중간 과산화물을 통해 광화학 및 산 - 촉매 CH 기능화에 의한 항 바이러스 Tetrahydrocarbazole 유도체의 합성 (CHIPS)

Chemistry

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Gulzar, N., Klussmann, M. Synthesis of Antiviral Tetrahydrocarbazole Derivatives by Photochemical and Acid-catalyzed C-H Functionalization via Intermediate Peroxides (CHIPS). J. Vis. Exp. (88), e51504, doi:10.3791/51504 (2014).

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Abstract

Introduction

CH 결합의 직접적인 작용은 유기 화학 1에서 중요하고 오랜 목표입니다. 이러한 변환은 그룹을 활성화 또는 지시의 도입 및 제거를 요구하는 기존의 방법에 비해 단계, 시간과 물질을 저장하여 합성을 간소화하기 위해 매우 강력한 될 수 있습니다. 따라서, CH 결합의 작용은 또한 녹색 화학 2의 매력입니다. 산화 조건, 두 개의 CH 결합 또는 하나 CH 하나의 헤테로 원자-H 결합에서 각각 CC와 C-헤테로 원자 결합, (그림 1) 3-9로 변환 할 수 있습니다. 종종 이러한 산화 커플 링 반응은 합성 산화 방지제, 고가의 촉매 또는 높은 온도를 필요로한다. 따라서, 많은 시도는 터미널 산화제 10으로 저렴한 촉매, 양성 조건과 산소 또는 공기를 사용하는 방법을 개발하기 위해 만들어집니다.

그림 1 그림 1. 산화 커플 링 반응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

많은 유기 화합물은 효과적으로 로퍼 옥사이드 부분 (11, 12)를 형성하는 O 2를 삽입하여 CH 결합을 기능화 수 자동 산화 반응에서 공기로부터 산소와 느리게 반응한다. 자동 산화 공정은 탄화수소 공급 원료에서 생성되는 산소 화합물 산업 규모에 사용하지만, 자동 산화는 가치있는 화합물 또는 물질의 분해에 이르게하는 경우도 원치 않는 과정이다됩니다. 어떤 경우에는, 예를 들어 디 에틸 에테르에 대해, 공기 형성 로퍼 또한 폭발성 일 수있다. 최근에, 우리는 산화 - 환원 활성 촉매 (13, 14)의 필요없이 CH 결합에서 새로운 CC 결합을 형성 할 수있는 자동 산화를 활용하는 반응을 발견 (15)에 의해 제 2 기판으로 대체하는 중간 하이드 로퍼 옥사이드의 손쉬운 형성이다. 반응은, 그러나, 크 산텐하도록 제한하고 쉽게 산소 및 제품의 분위기 하에서 산화 몇 관련 화합물은 지금까지 발견되지 어플리케이션을 가지고있다. 그럼에도 불구하고이 발견에 의해 영감을, 우리는 약학 적 활성 인돌 유도체 (16)를 합성하는 중간 과산화물 (칩)을 통해 CH의 작용의 원리를 활용하여 관련 산화 커플 링 방법을 개발했다.

인돌, 특히 1 tetrahydrocarbazoles 쉽게 증감 제 및 가시광 (20)를 사용하여 생성 될 수있는 일 중항 산소 17-19의 존재하에 하이드 로퍼 옥사이드를이 산화 될 수있다. 유압operoxide 부분 할 수있는 산 촉매에 의해 활성화 및 친핵체 (21, 22)의 도입을 허용하는 경우 이탈 기로서 원칙적으로 행동합니다. 과산화수소는 쿠멘, 호크 과정 (23)로부터 페놀의 산업 합성에 이용으로 산 재 배열 반응을 촉매 받아야하는 것으로 알려져있다. 주의 최적화 연구에 의해, 우리는 재 배열 (16)에 의해 원치 않는 분해 경로를 통해 아닐린 3와 같은 N-친핵체를 사용하여 원하는 치환 반응을 선호하는 조건을 찾아 낼 수 있었다. 여기에서, 우리는 가시 광선, 과민성, 산소와 산을 사용, 구체적으로이 두 단계 CHIPS 절차를 설명합니다. 선택한 제품은 높은 항 바이러스 활성을 나타내거나 종양 치료 24-26에 중요 할 수있다 혈관 내피 성장 인자 (VGF)을 억제하는 인돌 유도체 4입니다 사이.

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Protocol

Tetrahydrocarbazole 과산화물의 1. 합성

  1. tetrahydrocarbazole 매우 착색되면 로퍼 옥사이드의 형성이 느려진다. 이 경우, 무색의 출발 물질을 얻기 위하여, 톨루엔 / 펜​​ 테인을 사용하여 재결정 화 또는 컬럼 크로마토 그래피로 정제. 칼럼 크로마토 그래피에 의한 정제를 위해, 실리카 겔의 하층과 알루미나의 상층과 열을 포장한다. 칼럼의 상단에 tetrahydrocarbazole을 넣고 톨루엔으로 용출. 모든 원치 않는 노란색과 검은 색의 부산물은 열 무색 t​​etrahydrocarbazole이 용출됩니다에 흡착된다. 즉시 용매를 증발 어둠 속에서 아르곤 분위기에서 정제 된 흰색 제품을 저장합니다.
  2. 250 ㎖의 플라스크에 (보고 방법 16에 따라 합성 1) tetrahydrocarbazole의 또는 치환 tetrahydrocarbazole의 1g을 달다. 이 플라스크에 100 ㎖의 톨루엔을 추가합니다.
  3. 로즈 벵갈 (2 달다MG) 및 상기 반응 혼합물에 추가합니다.
  4. 교반 막대를 추가하고 격막과 플라스크를 커버.
  5. 격막을 통해 산소 풍선을 추가; 이 반응에서, 산소 분위기의 양압을 유지한다.
  6. 23w 램프로 반응 혼합물을 조사.
  7. (70:30 비율로 헥산 / 에틸 아세테이트의 혼합물을 사용하여, TLC, 본원에 기재된 하이드 로퍼 옥사이드의 R의 F 값은 0.2과 0.3 사이) 박층 크로마토 그래피로 반응 진행을 확인 또는 1 H NMR에 의해 샘플 (회전 증발기상에서 용매를 증발 DMSO-D6에서 잔사를 용해) 찍은. 1.1 부분에서 언급 한 바와 같이, 반응 시간은, 광원 및 출발 물질의 순도에 의존 될 수있다. 일반적으로, tetrahydrocarbazoles 1의 전체 변환은 3 시간이 걸립니다.
  8. 출발 물질의 완전한 변환 후 석출 된 고체를 필터. 고체의 세탁의 대부분을 제거하기 위해 펜탄으로 행해질 수있다톨루엔,하지만 정제 할 필요가 없습니다.
  9. 감압 고립 된 고체를 건조.

주의 : 우리가 작업을하거나 작업에 설명 된 화합물을 취급 한 모든 문제를 경험 한 적이 있지만 과산화물 작업을 할 때,주의를 기울여야한다. 특히, 가열 또는 금속 또는 금속염과이를 섞어 깔끔한 과산화물을 노출 극력 피해야한다. 폭발 방패 뒤에 수행 등의 반응을 권장합니다.

.이 커플 링 반응 - 메탄올 중 10 몰 % 트리 플루오로 아세트산을 사용하는 방법

  1. 12 ㎖의 유리 병 또는 적당한 둥근 바닥 플라스크에 하이드 로퍼 옥사이드 (0.49 밀리몰, 1.0 당량. 1 단계) 원하는 아닐린 친핵체 (0.49 밀리몰, 1.0 당량.) 달다.
  2. 트리 플루오로 아세트산 10 ㎖의 메탄올을 추가하고 이후에 3.74 μL (TFA를 0.049 밀리몰, 0.1 당량.) 유리 병 또는 둥근 바닥 플라스크에.
  3. 캡 용기를 닫고4 시간 동안 실온에서 반응 혼합물을 교반 하였다.
    (반응의 과정을 통해 침전 제품) 정밀 검사의 변형 A1 :
  4. 원하는 제품을 얻을 수있는 침전 된 고체를 필터링합니다. 메탄올 (3 × 0.5 ml)으로 제품을 세척 할 것.
  5. 상품의 두번째 분획을 얻기 위해 여과 액으로부터 메탄올을 증발. 40 ° C에서의 에틸 아세테이트 5 ㎖에 실온 후 시원한 조 생성물을 용해하고 순수한 제품은 침전 펜탄 3-5 ML을 추가합니다.
  6. 제품의 다른 분수를 결합하고 높은 진공 상태에서 건조 시키십시오.
    (침전하지 않는 제품에 대한) 검사 결과 변종 A2 :
  7. 직접 회전 증발기를 사용하여, 반응 후 용매를 증발시키고 목적 생성물을 얻기 위해 (실리카겔, 헥산 / 에틸 아세테이트 / 트라이 에틸 아민)을 지정된 컬럼 크로마토 그래피에 의해 잔류 물을 정제.

의 커플 링 반응 -. 방법 B아세트산을 사용하여

  1. 12 ㎖의 유리 병 또는 적당한 둥근 바닥 플라스크에 하이드 로퍼 옥사이드 (0.49 밀리몰, 1.0 당량. 1 단계) 원하는 아닐린 친핵체 (0.49 밀리몰, 1.0 당량.) 달다.
  2. 유리 병 또는 둥근 바닥 플라스크에 10 ㎖의 초산 (아세트산)를 추가합니다.
  3. 캡과 용기를 닫고 4 시간 동안 실온에서 반응 혼합물을 교반 하였다.
    (반응의 과정을 통해 침전 제품) 정밀 검사의 변형 B1 :
  4. 원하는 제품을 얻을 수있는 침전 된 고체를 필터링합니다. 아세트산 (3 × 0.5 ml)으로 제품을 세척 할 것.
  5. 상품의 두번째 분획을 얻기 위해 여과 물로부터 아세트산을 증발. 40 ° C에서의 에틸 아세테이트 5 ㎖에 실온 후 시원한 조 생성물을 용해하고 순수한 제품은 침전 펜탄 3-5 ML을 추가합니다.
  6. 제품의 다른 분수를 결합하고 높은 진공 상태에서 건조 시키십시오.
    정밀 검사의 변형 B2
  7. 직접 회전 증발기를 사용하여, 반응 후 용매를 증발시키고 목적 생성물을 얻기 위해 (실리카겔, 헥산 / 에틸 아세테이트 / 트라이 에틸 아민)을 지정된 컬럼 크로마토 그래피에 의해 잔류 물을 정제.

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Representative Results

1 - (5 - nitroindolin -1 - 일) -2,3,4,9 - 테트라 하이드로-1H-카바 졸 (4A)

방법 A, R의 F = 0.63 (헥산 / 에틸 아세테이트 70:30)에 따라 합성.

정제 : 방법 A, 워크 업 변이체 A1을 사용하여 생성물을 정제는 (2.4, 2.5, 2.6 단계). 오렌지색 고체, 수율 : 95 %.

1 H NMR (500 MHz 이상, DMSO-D6) : δ 10.90 (S, 1H), 7.97 (일, J = 8.9 Hz에서, J = 2.4 Hz에서, 1H), 7.86 (d, J = 2.2 Hz에서, 1H), 7.42 (D, J = 7.8 Hz에서, 1H), 7.27 (d, J = 8.0 Hz에서, 1H), 7.05 (t, J = 7.8 Hz에서, 1H), 6.97 (t, J = 7.8 Hz에서, 1H), 6.53 (d , J = 8.9 Hz에서, 1H), 5.21-5.19 (m, 1H), 3.68-3.63 (Q, J = 18.7 Hz에서, J = 9.3 Hz에서, 1H), 3.47-3.41 (Q, J = 17.8 Hz에서, J = 8.8 Hz에서, 1H), 3.05 (t, J = 8.6 Hz에서, 2H), 2.70-2.64(m, 2H), 2.09-2.02 (m, 2H), 1.91-1.85 (m, 2H), PPM;

13 C NMR (125 MHz의 DMSO-D6) : 156.5 δ (Q), 136.3 (Q), 136.2 (Q), 131.5 (Q), 130.7 (Q), 126.6 (Q), 126.4 (T), 121.1 ( t), 120.1 (T), 118.3 (T), 118.0 (T), 111.6 (Q), 111.1 (T), 104.0 (T), 49.9 (T), 48.8 (들), 26.3 (들), 26.1 ( 들), 21.9 (들), 20.4 (들) PPM;

HR-MS (ESIpos) M / Z : M + 계산치. , 356.136948 : C 20 H 19 N 3 O 21 [M + 나] +에 대한 발견 : 356.137207.

그림 2
그림 2. 4A (500 MHz의 DMSO-D6)의 대표 1 H-NMR 스펙트럼. 라를 보려면 여기를 클릭하세요이 그림의 rger 버전.

그림 3
그림 3. 4A (125 MHz의 DMSO-D6)의 대표 13 C-NMR 스펙트럼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

의 합성 4 - 벤조 니트릴 (6 - 브로 모-2, 3,4,9 - 테트라 하이드로-1H-카바 졸 -1 - 일 아미노) (4B) :

방법 A에 따라 합성, 반응 시간은, R의 F = 0.44 (이소 헥산 / 에틸 아세테이트 70:30) 12 시간이었다.

정제 : 정제 (2.4, 2.5, 2.6 단계) 방법 A, 워크 업 변이체 A1을 이용하여 생성물을 정제 하였다. 수율 : 80 %.

1 HNMR (500 MHz 이상, DMSO-D6) : δ 11.14 (S, 1H), 7.61 (S, 1H), 7.49 (d, J = 8.5 Hz에서, 2H), 7.26 (d, J = 8.5 Hz에서, 2H), 7.16 (t, J = 8.6 Hz에서, 2 H), 6.81 (d, J = 8.6 Hz에서, 2H), 4.88-4.90 (m, 1H), 2.68-2.71 (m, 1H), 2.58-2.61 (m, 1H) , 1.98-2.03 (m, 1H), 1.89-1.92 (m, 1H), 1.81-1.83 (m, 2H) PPM;

13 C NMR (125 MHz의 DMSO-D6) : 151.2 (Q) δ, 135.4.0 (Q), 134.7 (Q), 133.4 (T), 128.4 (T), 123.5 (T), 120.7 (Q) 120.2 (T), 113.0 (T), 110.8 (Q), 110.5 (Q), 95.7 (Q), 45.3 (Q), 29.0 (들), 20.4 (들), 19.7 (들) PPM;

HR-MS - (EI) (m / z) : C 19 H 16 브롬 1 N 31, 388.041988에 대한 M + 계산치; 388.041996을 발견했다.

의 합성 4 - 벤조 니트릴 (2,3,4,9 - 테트라 하이드로-1H-카바 졸 -1 - 일 아미노) (4C) :

마약에 따라 합성 외경 B, R의 F = 0.62 (헥산 / 에틸 아세테이트 70:30).

정제 : 정제 (단계 3.4, 3.5, 3.6) 방법 B, 워크 업 변이체 B1을 이용하여 생성물을 정제하여, 흰색 고체. 수율 : 80 %.

1 H NMR (500 MHz 이상, DMSO-D6) : δ 10.89 (S, 1H), 7.48 (d, J = 21.9 Hz에서, 2H), 7.43 (d, J = 7.8 Hz에서, 1H), 7.29 (d, J = 8.0 Hz에서, 1H), 7.13 (d, J = 8.1 Hz에서, 1H), 7.05 (t, J = 7.2 Hz에서, 1H), 6.96 (t, J = 7.2 Hz에서, 1H), 6.81 (d, J = 8.8 Hz에서 , 2H), 4.88-4.87 (m, 1H), 2.75-2.70 (m, 1H), 2.64-2.59 (m, 1H), 2.02-1.96 (m, 1H), 1.95-1.90 (m, 1H), 1.87 -1.80 (m, 2H) PPM;

13 C NMR (125 MHz의 DMSO-D6) : 151.2, 136.0, 133.5, 133.3, 126.4, 121.0, 120.6, 118.1, 117.8, 111.1, 110.5, 95.4, 45.2, 28.9, 20.6, 19.6 ppm의 δ;

e_content "> HR-MS (ESIpos) M / Z : M + 계산치 C 19 H 17 N 31 [M + 나] + 용 : 310.131469; 찾았습니다. 310.131446

6 - 브로 모-N-페닐-2, 3,4,9 - 테트라 하이드로-1H-카바 졸 -1 - 아민 (4D)의 합성 :

방법 B에 따라 합성, 반응 시간은 12 시간, R의 F = 0.79 (헥산 / 에틸 아세테이트 70:30)이었다.

정제 : 정제 : 컬럼 크로마토 그래피를위한 용리액 헥산의 혼합물을 에틸 아세테이트 및 트리 에틸 아민 (90:5:5)을 사용하여, 방법 B, 워크 업 변이체 B2를 (단계 3.7)를 사용하여 제품을 정제 하였다. 백색 고체. 수율 : 60 %.

1 H NMR (500 MHz 이상, DMSO-D6) : δ 11.10 (S, 1H), 7.59 (d, J = 1.7 Hz에서, 1H), 7.26 (d, J = 8.56 ㎐, H), 7.15 (일, J = 8.51 Hz에서, J = 1.90 ㎐, H), 7.10 (t, J = 7.4 Hz에서, 2H), 6.73 (d, J = 7.9 Hz에서, 2H), 6.56 (t, J = 7.3 Hz에서, 1H), 5.97 (d, J = 8.9 Hz에서, 1H), 4.79- 4.77 (m, 1H), 2.70-2.66 (m, 1H), 2.62-2.57 (m, 1H), 2.02-1.93 (m, 2H), 1.85-1.77 (m, 2H), PPM;

13 C NMR (125 MHz의 DMSO-D6) : 147.8, 136.8, 134.7, 128.5, 123.1, 120.1, 115.8, 113.0, 112.6, 110.6, 110.0, 45.9, 28.9, 20.5, 19.9, PPM δ;

HR-MS (ESIpos) M / Z : M + 계산치. , 363.046740 : C 18 H 17 브롬 1 N 21 [M + 나] +에 대한 발견 : 363.046458

그림 4
중간 과산화물 (칩)를 통해 CH의 작용에 의해 tetrahydrocarbazole 파생 상품의 그림 4. 합성.의 :/ / www.jove.com/files/ftp_upload/51504/51504fig4highres.jpg "대상 ="_blank ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

이 대표 결과 tetrahydrocarbazoles 편리 중​​급 과산화물 (칩)을 통해 CH의 작용에 의해 작용하는 방법을 보여줍니다. 이 방법은 두 단계 과정에서 약학 적으로 활성 인 화합물, (도 4)을 포함 아닐린 친핵체와 커플 링 제품을 합성한다.

첫 번째 단계는 퍼옥이주는 tetrahydrocarbazole (1) 또는 산소 원자 (17, 19)와 그 유도체의 공지 photocatalyzed 산화이다. 톨루엔에서 수행하는 경우, 하이드 로퍼 옥사이드 제품이 침전 및 여과에 의해 편리하게 단리 할 수​​있다. 추가로 정제 할 필요가 없습니다.

두번째 단계에서, 하이드 로퍼 옥사이드 2 아닐린으로 처리 4 가구. 아닐린 친핵체에 따라 최종 단계의 산도는 미세 조정되어야한다. 용매로서 메탄올 중 트리 플루오로 아세트산 (TFA) 중에서 촉매량의 하나가 사용되거나, 반응물을 추가하지 않고, 촉매로서 아세트산 용매에서 수행된다. 두 번째 단계의 제품의 일부뿐만 아니라 (4A를 - c) 침전, 어떤 경우에는 상품의 다량을 여과에 의해 단리 될 수 있고, 추가의 정제는 필요하지 않다. 수율은 모액으로부터 용매를 증발하고, 고체 잔류 물을 재결정 화에 의해 증가 될 수있다. 상품 (4D)를 침전되지 않는 경우, 조질 생성물을 칼럼 크로마토 그래피 정제를 위해 사용된다.

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Discussion

요약하면, 우리는 tetrahydrocarbazoles의 CH 결합 편리 두 단계 절차에서 CN-커플 링 제품을 생성하도록 작용 될 수 있음을 입증 있었다.

첫 번째 단계는 퍼옥이주는 tetrahydrocarbazole (1) 또는 산소 원자 (17, 19)와 그 유도체의 공지 photocatalyzed 산화이다. 톨루엔에서 수행하는 경우, 하이드 로퍼 옥사이드 제품이 침전 및 여과에 의해 편리하게 단리 할 수​​있다. 추가로 정제 할 필요가 없습니다.

두 번째 단계는 산 - 촉매 친 핵성 치환 반응이다. 이 단계에 대한 기계 론적 근거는 그림 5에 나와 있습니다. 활성 친전 (6) 산 촉매에 의해 원조, 이민 - 엔 아민-tautomerization에 의해 형성 될 것으로 생각됩니다. 잠재적 로퍼 2는 양성자이고, 성형, 산성 조건 하에서 과산화수소를 잃는다 카르 보 양이온 5. Tautomerization는 방향족 인돌 코어를 복원,보다 안정화 된 카르 보 양이온 (6) 및 최종 생성물 4 친핵체와의 반응으로 이끈다.

그림 5
도 5. 최종 생성물 4 로퍼 2의 산 - 촉매 변환을위한 기계론 제안.
아닐린 친핵체의 전자 특성에 따라 반응 조건을 수정할 수있다. 매우 나쁨 전자 아닐린 들어, 니트로 기, 메탄올 중 트리 플루오로 아세트산 촉매량 베어링 선택 방법이다. 적당히 가난한 아닐린을 전자의 경우, 예를 들면 할로겐 치환기, 추가로 산 촉매없이 용매 초산 베어링 선택하는 방법입니다.ftp_upload/51504/51504fig5highres.jpg "대상 ="_blank ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

프로토콜 내에서 중요한 단계로 퍼옥 tetrahydrocarbazole 출발 물질의 photooxygenation이다. 어두운 노란색 또는 검은 색 tetrahydrocarbazole으로, 때로는 상용 소스로부터 수신 된 감광 산화가 작동 않거나 매우 낮은 금리하지 않습니다 중 하나. 이러한 경우, 출발 물질 (단계 1.1) 상기 프로토콜에 설명 된대로 정제되어야한다.

반응은 너무 작게 tetrahydrocarbazole 유도체 또는 이의 일부에 한정된다. 그것은 인돌으로 성공하지 그러나, 2,3 - 디 알킬은 알킬 치환체는 메틸보다 긴 체인 인 경우 인돌 채용 할 수있다 치환. 알려진 접근 제품의 목록이 게시되었습니다. 16

기존의 방법에 대한 중요성은 온화한 조건에있다, 단순 OF 정화, 지속 가능성 및 약학 적으로 제품의 접근성. 반응은 높은 온도 또는 보호 그룹을 필요로하지 않는 5 ~ 6 시간 내에 높은 수율로 커플 링 제품 (4) 여유가 있습니다. 특별 정화 또는 출발 물질과 용매의 건조는 일반적으로 필요하지 않습니다. 산소의 작용에 의해 형성된 중간 과산화물 (칩)의 대체를 통해 CH 결합을 기능화하는 전략은 지속 가능한 화학에 대한 큰 잠재력을 보유하고 - 단지 촉매, 산소 및 가시 광선이 필요합니다. 선택한 제품의 사이에 약제 학적으로 활성 인돌 유도체 (4b)에 있습니다 - D를. 그것이 인간 유두종 바이러스, C 형 간염 바이러스에 대한 활성과 혈관 내피 성장 인자를 억제 24-26로 상품 4D는 주목할 만하다.

칩의 전략은 원칙적으로 다른 기판 CLAS의 다양성에 적용해야한다SES. 반응 메커니즘과 다른 합성 흥미로운 제품에 액세스 할 수있는이 방법의 확장으로 추가 조사는 지금 우리의 지속적인 노력의 초점이다.

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Disclosures

저자가 공개하는 게 없다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1,2,3,4-Tetrahydrocarbazole Sigma Aldrich T12408 If coloured, purification may be necessary. See Protocol 1.1
Methanol Sigma Aldrich 322415 99.8% purity
4-Nitroaniline Acros Organics 128371000 99% purity
Trifluoroacetic acid Sigma Aldrich T6508 99% purity
Acetic acid J. T. Baker JTB RS 426960101 99-100% purity
Aniline Merck 8222560100
4-Aminobenzonitrile Sigma Aldrich 147753 98% purity

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References

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  2. Anastas, P., Green Eghbali, N. Green Chemistry: Principles and Practice. Chem. Soc. Rev. 39, 301-312 (2010).
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