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Biology

Optimisation de la réaction de Ugi utilisant la synthèse parallèle et automatisé de manipulation des liquides

doi: 10.3791/942 Published: November 11, 2008

Summary

La réaction Ugi s'est révélée être un moyen pratique pour créer rapidement des bibliothèques de composés diversifiés. Elle implique la réaction d'une amine, un aldéhyde, un acide carboxylique et un isonitrile généralement dans le méthanol à température ambiante. Dans cette vidéo, nous utilisons un 48 slot Mettler-Toledo MiniBlock équipés de tubes de filtration et un gestionnaire de Mettler-Toledo MiniMapper liquide automatisé a été utilisé pour fournir les réactifs et les solvants. Les paramètres d'intérêt ont été la concentration, la composition du solvant et l'excès de certains des réactifs.

Abstract

L'optimisation d'une réaction de Ugi impliquant le mélange des furfurylamine, benzaldéhyde, BOC-glycine et t-butylisocyanide est décrite. Triplicate fonctionne de 48 expériences parallèles sont signalés, allant de concentration, solvant et l'excès de certains des réactifs. L'isolement du produit a été obtenu par une simple filtration et la procédure de lavage. Le plus haut rendement obtenu est de 66%, passant de 0,4 M avec du méthanol 1,2 éq. d'imine. Ce chiffre est nettement supérieur au rendement de 49% obtenu à partir de la réaction initiale en vertu de concentration équimolaire à 0,4 M dans le méthanol. Des solutions de méthanol avec des concentrations de réactifs de 0,4 M 0,2 M ou ont donné des rendements supérieurs alors que tous les systèmes de solvant à 0,07 M de mauvais résultats. À 0,2 M mélanges, le méthanol et l'éthanol / méthanol (60/40) étaient statistiquement tout aussi bons THF / méthanol (60/40) était pauvre et de l'acétonitrile / méthanol (60/40) était intermédiaire. Bonne reproductibilité des rendements précipité est obtenu dans ces expériences répétées, permettant des effets d'interaction subtile pour être positivement identifié.

Protocol

Présentation

La réaction Ugi s'est révélée être un moyen pratique pour créer rapidement des bibliothèques de composés diversifiés (1-3). Elle implique la réaction d'une amine, un aldéhyde, un acide carboxylique et un isonitrile généralement dans le méthanol à température ambiante. La réaction de Ugi a souvent été utilisé comme un outil dans la synthèse de molécules pharmacologiquement actives et nous l'ont exploitée pour accéder rapidement à des composés dans la recherche de nouveaux agents anti-paludisme (4). Il a été observé que les produits Ugi parfois précipiter dans sa forme pure du mélange réactionnel (1,5). C'est un résultat très chanceux, car la réaction peut alors être facilement étendue sans nécessitant des procédures de purification coûteuses telles que la chromatographie. Il serait plus bénéfique pour optimiser le rendement du produit Ugi obtenue directement à partir de filtration du mélange réactionnel sans autre traitement. À cette fin, nous avons utilisé une fente de 48 Mettler-Toledo MiniBlock (6) équipée de tubes de filtration. Un Mettler-Toledo MiniMapper (7) gestionnaire automatisé liquide a été utilisé pour fournir les réactifs et les solvants. Les paramètres d'intérêt ont été la concentration, la composition du solvant et l'excès de certains des réactifs.

Expérimentale

Le gestionnaire automatisé MiniMapper liquide a été programmé pour délivrer des liquides dans la séquence suivante pour vider des tubes de filtre dans un MiniBlock 48 position: solvant supplémentaire, furfurylamine (2M dans le méthanol), le benzaldéhyde (2M dans le méthanol), Boc-glycine (2M dans le méthanol) et t-butylisocyanide (2M dans le méthanol). Le volume par défaut a été plus de 100 microlitres. Si un réactif est noté comme étant ajouté en excès, 120 microlitres ont été livrés. Le MiniBlock a ensuite été placé sur un agitateur pendant 16 heures avant d'être filtrée en utilisant un vide maison. Deux lavages sont effectués par l'ajout de méthanol (1 ml) dans chaque tube, suivies de 15 min en secouant avant de filtrer. Les tubes ont été ensuite séchées sous vide poussé dans un dessiccateur pendant au moins 30 min. Le rendement est calculé à partir de l'augmentation du poids des tubes de filtre. La pureté a été évaluée par RMN pour un échantillon de chaque système de solvant et la concentration. Les réactions ont été effectués en triple (8-10) et les rendements moyens sont présentés au tableau 1.

Caractérisation du produit Ugi

tert-butyle (2 - {[2 - (tert-butylamino)-2-oxo-1-phényléthyl] (furane-2-ylméthyl) amino}-2-oxoéthyl) carbamate : solide blanc; PF (11) 202-204 C; RMN 1H (12, spectre ) (500MHz, δppm, CDCI3) 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) , phényle de 7,21 à 7,37 (m, 5H); 13C (13, spectre ) (500MHz, δppm, CDCI3) 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, spectre ) (Ʋmax cm-1 ATR): 1645,1673,1699, 3331; FAB-HRMS (15, spectre ) (calculé pour C24H33N3O5 m / z 444.2498 [M + H], a obtenu 444.2517).

Analyse des données

Les données sur le rendement précipité est analysé en utilisant le facteur unique ou à deux facteurs (avec répétitions) une analyse de variance (Anova) des outils disponibles dans Microsoft Excel. (16) Pour ces variables avérées statistiquement significative dans l'analyse de variance, plus petite différence significative de Fisher (LSD) a été utilisé pour déterminer les paramètres expérimentaux spécifiques présentant des différences significatives dans le rendement du précipité Ugi (17). Tous les tests de signification ont été effectuées au niveau de confiance de 95%.

Résultats et discussion

La figure 1 résume l'effet de la composition du solvant sur le rendement du précipité Ugi. Un seul facteur ANOVA indique une différence significative dans les taux de rendement moyen pour les quatre solvants étudiés à une concentration de 0,2 M réactif. Test LSD de Fisher indique que les rendements précipité obtenu dans le méthanol et l'éthanol ne sont pas statistiquement différents au niveau de confiance 95% (signifié par la barre sur les noms de solvants dans la figure), le rendement de précipité Ugi est significativement plus grande dans l'éthanol et le méthanol que dans l'acétonitrile, qui à son tour est significativement supérieure à celle dans le THF.

Figure 1

Figure 1: Résumé de l'effet de la composition du solvant sur ​​le rendement de l'Ugi précipité à une Reagela concentration de 0,2 M NT. Les solvants énumérés comprennent le methanol 40% à cette concentration.

Considérant l'effet de la concentration des réactifs, les données du tableau 1 montrent une chute précipitée du rendement a été trouvé lors du passage de 0,2 à 0,07 M en utilisant le méthanol, l'éthanol et l'acétonitrile comme solvant; les rendements ont été comparables dans le méthanol à l'0,2 et 0,4 Les concentrations M. Notez que les réactions de Ugi sont généralement exécutés dans la gamme 0.5-2M (2). Toutefois, lorsque vous utilisez un gestionnaire automatisé de liquide, il peut être difficile de commencer avec des solutions de réactifs beaucoup plus concentrée que 2M, plaçant ainsi une limite supérieure pratique de la concentration finale d'environ 0,5 M. Les résultats de cette étude d'optimisation incitent à la prudence dans l'interprétation de la réussite ou l'échec des réactions de Ugi-dessous 0.2M, puisque les effets non linéaires sont apparemment à jouer.

La figure 2 résume l'effet de la composition du solvant et l'excès de réactif sur le rendement de précipité Ugi à une concentration de 0,2 M réactif. Les résultats ANOVA à deux facteurs indiquent un solvant statistiquement significative et l'effet excès de réactif. En outre, il existe une interaction significative entre les deux variables. Détails de l'interaction sont découverts dans la figure 2 qui montre que le rendement de précipité est affectée par le solvant utilisé. Encore une fois noter que les barres sur les facteurs de la figure indiquent les rendements ne sont pas statistiquement différents au niveau de confiance de 95%. Pour l'éthanol et le méthanol les meilleurs rendements sont obtenus avec l'imine ou isonitrile en excès, tandis que pour l'acétonitrile, des résultats significativement améliorés sont obtenus avec l'amine, aldéhyde ou isonitrile en excès. Comme indiqué plus haut dans la discussion sur les résultats dans le tableau 1, le rendement global de précipité est faible pour le THF comme solvant, et seulement un excès d'imine conduit à une amélioration statistiquement significative dans le rendement précipité. Ces différents modes d'amélioration du rendement pour les quatre solvants est ce qui conduit à l'effet d'interaction statistiquement significative, et peut être un indicateur de l'interaction différente du produit Ugi avec les solvants différents. Bien que les résultats numériques dans le tableau 1 montrent le meilleur rendement a été obtenu dans le méthanol 0,4 M avec 1,2 équivalents d'imine excès, l'acétonitrile 0,2 / méthanol et 0,2 M d'éthanol / méthanol a également fourni des rendements significatifs. Notez en particulier que tous les mélanges THF / méthanol à 0,2 M a donné des résultats très médiocres. La réaction de Ugi a été effectué avec succès dans une variété de solvants, y compris le THF (2). Notez que les faibles rendements ici ne signifie pas que la réaction de Ugi n'a pas eu lieu dans les mélanges THF, seuls un précipité n'a pas été formé.

Figure 2

Figure 2: Résumé de l'effet de la composition de solvant et l'excès de réactif sur le rendement de l'Ugi précipité à une concentration de 0,2 M réactif. Les solvants énumérés comprennent le methanol 40% à cette concentration.

La figure 3 résume l'effet de la concentration des réactifs et plus réactif sur le rendement de l'Ugi précipitent en utilisant du méthanol comme solvant. Les résultats ANOVA à deux facteurs indiquent une concentration significative et l'effet excès de réactif. Comme décrit ci-dessus, le rendement de précipité à des concentrations de réactifs de 0,2 M et 0,4 M sont significativement supérieures à 0,07 M à (mais ne diffèrent pas les uns des autres). En outre, il existe une interaction significative entre les deux variables à l'étude. Notez que le motif de l'amélioration du rendement précipité avec l'identité de l'excès de réactif est généralement le même pour les concentrations de réactifs plus élevé.

Figure 3

Figure 3: Résumé de l'effet de la concentration et l'excès de réactif sur le rendement de l'Ugi précipité dans le méthanol solvant.

Globalement, les résultats décrits dans les figures 2 et 3 démontrent qu'il y avait des interactions entre la concentration de réactifs choix du solvant, et l'identité du réactif en excès, mais dans l'ensemble ce sont plus subtiles que les effets droites solvant et la concentration. D'autres ont trouvé des résultats similaires lors de l'optimisation d'une réaction de Ugi (18).

Conclusion

L'expérience d'optimisation trouvé le rendement le plus élevé des 48 fonctionne à 66%, passant de 0,4 M avec du méthanol 1,2 éq. d'imine. Ce chiffre est nettement supérieur au rendement de 49% obtenu à partir de la réaction initiale en vertu de concentration équimolaire à 0,4 M dans le méthanol. Bonne reproductibilité des rendements précipité est obtenu dans ces expériences répétées, permettant des effets d'interaction subtile pour être positivement identifié.

Acknowledgments

L'assistance Andrew Lang dans la représentation graphique des données est appréciée. Merci à Mettler-Toledo pour fournir des équipements et matériels pour mener à bien les travaux expérimentaux.

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

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References

  1. Marcaccini, S., Torroba, T. The use of the Ugi four-component condensation. Nature Protocols. 2, 632-63 (2007).
  2. Domling, A., Ugi, I. Multicomponent reactions with isocyanides Angew. Chem. Int. Eng. Ed. 39, 3168-31 (2000).
  3. Domling, A. Recent Developments in Isocyanide Based Multi-Component Reactions in. Applied Chemistry, Chem. Rev.. 106, (2006).
  4. Bradley, J. -C. http://usefulchem.blogspot.com/2008/01/we-have-anti-malarial-activity.html. Forthcoming.
  5. Sanudo, M., Marcaccini, M., Basurto, S., Torroba, T. Synthesis of 3-Hydroxy-6-oxo[1,2,4]triazin-1-yl Alaninamides, a New Class of Cyclic Dipeptidyl. Ureas J. Org. Chem.. 71, 4578-45 (2006).
  6. Bradley, J. -C., Mirza, K. B. UsefulChem EXP201 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP201. Forthcoming.
  7. Bradley, J. -C., Mirza, K. B. EXP202 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP202. Forthcoming.
  8. Bradley, J. -C., Mirza, K. B. EXP203 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP203. Forthcoming.
  9. p, m from compound UC-099C from EXP099 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP099. Forthcoming.
  10. Bradley, J. -C., NMR, H. spectrum 203A11 from UsefulChem EXP203 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP203. Forthcoming.
  11. C NMR spectrum 206A from UsefulChem EXP206 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP206. Forthcoming.
  12. IR spectrum from compound UC-099C from EXP099 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP099. Forthcoming.
  13. FAB-MS from compound UC-099C from EXP099 http://usefulchem.wikispaces.com/EXP099. Forthcoming.
  14. Analysis details available at http://usefulchem.wikispaces.com/space/showimage/EXP201-203_KO-A.xls. Forthcoming.
  15. Montgomery, D. C. Design and Analysis of Experiments. Nature Protocols. 6th ed., Holt, Rinehart, and Winston. Hoboken, NJ. (2005).
  16. Tye, H., Whittaker, M. Use of a Design of Experiments approach for the optimisation of a microwave assisted Ugi reaction. Org. Biomol. Chem.. 2, 813-813 (2004).
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Cite this Article

Bradley, J., Baig Mirza, K., Osborne, T., Wiliams, A., Owens, K. Optimization of the Ugi Reaction Using Parallel Synthesis and Automated Liquid Handling. J. Vis. Exp. (21), e942, doi:10.3791/942 (2008).More

Bradley, J., Baig Mirza, K., Osborne, T., Wiliams, A., Owens, K. Optimization of the Ugi Reaction Using Parallel Synthesis and Automated Liquid Handling. J. Vis. Exp. (21), e942, doi:10.3791/942 (2008).

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