Optimierung der Ugi-Reaktion mit Parallel Synthese und Automated Liquid Handling

Summary

Die Ugi-Reaktion hat sich als eine bequeme Möglichkeit, um schnell diverse Bibliotheken von Verbindungen sein. Es geht um die Reaktion eines Amins mit einem Aldehyd, einer Carbonsäure und ein Isonitril in der Regel in Methanol bei Raumtemperatur. In diesem Video, verwenden wir ein 48-Slot Mettler-Toledo MiniBlock mit Filtration Rohren und einem Mettler-Toledo MiniMapper automatisierten Liquid Handler verwendet wurde, um die Reagenzien und Lösungsmittel liefern ausgestattet. Die Parameter des Interesses standen die Konzentration, der Zusammensetzung des Lösungsmittels und der Überschuss von einigen der Reagenzien.

Abstract

Die Optimierung einer Ugi-Reaktion, die die Vermischung von Furfurylamin, Benzaldehyd, Boc-Glycin-und t-Butylisocyanid beschrieben. Triplicate läuft von 48 parallel Experimente berichtet, unterschiedlicher Konzentration, Lösungsmittel und der Überschuss an einige der Reagenzien. Die Isolierung des Produkts wurde durch eine einfache Filtration und waschen Verfahren erreicht. Die höchste Ausbeute betrug 66% von 0,4 M Methanol mit 1,2 eq. Imin. Dies liegt deutlich über der 49% Ausbeute aus der ersten Reaktion unter äquimolaren Konzentration von 0,4 M in Methanol erhalten. Methanol-Lösungen mit Reagenz-Konzentrationen von 0,4 M bzw. 0,2 M gab bessere Ausbeuten, während alle Lösungsmittel-Systeme bei 0,07 M durchgeführt schlecht. Bei 0,2 M, Methanol und Ethanol / Methanol (60/40) Mischungen wurden statistisch gleich gut, während THF / Methanol (60/40) war arm und Acetonitril / Methanol (60/40) wurde das Zwischenprodukt. Gute Reproduzierbarkeit der Niederschlag Erträge wurde in diesen wiederholten Experimenten erhalten, so dass für subtile Wechselwirkungen positiv identifiziert werden.

Protocol

Einführung

Die Ugi-Reaktion hat sich als eine bequeme Möglichkeit, um schnell diverse Bibliotheken von Verbindungen (1-3) sein. Es geht um die Reaktion eines Amins mit einem Aldehyd, einer Carbonsäure und ein Isonitril in der Regel in Methanol bei Raumtemperatur. Die Ugi-Reaktion ist oft als ein Werkzeug in der Synthese von pharmakologisch aktiven Molekülen verwendet worden und wir haben es genutzt, um schnell auf Verbindungen in die Suche nach neuen Anti-Malaria-Mittel (4). Es wurde beobachtet, dass Ugi-Produkte manchmal Niederschlags in reiner Form aus dem Reaktionsgemisch (1,5). Dies ist ein sehr glücklichen Ausgang, da die Reaktion dann kann einfach skaliert werden, ohne dass teure Reinigungsverfahren wie Chromatographie. Es wäre sehr vorteilhaft für die Ugi Produktausbeute als direkt von der Filterung der Reaktionsmischung ohne weitere Behandlung erhalten zu optimieren. Zu diesem Zweck verwendeten wir eine 48-Slot Mettler-Toledo MiniBlock (6) mit Filtration Rohren ausgestattet. Eine Mettler-Toledo MiniMapper (7) automatisiertes Liquid Handler verwendet wurde, um die Reagenzien und Lösungsmittel zu liefern. Die Parameter des Interesses standen die Konzentration, der Zusammensetzung des Lösungsmittels und der Überschuss von einigen der Reagenzien.

Experimentell

Die MiniMapper automatisierten Liquid Handler wurde so programmiert, dass Flüssigkeiten in der folgenden Reihenfolge zu liefern leer Filterrohre in einem 48-Position MiniBlock: zusätzliche Lösungsmittel, Furfurylamin (2M in Methanol), Benzaldehyd (2M in Methanol), Boc-Glycin (2M in Methanol) und t-Butylisocyanid (2M in Methanol). Der Standardwert hinaus betrug 100 Mikroliter. Ist ein Reagenz als im Überschuss zugegeben vermerkt ist, wurden 120 Mikroliter geliefert. Die MiniBlock wurde dann auf einem Schüttler für 16 Stunden gelegt, bevor sie gefiltert mit Hausvakuum. Zwei Wäschen sind durch Zugabe von Methanol (1 mL) in jedes Röhrchen durch 15 min Schütteln vor dem Abfiltrieren gefolgt durchgeführt. Die Röhrchen wurden dann im Hochvakuum in einem Exsikkator für mindestens 30 min getrocknet. Die Ausbeute wurde aus der Gewichtszunahme der Filterrohre berechnet. Die Reinheit wurde durch H-NMR für eine Probe von jedem Lösungsmittel und Konzentration geprüft. Die Reaktionen wurden in dreifacher Ausfertigung (8-10) laufen und die durchschnittlichen Erträge sind in Tabelle 1 angegeben.

Charakterisierung der Ugi-Produkt

tert-Butyl-(2 - {[2 - (tert-Butylamino)-2-oxo-1-phenylethyl] (Furan-2-ylmethyl) amino}-2-oxoethyl) Carbamat : weißer Feststoff, Schmp. (11) 202-204 C; 1H-NMR (12, Spektrum ) (500MHz, δppm, CDCl3) 1.33 (s, 9H), 1,45 (s, 9H), 4,21 (m, 2H), 4,49 (d, J = 18Hz, 1H), 4,50 ( d, J = 18Hz, 1H), 5.47 (s, 1H), 5,60 (s, 1H), 5.62 (s, 1H), 5,89 (s, 1H), 6,10 (s, 1H), 7.19 (s, 1H) , Phenyl 7,21-7,37 (m, 5H); 13C-NMR (13, Spektrum ) (500MHz, δppm, CDCl3) 28,3, 28,6, 42,3, 42,8, 51,7, 62,9, 79,5, 107,7, 110,4, 128,5, 128,7, 129,6, 134,7 , 141,9, 149,8, 155,7, 168,4 170,2; IR (14, Spektrum ) (Ʋmax cm-1 ATR): 1645,1673,1699, 3331; FAB-HRMS (15, Spektrum ) (berechnet für C24H33N3O5 m / z 444,2498 [M + H], erhalten 444,2517.)

Data Analysis

Der Niederschlag liefern Daten wurden mit Hilfe der Ein-Faktor-oder Zwei-Faktor-(mit Wiederholungen) Analyse der Varianz (ANOVA) Tools in Microsoft Excel. (16) Für diese Variablen finden sich als statistisch signifikant in der ANOVA-Analyse, Fisher Least Significant Difference (LSD)-Test wurde verwendet, um den spezifischen experimentellen Einstellungen, die signifikante Unterschiede in der Ausbeute der Ugi Niederschlag (17) zu bestimmen. Alle Signifikanztests wurden auf dem 95% Konfidenzniveau durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 1 fasst die Wirkung der Lösungsmittel-Zusammensetzung auf die Ausbeute der Ugi Niederschlag. Ein einzelner Faktor ANOVA zeigt einen signifikanten Unterschied in der durchschnittlichen Rendite für die vier Lösungsmitteln bei einem Reagens-Konzentration von 0,2 M untersucht. Fisher-LSD-Test zeigt an, dass der Niederschlag liefert in Methanol und Ethanol sind nicht statistisch unterschiedlich auf dem 95%-Konfidenzintervall (angedeutet durch die Bar über die Namen von Lösungsmitteln in der Abbildung), die Ausbeute von Ugi Niederschlag ist wesentlich größer in Ethanol und Methanol als in Acetonitril, die wiederum deutlich größer als in THF.

Abbildung 1: Zusammenfassung der Wirkung von Lösungsmittel-Zusammensetzung auf die Ausbeute der Ugi Niederschlag in einer Reagent-Konzentration von 0,2. Die aufgeführten Lösungsmittel umfassen 40% Methanol bei dieser Konzentration.

Betrachtet man die Wirkung von Reagenz-Konzentration, zeigen die Daten in Tabelle 1 einen steilen Abfall der Ausbeute gefunden wurde, wenn man von 0,2 M bis 0,07 M unter Verwendung von Methanol, Ethanol und Acetonitril als Lösungsmittel, wobei die Ausbeuten waren vergleichbar in Methanol an der 0,2 und 0,4 M-Konzentrationen. Beachten Sie, dass Ugi-Reaktionen in der Regel in der 0,5-2m-Bereich (2) laufen. Allerdings, wenn Sie ein automatisiertes Liquid Handler, kann es schwierig sein, mit entsprechenden Reagenzien, viel konzentrierter als 2M starten, damit Platzierung eine praktische Obergrenze auf die Endkonzentration bei etwa 0,5. Die Ergebnisse dieser Studie zur Optimierung raten zur Vorsicht bei der Interpretation der Erfolg oder Misserfolg der Ugi-Reaktionen unter 0,2, da nichtlineare Effekte sind offenbar eine Rolle spielen.

Abbildung 2 zeigt die Wirkung des Lösungsmittels Zusammensetzung und Reagenz mehr auf den Ertrag der Ugi Niederschlag in einem Reagens-Konzentration von 0,2. Die Zwei-Faktor ANOVA Ergebnisse zeigen eine statistisch signifikante Lösungsmittel und Reagenz mehr Wirkung. Darüber hinaus gibt es eine statistisch signifikante Wechselwirkung zwischen den beiden Variablen. Details der Interaktion sind in Abbildung 2 freigelegt, die zeigt, dass die Ausbeute an Niederschlag durch das verwendete Lösungsmittel beeinflusst. Beachten Sie auch, dass die Balken über die Faktoren in der Figur zeigen die Renditen sind keine statistisch signifikanten Unterschiede bei der Sicherheit von 95%. Für beide Ethanol und Methanol die besten Erträge werden mit dem Imin oder Isonitril mehr erhalten, während für Acetonitril, deutlich bessere Ergebnisse mit dem Amin-, Aldehyd-oder Isonitril mehr erhalten. Wie oben in der Diskussion der Ergebnisse in Tabelle 1 angegeben, ist die Gesamtausbeute von Niederschlag für THF als Lösungsmittel niedrig, und nur ein Überschuss von Imin führt zu einer statistisch signifikanten Verbesserung der Niederschlag zu erhalten. Diese unterschiedlichen Muster der verbesserten Ausbeute für die vier Lösungsmittel ist, was führt zu statistisch signifikanten Interaktionseffekt, und kann einen Indikator für unterschiedliche Zusammenspiel der Ugi-Produkt mit den verschiedenen Lösungsmitteln verwendet werden. Obwohl die numerischen Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen die beste Ausbeute in 0,4 M Methanol wurde mit 1,2 Äquivalenten von überschüssigem Imin 0.2M Acetonitril / Methanol und 0,2 M Ethanol / Methanol-Mischungen auch zu signifikanten Ausbeuten. Beachten Sie besonders, dass alle THF / Methanol-Gemischen bei 0,2 sehr schlechte Ergebnisse gab. Die Ugi-Reaktion wurde erfolgreich in einer Vielzahl von Lösungsmitteln, wie THF (2) durchgeführt. Beachten Sie, dass die geringen Ausbeuten hier bedeuten nicht, dass der Ugi-Reaktion fand nicht statt in THF Mischungen, nur dass ein Niederschlag nicht gebildet wurde.

Abbildung 2: Zusammenfassung der Wirkung von Lösungsmittel Zusammensetzung und Reagenz mehr auf den Ertrag der Ugi Niederschlag in einem Reagens-Konzentration von 0,2. Die aufgeführten Lösungsmittel umfassen 40% Methanol bei dieser Konzentration.

Abbildung 3 fasst die Wirkung von Reagenzkonzentration und Reagenz mehr auf den Ertrag der Ugi Niederschlag mit Methanol als Lösungsmittel. Die Zwei-Faktor ANOVA Ergebnisse zeigen eine statistisch signifikante Konzentration und Reagenz mehr Wirkung. Wie oben beschrieben, die Ausbeute an Niederschlag im Reagenz-Konzentrationen von 0,2 M und 0,4 M sind wesentlich größer als bei 0,07 M (aber nicht voneinander unterscheiden). Darüber hinaus gibt es eine statistisch signifikante Wechselwirkung zwischen den beiden untersuchten Variablen. Beachten Sie, dass das Muster der Verbesserung der Niederschlag Ausbeute Identität des überschüssigen Reagens in der Regel ist das gleiche bei den höheren Reagenz-Konzentrationen.

Abbildung 3: Zusammenfassung der Wirkung von Konzentration und Reagenz mehr auf den Ertrag der Ugi Niederschlag in Methanol als Lösungsmittel.

Insgesamt zeigen die Ergebnisse in den Abbildungen 2 und 3 beschrieben, dass es Wechselwirkungen zwischen der Wahl des Lösungsmittels, Reagenzkonzentration und die Identität des Reagenz im Überschuss, aber insgesamt waren subtiler als die geraden Lösungsmittel und Konzentration Effekte. Andere haben ähnliche Ergebnisse, wenn die Optimierung einer Ugi-Reaktion (18).

Abschluss

Die Optimierung Experiment fanden die höchste Ausbeute der 48 läuft auf 66% von 0,4 M Methanol mit 1,2 eq. Imin. Dies liegt deutlich über der 49% Ausbeute aus der ersten Reaktion unter äquimolaren Konzentration von 0,4 M in Methanol erhalten. Gute Reproduzierbarkeit der Niederschlag Erträge wurde in diesen wiederholten Experimenten erhalten, so dass für subtile Wechselwirkungen positiv identifiziert werden.

Materials

Name	Type	Company	Catalog Number	Comments
Furfurylamine	Reagent	Sigma-Aldrich	F20009
Benzaldehyde	Reagent	Sigma-Aldrich	12010
Boc-glycine	Reagent	TCI America	B1185
t-butylisocyanide	Reagent	TCI America	B1274