Waiting
Login processing...

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

Biology

אופטימיזציה של התגובה אוגי באמצעות סינתזה במקביל וטיפול נוזלי אוטומטי

doi: 10.3791/942 Published: November 11, 2008

Summary

התגובה אוגי הוכיחה להיות דרך נוחה במהירות ליצור ספריות מגוונת של תרכובות. היא כוללת את תגובת אמין, אלדהיד, חומצה carboxylic ו isonitrile בדרך כלל מתנול בטמפרטורת החדר. בסרטון הזה, אנו מנצלים 48-חריץ Mettler-טולדו MiniBlock מצויד צינורות סינון מטפל Mettler-טולדו MiniMapper נוזלי אוטומטי היה בשימוש, כדי לספק את ריאגנטים ממס. הפרמטרים של עניין היו ריכוז, הרכב הממס ואת עודף של כמה חומרים כימיים.

Abstract

אופטימיזציה של תגובה אוגי מעורבים ערבוב של furfurylamine, benzaldehyde, BOC-גליצין ו-T-butylisocyanide מתואר. פועל בשלושה עותקים של 48 ניסויים במקביל מדווחים, משתנה ריכוז הממס ואת עודף של כמה חומרים כימיים. הבידוד של המוצר הושגה על ידי סינון פשוטה הליך לשטוף. התשואה הגבוהה ביותר שהושג היה 66% לעומת מתנול 0.4 M עם EQ 1.2. של imine. זה משמעותי מעל התשואה 49% המתקבל התגובה הראשונית תחת ריכוז equimolar ב 0.4 M ב מתנול. פתרונות מתנול מגיב עם ריכוזים של 0.4M או 0.2M נתן התשואות מעולה בעוד כל מערכות ממס על 0.07M ביצועים גרועים. בשלב תערובות מתנול 0.2M, ואתנול / מתנול (60/40) היו סטטיסטית טובה באותה מידה בעוד THF / מתנול (60/40) היה עני אצטוניטריל / מתנול (60/40) היה ביניים. שחזור טוב של התשואות לזרז הושג אלה ניסויים לשכפל, המאפשר אינטראקציה השפעות עדינות להיות מזוהה באופן חיובי.

Protocol

הקדמה

התגובה אוגי הוכיחה להיות דרך נוחה במהירות ליצור ספריות של תרכובות שונות (1-3). היא כוללת את תגובת אמין, אלדהיד, חומצה carboxylic ו isonitrile בדרך כלל מתנול בטמפרטורת החדר. התגובה אוגי פעמים רבות נעשה שימוש ככלי בסינתזה של מולקולות פעילות פרמקולוגית ויש לנו לנצל את זה כדי לגשת במהירות תרכובות בחיפוש אחר נגד מלריה סוכנים חדשים (4). זה נצפתה כי המוצרים אוגי לפעמים לזרז בצורה הטהורה מתערובת התגובה (1,5). זוהי תוצאה מזל מאז התגובה אז יכול להיות מדורגים בקלות עד בלי לדרוש הליכי טיהור יקרות כגון כרומטוגרפיה. זה יהיה מועיל ביותר כדי לייעל את התשואה המוצר אוגי כפי שנתקבל ישירות סינון התערובת תגובה ללא טיפול נוסף. לשם כך השתמשנו 48-חריץ Mettler-טולדו MiniBlock (6) מצויד צינורות הסינון. Mettler-טולדו MiniMapper (7) המטפל נוזלי אוטומטי היה בשימוש, כדי לספק את ריאגנטים ממס. הפרמטרים של עניין היו ריכוז, הרכב הממס ואת עודף של כמה חומרים כימיים.

נסיוני

המטפל אוטומטיות MiniMapper נוזלי היה מתוכנת כדי לספק נוזלים ברצף הבאה כדי לסנן צינורות ריק MiniBlock 48-בעמדה: ממס נוסף, furfurylamine (2M ב מתנול), benzaldehyde (2M ב מתנול), BOC-גליצין (2M ב מתנול) ו-T-butylisocyanide (2M ב מתנול). נפח בנוסף ברירת המחדל היה 100 מיקרוליטר. אם הוא מגיב כאמור להתווסף עודף, 120 מיקרוליטר נמסרו. MiniBlock הושם אז במשך 16 שעות על שייקר בטרם מסונן באמצעות ואקום הבית. שני שוטף מבוצעים על ידי הוספת מתנול (1 מ"ל) על צינור אחד ואחריו 15 דקות רועד לפני סינון משם. הצינורות היו יבשים ואז דקות לפחות 30 תחת ואקום גבוה dessicator. התשואה חושבה מעליית משקל של צינורות הסינון. טוהר הוערכה על ידי H NMR למדגם אחד מתוך כל מערכת ריכוז ממס. התגובות היו לרוץ בשלושה עותקים (80-10) לבין ממוצע תשואות מדווחים בטבלה 1.

אפיון המוצר אוגי

טרט-בוטיל (2 - {[2 - (טרט-butylamino)-2-אוקסו-1-phenylethyl] (Furan-2-ylmethyl) אמינו}-2-oxoethyl) carbamate : מוצק לבן; mp (11) 202-204 C; 1H NMR (12, קשת ) (500MHz, δppm, CDCl3) 1.33 (S, 9H), 1.45 (S, 9H), 4.21 (מ ', 2H), 4.49 (ד, י = 18Hz, 1H), 4.50 ( ד, י = 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) , פניל 7.21-7.37 (מ ', 5H); 13C NMR (13, קשת ) (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, קשת ) (Ʋmax ס"מ ATR-1): 1645,1673,1699, 3331; FAB-HRMS (15, קשת ) (מחושב עבור C24H33N3O5 m / z 444.2498 [ז + H], השיג 444.2517).

ניתוח נתונים

התשואה נתונים לזרז נותח באמצעות גורם יחיד או שני גורמים (עם משכפל) ניתוח (ANOVA), כלים השונות הזמינות ב-Microsoft Excel. (16) עבור אלו משתנים נמצאו מובהקים סטטיסטית בניתוח ANOVA, ההבדל הפחות משמעותי של פישר (LSD) הבדיקה נעשה שימוש כדי לקבוע את הגדרות הניסוי ספציפי מציג הבדלים משמעותיים תשואה של המשקע אוגי (17). הבדיקות בוצעו כל משמעות ברמת ביטחון של 95%.

תוצאות ודיון

איור 1 מסכם את ההשפעה של ההרכב ממס על התשואה של המשקע אוגי. ANOVA גורם יחיד עולה הבדל משמעותי התשואה הממוצעת במשך ארבע ממיסים למד בריכוז של 0.2M מגיב. מבחן LSD של פישר עולה כי התשואות המשקע שהתקבל מתנול ואתנול אינם שונים סטטיסטית ברמה של 95% (מסומן ליד הבר על פני שמות של ממיסים באיור) את התשואה של המשקע אוגי הוא גדול משמעותית אתנול, מתנול מאשר אצטוניטריל, אשר בתורו הוא גדול משמעותית מזה THF.

איור 1

איור 1: סיכום של השפעת הרכב ממס על התשואה של אוגי לזרז את reagent ריכוז של 0.2M. ממיסים המפורטים כוללים מתנול 40% בריכוז הזה.

בהתחשב את ההשפעה של ריכוז מגיב, את הנתונים בטבלה 1 מצביעים על ירידה תלולה בתשואה נמצאה כאשר הולך מ 0.2M ל 0.07M שימוש, אתנול, מתנול אצטוניטריל כמו ממס; התשואות היו המקבילה מתנול ב 0.2M ו - 0.4 M ריכוזי. שימו לב לתגובות אוגי מנוהלות בדרך כלל בטווח 0.5-2M (2). עם זאת, בעת שימוש במטפל נוזלי אוטומטית, זה עלול להיות קשה להתחיל עם פתרונות מגיב הרבה יותר מרוכז מאשר 2M, ובכך הצבת גבול עליון מעשית על הריכוז הסופי על 0.5m. תוצאות המחקר הזה מציע אופטימיזציה זהירות לפרש את ההצלחה או הכישלון של תגובות אוגי להלן 0.2M, כיוון שאינו ליניארי ההשפעות הן כנראה לשחק.

תרשים 2 מסכם את ההשפעה של ההרכב ממס עודף מגיב על התשואה של המשקע אוגי בריכוז של 0.2M מגיב. שני גורמים מצביעים על תוצאות ANOVA ממס משמעותי מבחינה סטטיסטית וגם עודף השפעה מגיב. בנוסף, קיימת אינטראקציה מובהקת סטטיסטית בין שני משתנים. פרטים האינטראקציה ונחשפים באיור 2, אשר מראה כי התשואה של המשקע מושפע ממס בשימוש. שוב לציין כי הסורגים על הגורמים באיור מציינים התשואות אינם שונים סטטיסטית ברמה של 95%. עבור אתנול וגם מתנול התשואות הטובות ביותר מושגות עם imine או isonitrile עודף, בעוד אצטוניטריל, התוצאות השתפרו משמעותית מתקבלים עם אלדהיד אמין, או isonitrile עודף. כפי שצוין לעיל בדיון על התוצאות בטבלה 1, התשואה הכוללת של המשקע הוא נמוך עבור THF כמו הממס, ורק עודף של imine מוביל לשיפור משמעותי סטטיסטית תשואה המשקע. אלה דפוסים שונים של תשואה משופרת עבור ארבעת ממיסים היא מה שמוביל להשפעה אינטראקציה מובהקת סטטיסטית, והוא עשוי להיות אינדיקטור של אינטראקציה שונה של המוצר אוגי עם ממסים שונים. למרות שהתוצאות המספרי בטבלה 1 מראים את התשואה הטובה ביותר הושג ב מתנול 0.4M עם ושווי של 1.2 imine עודף, אצטוניטריל מתנול 0.2M / ו 0.2M אתנול / מתנול תערובות גם סיפק תשואות משמעותיות. שימו לב במיוחד שכל THF / תערובות מתנול ב 0.2M נתן תוצאות עניים מאוד. התגובה אוגי בוצעה בהצלחה במגוון ממסים, כולל THF (2). ראוי לציין, כי תשואות נמוכות כאן אינן מרמזות כי התגובה אוגי לא יתקיים תערובות THF, רק כי לא נוצר משקע.

איור 2

איור 2: סיכום ההשפעה של הרכב ממס עודף מגיב על התשואה של אוגי לזרז בריכוז של 0.2M מגיב. ממיסים המפורטים כוללים מתנול 40% בריכוז הזה.

איור 3 מסכם את ההשפעה של ריכוז מגיב ואת עודף מגיב על התשואה של אוגי המשקע באמצעות מתנול כפי ממס. שני גורמים מצביעים על תוצאות ANOVA ריכוז משמעותי מבחינה סטטיסטית וגם עודף השפעה מגיב. כפי שתואר לעיל, את התשואה של המשקע בריכוזים של מגיב של 0.2M ו - 0.4M באופן משמעותי יותר מאשר ב 0.07M (אך אינם נבדלים זה מזה). בנוסף, קיימת אינטראקציה מובהקת סטטיסטית בין שני משתנים על פי המחקר. ראוי לציין, כי דפוס השיפור בתשואה המשקע עם זהותו של מגיב עודף בדרך כלל באותו הריכוזים מגיב יותר.

איור 3

איור 3: סיכום ההשפעה של ריכוז עודף מגיב על התשואה של אוגי המשקע ב מתנול ממס.

בסך הכל, התוצאות שתוארו דמויות 2 ו -3 מראים כי לא היו יחסי הגומלין בין ריכוז מגיב ממס, הבחירה והזהות של מגיב עודף, אבל בסך הכל אלה היו עדינים יותר את ההשפעות ממס ישר וריכוז. אחרים גילו תוצאות דומות כאשר אופטימיזציה תגובה אוגי (18).

מסקנה

הניסוי אופטימיזציה מצא את התשואה הגבוהה ביותר של 48 ריצות להיות 66% מ - 0.4 מ 'מתנול עם EQ 1.2. של imine. זה משמעותי מעל התשואה 49% המתקבל התגובה הראשונית תחת ריכוז equimolar ב 0.4 M ב מתנול. שחזור טוב של התשואות לזרז הושג אלה ניסויים לשכפל, המאפשר אינטראקציה השפעות עדינות להיות מזוהה באופן חיובי.

Acknowledgments

סיוע אנדרו לאנג בייצוג גרפי של הנתונים להערכה. הודות Mettler-טולדו לאספקת ציוד וחומרים לביצוע עבודה ניסויית.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).
אופטימיזציה של התגובה אוגי באמצעות סינתזה במקביל וטיפול נוזלי אוטומטי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

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