RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Aktif olmayan ve aktive olmuş aziridinler içeren bitişik bizaziridinler asimetrik organokatalitik aziridinasyonlarla sentezlendi ve daha sonra asidik veya bazik koşullar altında kemoselektif halka açma reaksiyonlarına tabi tutuldu. Aktive edilmemiş aziridin halkası asidik koşullar altında daha az reaktif nükleofil ile açılırken, aktive edilmiş aziridin halkası temel koşullar altında daha reaktif nükleofiller ile açılır.
Üç üyeli bir halka içeren reaktif organik moleküllerin bir sınıfı olan aziridinler, C-ikame edilmiş aziridinlerin regiokontrollü halka açıklığı yoluyla çok çeşitli işlevselleştirilmiş azot içeren hedef bileşiklerin sentezi için önemli sentezlerdir. Son on yılda aziridin sentezindeki muazzam ilerlemeye rağmen, bitişik bisaziridinlere verimli bir şekilde erişmek zor olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, çeşitli nükleofiller ile regioselektif halka açma reaksiyonları için tek aziridin omurgasının ötesinde elektronik olarak farklı bir N-ikame maddesi seti taşıyan bitişik bizaziridinleri sentezlemekle ilgileniyorduk. Bu çalışmada, kiral organokatalizör olarak (2 S)-[difenil(trimetilsililoksi)metil]pirolidinin varlığında azot kaynağı olarak N-Ts-O-tosyl veya N-Boc-O-tosyl hidroksilamin ile kiral (E)-3-((S)-1-(R)-1-feniletil)-1-feniletil)-1-feniletil)-akrililaldehitin organokatalitik asiridinasyonu ile kiral bitişik bisaziridinler hazırlanmıştır. Ayrıca burada gösterilen bitişik bisaziridinlerin kükürt, azot, karbon ve oksijen gibi çeşitli nükleofiller ile regioselektif halka açma reaksiyonlarının temsili örnekleri ve bitişik bisaziridinlerin Pd-katalizörlü hidrojenasyon ile çok ikame edilmiş kiral pirrolidinlerin sentezine uygulanması.
Ürün seçiciliğini hassas bir şekilde kontrol eden çeşitli reaktif bölgelere sahip küçük organik moleküllerin rasyonel tasarımı, modern organik sentez ve yeşil kimyada kilit bir hedeftir 1,2,3,4,5,6,7,8. Bu hedefe ulaşmak için, aziridinlerin modüler sentezi ile ilgilendik. Aziridinler, yapısal olarak önemli çerçeve 9 nedeniyle, çoklu nükleofiller 10,11,12,13,14,15,16,17,18 ile regioselektif halka açma reaksiyonlarına yol açabilen elektronik olarak farklı bir N-ikame edici setine sahip yapısal olarak önemli çerçeve9 nedeniyle çoğu organik kimyagerin ilgisini çekmektedir. 19 ve antitümör, antimikrobiyal ve antibakteriyel özellikler gibi çeşitli farmakolojik aktiviteler. Aziridin kimyasındaki ilerlemelere rağmen, aktive edilmemiş aziridin ve aktive edilmiş aziridin literatürde bağımsız sentezlere ve halka açma reaksiyonlarına sahiptir20.
Bu nedenle, hem aktive olmayan hem de aktive olmuş aziridinleri içeren bitişik bisaziridinleri sentezlemeyi amaçladık. Bu bitişik bizaziridinler, iki farklı aziridinin aşağıdaki elektronik özelliklerine ve nükleofillere reaktivitesine dayanan kemoselektif bir halka açma modelini sistematik olarak rasyonelleştirmek için kullanılabilir 20,21,22,23,24: a) elektron çeken ikame maddelerinin azot üzerindeki negatif yükü konjugatif olarak stabilize ettiği, çoklu nükleofiller ile kolayca reaksiyona girdiği aktif aziridinler. halka açılmış ürünlere izin vermek; b) azotun elektron bağışlayan ikame maddelerine bağlandığı aktive edilmemiş aziridinler, nükleofillere karşı oldukça etkisizdir; Bu nedenle, halka açılmış ürünleri yüksek verimde20,21,25,26 oranında karşılamak için uygun bir aktivatör (esas olarak Brønsted veya Lewis asitleri) ile bir ön aktivasyon adımı gereklidir.
Bu çalışma, geçiş metalsiz organokataliz yoluyla kiral yapı taşları olarak bitişik bisaziridinlerin rasyonel tasarımını ve bisaziridinlerin halka açma reaksiyonları için öngörücü modelleme araçları kullanılarak çeşitli azot bakımından zengin moleküllerin sentezini açıklamaktadır. Bu çalışma, azotla zenginleştirilmiş biyoaktif bileşiklerin ve doğal ürünlerin yapımında ve aziridinlerin polimerizasyonunda pratik yöntemlerin geliştirilmesini teşvik etmeyi amaçlamaktadır.
Yapı, tam NMR spektrumları, optik saflık ve HRMS-MALDI verileri dahil olmak üzere sentezlenen tüm ürünlerin (1-5) ayrıntıları Ek Dosya 1'de verilmiştir.
1. 3-(aziridin-2-il)akrilik aldehit sentezi (1a)
2. Bitişik bisaziridin sentezi (2a)
3. Bileşik 3'ün sentezi
4. Bileşik 4'ün sentezi
5. Aktif olmayan aziridinlerin seçici halka açılması: 5d'nin sentezi
6. Aktif aziridinlerin seçici halka açılması: 5f sentezi
7. Bitişik aziridinlerin Pd katalizörlü hidrojenasyonu: 5h sentezi
8. Polarimetre analizi

9. 1H ve 13C NMR analizi
Bitişik bir bisaziridin hazırlamanın elde edilebilirliğini araştırmak için, (E)-3-((S)-1-(R)-1-feniletil)aziridin-2-il)akrilaldehit (1a) ilk olarak adım 1'de belirtilen prosedüre göre bir model substrat olarak sentezlenmiştir (Şekil 1)28.

Şekil 1: Model substrat olarak 1a'nın sentezi. Ürün 1a , reaktif olarak (trifenilfosforanyaniden) asetaldehit kullanılarak (R)-1-(R)-1-feniletil)aziridin-2-karbaldehitten sentezlendi. Bu rakam Mao ve ark.28 ve Rhee ve ark.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bundan sonra, aşağıdaki optimal reaksiyon koşulları altında bitişik bisaziridinler (2a ve 2b) elde etmek için 1a'nın aziridinasyonu gerçekleştirildi29,30,31,32,33,34,35 (adım 2 ve Şekil 2): a) 2a'nın sentezi için: 1a (1.0 mmol), katalizör BS (% 7 mol), azot kaynağı olarak BocNHOT'lar (1.1 eşdeğeri), baz olarak NaOAc (1.5 eşdeğeri), oda sıcaklığında 24 saat boyunca EtOAc (0. 3 M); b) 2b sentezi için: 1a (1.0 mmol), katalizör BS (% 7 mol), azot kaynağı olarak TsNHOT'lar (1.1 eşdeğeri), baz olarak NaOAc (1.5 eşdeğeri), oda sıcaklığında 7 saat boyunca THF (0.3 M).

Şekil 2: Bitişik bisaziridinlerin sentezi (2a ve 2b). 2a ve 2b ürünleri iki adımda 1a'dan sentezlendi, ilk adımda katalizör olarak BS ve ikinci adımda reaktif olarak BocNHOT'lar veya TsNHOT'lar kullanıldı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Aktif olmayan ve aktive edilmiş aziridin moietileri taşıyan enantiyoenstrüktif bisaziridinlerin yapımından sonra, çeşitli nükleofiller ile regioselektif halka açma reaksiyonları yoluyla çeşitli azotla zenginleştirilmiş moleküller (5a-g) hazırlanmıştır. Biziridinlerin halka açma reaksiyonlarının temsili örnekleri Tablo 1'de özetlenmiştir.
Tablo 1: Çeşitli nükleofillere sahip bisaziridinlerin regioselektif halka açılması. Bu tablo Rhee ve ark.52'den uyarlanmıştır. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Lewis asidi ZnCl 2'nin varlığında, 1-fenil-5-merkaptotetrazolün kükürt atomu ve asidik ortamda NH4Cl, anilinin amini, sırasıyla 5a ve 5b, sırasıyla 36,37,38,39,40,41,42 (Tablo 1) , giriş 1 ve 2). Ürün 5c, katalizör olarak ZnBr2 varlığında 1,3,5-trietilhekzahidro-1,3,5-triazinden üretilen N-metileneamin eşdeğeri43'ün azot atomu, reaksiyona girmemiş aktif aziridin 3b üzerinden aktive edilmemiş aziridine saldırdığında ve ardından halka kapatma reaksiyonu ile sentezlendiğinde sentezlendi (Tablo 1 , giriş 3). Şaşırtıcı bir şekilde, aktive edilmemiş aziridinlerin halka açılmasındaki regiokimyasal kontrol, aktive edilmiş aziridinler üzerinde Ts veya Boc grubu gibi uygun bir N-koruyucu grubun seçilmesiyle sağlanabilir (Tablo 1, giriş 4 ve 5). Muhtemelen, diferansiyel halka açma paterni, protonasyon (yani ikincil etkileşimler) üzerindeki aktivasyon modlarının geometrisine bağlanabilir (Şekil 3). Aktive edilmemiş aziridinin azot atomu ile C2' pozisyonundaki sülfonamidin bitişik azot atomu arasındaki ikincil etkileşim, sterik olarak sıkışık bir kiral ortam yaratarak gerçekleşmiş olabilir; asetatın daha az engellenmiş C3 atomu44,45,46 üzerindeki nükleofilik saldırısı, kinetik ürün 5d'nin oluşumuna yol açacaktı (Tablo 1, giriş 4). Öte yandan, aziridinyum iyonunun protonu ile karbonil oksijen arasındaki ikincil etkileşim, nükleofilik saldırı yoluyla termodinamik ürün 5e'nin oluşumuna yol açan daha esnek ve daha az sterik olarak sıkışık bir durumun inşasını içerebilir 20,21,22,23,24,25,26 daha fazla ikame edilmiş C2 atomu üzerindeki asetatın (Tablo 1, giriş 5). Özellikle, S, N, C ve O gibi çeşitli nükleofiller, hafif asidik koşullar altında aktive edilmemiş aziridine olumlu bir şekilde saldırdı (Tablo 1, giriş 1-5).

Şekil 3: Bitişik bisaziridinlerin seçici halka açma reaksiyonları için makul ikincil etkileşimler . (A) Asetatın daha az engellenmiş C3 atomuna nükleofilik saldırısı, kinetik ürünlerin 5d oluşumuna neden olurdu. (B) Asetatın daha fazla ikame edilmiş C2 atomuna nükleofilik saldırısı, termodinamik ürün 5e'nin oluşumuyla sonuçlanacaktı. Bu şekil Rhee et al.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
N-Ts korumalı aziridinin seçici halka açma reaksiyonu, istenen ürün 5f'yi karşılamak için azid (N3ˉ) ile gerçekleştirilebilir, çünkü azid daha az engellenen C3' atomu47,48,49'a erişim sağlar (Tablo 1, giriş 6). Ayrıca, izoksazolin N-oksit 5g, bir β-hidroksi-α-nitro esterinin oluşumu ve nitronat oksijen atomunun aktif aziridin halkasının C3' atomuna ardışık nükleofilik saldırısı yoluyla sentezlenirken, bitişik bisaziridinil aldehit etil nitroasetat ve imidazol 50 ile reaksiyona sokulmuştur (Tablo 1, giriş 7). Özellikle, aktive edilmiş aziridin moietilerinin tercihli halka açma reaksiyonları temel koşullar altında meydana gelmiştir (Tablo 1, giriş 6 ve 7).
Pd(OH)2/C,H2 (1 atm) ve Boc 2 O varlığında, bitişik bisaziridinil aldehit, aşağıdaki ardışık reaksiyonlar 51 yoluyla çok ikame edilmiş kiral pirrolidin bileşiği 5h'ye kolayca dönüştürüldü (Tablo 1, giriş 8 ve Şekil 4).

Şekil 4: Kiral pirrolidin sentezi için şematik illüstrasyon. Bu rakam Rhee ve ark.52'den değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ürünler için karakterizasyon verileri
Bileşiklerin 1H NMR spektral verilerindeki bazı önemli zirveler (Şekil 5, Şekil 6, Şekil 7, Şekil 8, Şekil 9, Şekil 10 ve Şekil 11) aşağıdaki gibidir. Aldehit hidrojenin zirvesi ≥9.00 ppm'de görünür. Alken hidrojenlerinin zirveleri 5.00-7.00 ppm aralığında görünür. Aziridin hidrojenlerinin zirveleri ≤3.50 ppm'de görülür. Bisaziridin durumunda, hidrojenler ayrı ayrı ortaya çıkar. Genel olarak, diğer alkil gruplarının hidrojenlerinin zirveleri ≤3.00 ppm'de görünür. Boc ve TBS durumunda, hidrojen zirveleri genellikle sabittir ve ≤2.00 ppm'de tekil olarak görünür. Bisaziridin halka açma bileşiği durumunda, alkil grubunun hidrojen zirveleri ayrı ayrı ortaya çıkar. Ürünlerin tüm ayrıntıları Ek Dosya 1'de (tam NMR spektrumları, optik saflık ve HRMS-MALDI verileri) sağlanmaktadır.
Tablo 1'de gösterilen ürünlerin kalan NMR spektral verileri Ek Dosya 1'de (5a-c, 5e ve 5g) yer almaktadır.

Şekil 5: 1a için spektral veriler: (A) 1H NMR spektrumu. (B) 13C NMR spektrumu. 1H NMR spektrumundaki dikkate değer zirveler: 6.56 ve 6.38 ppm'deki zirveler, aziridin ve aldehit arasındaki alken hidrojenlerine karşılık gelir. Ayrıca, 9.47 ppm'deki tepe noktası aldehit hidrojene karşılık gelir. Bu rakam Mao ve ark.28'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: 2a için spektral veriler: (A) 1H NMR spektrumu. (B) 13C NMR spektrumu. 1H NMR spektrumundaki dikkate değer zirveler: 9.16 ppm'deki zirve, aldehitin bozulmadan kaldığını gösterir. 1.48 ppm'deki tepe noktası Boc hidrojenlerine karşılık gelir. 1a'nın spektrum verileriyle karşılaştırıldığında, alken hidrojenlerinin zirveleri ortadan kalkmıştır; Bununla birlikte, üretilen aziridin hidrojenlerinin pikleri 1.25-1.72 ppm aralığında tespit edilir. Bu şekil Rhee et al.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7: 3a için spektral veriler: (A) 1H NMR spektrumu. (B) 13C NMR spektrumu. 1H NMR spektrumundaki dikkate değer zirveler: 1.42 ppm'deki zirve, aziridine bitişik etil alkoldeki alkol hidrojenine karşılık gelir ve bu da 2a'daki aldehitin etil alkole indirgendiğini gösterir. Ayrıca, 4.00 ve 3.54 ppm'deki zirveler, etil alkoldeki metilen hidrojenlerini temsil eder. Bu şekil Rhee et al.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 8: 4a için spektral veriler: (A) 1H NMR spektrumu. (B) 13C NMR spektrumu. 1H NMR spektrumundaki dikkate değer zirveler: 0.90 ve 0.07 ppm'deki zirveler TBS hidrojenlerine karşılık gelir. Bu şekil Rhee et al.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 9: 5d için spektral veriler: (A) 1H NMR spektrumu. (B) 13C NMR spektrumu. 1H NMR spektrumunda dikkate değer zirveler: 2.13 ppm'deki zirve, asetatın metil hidrojenlerine karşılık gelir. 4.43 ve 4.15 ppm'deki zirveler, asetik asit tarafından aziridin halkasının açılmasından sonra oluşan asetata bitişik metilen hidrojenlerine karşılık gelir. Bu nedenle, 2.13, 3.11, 4.15 ve 4.43 ppm'deki zirveler, halka açma reaksiyonunun doğrudan kanıtıdır. Bu şekil Rhee et al.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 10: 5f için spektral veriler: (A) 1H NMR spektrumu. (B) 13C NMR spektrumu. 1H NMR spektrumundaki dikkate değer zirveler: 4.95 ppm'deki tepe amin protonuna karşılık gelir. 3.72 ppm'deki zirve, azide bağlı karbona bağlı hidrojene karşılık gelir. Bu pikler, -Ts grubunu taşıyan aziridinin N3ˉ nükleofil tarafından halka açılmasının doğrudan kanıtıdır. Bu şekil Rhee et al.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 11: 5 saat için spektral veriler: (A) 1H NMR spektrumu. (B) 13C NMR spektrumu. 1H NMR spektrumundaki dikkate değer zirveler: 1.70, 1.99, 3.32, 3.45 ve 3.65 ppm'deki zirveler, pirolidin hidrojenlerine karşılık gelir. -Ts grubuna bitişik amin protonunun zirvesi, 7.30 ppm'de diğer fenil gruplarıyla örtüşür. Bu zirveler, bisaziridinin halka açılmasını ve hidrojenasyonunu ve ardından yeni siklik bileşiklerin oluşumunu göstermektedir. Bu şekil Rhee et al.52'den uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 1: Sentezlenmiş ürünlerin yapısı, NMR spektrumları, optik saflığı ve HRMS-MALDI verileri. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.
Aktif olmayan ve aktive olmuş aziridinler içeren bitişik bizaziridinler asimetrik organokatalitik aziridinasyonlarla sentezlendi ve daha sonra asidik veya bazik koşullar altında kemoselektif halka açma reaksiyonlarına tabi tutuldu. Aktive edilmemiş aziridin halkası asidik koşullar altında daha az reaktif nükleofil ile açılırken, aktive edilmiş aziridin halkası temel koşullar altında daha reaktif nükleofiller ile açılır.
Bu araştırma, Eğitim Bakanlığı tarafından finanse edilen Kore Temel Bilim Enstitüsü (Ulusal Araştırma Tesisleri ve Ekipman Merkezi) hibesi (2022R1A6C101A751) tarafından desteklenmiştir. Bu çalışma aynı zamanda Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) hibeleri (2020R1A2C1007102 ve 2021R1A5A6002803) tarafından da desteklenmiştir.
| (R) - (+) -&alfa;,&alfa; -Difenil-2-pirolidinametanol trimetilsilil eter | Sigma-Aldrich | 677191 | reaktifi |
| (R) -1- ((R) -1-feniletil) aziridin-2-karbaldehit | Imagene Co., Ltd. | reaktif | |
| (S)-(–)-&alfa;,&alfa;-Difenil-2-pirolidinametanol trimetilsilil eter | Sigma-Aldrich | 677183 | reaktifi |
| (S)-2-(difenil((trim etilsilil)oksi)metil)pirolidin | Sigma-Aldrich | 677183 | reaktifi |
| (Trifenilfosforanyliden) asetaldehit | Sigma-Aldrich | 280933 | reaktifi |
| 1,2-Dikloroetan | Sigma-Aldrich | 284505 | çözücü |
| AB Sciex 4800 Plus MALDI TOFTM (2,5-dihidroksibenzoik asit (DHB) matrisi | Sciex | Yüksek çözünürlüklü kütle spektrumları | |
| Asetik asit | Sigma-Aldrich | A6283 | reaktifi |
| Amonyum klorür | Sigma-Aldrich | 254134 | reaktifi |
| anilin | Sigma-Aldrich | 132934 | reaktifi |
| Autopol III dijital polarimetre | Rudolph Araştırma Analitik | polarimetre | |
| AVANCE III HD (400 MHz) spektrometresi | Bruker | NMR spektrometresi | |
| Bruker Ascend 500 (500 MHz) | Bruker | NMR spektrometresi | |
| Celite 535 | Sigma-Aldrich | 22138 | Celite pad |
| için Diklorometan | Sigma-Aldrich | 270997 | çözücü |
| Di-tert-bütil dikarbonat | Sigma-Aldrich | 361941 | reaktifi |
| Etil Asetat | Sigma-Aldrich | 270989 | çözücü |
| Etil nitroasetat | Sigma-Aldrich | 192333 | reaktifi |
| İmidazol | Sigma-Aldrich | I2399 | reaktifi |
| INOVA 400WB (400 MHz) | Varian | NMR spektrometresi | |
| JMS-700 | JEOL | Yüksek çözünürlük kütle spektrumları | |
| Metanol | Sigma-Aldrich | 322415 | çözücü |
| N-Boc-O-tosilhidroksilamin | Sigma-Aldrich | 775037 | reaktifi |
| P-2000 | JASCO | polarimetre | |
| Karbon üzerinde paladyum hidroksit | Sigma-Aldrich | 212911 | reaktifi |
| Fenil-1H-tetrazol-5-tiyol | TCI | P0640 | reaktifi |
| Silika jel | Sigma-Aldrich | 227196 | Flaş klomatografi için |
| TLC plakalarında silika jel | Merck | 60768 | TLC plakası |
| Sodyum asetat | Sigma-Aldrich | S8750 | reaktifi |
| Sodyum azid | Sigma-Aldrich | S2002 | reaktifi |
| Sodyum borhidrür | Sigma-Aldrich | 452882 | reaktifi |
| Sodyum karbonat | Sigma-Aldrich | S2127 | reaktifi |
| tert-Butildimetilsilil klorür | Sigma-Aldrich | 190500 | reaktifi |
| Tetrahidrofuran | Sigma-Aldrich | 401757 | çözücü |
| Toluen | Sigma-Aldrich | 244511 | çözücü |
| Çinko bromür | Sigma-Aldrich | 230022 | reaktifi |
| Çinko klorür | Sigma-Aldrich | 429430 | reaktifi |