
  5. 飽和NaCl溶液4 x 15 mLで洗浄し、水相を組み合わせます。
  6. 酢酸エチル4 x 15 mLで水相を再抽出します。
  7. 有機相と無水Na2SO4との乾燥を組み合わせます。
  8. 真空蒸発器で溶剤を除去します。
  9. 生成物3をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出体、石油:酢酸エチル=10:1)で精製し、NMRにより同定する。

4. 1,4,5,6-テトラヒドロピリダジンの調製

  1. α-Halo-N-アNシルヒドラゾン(0.5ミリモル)、2.7mgのセルコポリン(0.01 equiv)、195mgのCs 2CO3(1.2 equiv)をゴム栓と攪拌バーを備えた10mLシュレンクチューブに計量します。 α2
  2. シュレンク管をN2で3回パージします。
  3. CH3CN/H2O(10:1,2 mL)をシュレンク管に注入します。
  4. シュレンク管を下から5Wの青色LEDに16時間当てるようにします。
  5. 飽和NaCl溶液4 x 15 mLで洗浄し、水相を組み合わせます。
  6. 酢酸エチル4 x 15 mLで水相を再抽出します。
  7. 有機相と無水Na2SO4との乾燥を組み合わせます。
  8. 真空蒸発器で溶剤を除去します。
  9. 生成物4をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出体、石油:酢酸エチル=10:1)で精製し、NMRにより同定する。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

α-Halo-N-Nアシルヒドラゾンの合成: αこれらはプロトコル 1 に従って合成されます。

セルコスポリンの合成:プロトコル2に従って合成精製した。1H NMR (400 MHz、 CDCl3): δ 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, CH 2), 0.63 (d, 2H, CH 2), 0.63 (d, 6H, CH 2), 0.63 (d, 6H, CH2),0.63(2)313C NMR (101 MHz, CDCl3):δ ppm 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, 61.2, 22.2, 68.12.HRMS(ESI-Q-TOF)C29H25O10[M-H]の正確な質量カルcd- 533.1448は、533.1468を発見した。

4-フェニル-1,2,3-チアジアゾールの合成(3a):88%の収率でプロトコル3を用いて合成精製した。1H NMR(400 MHz、CDCl3):δppm 8.66(s, 1H)、8.07-8.05(m,2H)、7.55-7.44(m,3H) (図5)。13C NMR (100 MHz, CDCl3): δ ppm 162.9, 130.8, 129.9, 129.4, 129.2, 127.4 (図6)。HRMS (ESI-Q-TOF) C8H7N2S [M+H]+ 162.0330 の正確な質量カルドは、163.0349 を発見しました。

4-(4-フルオロフェニル)-1,2,3-チアジアゾール(3b):の合成:72%の収率でプロトコル3を用いて合成精製した。1H NMR(400 MHz、CDCl3):δppm 8.60(s,1H)、8.09-8.02(m、2H)、7.19-7.19(m、2H)。13C NMR(100 MHz、CDCl3):δppm 164.3-161.9(d、J JC-F = 240 Hz)、161.3、133.6、129.8(d、J C-F =C-F 9.0)、127.8(d、J JC-F = 3.0 JC-F Hz)、116.7dhz(J-22) JHRMS (ESI-Q-TOF) C8H6FN2S [M+H]+ 181.0196 の正確な質量カルドは、181.0191 を発見しました。

4-(4-クロロフェニル)-1,2,3-チアジアゾール(3c):の合成:87%の収率でプロトコル3を用いて合成精製した。1H NMR(400 MHz、CDCl3):δppm 8.65(s, 1H)、8.00(d、J = 8 Hz、2H)、7.50(d、J = 8 Hz、2H)。 J13C NMR (100 MHz, CDCl3):δ ppm 162.6, 135.5, 132.4, 129.4, 128.9, 128.7.HRMS(ESI-Q-TOF)正確質量カルcd C8H6ClN2S [M+H]+ 196.9940, 196.9940 を発見しました。

4-(4-ブロモフェニル)-1,2,3-チアジアゾール(3d):78%の収率でプロトコル3を用いて合成精製した。1H NMR(400 MHz、CDCl3):δppm 8.66(s, 1H)、7.94(d、J = 8 Hz、2H)、7.65(d、J = 8 Hz、2H)。 J J13C NMR (100 MHz、 CDCl3):δ ppm 161.2, 134.3, 132.7, 130.4, 129.6, 119.1.HRMS (ESI-Q-TOF) C8H6BrN2S [M+H]+ 240.9435 の正確な質量 calcd は、240.9429 を発見しました。

合成 (3,6-ジフェニル-5,6-ジヒドロピリダジン-1(4H)-yl)(フェニル)メタノン(4a):80%の収率でプロトコル4を用いて合成精製した。1H NMR (400 MHz、 CDCl3):δ 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)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.67(m、1H)、7.43-2.30(m、5H)、7.26-7.24(m、1H)、7.18(d、J = 8 Hz、2H)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.67(m、1H)、2.43-2.16m)、7.26-7.244(m、5H)、7.26-7.2 J Figure 7

合成 (3,6-Bis(4-フルオロフェニル)-5,6-ジヒドロピリダジン-1(4H)-イル)(フェニル)メタノン(4b):72%の収率でプロトコル4を用いて合成精製した。1H NMR (400 MHz、 CDCl3):δ ppm 7.80-7.78 (m, 2H), 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)、2.18-2.2.13(m、2H)、2.18-2.2.13 h(m、2H)13C NMR (100 MHz、CDCl3):δ ppm 170.2、 163.4 (d, 1JC-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, 4JC-F = 3.2), 130.4,19,19.99 Hz 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), 115.4 (d, 2JC-F = 21.6), Hz 50.9, 24.0, 18.7.19F NMR (376 MHz、 CDCl3) (ppm) -111.7, -115.5.HRMS(ESI-Q-TOF)C23H19F2N2O [M+H]+ 377.1465の正確な質量カルドは、377.1482を発見した。

合成 (3,6-Bis(4-クロロフェニル)-5,6-ジヒドロピリダジン-1(4H)-イル(フェニル)メタノン(4c):70%の収率でプロトコル4を用いて合成精製した。1H NMR (400 MHz、 CDCl3):δ ppm 7.78 (d, J = 4 Hz, 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)、2.20-26(m、2H)、2.20-2.2.11H(m、2H) J13C NMR (100 MHz、CDCl3):δ 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)C23H19Cl2N2O [M+H]+ 409.0874の正確な質量カルドは、409.0864を発見した。

合成 (3,6-Bis(4-ブロモフェニル)-5,6-ジヒドロピリダジン-1(4H)-イル)(フェニル)メタノン(4d):82%の収率でプロトコル4を用いて合成精製した。1H NMR (400 MHz、 CDCl3):δppm 7.78 (d, 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), 2.2.1H.13C NMR (100 MHz、CDCl3):δ 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) C23H19Br2N2O [M+H]+ 498.9845 の正確な質量 calcd は、498.9799 を発見しました。

これらの代表的な結果は、4-アリル-1,2,3-チアジアゾールおよび1,4,5,6-テトラヒドロピリダジンを、α-Halo-N-アシルヒドラゾンからのセルコポリン触媒反応によって簡便に合成αできることを示す(N図8)。

4-アリル-1,2,3-チアジアゾールは、これらの条件で得られた:1(0.2ミリモル)、KSCN(0.4ミリモル)、tブオク(0.24ミリモル)、CH3CN(2.0 mL)、セルコスポリン(1モル%)、5 WブルーLED、16時間、O2雰囲気下の室温で(図3および図8)。この手順は、フェニル環上の電子供与基と電子受入基の両方を担う基質に適しており、適度から良好な収率を有する所望の製品を提供した。

1,4,5,6-テトラヒドロピリダジンは、これらの条件で得られた:1(0.5ミリモル)、Cs2CO3(1.2 equiv)およびセルコスポリン(1モル%)2MeCNとH2O(10:1)の混合物中でN2雰囲気下(図3および図8)。。2所望の製品は、優れた収率に良好に得られた。

Figure 1
図1:N-ヘテロサイクルモチーフを有する生理活性分子張Y.、曹Y.の許可を得て適応し、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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。

Figure 2
図2:自然界における代表的なペリレンキオノイド顔料張Y.、曹Y.の許可を得て適応し、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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。

Figure 3
図3:セルコスポリン触媒合成1,2,3-チアジアゾールおよび1,4,5,6-テトラヒドロピリダジン.張Y.、曹Y.の許可を得て適応し、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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。

Figure 4
図4:セルコスポリンの1つのH-NMRスペクトル(400MHz、CDCl3)。3張Y.、曹Y.の許可を得て転載、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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。

Figure 5
図5:代表1H-NMRスペクトル3a(400MHz、CDCl3)を示す。3張Y.、曹Y.の許可を得て転載、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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。

Figure 6
図6:代表13C-NMRスペクトル3a(400MHz、CDCl3)を示す。3張Y.、曹Y.の許可を得て転載、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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。

Figure 7
図7:代表1H-NMRスペクトル4a(400MHz、CDCl3)を代表する。3張Y.、曹Y.の許可を得て転載、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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。

Figure 8
図8:セルコスポリン触媒合成4-アリル-1,2,3-チアジアゾールおよび1,4,5,6-テトラヒドロピリダジン.張Y.、曹Y.の許可を得て適応し、 Lu L. S., 張 S. W., Bao W. H., 黄 S. P. , ラオ Y. ペリニレオノイド -触媒 [4+1]と [4+2]-アゾアルケニの環状触媒アクセス 1, 2, 3-チアオレジアジアジアジアジア/1, 4, 5, 6-テトラデリバティブ84 (12), 7711-7721, (2019).著作権 (2019) アメリカ化学会.この図の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

窒素含有ヘテロサイクルは、多くの新薬にとって重要なモチーフであり、伝統的にサーマルシクロ付加反応によって合成されました。大きな関心のために、これらの化合物の合成のための新しい光触媒法が非常に望まれている。セルコスポリンの優れた光化特性を利用するために、2つのカテゴリーの環化反応で、セルコスポリンを金属フリー光触媒として適用し、窒素含有ヘテロサイクルを合成しました。

まず、標準的な条件下でKSCNを伴うアゾアルケンスのセルコポリン光触媒[4+1]の分解のプロトコルを報告しました:α-ハロ-N-アシルヒドラゾン11(0.2ミリモル)、t BuOK(t BuOK) 1.2 equiv、KSCN2(2 equiv)、セルコスポリン(0.01 equiv)、乾燥CH3CN(2mL)、及び得られた混合物をt、O2雰囲気下で16時間5W青色LEDを行った。 2 2KSCNは、ここでアンバイデント求核化ユニットとして機能する。セルコスポリン、tブオク、ブルーライト及びO2は、この反応の全ての前提条件であった。CH3 CNは、製品の最高の収率を供給し、0.01 equiv.のセルコスポリンは、最適化された比率であった。

第二に、標準的な条件下でのアゾアルケンのセルコポリンフォト触媒[4+2]分解のプロトコルを報告しました:α-ハロー-N-アシルヒドラゾン1(0.5 mmol)、Cs2CO3(1.2 equiv)、セルコスポリン(0.01 equiv)(CH3CN/H2O = 10:1) そして得られた混合物を、N2雰囲気下で16時間5W青色LEDを行った。 1 2[4+2]反応に対して[4+1]反応を行った場合の制御実験が行われています。このプロトコルでは、水とCs2CO3の添加は、α-ハロ-N-アシルヒドラゾンの自己凝縮のために重要であった。水とCs2CO3の比率は、製品に最適な収量を提供するためにも重要でした。

要約すると、 我々は、セルコポリンの生合成プロトコルを報告し、その後、KSと共にアゾアルケンの[4+1]アゾアルケンを伴うアゾアルケンドの環化を通じて、N-ヘテロサイクル4-アリル-1、2、3-チアジアゾールおよび1,4,5,6-テトラヒドロピリダジンを軽度の条件下で合成するための金属遊離光触媒として適用した。これらの反応は、費用対効果の高い5 W LEDを利用し、簡単に処理することができ、合成の新しいアプリケーションを提供しました。最も重要なことは、N-ヘテロサイクルの設計に生合成と有機合成の架け橋を、穏やかで、費用対効果が高く、環境に優しく、持続可能な方法で構築したことだ。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

著者らは開示するものは何もない。

Acknowledgments

中国国家キーR&Dプログラム(2018YFA0901700)、江蘇省自然科学財団(助成金No.BK20160167)、千人の才能計画(若い専門家)、中央大学のための基礎研究資金(JUSRP51712B)、光産業技術工学の国家一流規律プログラム(LITE2018-14)、江蘇省のポスドク財団(2018K153C)。

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

化学、問題161、ペリレンキノノイド、セルコスポリン、光触媒、1,2,3-チアジアゾール、1,4,5,6-テトラヒドロピリダジン、ヘテロサイクル
セルコスポリン-フォトカタ分解[4+1]-および[4+2]-軽度の条件下でのアゾアルケンのアゾアルケンのアヌレーション
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter