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Biology

Optimización de la reacción de Ugi mediante la síntesis en paralelo y manejo de líquidos automatizados

doi: 10.3791/942 Published: November 11, 2008

Summary

La reacción de Ugi ha demostrado ser una manera conveniente de crear rápidamente diversas bibliotecas de compuestos. Se trata de la reacción de una amina, aldehído, un ácido carboxílico y un isonitrilo normalmente en metanol a temperatura ambiente. En este video, nosotros utilizamos un 48 ranura Mettler-Toledo MiniBlock equipados con tubos de filtración y un manejador de Mettler-Toledo MiniMapper líquido automatizado fue utilizado para entregar los reactivos y disolventes. Los parámetros de interés fueron la concentración, la composición del disolvente y el exceso de algunos de los reactivos.

Abstract

La optimización de una reacción de Ugi participación de la mezcla de furfurylamine, benzaldehído, boc glicina-y t-butylisocyanide se describe. Por triplicado, corre de 48 experimentos paralelos se presentan, variando la concentración, disolvente y el exceso de algunos de los reactivos. El aislamiento del producto fue alcanzado por una simple filtración y el procedimiento de lavado. El mayor rendimiento obtenido fue del 66% de metanol 0,4 M con 1,2 eq. de imina. Esto es muy por encima del rendimiento del 49% obtenido de la reacción inicial en la concentración equimolar de 0,4 M en metanol. Soluciones de metanol con una concentración de reactivo de 0,4 o 0,2 M dio mejores rendimientos, mientras que todos los sistemas de disolvente a 0.07M un mal desempeño. En mezclas de 0,2 M, metanol y etanol / metanol (60/40) fueron estadísticamente igual de buenos, mientras que THF / metanol (60/40) era pobre y acetonitrilo / metanol (60/40) fue intermedio. Una buena reproducibilidad de los rendimientos precipitado se obtiene en estos experimentos replican, lo que permite efectos de la interacción sutil para ser identificado positivamente.

Protocol

Introducción

La reacción de Ugi ha demostrado ser una manera conveniente de crear rápidamente diversas bibliotecas de compuestos (1-3). Se trata de la reacción de una amina, aldehído, un ácido carboxílico y un isonitrilo normalmente en metanol a temperatura ambiente. La reacción de Ugi ha utilizado a menudo como una herramienta en la síntesis de moléculas farmacológicamente activas, y lo hemos aprovechado para acceder rápidamente a los compuestos en la búsqueda de nuevos agentes anti-malaria (4). Se ha observado que los productos Ugi a veces se precipitan en forma pura de la mezcla de reacción (1,5). Este es un resultado muy afortunado ya que la reacción puede ser fácilmente ampliado sin necesidad de costosos procesos de purificación, como la cromatografía. Sería más beneficioso para optimizar el rendimiento del producto Ugi como se obtiene directamente de filtrar la mezcla de reacción sin tratamiento adicional. Con este fin se utilizó un 48 ranura Mettler-Toledo MiniBlock (6) equipados con tubos de filtración. A Mettler-Toledo MiniMapper (7) manejador de líquidos automatizados se utilizan para entregar los reactivos y disolventes. Los parámetros de interés fueron la concentración, la composición del disolvente y el exceso de algunos de los reactivos.

Experimental

El manejador de MiniMapper líquido automatizado fue programado para entregar líquidos en el siguiente orden de vaciar los tubos de filtro en una MiniBlock de 48 posiciones: disolvente adicional, furfurylamine (2M en metanol), benzaldehído (2 M en metanol), boc-glicina (2 M en metanol) y t-butylisocyanide (2M en metanol). Además el volumen por defecto es 100 microlitros. Si un reactivo se observa como se añade en exceso, 120 microlitros fueron entregados. El MiniBlock fue colocado en un agitador durante 16 horas antes de ser filtrado con vacío de la casa. Dos lavados se llevan a cabo mediante la adición de metanol (1 mL) a cada tubo, seguido de 15 min agitando antes de filtrado. Los tubos se secó en alto vacío en un desecador durante al menos 30 min. El rendimiento se calcula a partir del aumento en el peso de los tubos del filtro. La pureza se evaluó mediante RMN de una muestra de cada sistema de disolvente y la concentración. Las reacciones se realizaron por triplicado (8-10) y los rendimientos promedio se reportan en la Tabla 1.

La caracterización del producto Ugi

terc-butilo (2 - {[2 - (terc-butilamino)-2-oxo-1-fenil] (furan-2-ilmetil) amino}-2-oxoetil) carbamato : sólido blanco, punto de fusión (11) desde 202 hasta 204 C; 1H RMN (12, espectro ) (500 MHz, 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) , fenilo 7,21 a 7,37 (m, 5H); 13C RMN (13, espectro ) (500 MHz, 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], obtenido 444,2517).

Análisis de Datos

Los datos de rendimiento precipitado se analizó mediante el factor individual o de dos factores (con repeticiones), análisis de varianza (ANOVA) las herramientas disponibles en Microsoft Excel. (16) Para aquellas variables que son estadísticamente significativas en el análisis de ANOVA, la mínima diferencia significativa de Fisher (LSD) se utilizó la prueba para determinar los parámetros experimentales específicas presentan diferencias significativas en el rendimiento del precipitado Ugi (17). Todas las pruebas de significación se realizaron en el nivel de confianza del 95%.

Resultados y Discusión

La Figura 1 resume el efecto de la composición de los disolventes en el rendimiento del precipitado Ugi. Un ANOVA de un solo factor indica una diferencia significativa en el rendimiento promedio para los cuatro solventes estudió en una concentración de reactivo de 0,2. Prueba de Fisher LSD indica que los rendimientos precipitado obtenido en metanol y etanol no son estadísticamente diferentes al nivel de confianza del 95% (representado por la barra sobre los nombres de los disolventes en la figura), el rendimiento de precipitado Ugi es significativamente mayor en etanol y metanol que en acetonitrilo, que a su vez es significativamente mayor que en THF.

Figura 1

Figura 1: Resumen del efecto de la composición de los disolventes en el rendimiento de Ugi precipitado a un Reagent concentración de 0,2 M. Los disolventes indicados incluyen 40% de metanol a esta concentración.

Teniendo en cuenta el efecto de la concentración de los reactivos, los datos del Cuadro 1 muestran una precipitada caída en el rendimiento fue encontrado al pasar de 0,2 a 0.07M con metanol, etanol y acetonitrilo como disolvente, los rendimientos fueron similares en metanol en el 0,2 y el 0,4 M concentraciones. Tenga en cuenta que las reacciones son generalmente Ugi ejecutar en el rango de 0.5-2M (2). Sin embargo, cuando se utiliza un controlador automático de líquido, puede ser difícil para empezar con las soluciones de reactivo mucho más concentrada que 2M, lo que coloca un límite superior práctico en la concentración final en alrededor de 0,5. Los resultados de este estudio de optimización sugieren cautela en la interpretación del éxito o el fracaso de las reacciones por debajo de 0,2 M Ugi, ya que los efectos no lineales son al parecer en el juego.

La figura 2 resume el efecto de la composición del disolvente y el exceso de reactivos en el rendimiento de precipitado Ugi a una concentración de 0,2 M de reactivo. Los resultados de dos factores ANOVA indican un solvente y el efecto estadísticamente significativo exceso de reactivo. Además, existe una interacción estadísticamente significativa entre ambas variables. Los detalles de la interacción que se descubran en la figura 2, que muestra que el rendimiento de precipitado se ve afectada por el disolvente utilizado. Una vez más en cuenta que las barras sobre los factores de la figura indican los rendimientos no son estadísticamente diferentes al nivel de confianza del 95%. Para el etanol y el metanol los mejores rendimientos se obtienen con la imina o isonitrilo en exceso, mientras que para el acetonitrilo, mejoró los resultados significativamente se obtienen con la amina, aldehído o isonitrilo en exceso. Como se señaló anteriormente en la discusión de los resultados en la Tabla 1, el rendimiento global de precipitado es baja para el THF como disolvente, y sólo un exceso de imina conduce a una mejoría estadísticamente significativa en el rendimiento de precipitado. Estos diferentes patrones de mejor rendimiento para los cuatro solventes es lo que lleva a efecto de interacción estadísticamente significativa, y puede ser un indicador de la interacción de los diferentes productos Ugi con los solventes diferentes. A pesar de los resultados numéricos en la Tabla 1 muestra los mejores rendimientos se obtuvieron en metanol 0,4 M con 1,2 equivalentes de imina exceso de acetonitrilo 0,2 M / metanol y 0,2 M de etanol / metanol mezclas también proporcionan rendimientos significativos. Tenga en cuenta especialmente que todas las mezclas de THF / metanol a 0,2 M dio resultados muy pobres. La reacción de Ugi se ha realizado con éxito en una variedad de disolventes, incluso el THF (2). Tenga en cuenta que los bajos rendimientos de aquí no implica que la reacción de Ugi no tuvo lugar en las mezclas de THF, sólo que el precipitado no se formó.

Figura 2

Figura 2: Resumen del efecto de la composición del disolvente y el exceso de reactivos en el rendimiento de Ugi precipitado a una concentración de 0,2 M de reactivo. Los disolventes indicados incluyen 40% de metanol a esta concentración.

Figura 3 se resume el efecto de la concentración de los reactivos y el exceso de reactivo en el rendimiento de Ugi precipitar utilizando metanol como disolvente. Los resultados de dos factores ANOVA indican una concentración estadísticamente significativa y el efecto exceso de reactivo. Como se describió anteriormente, el rendimiento de precipitado en las concentraciones de reactivos de 0,2 M y 0,4 M de son significativamente mayores que en 0.07M (pero no se diferencian unos de otros). Además, existe una interacción estadísticamente significativa entre las dos variables en estudio. Tenga en cuenta que el patrón de la mejora en el rendimiento de precipitado con la identidad del reactivo en exceso suele ser el mismo en las concentraciones de reactivos más alto.

Figura 3

Figura 3: Resumen del efecto de la concentración y el exceso de reactivos en el rendimiento de Ugi precipitado en metanol solvente.

En general, los resultados descritos en las figuras 2 y 3 demuestran que hubo interacción entre la concentración de reactivo opción solvente, y la identidad del reactivo en exceso, pero en general eran más sutiles que los efectos directo solvente y la concentración. Otros han encontrado similares resultados al optimizar una reacción Ugi (18).

Conclusión

El experimento de optimización encuentra el mayor rendimiento de las 48 carreras que el 66% de metanol 0,4 M con 1,2 eq. de imina. Esto es muy por encima del rendimiento del 49% obtenido de la reacción inicial en la concentración equimolar de 0,4 M en metanol. Una buena reproducibilidad de los rendimientos precipitado se obtiene en estos experimentos replican, lo que permite efectos de la interacción sutil para ser identificado positivamente.

Acknowledgments

Asistencia de Andrew Lang en la representación gráfica de los datos se aprecia. Gracias a Mettler-Toledo para la provisión de equipos y materiales para llevar a cabo el trabajo 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).
Optimización de la reacción de Ugi mediante la síntesis en paralelo y manejo de líquidos automatizados
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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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