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Biology

Otimização da Reação UGI Usando Síntese Paralela e manipulação de líquidos Automated

doi: 10.3791/942 Published: November 11, 2008

Summary

A reação UGI provou ser uma maneira conveniente de criar rapidamente diversas bibliotecas de compostos. Ela envolve a reação de uma amina, um aldeído, um ácido carboxílico e um isonitrila normalmente em metanol à temperatura ambiente. Neste vídeo, nós utilizamos um slot de 48 MiniBlock Mettler-Toledo equipado com tubos de filtração e um Mettler-Toledo MiniMapper manipulador líquido automatizado foi usada para fornecer os reagentes e solventes. Os parâmetros de interesse foram a concentração, a composição do solvente eo excesso de alguns dos reagentes.

Abstract

A otimização de uma reação UGI envolvendo a mistura de furfurylamine, benzaldeído, boc-glicina e t-butylisocyanide é descrito. Triplicado corre paralelo de 48 experimentos são relatados, variando concentração, solvente eo excesso de alguns dos reagentes. O isolamento do produto foi alcançado por uma filtração simples e procedimento de lavagem. O maior rendimento obtido foi de 66% de metanol de 0,4 M com 1,2 eq. da imina. Isso é significativamente acima do rendimento de 49% obtidos pela reação inicial ao abrigo concentração equimolar em 0,4 M em metanol. Soluções de metanol com concentração de reagentes de 0,4 ou 0,2 M proporcionou rendimentos superiores, enquanto todos os sistemas de solvente a 0,07 m desempenho fraco. Em misturas de metanol, 0,2 M e etanol / metanol (60/40) foram estatisticamente igualmente bons, enquanto THF / metanol (60/40) era pobre e acetonitrila / metanol (60/40) foi intermediária. Boa reprodutibilidade dos rendimentos precipitado foi obtido em replicar esses experimentos, permitindo efeitos de interação sutil para ser positivamente identificados.

Protocol

Introdução

A reação UGI provou ser uma maneira conveniente de criar rapidamente bibliotecas diverso de compostos (1-3). Ela envolve a reação de uma amina, um aldeído, um ácido carboxílico e um isonitrila normalmente em metanol à temperatura ambiente. A reação UGI tem sido frequentemente utilizado como uma ferramenta na síntese de moléculas farmacologicamente ativas e temos aproveitado para acessar rapidamente os compostos na busca de novos agentes anti-maláricos (4). Tem-se observado que os produtos UGI, às vezes precipitado em forma pura a partir da mistura de reação (1,5). Este é um resultado muito feliz pois a reação pode ser facilmente expandido sem a necessidade de procedimentos de purificação caros, tais como cromatografia. Seria mais benéfico para otimizar o rendimento do produto UGI, obtidos diretamente de filtragem da mistura de reação sem tratamento adicional. Para este fim, utilizou um slot de 48 Mettler-Toledo MiniBlock (6) equipada com tubos de filtração. A Mettler-Toledo MiniMapper (7) manipulador automático líquido foi utilizado para fornecer os reagentes e solventes. Os parâmetros de interesse foram a concentração, a composição do solvente eo excesso de alguns dos reagentes.

Experimental

O MiniMapper manipulador automático líquido foi programado para entregar líquidos na seguinte seqüência para esvaziar os tubos de filtro em um MiniBlock 48 posições: solvente adicional, furfurylamine (2M em metanol), benzaldeído (2M em metanol), boc-glicina (2M em metanol) e t-butylisocyanide (2M em metanol). Além do volume padrão foi de 100 microlitros. Se um reagente é anotado como sendo adicionados em excesso, 120 microlitros foram entregues. O MiniBlock foi então colocada em um agitador por 16 horas antes de ser filtrado utilizando vácuo casa. Duas lavagens são realizadas através da adição de metanol (1 mL) a cada tubo seguido por 15 min agitação antes da filtragem off. Os tubos foram então secas sob alto vácuo em um dessecador por no mínimo 30 min. O rendimento foi calculado a partir do aumento no peso dos tubos de filtro. A pureza foi avaliada por RMN H para uma amostra de cada sistema de solventes e concentração. As reações foram realizadas em triplicata (8-10) e os rendimentos médios são apresentados na Tabela 1.

Caracterização do produto UGI

terc-butílico (2 - {[2 - (terc-butylamino)-2-oxo-1-feniletil] (furano-2-ilmetil) amino}-2-oxoethyl) carbamatos : sólido branco; mp (11) 202-204 C; 1H NMR (12, espectro ) (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) , fenil 7,21-7,37 (m, 5H); 13C (13, espectro ) (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, espectro ) (Ʋmax cm-1 ATR): 1645,1673,1699, 3331; FAB-HRMS (15, espectro ) (calculado para C24H33N3O5 m / z 444,2498 [M + H], obtida 444,2517).

Análise de Dados

Os dados de rendimento precipitado foi analisada usando o fator único ou de dois fatores (com repetições) análise de variância (ANOVA) ferramentas disponíveis no Microsoft Excel. (16) Para as variáveis ​​estatisticamente significativas na análise ANOVA, mínima diferença significativa de Fisher (LSD) foi utilizado o teste para determinar as configurações específicas experimental exibindo diferenças significativas no rendimento do precipitado UGI (17). Todos os testes de significância foram realizados no nível de confiança de 95%.

Resultados e Discussão

A Figura 1 resume o efeito de composição solvente sobre o rendimento do precipitado UGI. A ANOVA fator único indica uma diferença significativa no rendimento médio para os quatro solventes estudou em uma concentração de reagentes de 0.2M. Teste de Fisher LSD indica que os rendimentos precipitado obtido em metanol e etanol não são estatisticamente diferentes ao nível de confiança de 95% (representado pela barra sobre os nomes de solventes na figura), o rendimento de precipitar UGI é significativamente maior em etanol e metanol do que em acetonitrila, que por sua vez é significativamente maior do que em THF.

Figura 1

Figura 1: Resumo do efeito da composição do solvente sobre o rendimento da UGI precipitar em um REAGEnt concentração de 0,2 M. Os solventes listados incluem metanol a 40% nesta concentração.

Considerando o efeito da concentração de reagentes, os dados da Tabela 1 mostram uma forte queda no rendimento foi encontrado quando se passa de 0,2 M de 0,07 m usando metanol, etanol e acetonitrila como solvente; os rendimentos eram comparáveis ​​em metanol no 0.2M e 0.4 concentrações M. Note-se que as reações são geralmente UGI executar na faixa de 0,5 a 2M (2). Entretanto, ao usar um manipulador automático líquido, pode ser difícil começar com soluções reagentes muito mais concentrado do que 2M, colocando um limite prático superior para a concentração final em cerca de 0.5M. Os resultados deste estudo de otimização sugerem cautela na interpretação do sucesso ou fracasso de reações UGI abaixo 0.2M, uma vez que os efeitos não lineares são aparentemente em jogo.

A Figura 2 resume o efeito de composição de solventes e reagentes em excesso sobre o rendimento de precipitar UGI em uma concentração de reagentes de 0.2M. Os resultados de dois fatores ANOVA indicam um solvente estatisticamente significativa eo efeito excesso de reagente. Além disso, há uma interação estatisticamente significativa entre as duas variáveis. Detalhes da interação são descobertos na figura 2 que mostra que o rendimento do precipitado é afetada pelo solvente utilizado. Novamente note que as barras sobre os fatores na figura indicam os rendimentos não são estatisticamente diferentes ao nível de confiança de 95%. Tanto para o etanol eo metanol os melhores rendimentos são obtidos com a imina ou isonitrila em excesso, enquanto que para acetonitrila, os resultados melhoraram significativamente são obtidos com a amina aldeído, ou isonitrila em excesso. Como observado acima, na discussão dos resultados na Tabela 1, o rendimento global do precipitado é baixo para THF como solvente, e apenas um excesso de imina leva a uma melhoria estatisticamente significativa no rendimento precipitado. Estes diferentes padrões de rendimento melhorou para os quatro solventes é o que leva ao efeito da interação estatisticamente significativa, e pode ser um indicador de interação diferente do produto UGI com os solventes diferentes. Embora os resultados numéricos da Tabela 1 mostram o melhor rendimento foi obtido em metanol 0,4 M com 1,2 equivalentes de imina excesso, acetonitrila 0,2 M / metanol e 0,2 M de etanol / metanol misturas também proporcionou rendimentos significativos. Nota especial que todas as misturas THF / metanol a 0,2 M deu resultados muito pobres. A reação UGI foi realizado com sucesso em uma variedade de solventes, incluindo THF (2). Note-se que os baixos rendimentos aqui não implica que a reação UGI não ocorreu em misturas THF, só que um precipitado não foi formada.

Figura 2

Figura 2: Resumo do efeito de composição de solventes e reagentes em excesso no rendimento da UGI precipitar em uma concentração de reagentes de 0.2M. Os solventes listados incluem metanol a 40% nesta concentração.

A Figura 3 resume o efeito da concentração de reagentes e do excesso de reagente sobre o rendimento da UGI precipitar utilizando metanol como solvente. Os resultados de dois fatores ANOVA indicam uma concentração significativa e efeito excesso de reagente. Como descrito acima, o rendimento de precipitar em concentrações de reagentes de de 0,2 M e 0,4 são significativamente maiores do que em 0,07 m (mas não diferem umas das outras). Além disso, há uma interação estatisticamente significativa entre as duas variáveis ​​em estudo. Note-se que o padrão da melhoria no rendimento precipitado com a identidade do reagente em excesso é geralmente o mesmo nas concentrações mais elevadas de reagentes.

Figura 3

Figura 3: Resumo do efeito de concentração e excesso de reagente sobre o rendimento da UGI precipitado em metanol solvente.

No geral, os resultados descritos nas figuras 2 e 3 demonstrar que houve interação entre o solvente concentração de reagentes escolha, ea identidade do reagente em excesso, mas no geral, estes eram mais sutis do que os efeitos direto solvente e concentração. Outros encontraram resultados semelhantes ao otimizar uma reação UGI (18).

Conclusão

O experimento de otimização encontrados o maior rendimento dos 48 vai ser 66% de metanol de 0,4 M com 1,2 eq. da imina. Isso é significativamente acima do rendimento de 49% obtidos pela reação inicial ao abrigo concentração equimolar em 0,4 M em metanol. Boa reprodutibilidade dos rendimentos precipitado foi obtido em replicar esses experimentos, permitindo efeitos de interação sutil para ser positivamente identificados.

Acknowledgments

Assistência Andrew Lang na representação gráfica dos dados é apreciado. Graças a Mettler-Toledo para fornecimento de equipamentos e materiais para realizar o trabalho experimental.

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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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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