פרוטוקול דו-שלבי עבור Umpolung Functionalization של קטונים ויה Enolonium מינים
16 באוגוסט 2018
פרוטוקול סיר אחד שלב שני של umpolung של enolates קטון enolonium מינים, תוספת של נוקלאופיל למיקום-α הוא תיאר. נוקלאופילים עם כוללים כלוריד, אזיד, azoles, allyl-חשמל סיליקון תרכובות ארומטיות.
אומפולונג של קטון אנולטים מתוקף היפוך הפעילות הטבעית, מאפשר פיתוח תגובות חסרות תקדים לתרכובות פחמן מתפקדות. המפתח הוא היווצרות מיני אנולוניום אלקטרופיליים כמין דיסקרטי. יתרון עיקרי של שיטות המבוססות על מיני אנולוניום אלקטרופיליים הוא בכך שהיא מייתרת את הצורך בשיטות ישנות מרובות שלבים, מאפשרת שימוש בחומרי מוצא מסחריים ופשוטה לשימוש.
לאחרונה עלה בדעתנו הרעיון לשיטה זו כאשר הצלחנו לאפיין לראשונה את מיני האנולוניום האלקטרופילי. במהלך השנה האחרונה, פיתחנו סדרה של תגובות חדשות המבוססות על הפרוטוקול הדו-שלבי המוצג כאן. היום נתאר כיצד ניתן להשתמש במיני אנולוניום המיוצרים בשלב הראשון בצימוד באתרו עם אליל-סילנים, תרכובות ארומטיות, כלוריד, אזיד ואזול.
זכור כי ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על תגובות אחרות, מכיוון שסוג הנוקלאופיל שניתן להשתמש בו מוגבל הרבה פחות משיטות קודמות המבוססות על יוד היפר-וולנטי. את ההליך ידגים שלומי ערבה, סטודנט לתואר שני בקבוצה שלנו. בבקבוק יבש עם תחתית עגולה המצויד במחיצה ובמוט ערבוב מגנטי, הוסיפו 1.5 מקבילות למגיב של קוסר ושטפו את הבקבוק בחנקן או ארגון.
הוסף דיכלורומתאן יבש כדי לתת ריכוז רשמי של 0.234 מילימול לליטר. מצננים את המתלה שנוצר למינוס 78 מעלות צלזיוס באמצעות אמבט אצטון קרח יבש. לאחר מכן, הוסף 1.5 שווה ערך לבורון טריפלואוריד אתראט מסודר לאט.
מחממים את התערובת ההטרוגנית לטמפרטורת החדר עד שהיא הופכת לתמיסה צהובה, המתרחשת בדרך כלל תוך חמש דקות. לאחר מכן, יש לקרר את התמיסה למינוס 78 מעלות צלזיוס. לתמיסה המקוררת, הוסף מקבילה אחת של תמיסת אתר טרימתילסיליל שהוכנה בעבר במשך 2 עד 10 דקות כדי להרשות לעצמה את מיני האנולוניום.
זהו השלב הקריטי ביותר בפרוטוקול. אם האתר TMS-enolate מתווסף מהר מדי, נוצרים תוצרי דימריזציה. הוסף לאט לאט שתי מקבילות של תמיסת אליל טרימתילסילן שהוכנה בעבר לתמיסה המוכנה של מיני אנולוניום במינוס 78 מעלות צלזיוס תוך ערבוב.
לאחר חמש דקות, הסר את אמבט הקירור ואפשר לתערובת התגובה להגיע לטמפרטורת החדר. לאחר השלמת התגובה, מוסיפים מים לתערובת התגובה ומעבירים למשפך הפרדה. לאחר מכן, חלץ שלוש פעמים עם דיכלורומתאן, תוך שימוש פי שניים עד שלושה מנפח התגובה עבור כל מיצוי.
לאחר מכן, שטפו את השכבות האורגניות המשולבות פעמיים במי מלח תוך שימוש באותו נפח מי מלח כמו נפח התגובה המשולב. לאחר העברת השכבות האורגניות המשולבות לבקבוק, יש לייבש עם נתרן גופרתי נטול מים למשך 30 דקות. לאחר מכן, הסר את הנתרן גופרתי על ידי סינון.
לאחר מכן, הסר את הממס על מאייד סיבובי בלחץ מופחת ב-40 מעלות צלזיוס. טהר את המוצר הגולמי על ידי כרומטוגרפיה עמודה על ג'ל סיליקה באמצעות הקסאן ואתיל אצטט כחומר הניקוי כדי להרשות לעצמו את האלפא אליל קטון התואם. לתגובת בנזיל דימתיל-צילאמוניום כלוריד, הוסף שתי מקבילות של תמיסת כלוריד שהוכנה בעבר טיפה לתמיסה המוכנה של מיני אנולוניום במינוס 78 מעלות צלזיוס תוך ערבוב.
לאחר חמש דקות, הסר את אמבט הקירור ואפשר לתערובת התגובה להגיע לטמפרטורת החדר. לצורך אזדציה, הוסף 2.5 מקבילות של אזדו טרימתילסילן מסודר טיפה לתמיסה המוכנה של מיני אנולוניום במינוס 78 מעלות צלזיוס עם ערבוב. לאחר 15 דקות, מחממים את תערובת התגובה למינוס 55 מעלות צלזיוס ומערבבים במשך שעתיים-שלוש עד להשלמת התגובה על ידי TLC.
לתגובת האזול, הוסף ארבע עד חמש מקבילות של תמיסת אזול שהוכנה בעבר טיפה לתמיסה המוכנה של מיני אנולוניום במינוס 78 מעלות צלזיוס תוך ערבוב. לאחר 15 דקות, מחממים את תערובת התגובה למינוס 55 מעלות צלזיוס ומערבבים במשך ארבע עד שמונה שעות עד להשלמת התגובה על ידי TLC. לצורך ארילציה, הוסף 1.6 מקבילות של תמיסת מצע ארומטי שהוכנה בעבר טיפה לתמיסה של מיני אנולוניום מוכנים במינוס 78 מעלות צלזיוס עם ערבוב.
לאחר השלמת הוספת המצע הארומטי, העלו את טמפרטורת התערובת למינוס 55 מעלות צלזיוס וערבבו במשך 20 דקות עד להשלמת התגובה על ידי TLC. ניתן להשתמש במגוון גדול מאוד של קטונים שונים בהצלחה בתגובת הפונקציונליזציה של אלפא כדי לתת למוצרים תשואות טובות, כפי שנצפה עבור האזידציה. היקף התגובה להכנסת אזולים במיקום אלפא של קטונים כולל את רוב ההטרו-מחזורים הנפוצים המכילים חנקן חד-ציקלי וביציקלי.
היקף הליך האלילציה כולל אליל-קרוטיל ופרניל-טרימתילסילן. הליך C-aryllation עובד הן עבור אינדולים והן עבור נגזרות בנזן עשירות באלקטרונים תוך שימוש ב-1.5 עד 1.6 שווה ערך בלבד של המצע הארומטי. תיופן, פוראן ופירול הם גם מצעים טובים אך המוצרים מבודדים בתשואות מעט נמוכות יותר ונדרשים חמישה מצעים מקבילים של מצע ארומטי.
לאחר שליטה, ניתן לבצע את שני השלבים של הפרוטוקול תוך פחות מחמש שעות עבור רוב התגובות ובן לילה עבור צימוד האזול. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להוסיף את ה-TMS-enolate לאט בעת הכנת מיני אנולוריום כדי למנוע דימריזציה של האנולאט כתגובת לוואי. אל תשכח שעבודה עם אזידים עלולה להיות מסוכנת ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות מתאימים כגון הגבלת קנה המידה.
בעקבות הליך הברית, אתה יכול להוסיף את קבוצת הפרניל כדי ליצור מרכז רביעוני וזה משהו שלא ניתן לעשות בשיטות אחרות. השימוש בהליך הארילציה פירושו שאינך צריך לדאוג לשימוש בזרז מתכת מעבר או בחומר מוצא ארומטי הלוגני. פשוט השתמש במצע ארומטי.
לאחר צפייה בסרטון זה, אנו מקווים שה-enolate umpolung יהיה מושג מוכר לכם ושתתפתו לפתח תגובות חדשות משלכם.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול מפורט עבור פונקציונליזציה α של קטונים באמצעות umpolung של אנולטים תוך שימוש בריאגנטים של יוד היפר-ולנטי. השיטה מתמקדת ביצירת מיני אנולוניום אלקטרופיליים, המאפשרים תגובות יעילות של כלורינציה, אזידציה, N-הטרוארילציה, ארילציה ואלילציה. אסטרטגיה זו בת שני שלבים מרחיבה את מגוון הנוקלאופיליים התואמים לכימיה של יוד היפר-ולנטי ומספקת גישה למוטיבים בעלי ערך הנמצאים בתרכובות פעילות מבחינה רפואית.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- כימיה אורגנית סינתטית
- מתודולוגיית תגובות
- פונקציונליזציה של קטונים
רקע
- כימיה מסורתית של אנולטים מסתמכת על אנולטים נוקליופיליים לצורך פונקציונליזציה במיקום α של קטונים.
- ריאגנטים של יוד היפרו-ולנטי מציעים נתיב להיפוך (umpolung) של הרעיוויות הטבעית של אנולטים, תוך יצירת תוצרי ביניים אלקטרופיליים.
- שיטות ישנות יותר דורשות לעיתים קרובות מספר שלבים ובעלות תאימות מוגבלת לנוקליופיליים.
- היווצרות של מיני אנולוניום מאפשרת טרנספורמציות חדשות ומפשטת את הפרוצדורות.
מטרת המחקר
- מתן פרוטוקול כללי וחסון עבור פונקציונליזציה α של קטונים באמצעות אומפולונג של אנולאט.
- הדגמת הרב-גוניות של השיטה להחדרת קבוצות פונקציונליות שונות (כלוריד, אזיד, אזולים, אריל, אליל).
- הרחבת מגוון הנוקלאופילים שניתן להשתמש בהם בתגובות המתווכות על ידי יוד היפרוולנטי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הכנת מיני אנולוניום (enolonium) מאנולטים של קטונים באמצעות ריאגנט קוזר (Koser's reagent) ובורון טריפלואוריד אתראט בתוך דיכלורומתאן יבש תחת אטמוספירה אינרטית.
- בקרת טמפרטורה קפדנית (קירור ל-78°C-) והוספה איטית של TMS-enolate כדי למנוע תגובות לוואי.
- צימוד לאחר מכן in situ עם נוקלאופילים כגון אליל-סילאנים, תרכובות ארומטיות, כלוריד, אזיד ואזולים.
- שלב workup הכולל מיצוי, ייבוש, הסרת הממס וטיהור באמצעות כרומטוגרפיה בעמודה.
תוצאות עיקריות
- הפרוטוקול מאפשר פונקציונליזציה יעילה במיקום α של מגוון רחב של קטונים.
- ניצולות גבוהות מושגות עבור תגובות אזידציה, אלילציה וארילציה.
- השיטה סובלנית לנוקלאופילים שונים, כולל כאלו שאינם תואמים לתנאים מסורתיים של יוד היפרוולנטי.
- הטווח כולל אזולים מונוציקליים וביציקליים, אינדולים, בנזנים עשירים באלקטרונים, תיופנים, פוראנים ופירולים.
מסקנות
- פרוטוקול ה-umpolung של האנולאט בשני שלבים הוא ורסטילי, יעיל וידידותי למשתמש.
- הוא מאפשר גישה לקטונים בעלי פונקציונליזציה במיקום α עם מוטיבים הרלוונטיים לכימיה רפואית.
- גישה זו מבטלת את הצורך בזרזי מתכות מעבר ומרחיבה את התועלת הסינתטית של ריאגנטים של יוד היפרוולנטי.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
פרוטוקול ה-umpolung הדו-שלבי לפונקציונליזציה של קטונים באמצעות מיני එנולוניום מאפשר גישה מהירה למגוון מוטיבים α-פונקציונליים הרלוונטיים לפורט폴יו של כימיה רפואית. על ידי הרחבת התאימות של נוקלאופילים וביטול הצורך בזרזים של מתכות מעבר, גישה זו מייעלת את שלבי הגילוי המוקדמים ואת הגיוון של התרכובות המובילות (leads). השיטה תומכת ביצירה יעילה של ספריות תרכובות בעלות מוטיבים נפוצים במועמדים לתרופות, ובכך מגבירה את הגמישות של תהליכי הפיתוח ואת הטווח הסינתטי.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר סינתזה מהירה של קטונים עם פונקציונליזציה במיקום $\alpha$ לצורך מחקרי קשר מבנה-פעילות (SAR).
- מאפשר גישה למוטיבים הנמצאים בתרכובות בעלות פעילות ביולוגית ורלוונטיות רפואית.
- תומך בגיוון של קבוצות פונקציונליות למחקרי מעורבות מטרה (target engagement).
- מפחית את המורכבות הסינתטית, ובכך מאיץ תכנון תרכובות מונחה-השערה.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- מספק גישה ניתנת להרחבה לווריאנטים של תרכובות עבור קמפיינים של סריקה.
- מספק תוצרי סינתזה סטנדרטיים וניתנים לשחזור עבור קלט לבדיקה.
- מאפשר הכנה של אנלוגים עם קבוצות פונקציונליות מגוונות להרחבת ה-hits.
- תומך בהערכה מהימנה של תרכובות על ידי מזעור של תגובות לוואי וזיהומים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מייצר חומר כימי עם מוטיבים המותאמים לצרכים של כימיה רפואית.
- מקל על הרצף משלב הגילוי המוקדם ועד לבחירת מועמד פרה-קליני.
- מאפשר קידום מותאם-סיכון באמצעות אספקה סינתטית חזקה של אנלוגים מרכזיים.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים באמצעות גישה למסגרות כימיות (scaffolds) מגוונות.
שילוב תהליכי עבודה וקווי עיבוד
פרוטוקול זה משתלב בממשק שבין שלבי הגילוי המוקדמים לזיהוי מובילים (lead identification), ובכך מאפשר חקירה יעילה של קשרי מבנה-פעילות (SAR) והרחבת ספריות תרכובות לצורך סריקות המשך והערכה פרה-קלינית.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת היפותזות על ידי מתן אפשרות לסנתזה מהירה של אנלוגים להערכה ביולוגית.
- סריקה: מספק תוצרים סטנדרטיים עם תפוקה גבוהה המתאימים לתהליכי עבודה של סריקה בתוספת גבוהה (high-throughput screening).
- אנליטיקה: מספק מוצרים נקיים ומאופיינים היטב להשוואה אנליטית מהימנה בין תנאים שונים.
- מחקר טרנסלציונלי: מתאים את התוצרים הסינתטיים לצרכי כימיה רפואית ומחקר מונחה-סמנים ביולוגיים (biomarkers).
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פרוטוקול גנרלי שניתן להתאימו למגוון רחב של סובסטרטים של קטונים ונוקלאופילים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את ביטחון הניבוי ב-SAR ובתיקוף המטרה על ידי מתן גישה לאנלוגים מגוונים.
- ערך תפעולי: מייעל את זרימות העבודה באמצעות נהלים סטנדרטיים, הניתנים לשחזור ולהרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות של go/no-go על ידי צמצום צווארי בקבוק סינתטיים והרחבת המרחב הכימי.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים על ידי מתן אפשרות ליצירה והערכה מהירה של אנלוגים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטיפול במתווכים ריאקטיביים ובטכניקות של טמפרטורה נמוכה.
- דורש גישה לציוד לאטמוספירה אינרטית ולתשתית לבקרת טמפרטורה.
- מחייב סטנדרטיזציה בין צוותים לצורך הדירות ובטיחות, במיוחד עם ריאגנטים מסוכנים כמו azides.
- ניתן להתאמה למגוון רחב של סובסטראטים של קטונים ונוקלאופילים, ובכך תומך בצרכים מגוונים של פרויקטים.
- יש להקפיד על מגבלות קנה מידה ופרוטוקולי בטיחות עבור פונקציונליזציות מסוימות (למשל, azidation).
