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Biology

Ottimizzazione della reazione Ugi Con Sintesi parallela e automatica Gestione liquidi

doi: 10.3791/942 Published: November 11, 2008

Summary

La reazione di Ugi ha dimostrato di essere un modo conveniente per creare velocemente librerie di composti diversi. Coinvolge la reazione di un ammina, un'aldeide, un acido carbossilico e un isonitrile tipicamente in metanolo a temperatura ambiente. In questo video, utilizziamo un 48-slot per Mettler-Toledo MINIBLOCK dotato di tubi di filtraggio e di un Mettler-Toledo liquid handler MiniMapper automatizzato è stato utilizzato per fornire i reagenti e solventi. I parametri di interesse sono stati la concentrazione, la composizione del solvente e l'eccesso di alcuni dei reagenti.

Abstract

L'ottimizzazione di una reazione di Ugi che coinvolge la miscelazione di furfurylamine, benzaldeide, Boc-glicina e t-butylisocyanide è descritto. Triplice copia corre di 48 esperimenti in parallelo sono riportati, variando la concentrazione, solvente e l'eccesso di alcuni dei reagenti. L'isolamento del prodotto è stato ottenuto da una semplice filtrazione e procedura di lavaggio. La più alta resa ottenuta è stata del 66% da 0,4 metanolo M con 1,2 eq. di immina. Questo è significativamente al di sopra del rendimento del 49% ottenuto dalla reazione iniziale in concentrazione equimolare a 0,4 M in metanolo. Soluzioni di metanolo con concentrazioni dei reagenti di 0.4M o 0,2 M ha dato rendimenti superiori, mentre tutti i sistemi di solvente a 0.07M eseguita male. A 0,2 M, metanolo ed etanolo / metanolo (60/40) miscele erano statisticamente altrettanto bene, mentre il THF / metanolo (60/40) era povera e acetonitrile / metanolo (60/40) è stata intermedi. Buona riproducibilità delle rese precipitazione è stata ottenuta in questi esperimenti replicare, consentendo effetti di interazione sottile per essere identificato.

Protocol

Introduzione

La reazione di Ugi ha dimostrato di essere un modo conveniente per creare velocemente librerie di composti diversi (1-3). Coinvolge la reazione di un ammina, un'aldeide, un acido carbossilico e un isonitrile tipicamente in metanolo a temperatura ambiente. La reazione di Ugi è stato spesso utilizzato come strumento nella sintesi di molecole farmacologicamente attive e l'abbiamo sfruttata per accedere rapidamente composti nella ricerca di nuovi agenti anti-malariche (4). E 'stato osservato che i prodotti Ugi a volte precipitare in forma pura dalla miscela di reazione (1,5). Si tratta di un risultato molto fortunato, perché la reazione può quindi essere facilmente scalati senza richiedere costose procedure di purificazione, come la cromatografia. Sarebbe più vantaggioso per ottimizzare la resa del prodotto Ugi quanto ottenuto direttamente dal filtraggio della miscela di reazione senza ulteriori trattamenti. A questo fine abbiamo utilizzato un 48 slot Mettler-Toledo MINIBLOCK (6) dotati di tubi di filtrazione. Un Mettler-Toledo MiniMapper (7) gestore automatico liquido è stato utilizzato per fornire i reagenti e solventi. I parametri di interesse sono stati la concentrazione, la composizione del solvente e l'eccesso di alcuni dei reagenti.

Sperimentale

Il gestore automatico MiniMapper liquido è stato programmato per fornire liquidi nella seguente sequenza di svuotare i tubi del filtro in 48 posizione MINIBLOCK: ulteriori solventi, furfurylamine (2M in metanolo), benzaldeide (2M in metanolo), Boc-glicina (2M in metanolo) e t-butylisocyanide (2M in metanolo). Il volume aggiunta di default era 100 microlitri. Se un reagente è notato come aggiunto in eccesso, 120 microlitri sono stati consegnati. Il MINIBLOCK è stato poi posto su un agitatore per 16 ore prima di essere filtrato usando il vuoto casa. Due lavaggi vengono eseguiti con l'aggiunta di metanolo (1 ml) a ciascuna provetta seguita da 15 minuti agitando prima di filtrare fuori. I tubi sono poi stati essiccati sotto alto vuoto in essiccatore per almeno 30 min. Il rendimento è stato calcolato l'aumento di peso dei tubi del filtro. La purezza è stata valutata da H NMR di un campione di ciascun sistema solvente e la concentrazione. Le reazioni sono state eseguite in triplice copia (8-10) e le rese medie sono riportati nella tabella 1.

Caratterizzazione del prodotto Ugi

terz-butile (2 - {[2 - (terz-butilammino)-2-oxo-1-feniletil] (furano-2-ilmetil) ammino}-2-oxoethyl) carbammato : solido bianco; mp (11) 202-204 C; 1H NMR (12, spettro ) (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) , fenile 7,21-7,37 (m, 5H), 13C NMR (13, spettro ) (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, spettro ) (Ʋmax cm-1 ATR): 1645,1673,1699, 3331; FAB-HRMS (15, spettro ) (calcolato per C24H33N3O5 m / z 444,2498 [M H +], ottenuto 444,2517).

Analisi dei dati

I dati di precipitazione di rendimento sono stati analizzati utilizzando il singolo fattore o due fattori (con repliche) analisi della varianza (ANOVA) gli strumenti disponibili in Microsoft Excel. (16) Per queste variabili risultate statisticamente significative per l'analisi ANOVA, piccola differenza significativa di Fisher (LSD) test è stato utilizzato per determinare le impostazioni sperimentali specifiche che presentano differenze significative nel rendimento del precipitato Ugi (17). Tutti i test di significatività sono state eseguite a livello di confidenza del 95%.

Risultati e discussione

La Figura 1 riassume l'effetto della composizione del solvente sul rendimento del precipitato Ugi. Una ANOVA singolo fattore indica una differenza significativa nella resa media per i quattro solventi studiato ad una concentrazione di 0,2 M reagente. Test di LSD di Fisher indica che le rese precipitato ottenuto in metanolo ed etanolo non sono statisticamente differenti al livello di confidenza del 95% (indicato dal bar sopra i nomi di solventi in figura), la resa del precipitato Ugi è significativamente maggiore in etanolo e metanolo che in acetonitrile, che a sua volta è significativamente maggiore di quella in THF.

Figura 1

Figura 1: Sintesi degli effetti della composizione del solvente sul rendimento di Ugi precipitare in un Reageconcentrazione di 0,2 M nt. I solventi elencati comprendono 40% di metanolo a questa concentrazione.

Considerando l'effetto della concentrazione dei reagenti, i dati nella tabella 1 mostra un precipitoso calo di rendimento è stato trovato quando si passa da 0,2 M a 0.07M con metanolo, etanolo e acetonitrile come solvente, i rendimenti erano paragonabili in metanolo al 0,2 M e 0,4 M concentrazioni. Si noti che le reazioni Ugi sono generalmente eseguito in 0,5-2M gamma (2). Tuttavia, quando si utilizza un gestore automatico liquido, può essere difficile partire con soluzioni reagenti molto più concentrato di 2M, così ponendo un limite pratico superiore alla concentrazione finale di 0,5 M about. I risultati di questo studio di ottimizzazione suggerisce cautela nell'interpretare il successo o il fallimento di reazioni di Ugi sotto 0,2 M, dato che effetti non lineari sono apparentemente in gioco.

La Figura 2 riassume l'effetto della composizione del solvente e reagente in eccesso sul rendimento del precipitato Ugi ad una concentrazione di 0,2 M reagente. I due fattori risultati ANOVA indicare un solvente e l'eccesso statisticamente significativo effetto dei reagenti. Inoltre, vi è una interazione statisticamente significativa tra le due variabili. Dettagli delle interazioni sono scoperti in figura 2 che mostra che il rendimento del precipitato è influenzato dal solvente utilizzato. Anche in questo caso di notare che le barre sui fattori nella figura indicano le rese non sono statisticamente differenti al livello di confidenza del 95%. Per entrambi l'etanolo e il metanolo i prodotti migliori sono ottenuti con l'immina isonitrile o in eccesso, mentre per acetonitrile, ha migliorato significativamente i risultati si ottengono con l'aldeide ammina, o isonitrile in eccesso. Come osservato in precedenza nella discussione dei risultati in tabella 1, il rendimento complessivo del precipitato è bassa per THF come solvente, e solo un eccesso di immina porta ad un miglioramento statisticamente significativo della resa precipitato. Questi diversi modelli di rendimento migliore per i quattro solventi è ciò che porta a l'effetto di interazione statisticamente significativa, e può essere un indicatore di interazione differenti del prodotto Ugi con i solventi diversi. Anche se i risultati numerici nella tabella 1 mostrano il miglior rendimento è stato ottenuto in metanolo 0.4M con 1,2 equivalenti di immina eccesso, 0,2 M acetonitrile / metanolo ed etanolo 0,2 M / miscele metanolo fornito anche i rendimenti significativi. Si noti soprattutto che tutti i THF / metanolo miscele a 0,2 M ha dato risultati molto poveri. La reazione di Ugi è stato effettuato con successo in una varietà di solventi, compresi THF (2). Si noti che la bassa resa qui non implicano che la reazione di Ugi non ha avuto luogo a miscele THF, ma solo che un precipitato non si è formata.

Figura 2

Figura 2: Sintesi degli effetti della composizione del solvente e reagente in eccesso sul rendimento di Ugi precipitato a una concentrazione di 0,2 M reagente. I solventi elencati comprendono 40% di metanolo a questa concentrazione.

La Figura 3 riassume l'effetto della concentrazione del reagente e reagente in eccesso sul rendimento di Ugi precipitare utilizzando metanolo come solvente. I due fattori risultati ANOVA indicano una concentrazione e l'eccesso statisticamente significativo effetto dei reagenti. Come descritto sopra, il rendimento del precipitato a concentrazioni di reagenti e di 0,2 M 0.4M sono significativamente maggiori rispetto a 0.07M (ma non differiscono l'uno dall'altro). Inoltre, vi è una interazione statisticamente significativa tra le due variabili oggetto di studio. Si noti che il modello del miglioramento del rendimento precipitato con l'identità del reagente in eccesso è generalmente la stessa alle concentrazioni dei reagenti più alto.

Figura 3

Figura 3: Sintesi degli effetti della concentrazione e del reagente in eccesso sul rendimento di Ugi precipitati in metanolo solvente.

Nel complesso, i risultati descritti nelle figure 2 e 3 dimostrano che vi erano le interazioni tra il solvente scelta, la concentrazione del reagente e l'identità del reagente in eccesso, ma nel complesso questi erano più sottile degli effetti direttamente solvente e la concentrazione. Altri hanno trovato risultati simili per ottimizzare una reazione di Ugi (18).

Conclusione

L'esperimento di ottimizzazione ha riscontrato il maggior rendimento delle 48 corre da 66% da 0,4 metanolo M con 1,2 eq. di immina. Questo è significativamente al di sopra del rendimento del 49% ottenuto dalla reazione iniziale in concentrazione equimolare a 0,4 M in metanolo. Buona riproducibilità delle rese precipitazione è stata ottenuta in questi esperimenti replicare, consentendo effetti di interazione sottile per essere identificato.

Acknowledgments

L'assistenza di Andrew Lang nella rappresentazione grafica dei dati è apprezzato. Grazie alla Mettler-Toledo per la fornitura di attrezzature e materiali per svolgere il lavoro sperimentale.

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).
Ottimizzazione della reazione Ugi Con Sintesi parallela e automatica Gestione liquidi
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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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