Waiting
Login processing...

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

Biology

Optimering av Ugi Reaktion Använda Parallell Syntes och automatiserade Vätskehantering

doi: 10.3791/942 Published: November 11, 2008

Summary

Den Ugi reaktion har visat sig vara ett bekvämt sätt att snabbt skapa olika bibliotek av föreningar. Det handlar om reaktionen av en amin, en aldehyd, en karboxylsyra och en isonitrile vanligtvis i metanol vid rumstemperatur. I denna video använder vi ett 48-slot Mettler-Toledo MiniBlock utrustade med filtrering rör och en Mettler-Toledo MiniMapper automatiserade flytande hanterare användes för att leverera de reagenser och lösningsmedel. Parametrarna av intresse var koncentrationen, lösningsmedlet sammansättning och överskottet av några av de reagenser.

Abstract

Optimering av en Ugi reaktionen där blandningen av furfurylamine, bensaldehyd, Boc-glycin och t-butylisocyanide beskrivs. Tre exemplar körningar av 48 parallella experiment redovisas, varierande koncentration, lösningsmedel och överskottet av några av de reagenser. Isolering av produkten uppnås genom en enkel filtrering och tvätta förfarande. Den högsta uppnådda avkastningen var 66% från 0,4 M metanol med 1,2 ekv. av imine. Detta är betydligt över 49% avkastning från den första reaktionen i ekvimolära koncentration på 0,4 M i metanol. Metanol lösningar med reagens koncentrationer av 0,4 eller 0,2 gett överlägsen avkastning medan alla lösningsmedel system på 0.07M dåliga resultat. Vid 0,2 miljoner, metanol och etanol / metanol (60/40) blandningar var statistiskt lika goda när THF / metanol (60/40) var dålig och acetonitril / metanol (60/40) var intermediär. God reproducerbarhet av fällningen skördarna erhölls i dessa replikera experiment, vilket möjliggör subtila samspel effekter vara positivt identifieras.

Protocol

Inledning

Den Ugi reaktion har visat sig vara ett bekvämt sätt att snabbt skapa olika bibliotek av föreningar (1-3). Det handlar om reaktionen av en amin, en aldehyd, en karboxylsyra och en isonitrile vanligtvis i metanol vid rumstemperatur. Den Ugi reaktionen har ofta använts som ett verktyg för syntes av farmakologiskt aktiva molekyler och vi har utnyttjat den för att snabbt komma åt föreningar i sökandet efter nya anti-malariamedel (4). Det har observerats att Ugi produkter ibland fällningen i ren form från reaktionsblandningen (1,5). Detta är en mycket lycklig utgång, eftersom reaktionen kan sedan enkelt skalas upp utan att kräva kostsamma rening förfaranden såsom kromatografi. Det skulle vara mest fördelaktigt att optimera Ugi produkten avkastning som erhålls direkt från filtrering reaktionsblandningen utan ytterligare behandling. För detta ändamål har vi använt en 48-slot Mettler-Toledo MiniBlock (6) är utrustade med filtrering rör. En Mettler-Toledo MiniMapper (7) automatiserade flytande hanterare användes för att leverera de reagenser och lösningsmedel. Parametrarna av intresse var koncentrationen, lösningsmedlet sammansättning och överskottet av några av de reagenser.

Experimentell

Den MiniMapper automatiserade flytande hanterare var programmerad för att leverera vätska i följande ordning för att tömma filtret rör i en 48-ställning MiniBlock: ytterligare lösningsmedel, furfurylamine (2M i metanol), bensaldehyd (2M i metanol), BOC-glycin (2M i metanol) och t-butylisocyanide (2M i metanol). Standardinställningen Dessutom volymen var 100 mikroliter. Om ett reagens noteras som läggs över var 120 mikroliter levereras. Den MiniBlock var då placerad på en shaker i 16 timmar innan det filtreras med hjälp av hus vakuum. Två tvättar utförs genom att tillsätta metanol (1 ml) till varje provrör följt av 15 min skaka innan det filtreras bort. Rören var sedan torkas under högt vakuum i en exsickator i minst 30 min. Avkastningen har beräknats från den ökade vikten av filtret rör. Renheten bedömdes av H NMR för ett prov från varje lösningsmedel system och koncentration. Reaktionerna kördes i tre exemplar (8-10) och den genomsnittliga avkastningen redovisas i tabell 1.

Karakterisering av Ugi produkt

tert-butyl (2 - {[2 - (tert-butylamino)-2-oxo-1-fenyletyl] (furan-2-ylmetyl) amino}-2-oxoethyl) karbamat : vita, fasta, mp (11) 202-204 C, 1H NMR (12, spektrum ) (500 MHz, δppm, CDCl3) 1,33 (s, 9H), 1,45 (s, 9H), 4,21 (m, 2 timmar), 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) , fenyl 7,21-7,37 (m, 5H), 13C NMR (13, spektrum ) (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, spektrum ) (Ʋmax cm-1 ATR): 1645,1673,1699, 3331, FAB-HRMS (15, spektrum ) (beräknad för C24H33N3O5 m / z 444,2498 [M + H] erhålls 444,2517.)

Data Analysis

Fällningen avkastningen data analyseras med hjälp av en-faktor eller två-faktor (med replikat) variansanalys (ANOVA) verktyg som finns tillgängliga i Microsoft Excel. (16) För de variabler som visade sig vara statistiskt signifikant i ANOVA-analys, test Fishers minst signifikanta skillnaden (LSD) användes för att fastställa den specifika experimentella inställningar uppvisar stora skillnader i avkastning av Ugi fällning (17). Alla betydelse tester utfördes vid 95% konfidensnivå.

Resultat och Diskussion

Figur 1 sammanfattar effekten av lösningsmedel sammansättning på avkastningen av Ugi fällningen. En enskild faktor ANOVA visar en signifikant skillnad i genomsnittliga avkastningen för de fyra lösningsmedel studerade vid ett reagens koncentration av 0,2 miljoner. Fishers LSD test visar att fällningen avkastningen i metanol och etanol är inte statistiskt skiljer sig vid 95% konfidensnivå (betecknas med svärdet över namnen på lösningsmedel i figuren), utbytet av Ugi fällning är betydligt större i etanol och metanol än i acetonitril, som i sin tur är betydligt större än i THF.

Figur 1

Figur 1: Sammanfattning av påverkan av lösningsmedel sammansättning på avkastningen av Ugi fällningen vid en Reagent koncentration av 0,2 miljoner. De listade lösningsmedel inkluderar 40% metanol vid denna koncentration.

Med tanke på effekten av reagens koncentration, uppgifterna i tabell 1 visar en brant nedgång i avkastningen hittades när man går från 0,2 till 0.07M med metanol, etanol och acetonitril som lösningsmedel, avkastningen var jämförbara i metanol på 0,2 och 0,4 M koncentrationer. Observera att Ugi reaktioner vanligtvis körs i 0,5-2M område (2). Men när man använder en automatiserad flytande hanterare, kan det vara svårt att börja med reagens lösningar mycket mer koncentrerade än 2M, vilket ställer en praktisk övre gräns för den slutliga koncentrationen på ca 0,5. Resultatet av denna optimering studie tyder på att försiktighet i tolkningen av framgång eller misslyckande Ugi reaktioner under 0,2, eftersom icke-linjära effekter är uppenbarligen på spel.

Figur 2 sammanfattar effekten av lösningsmedel sammansättning och reagens överskott på avkastningen av Ugi fällningen vid en reagens koncentration av 0,2 miljoner. De två-faktor ANOVA resultat visar en statistiskt signifikant lösningsmedel och reagens överskott effekt. Dessutom finns det en statistiskt säkerställd interaktion mellan de två variablerna. Detaljer om samspelet upptäcks i figur 2 som visar att avkastningen av fällningen påverkas av det använda lösningsmedlet. Återigen Observera att staplarna över de faktorer som i figuren anger avkastning är inte statistiskt skiljer sig vid 95% konfidensnivå. För både etanol och metanol de bästa avkastning erhålls med imine eller isonitrile i överskott, medan det för acetonitril, är betydligt bättre resultat med amin, aldehyd-eller isonitrile i överskott. Som nämnts ovan i diskussionen av resultaten i tabell 1, är den totala avkastningen av fällning låg för THF som lösningsmedel, och bara ett överskott av imine leder till en statistiskt signifikant förbättring av utfällning avkastning. Dessa olika mönster av förbättrade avkastningen för de fyra lösningsmedel är det som leder till statistiskt signifikant interaktionseffekt, och kan vara en indikator på olika växelverkan mellan Ugi produkten med olika lösningsmedel. Även om de numeriska resultaten i tabell 1 visar den bästa avkastningen har erhållits i 0,4 metanol med 1,2 motsvarigheter av överskjutande imine, 0,2 acetonitril / metanol och 0,2 etanol / metanol blandningar också betydande avkastning. Notera särskilt att alla THF / metanol blandningar på 0,2 miljoner gav mycket dåliga resultat. Den Ugi reaktionen har framgångsrikt genomförts i olika lösningsmedel, inklusive THF (2). Observera att de låga skördarna här inte innebär att Ugi reaktionen inte skedde i THF blandningar, bara att en fällning inte bildades.

Figur 2

Figur 2: Sammanfattning av påverkan av lösningsmedel sammansättning och reagens överskott på avkastningen av Ugi fällningen vid en reagens koncentration av 0,2 miljoner. De listade lösningsmedel inkluderar 40% metanol vid denna koncentration.

Figur 3 sammanfattar effekten av reagens koncentration och reagens överskott på avkastningen av Ugi fällning med metanol som lösningsmedel. De två-faktor ANOVA resultat visar en statistiskt signifikant koncentration och reagens överskott effekt. Som beskrivits ovan avkastningen av fällningen vid reagens koncentrationer av 0,2 miljoner och 0,4 miljoner är betydligt större än vid 0.07M (men inte avviker från varandra). Dessutom finns det en statistiskt säkerställd interaktion mellan de två variablerna under utredning. Observera att mönstret för förbättringen i fällning avkastning med identiteten av den överskjutande reagens är i allmänhet densamma på de högre reagens koncentrationer.

Figur 3

Figur 3: Sammanfattning av effekten av koncentration och reagens överskott på avkastningen av Ugi fällning i metanol lösningsmedel.

Generellt sett är resultaten beskrivs i figurerna 2 och 3 visar att det fanns interaktion mellan lösningsmedel val, reagens koncentration och identitet reagens i överskott, men totalt sett dessa var mer subtil än den raka lösningsmedel och koncentration effekter. Andra har funnit liknande resultat när man optimerar en Ugi reaktion (18).

Slutsats

Optimeringen experiment fann den högsta avkastningen av de 48 körningar till 66% från 0,4 M metanol med 1,2 ekv. av imine. Detta är betydligt över 49% avkastning från den första reaktionen i ekvimolära koncentration på 0,4 M i metanol. God reproducerbarhet av fällningen skördarna erhölls i dessa replikera experiment, vilket möjliggör subtila samspel effekter vara positivt identifieras.

Acknowledgments

Andrew Lang bistånd i grafisk representation av data är uppskattat. Tack vare Mettler-Toledo för att tillhandahålla utrustning och material för att utföra experimentellt arbete.

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).
Optimering av Ugi Reaktion Använda Parallell Syntes och automatiserade Vätskehantering
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