Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- ve [4+2]-Hafif Koşullarda Azoalkenlerin Annülasyonları

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

Metaliçermeyen fotokatalizör olarak cercosporin kullanan azot içeren heterodöngülerin sentezi için yeni rotalar geliştirilmiştir.

Abstract

Azot içeren heterocyclelara olan ilgi, yeni uyuşturucular için önemli motifler olduğu için sentetik toplumda hızla genişlemiştir. Geleneksel olarak termal sikloek reaksiyonları ile sentezlenirken, günümüzde hafif ve verimli koşullar nedeniyle fotokataliz tercih edilmektedir. Bu odak ile, azot içeren heterocycles sentezi için yeni bir fotokatalitik yöntem son derece istenir. Burada, cercosporin biyosentezi için bir protokol rapor ediyoruz, metalsiz fotokatalizör işlevi görebilen. Daha sonra azot içeren heterosiklasyon 1,2,3-tiaydiazollerin KSCN ile azoalkenlerin annülasyonu ile sentezi için cercosporin-fotokatalize protokolleri ve 1,4,5,6-tetrahidropirridazinsentezi [4+2] hafif koşullarda azoalkenlerin siklodimerizasyonu ile, sırasıyla. Sonuç olarak, mikrobiyal fermantasyon yöntemi ile organik sentez arasında hafif, uygun maliyetli, çevre dostu ve sürdürülebilir bir şekilde yeni bir köprü bulunmaktadır.

Introduction

Azot içeren heterocycles biyoaktivite ile doğal ürünlerin geniş bir yelpazede için sadece önemli iskeletler değil, aynı zamanda tarımsal kimyasallar ve uyuşturucu molekülleri için sentetik öncüleri1,2çünkü çok dikkat çekmiştir. Çeşitli N-heterocycles arasında, 1,2,3-tiaydiazoles3,4 ve 1,4,5,6-tetrahidropyridazines5,6 sentetik kimya çok yönlü ara olarak kullanılan en önemli moleküllerdir ( Şekil1). Fonksiyonel gruplarının modifikasyonu her zaman farklı farmakolojik aktiviteleri tetiklediğinden, azot içeren heterodöngülerin sentezi için etkili stratejiler geliştirmeye yönelik geniş çabalar gösterilmiştir ve çoğunlukla termal sikloek reaksiyonları7,8,9,10ile sentezlenmiştir. Günümüzde, sürdürülebilir kalkınma ve yeşil kimya gereksinimlerini karşılamak için, fotokataliz büyük önem ve avantajları11,,12,13,14, etkinliğini içeren 15 ,16,16,17,18,19 ve aktivasyon için stokiyometrik reaktifler kaçınma20,21uyguladı . Güçlü ve çok yönlü dört üniteli ara, azoalkenes (1,2-diaza-1,3-dienes)22,23,24,25,26,27,28,29, metal tabanlı Ru öncüsü olarak istihdam edilmiştir (bpy)3Cl2-fotokatalized reaksiyonlar halojen hidratozizin ve ketoyls annülasyonu için yüksek verimlilik ile .30 Ayrıca, aynı zamanda metal içermeyen Eosin Y fotokatalized sisteminde kullanılan, ancak sadece% 7 verim istenilen ürün göze. Metaliçermeyen fotokatalizatörler geçiş metal bazlı fotokatalizörler üzerinde büyük avantaj göstermek yana, çevresel faktör yanı sıra ucuz fiyatlar ile ilgili18,19, N-heterocycles sentezi için yeni metal içermeyen fotokatalitik sistemler geliştirmek son derece önemlidir.

Cercosporin31, 32,33,,3434,35, hipokrellin36,37,38,39,40, elsinokrom41 ve fleikrom42,43 ( Şekil2) doğada perilenequinonoid pigmentlere (PQPs) ait ve endofitik mantarlar tarafından üretilir, fotofizik ve fotobiyolojik özellikleri ile ilgili olarak yaygın olarak araştırılan ve fotodinamik tedavi ve fotofizik tanıda uygulanan, UV-vis bölgesinde güçlü emilimleri ve fotoensitizasyonun eşsiz özellikleri nedeniyle36,44,45,46,47. Işınlama üzerine, bu PQPs heyecanlı devlet ve daha sonra enerji transferi (EnT) ve elektron transferi (ET)35,38,44,48,49,50,51,52,53,54ile aktif türler oluşturmak istenebilir. Böylece, bu doğal PQPs nadiren 55,56 ,,57,,565858,59araştırılmıştır organik reaksiyonlar, sürücü için "metal-free" photocatalysts olarak kullanılabilir öngörülen .

Burada, servosporin in sivi fermantasyondan biyosentezine yönelik protokolü rapor ediyoruz ve daha sonra azoalkenler ve KSCN'nin [4+1] annülasyon reaksiyonu için metalsiz fotokatalizör olarak uyguluyoruz. [4+2] azoalkenlerin siklodimerizasyonu, sırasıyla hafif koşullarda 1,2,3-tiaydiazoz ve 1,4,5,6- tetrahidroridazinler yüksek verimlidir (Şekil 3).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOT: α-Halo-N-acyl-hidrazlar yayınlanmış bir prosedüre göre hazırlanmıştır60. Tüm çözücüler ve diğer kimyasal reaktifler daha fazla saflaştırma yapılmadan ticari kaynaklardan elde edilebildi. İlk olarak α-Halo-NN-ayl-hidratların sentezini ve cercosporin biyosentezini metalsiz fotokatalizör olarak tanımladık. Daha sonra, 1,2,3-tiaydiazol ve 1,4,5,6-tetrahidropiriridazin sentezi için cercosporin-fotokatalizreaksiyonların protokollerini gösterdik.

DİkKAT: Tüm manipülasyon lar eldiven, laboratuvar önlüğü ve gözlük giyerek dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Bu reaksiyonlarda ve arıtma işleminde kullanılan her kimyasal ve çözücü için MSDS'nin dikkatle okunması tavsiye edilir. Kimyasallar banktaki bir denge üzerinde tartılabilir. Tüm organik reaksiyonlar duman kaputunda kurulmalı ve arınma işlemi de bir duman kaputunda yapılmalıdır.

1. α-Halo-N-asil-hidrazların hazırlanması

  1. Bir şişe içine keton 10 mmol ve benzoil hidrazin 10 mmol tartın.
  2. Şişeye 20 mL CH3OH ekleyin.
  3. Bir lastik stoper ve karıştırma çubuğu ile şişe donatmak.
  4. Karışıma 0,25 mL HCl yavaşça enjekte edin.
  5. Şişeyi 4 saat oda sıcaklığında havada kuluçkaya yatırın.
  6. Filtrasyon ile reaksiyona sonra çökelti toplamak ve aseton ile yıkayın.
  7. Ürünü vakumla kurulayın ve NMR ile tanımlayın.

2. Cercosporin hazırlanması

  1. 1 L S-7 orta ile 3 L sallamak şişesi şarj.
  2. Cercosporin üreten suş56 sallamak şişesi içine aşılamak.
  3. Kültür 135 r/dk ışık koşullarında karışımı, 2 hafta boyunca 25 °C.
  4. Supernatant ve pelet elde etmek için bir vakum pompası kullanarak vakum filtrasyon için fermantasyon suyu tabi.
  5. Pelet toplamak ve bir dondurucu kurutucu içinde kuru.
  6. Pelet ve supernatant ayrı ayrı diklorometan 3 x 50 mL ile ayıklayın.
  7. Organik fazları birleştirin ve 2-3 kez su ile yıkayın.
  8. Vakum altında organik faz konsantre.
  9. Kalıntıyı analitik metanol le yeniden çözün ve 0,18 m organik mikrofiltrasyon zarından süzün.
  10. Sephadex LH-20 kolon ile cercosporin arındırın ve HPLC ile tanımlayın.

3. 1,2,3-tiaydiazoles hazırlanması

  1. Α-Halo-N-acyl-hydrazone (0.2 mmol, 1.0 eq), 1 mg cercosporin (0.002 mmol, 0.01 equiv.), 27 mg tBuOK (1.2 equiv) ve 39 mg KSCN (2 equiv) 10 mL Schlenk küvetiçine bir kauçuk durdurucu ve bir bar karıştırma ile donatılmış.
  2. Schlenk tüpünü O2 ile üç kez temizle.
  3. Schlenk tüpüne kuru CH3CN (2 mL) enjekte edin.
  4. Schlenk tüpünü 16 saat boyunca alttan 5 W mavi LED'e tabi tonuyla.
  5. 4 x 15 mL doymuş NaCl çözeltisi ile yıkayın ve sulu fazı birleştirin.
  6. 4 x 15 mL etil asetat ile sulu fazı yeniden ayıklayın.
  7. Organik faz ve kuru susuz Na2SO4ile birleştirin.
  8. Vakum evaporatör ile çözücü çıkarın.
  9. Ürün 3'ü silika jel kolon kromatografisi (elüent, petrol: etil asetat = 10:1) ile arındırın ve NMR ile tanımlayın.

4. 1,4,5,6-tetrahidropirridazin hazırlanması

  1. Α-Halo-N-acyl-hidraton (0,5 mmol), 2,7 mg cercosporin (0,01 equiv) ve 195 mg Cs2CO3 (1,2 equiv) 10 mL Schlenk küvete kauçuk stoper ve karıştırma çubuğu ile donatılmış olarak tartın.
  2. Schlenk tüpünü N2 ile üç kez temizle.
  3. Schlenk tüpüne CH3CN/H2O (10:1, 2 mL) enjekte edin.
  4. Schlenk tüpünü 16 saat boyunca alttan 5 W mavi LED'e tabi tonuyla.
  5. 4 x 15 mL doymuş NaCl çözeltisi ile yıkayın ve sulu fazı birleştirin.
  6. 4 x 15 mL etil asetat ile sulu fazı yeniden ayıklayın.
  7. Organik faz ve kuru susuz Na2SO4ile birleştirin.
  8. Vakum evaporatör ile çözücü çıkarın.
  9. Ürün 4'ü silika jel kolon kromatografisi (elüent, petrol: etil asetat = 10:1) ile arındırın ve NMR ile tanımlayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

α-Halo-N-asil-hidrazsentezi: Protokol 1'e göre sentezlenirler.

Cercosporin sentezi: Protokol 2'ye göre sentezlendi ve saflaştırılmıştı. 1.1.2 H 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, CH2),0.63 (d, 6H, J = 8 Hz, 2Ch(3( Şekil 3 . 13.000 C 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, 42.1, 19. HRMS (ESI-Q-TOF) C29H25O10 [M-H] için tam kütle kalcd- 533.1448, bulundu 533.1468.

4-Fenil-1,2,3-tiaydiazol sentezi (3a): %88 verim ile Protokol 3 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 8.66 (s, 1H), 8.07-8.05 (m, 2H), 7.55-7.44 (m, 3H) (Şekil 5). 13.000 C NMR (100 MHz, CDCl3): δ ppm 162.9, 130.8, 129.9, 129.4, 129.2, 127.4 (Şekil 6). Hrms (ESI-Q-TOF) C8H7N2S [M+H]+ 162.0330 için tam kütle kalcd, 163.0349 bulundu.

4-(4-Florofenil)-1,2,3-tiaydiazol (3b) sentezi: %72 verim ile Protokol 3 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 8.60 (s, 1H), 8.09-8.02 (m, 2H), 7.19-7.19 (m, 2H). 13.000 C NMR (100 MHz, CDCl3): δ 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, JCF-F 02 = 22). Hrms (ESI-Q-TOF) C8H6FN2S [M+H]+ 181.0196 için tam kütle kalcd, 181.0191 bulundu.

4-(4-Klorofenil)-1,2,3-tiaydiazol (3c) sentezi: %87 verim ile Protokol 3 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 8.65 (s, 1H), 8.00 (d, J = 8 Hz, 2H), 7.50 (d, J = 8 Hz, 2H). 13.000 C NMR (100 MHz, CDCl3): δ ppm 162.6, 135.5, 132.4, 129.4, 128.9, 128.7. Hrms (ESI-Q-TOF) C8H6ClN2S [M+H]+ 196.9940 için tam kütle kalcd, 196.9940 bulundu.

4-(4-Bromofenil)-1,2,3-tiaydiazol(3d) sentezi: %78 verim ile Protokol 3 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 8.66 (s, 1H), 7.94 (d, J = 8 Hz, 2H), 7.65 (d, J = 8 Hz, 2H). 13.000 C 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 için tam kütle kalcd, 240.9429 bulundu.

(3,6-Difenil-5,6-dihidropyridazin-1(4H)-yl)(fenil)metanon (4a): %80 verim ile Protokol 4 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H 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), 2.43-2.16 (m, 3H)(7H) ( 7H ( 7H ).

(3,6-Bis(4-florofenil)-5,6-dihidropyridazin-1(4H)-yl)(fenil)metanon (4b): %72 verim ile Protokol 4 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H 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), 2.18-2.13 (m, 1H). 13.000 C 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 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, 2JC-F = 21.6 Hz), 50.9, 24.0, 18.7. 19.09.20 F NMR (376 MHz, CDCl3) (ppm) -111,7, -115,5. Hrms (ESI-Q-TOF) C23H19F2N2O [M+H]+ 377.1465 için tam kütle kalcd, 377.1482 bulundu.

(3,6-Bis(4-klorofenil)-5,6-dihidropyridazin-1(4H)-yl)(fenil)metanon (4c): %70 verim ile Protokol 4 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H 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), 2.39-2.26 (m, 2H), 2.20-2.11 (m, 1H). 13.000 C NMR (100 MHz, CDCl3): δ ppm 170.2, 145.8, 138.3, 135.4, 135.3, 134.9, 133.2, 130.5, 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 için tam kütle kalcd, 409.0864 bulundu.

(3,6-Bis(4-bromofenil)-5,6-dihidropyridazin-1(4H)-yl)(fenil)metanon (4d): %82 verim ile Protokol 4 kullanılarak sentezlendi ve saflaştırılmıştır. 1.1.2 H NMR (400 MHz, CDCl3): δ ppm 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), 2.20-2.11 (m). 13.000 C 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 için tam kütle kalcd, 498.9799 bulundu.

Bu temsili sonuçlar, 4-aryl-1,2,3-tiaydiazoller ve 1,4,5,6-tetrahidroridazinlerin α-Halo-N-acyl-hidraton(Şekil 8)cercosporin katalize fotokatalitik reaksiyonlar ile nasıl uygun bir şekilde sentezlenebileceğini göstermektedir .

4-aryl-1,2,3-tiaydiazoller bu koşullarla elde edildi: 1 (0.2 mmol), KSCN (0.4 mmol), tBuOK (0.24 mmol), CH3CN (2.0 mL), cercosporin (1 mol%), 5 W mavi LED, 16 saat, O2 atmosferin altındaki oda sıcaklığında(Şekil 3 ve Şekil 8). Prosedür, fenil halkası üzerinde hem elektron bağışlayan hem de elektron kabul eden grupları taşıyan substratlar için uygundu ve istenilen ürünleri orta ve iyi verimile sağladı.

1,4,5,6-tetrahidropiridazinler bu koşullarda elde edildi: 1 (0.5 mmol), Cs2CO3 (1.2 equiv) ve cercosporin (%1 mol) N2 atmosferi altında MeCN ve H2O (10:1) karışımında(Şekil 3 ve Şekil 8). İstenilen ürünler mükemmel verim iyi elde edildi.

Figure 1
Şekil 1: N-heterocycles motifli biyoaktif moleküller. Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle uyarlanmıştır. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Doğada temsili perylenequinonoid pigmentler. Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle uyarlanmıştır. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Cercosporin-Katalize Sentezi 1,2,3-Tiyaziyatoller ve 1,4,5,6- Tetrahidropiridazinler. Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle uyarlanmıştır. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: 1Cercosporin H-NMR spektrumu (400 MHz, CDCl3). Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle yeniden basıldı. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: 3a'nın Temsili 1H-NMR spektrumu (400 MHz, CDCl3). Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle yeniden basıldı. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: 3a'nın Temsili 13C-NMR spektrumu (400 MHz, CDCl3). Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle yeniden basıldı. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: 4a'nın Temsili 1H-NMR spektrumu (400 MHz, CDCl3). Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle yeniden basıldı. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: Cercosporin-Katalize Sentez4-aryl-1,2,3-tiaydiazoller ve 1,4,5,6-tetrahidropirridazinler. Zhang Y., Cao Y.'nin izniyle uyarlanmıştır. Lu L. S., Zhang S. W., Bao W. H., Huang S. P., Rao Y. J. Perylenequinonoid-Katalize [4+1]-ve [4+2]-Azoalkenes Annülasyonları: Fotokatalitik Erişim 1, 2, 3-Thiadiazole/1, 4, 5, 6-Tetrahydropyridin Türevleri, Organik Kimya. 84 (12), 7711-7721, (2019). Telif Hakkı (2019) Amerikan Kimya Derneği. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Azot içeren heterocyclelar birçok yeni ilaç için önemli motiflerdir ve geleneksel olarak termal sikloekleme reaksiyonları ile sentezlenirler. Büyük ilgi nedeniyle, bu bileşiklerin sentezi için yeni bir fotokatalitik yöntem son derece istenir. Cercosporin'in mükemmel fotosensitizasyon özelliklerinden yararlanmak için, azot içeren heterocycleları sentezlemek için iki kategoride metalsiz fotokatalizör olarak cercosporin uyguladık.

İlk olarak, standart koşullar altında KSCN ile azoalkenlerin cercosporin-fotokatalize [4+1] annülasyonu protokolünü bildirdik: α-halo- N-asil-hidraton 1 (0.2 mmol), tBuOK (1.1.) 2 equiv), KSCN 2 (2 equiv), cercosporin (0.01 equiv), kuru CH3CN (2 mL) ve elde edilen karışımlar O2 atmosferi altında 16 saat boyunca 5 W mavi LED'e maruz kaldı.N KSCN burada bir ambident nükleofilik birim olarak işlevsel. Cercosporin, tBuOK, mavi ışık ve O2 bu reaksiyon için tüm ön koşul vardı. CH3 CN ürün en iyi verim imal ve 0.01 equiv. cercosporin en iyi oranı elde edildi.

İkinci olarak, standart koşullar altında azoalkenlerin cercosporin-fotokatalize [4+2] annülasyonu protokolünü bildirdik: α-halo-N-acyl-hydrazone 1 (0.5 mmol), Cs2CO3 (1.2 equiv), cercosporin (0.01 equiv) (CH3 CN/H2O = 10:1) 2 mL, ve elde edilen karışımlar N2 atmosferi altında 16 saat boyunca 5 W mavi LED'e maruz kaldı. Kontrol deneyleri [4+2] reaksiyonu için olduğu gibi [4+2] reaksiyonu için de yapılmıştır. Bu protokolde, su ve Cs2CO3 eklenmesi α-halo-NN-asil-hidratin kendi kendine yoğuşması için kritik öneme yönelikti. Su ve Cs2CO3 oranları da ürün için en iyi verimi sağlamak için kritik öneme sahip oldu.

Özetle, biz cercosporin için biyosentez protokolü bildirdik ve daha sonra n-heterocycles 4-aryl-1,2,3-tiaydiazozlar ve 1,4,5,6-tetrahidropiriridazinlerin sentezi için metalsiz fotokatalizör olarak uyguladık, [4+1] KSCN ile azoalkenlerin annülasyonu ve [4+2] azokenes sırasıyla. Bu reaksiyonlar uygun maliyetli 5 W LED kullanımı yapılan ve kolayca işlenebilir, sentezinde yeni bir uygulama sağlanan. En önemlisi, n-heterocycles tasarımı için biyosentez ve organik sentez arasında hafif, uygun maliyetli, çevre dostu ve sürdürülebilir bir şekilde bir köprü inşa ettik.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2018YFA0901700), Jiangsu Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No. BK20160167, Bin Yetenek Planı (Genç Profesyoneller), Merkez Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları (JUSRP51712B), Ulusal Birinci Sınıf Hafif Sanayi Teknolojisi ve Mühendisliği Disiplin Programı (LITE2018-14) ve Jiangsu Eyaleti Doktora Sonrası Vakfı (2018K153C) finansman desteği için.

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

Kimya Sayı 161 Perylenequinonoid Cercosporin Fotokataliz 1,2,3-Thiadiazole 1,4,5,6-Tetrahidropyridazin Heterocycles
Cercosporin-Photocatalyzed [4+1]- ve [4+2]-Hafif Koşullarda Azoalkenlerin Annülasyonları
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