रेजियोसेलेक्टिव रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाओं के लिए सन्निहित बिसाज़िरिडाइन की तैयारी
Summary
गैर-सक्रिय और सक्रिय एज़िरिडाइन युक्त सन्निहित बिसाज़िरिडाइन को असममित ऑर्गेनोकैटेलाइटिक एज़िरिडिनेशन द्वारा संश्लेषित किया गया था और फिर अम्लीय या बुनियादी परिस्थितियों में केमोसेलेक्टिव रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाओं के अधीन किया गया था। गैर-सक्रिय एज़िरिडीन रिंग अम्लीय परिस्थितियों में कम प्रतिक्रियाशील न्यूक्लियोफाइल के साथ खुलती है, जबकि सक्रिय एज़िरिडीन रिंग बुनियादी परिस्थितियों में अधिक प्रतिक्रियाशील न्यूक्लियोफाइल के साथ खुलती है।
Abstract
एज़िरिडिन्स, प्रतिक्रियाशील कार्बनिक अणुओं का एक वर्ग जिसमें तीन सदस्यीय अंगूठी होती है, सी-प्रतिस्थापित एज़िरिडिन के रीजियोनियंत्रित रिंग-ओपनिंग के माध्यम से कार्यात्मक नाइट्रोजन युक्त लक्ष्य यौगिकों की एक बड़ी विविधता के संश्लेषण के लिए महत्वपूर्ण सिंथोन हैं। पिछले एक दशक में एज़िरिडिन संश्लेषण में जबरदस्त प्रगति के बावजूद, सन्निहित बिसाज़िरिडाइन तक कुशलतापूर्वक पहुंचना मुश्किल बना हुआ है। इसलिए, हम विविध न्यूक्लियोफाइल के साथ रीजियोसेलेक्टिव रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाओं के लिए एकल एज़िरिडीन बैकबोन से परे एन-प्रतिस्थापन के इलेक्ट्रॉनिक रूप से विविध सेट वाले सन्निहित बिसाज़िरिडाइन को संश्लेषित करने में रुचि रखते थे। इस अध्ययन में चिरल सन्निहित बिसाज़िरिडाइन को चिरल (ई)-3-(एस)-1-((आर)-1-((आर)-1-फेरिडिन-2-यल)एक्रिलालडिहाइड के साथ एन-टीएस-ओ-टोसिल या एन-बोक-ओ-टोसिल हाइड्रॉक्सिलमाइन के ऑर्गेनोकैटेलाइटिक असममित एज़िरिडाइन द्वारा तैयार किया गया था। यहां सल्फर, नाइट्रोजन, कार्बन और ऑक्सीजन जैसे विभिन्न प्रकार के न्यूक्लियोफाइल के साथ सन्निहित बिसाज़िरिडाइन की रिजियोसेलेक्टिव रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाओं के प्रतिनिधि उदाहरण भी हैं, और पीडी-उत्प्रेरित हाइड्रोजनीकरण द्वारा बहु-प्रतिस्थापित चिरल पाइरोलिडाइन के संश्लेषण के लिए सन्निहित बिसाज़िरिडाइन का अनुप्रयोग।
Introduction
विविध प्रतिक्रियाशील साइटों के साथ छोटे कार्बनिक अणुओं का तर्कसंगत डिजाइन जो उत्पाद चयनात्मकता को ठीक से नियंत्रित करता है, आधुनिक कार्बनिक संश्लेषण और हरे रसायन विज्ञान 1,2,3,4,5,6,7,8 में एक महत्वपूर्ण लक्ष्य है। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, हम एज़िरिडिन के मॉड्यूलर संश्लेषण में रुचि रखते थे। अज़ीरिडाइन अधिकांश कार्बनिक रसायनज्ञों के लिए रुचि रखते हैं, क्योंकि उनके संरचनात्मक रूप से महत्वपूर्ण ढांचे 9 के कारण एन-प्रतिस्थापन के इलेक्ट्रॉनिक रूप से विविध सेट के साथ जो कई न्यूक्लियोफाइल 10,11,12,13,14,15,16,17,18 के साथ रीजियोसेलेक्टिव रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाओं का कारण बन सकता है। 19, और विभिन्न औषधीय गतिविधियाँ जैसे कि एंटीट्यूमर, रोगाणुरोधी और जीवाणुरोधी गुण। एज़िरिडिन रसायन विज्ञान में प्रगति के बावजूद, गैर-सक्रिय एज़िरिडिन और सक्रिय एज़िरिडीन में साहित्य20 में स्वतंत्र संश्लेषण और रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाएं हैं।
इसलिए, हमने गैर-सक्रिय और सक्रिय एज़िरिडाइन दोनों को शामिल करते हुए सन्निहित बिसाज़िरिडाइन को संश्लेषित करने का लक्ष्य रखा। इन सन्निहित बिसाज़िरिडाइन का उपयोग दो अलग-अलग एज़िरिडाइन के निम्नलिखित इलेक्ट्रॉनिक गुणों और न्यूक्लियोफाइल 20,21,22,23,24 के लिए उनकी प्रतिक्रिया के आधार पर एक केमोसेलेक्टिव रिंग-ओपनिंग पैटर्न को व्यवस्थित रूप से तर्कसंगत बनाने के लिए किया जा सकता है: ए) सक्रिय एज़िरिडाइन, जिसमें इलेक्ट्रॉन-निकास प्रतिस्थापन संयुग्मित रूप से नाइट्रोजन पर नकारात्मक चार्ज को स्थिर करते हैं, आसानी से कई न्यूक्लियोफाइल के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। रिंग-ओपन उत्पादों की अनुमति दें; बी) गैर-सक्रिय एज़िरिडिन, जिसमें नाइट्रोजन इलेक्ट्रॉन-दान प्रतिस्थापन से बंधा होता है, न्यूक्लियोफाइल के प्रति काफी निष्क्रिय होते हैं; इसलिए, एक उपयुक्त उत्प्रेरक (मुख्य रूप से ब्रोंस्टेड या लुईस एसिड) के साथ एक पूर्व-सक्रियण चरण की आवश्यकता होती है ताकि20,21,25,26 की उच्च पैदावार में रिंग-ओपन उत्पादों को वहन किया जा सके।
वर्तमान अध्ययन संक्रमण-धातु-मुक्त ऑर्गेनोकैटलिसिस के माध्यम से चिरल बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में सन्निहित बिसाज़िरिडाइन के तर्कसंगत डिजाइन का वर्णन करता है और बिसाज़िरिडाइन की रिंग-ओपनिंग प्रतिक्रियाओं के लिए पूर्वानुमानित मॉडलिंग टूल का उपयोग करके विभिन्न नाइट्रोजन युक्त अणुओं का संश्लेषण करता है। इस अध्ययन का उद्देश्य नाइट्रोजन समृद्ध बायोएक्टिव यौगिकों और प्राकृतिक उत्पादों के निर्माण और एज़िरिडाइन के पोलीमराइजेशन के लिए व्यावहारिक तरीकों की प्रगति को प्रोत्साहित करना है।
Protocol
Representative Results
Discussion
डायस्टेरोमर्स के एक अविभाज्य मिश्रण का गठन कभी-कभी चिरल 3-[1-(1-फेनिलइथिल)एज़िरिडिन-2-वाईएल)] एक्रिलालडिहाइड के ऑर्गेनोकैटेलाइटिक एज़िडिनेशन के दौरान देखा गया है, जब एन-बोक-ओ-टोसिल या एन-टीएस-ओ-टोसिल हा?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस शोध को कोरिया बेसिक साइंस इंस्टीट्यूट (राष्ट्रीय अनुसंधान सुविधाएं और उपकरण केंद्र) शिक्षा मंत्रालय (2022 आर 1 ए 6 सी 101 ए 751) द्वारा वित्त पोषित अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था। इस काम को कोरिया के राष्ट्रीय अनुसंधान फाउंडेशन (एनआरएफ) अनुदान (2020 आर 1 ए 2 सी 1007102 और 2021 आर 1 ए 5 ए 6002803) द्वारा भी समर्थित किया गया था।
Materials
| (R)-(+)-α,α-Diphenyl-2-pyrrolidinemethanol trimethylsilyl ether | Sigma-Aldrich | 677191 | reagent |
| (R)-1-((R)-1-phenylethyl)aziridine-2-carbaldehyde | Imagene Co.,Ltd. | reagent | |
| (S)-(–)-α,α-Diphenyl-2-pyrrolidinemethanol trimethylsilyl ether | Sigma-Aldrich | 677183 | reagent |
| (S)-2-(diphenyl((trim ethylsilyl)oxy)methyl)pyrrolidine | Sigma-Aldrich | 677183 | reagent |
| (Triphenylphosphoranylidene) acetaldehyde | Sigma-Aldrich | 280933 | reagent |
| 1,2-Dichloroethane | Sigma-Aldrich | 284505 | solvent |
| AB Sciex 4800 Plus MALDI TOFTM (2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) matrix | Sciex | High resolution mass spectra | |
| Acetic acid | Sigma-Aldrich | A6283 | reagent |
| Ammonium chloride | Sigma-Aldrich | 254134 | reagent |
| aniline | Sigma-Aldrich | 132934 | reagent |
| Autopol III digital polarimeter | Rudolph Research Analytical | polarimeter | |
| AVANCE III HD (400 MHz) spectrometer | Bruker | NMR spectrometer | |
| Bruker Ascend 500 (500 MHz) | Bruker | NMR spectrometer | |
| Celite 535 | Sigma-Aldrich | 22138 | For Celite pad |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich | 270997 | solvent |
| Di-tert-butyl dicarbonate | Sigma-Aldrich | 361941 | reagent |
| Ethyl Acetate | Sigma-Aldrich | 270989 | solvent |
| Ethyl nitroacetate | Sigma-Aldrich | 192333 | reagent |
| Imidazole | Sigma-Aldrich | I2399 | reagent |
| INOVA 400WB (400 MHz) | Varian | NMR spectrometer | |
| JMS-700 | JEOL | High resolution mass spectra | |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 322415 | solvent |
| N-Boc-O-tosylhydroxylamine | Sigma-Aldrich | 775037 | reagent |
| P-2000 | JASCO | polarimeter | |
| Palladium hydroxide on carbon | Sigma-Aldrich | 212911 | reagent |
| Phenyl-1H-tetrazole-5-thiol | TCI | P0640 | reagent |
| Silica gel | Sigma-Aldrich | 227196 | For flash clromatography |
| Silica gel on TLC plates | Merck | 60768 | TLC plate |
| Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S8750 | reagent |
| Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | reagent |
| Sodium borohydride | Sigma-Aldrich | 452882 | reagent |
| Sodium carbonate | Sigma-Aldrich | S2127 | reagent |
| tert-Butyldimethylsilyl chloride | Sigma-Aldrich | 190500 | reagent |
| Tetrahydrofuran | Sigma-Aldrich | 401757 | solvent |
| Toluene | Sigma-Aldrich | 244511 | solvent |
| Zinc bromide | Sigma-Aldrich | 230022 | reagent |
| Zinc chloride | Sigma-Aldrich | 429430 | reagent |
References
- Anastas, P. T., Warner, J. C. Principles of green chemistry. Green Chemistry: Theory and Practice. 29, (1998).
- Sheldon, R. A., Arends, I. W. C. E., Hanefeld, U. . Green Chemistry and Catalysis. , (2007).
- Trost, B. M. The atom economy-a search for synthetic efficiency. Science. 254 (5037), 1471-1477 (1991).
- Sheldon, R. A. The E factor: fifteen years on. Green Chemistry. 9 (12), 1273-1283 (2007).
- Li, C. J., Trost, B. M. Green chemistry for chemical synthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (36), 13197-13202 (2008).
- Sheldon, R. A. Fundamentals of green chemistry: efficiency in reaction design. Chemical Society Reviews. 41 (4), 1437-1451 (2012).
- Marion, P., et al. Sustainable chemistry: how to produce better and more from less. Green Chemistry. 19 (21), 4973-4989 (2017).
- Sheldon, R. A. The E factor 25 years on: the rise of green chemistry and sustainability. Green Chemistry. 19 (1), 18-43 (2017).
- Dembitsky, V. M., Terent’ev, A. O., Levitsky, D. O. Aziridine alkaloids: origin, chemistry and activity. Natural Products. , 977-1006 (2013).
- Ham, G. E. Activated aziridines. I. Reaction of anilines with O-ethyl-N,N-ethyleneurethane. mechanism and Hammett ρ-constant. Journal of Organic Chemistry. 29 (10), 3052-3055 (1964).
- Tanner, D. Chiral aziridine-their synthesis and use in stereoselective transformations. Angewandte Chemie International Edition. 33 (6), 599-619 (1994).
- Atkinson, R. S. 3-Acetoxyaminoquinazolinones (QNHOAc) as aziridinating agents: ring-opening of N-(Q)-substituted aziridines. Tetrahedron. 55 (6), 1519-1559 (1999).
- Sweeney, J. B. Aziridines: epoxides’ ugly cousins. Chemical Society Reviews. 31 (5), 247-258 (2002).
- Lu, P. Recent developments in regioselective ring opening of aziridines. Tetrahedron. 14 (66), 2549-2560 (2010).
- Ohno, H. Synthesis and applications of vinylaziridines and ethynylaziridines. Chemical Reviews. 114 (16), 7784-7814 (2014).
- Callebaut, G., Meiresonne, T., De Kimpe, N., Mangelinckx, S. Synthesis and reactivity of 2-(carboxymethyl) aziridine derivatives. Chemical Reviews. 114 (16), 7954-8015 (2014).
- Ghosal, N. C., et al. Organocatalysis by an aprotic imidazolium zwitterion: Regioselective ring-opening of aziridines and applicable to gram scale synthesis. Green Chemistry. 18 (2), 565-574 (2016).
- Rai, V. K., Rai, P. K., Bajaj, S., Kumar, A. An unprecedented synthesis of γ-lactams via mercaptoacetylation of aziridines in water. Green Chemistry. 13 (5), 1217-1223 (2011).
- Srivastava, V. P., Yadav, L. D. S. The first example of ring expansion of N-tosylaziridines to 2-aroyl-N-tosylazetidines with nitrogen ylides in an aqueous medium. Green Chemistry. 12 (8), 1460-1465 (2010).
- Stanković, S., et al. Regioselectivity in the ring opening of non-activated aziridines. Chemical Society Reviews. 41 (2), 643-665 (2012).
- Ha, H. J., Jung, J. H., Lee, W. K. Application of regio-and stereoselective functional group transformations of chiral aziridine-2-carboxylates. Asian Journal of Organic Chemistry. 3 (10), 1020-1035 (2014).
- D’hooghe, M., Ha, H. -. J. . Synthesis of 4- to 7-membered Heterocycles by Ring Expansion: Aza-, Oxa- and Thiaheterocyclic Small-Ring Systems. 1st ed. , (2016).
- Macha, L., Ha, H. -. J. Total synthesis and absolute stereochemical assignment of microgrewiapine A and its stereoisomers. Journal of Organic Chemistry. 84 (1), 94-103 (2019).
- Srivastava, N., Macha, L., Ha, H. -. J. Total synthesis and stereochemical revision of biemamides B and D. Organic Letters. 21 (22), 8992-8996 (2019).
- Lee, W. K., Ha, H. -. J. Highlights of the chemistry of enantiomerically pure aziridine-2-carboxylates. Aldrichimica Acta. 36 (2), 57-63 (2003).
- Głowacka, I. E., Trocha, A., Wróblewski, A. E., Piotrowska, D. G. N-(1-Phenylethyl) aziridine-2-carboxylate esters in the synthesis of biologically relevant compounds. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 15 (1), 1722-1757 (2019).
- JoVE. Organic Chemistry II. Polarimeter. JoVE Science Education Database. , (2022).
- Mao, H., et al. Preparation of chiral contiguous epoxyaziridines and their regioselective ring-opening for drug syntheses. Chemistry-A European Journal. 24 (10), 2370-2374 (2018).
- Vesely, J., Ibrahem, I., Zhao, G. L., Rios, R., Córdova, A. Organocatalytic enantioselective aziridination of α,β-unsaturated aldehydes. Angewandte Chemie International Edition. 11 (46), 778-781 (2007).
- Arai, H., et al. Enantioselective aziridination reaction of α,β-unsaturated aldehydes using an organocatalyst and tert-butyl N-arenesulfonyloxycarbamates. Tetrahedron Letters. 50 (26), 3329-3332 (2009).
- Desmarchelier, A., et al. Organocatalyzed aziridination of α-branched enals: enantioselective synthesis of aziridines with a quaternary stereocenter. European Journal of Organic Chemistry. 20 (2011), 4046-4052 (2011).
- Jiang, H., Halskov, K. S., Johansen, T. K., Jørgensen, K. A. Deracemization of axially chiral α,β-unsaturated aldehydes through an amino-catalyzed symmetry-making-symmetry-breaking cascade. Chemistry-A European Journal. 17 (14), 3842-3846 (2011).
- Deiana, L., et al. Catalytic asymmetric aziridination of α,β-unsaturated aldehydes. Chemistry-A European Journal. 17 (28), 7904-7917 (2011).
- Molnár, I. G., Tanzer, E. M., Daniliuc, C., Gilmour, R. Enantioselective aziridination of cyclic enals facilitated by the fluorine-iminium Ion gauche effect. Chemistry-A European Journal. 20 (3), 794-800 (2014).
- Nemoto, T., et al. Enantioselective synthesis of (R)-Sumanirole using organocatalytic asymmetric aziridination of an α,β-unsaturated aldehyde. Tetrahedron: Asymmetry. 25 (15), 1133-1137 (2014).
- Sim, T. B., et al. A novel synthesis of 5-functionalized oxazolidin-2-ones from enantiomerically pure 2-substituted N-[(R)-(+)-α-methylbenzyl] aziridines. Journal of Organic Chemistry. 68 (1), 104-108 (2003).
- Silva, M. A., Goodman, J. M. Aziridinium ring opening: a simple ionic reaction pathway with sequential transition states. Tetrahedron Letters. 46 (12), 2067-2069 (2005).
- Yun, S. Y., et al. Nucleophile-dependent regioselective ring opening of 2-substituted N,N-dibenzylaziridinium ions: bromide versus hydride. Chemical Communications. (18), 2508-2510 (2009).
- Dolfen, J., et al. Bicyclic aziridinium ions in azaheterocyclic chemistry-preparation and synthetic application of 1-azoniabicyclo [n. 1.0] alkanes. Advanced Synthesis & Catalysis. 358 (22), 3485-3511 (2016).
- D’hooghe, M., et al. Systematic study of halide-induced ring opening of 2-substituted aziridinium salts and theoretical rationalization of the reaction pathways. European Journal of Organic Chemistry. 2010 (25), 4920-4931 (2010).
- Boydas, E. B., et al. Theoretical insight into the regioselective ring-expansions of bicyclic aziridinium ions. Organic & Biomolecular Chemistry. 16 (5), 796-806 (2018).
- Lee, B. K., et al. An efficient synthesis of chiral terminal 1, 2-diamines using an enantiomerically pure [1-(1′ R)-methylbenzyl] aziridine-2-yl] methanol. Tetrahedron. 62 (35), 8393-8397 (2006).
- Ha, H. J., et al. Addition of 1-Boc-2-tert-butyldimethylsilyloxypyrrole to N-methyleneamine equivalents: synthesis of 1-Boc-5-aminomehtyl-2,5-dihydropyrrole-2-ones and 1-Boc-2-oxo-1,7,9-triazaspiro[4,5]-dec-3-ene. Heterocycles. 50 (1), 203-214 (1999).
- Laughlin, R. G. The basicity of aliphatic sulfonamides. Journal of the American Chemical Society. 89 (17), 4268-4271 (1967).
- Moreira, J. A., Rosa da Costa, A. M., García-Río, L., Pessêgo, M. Equilibrium constants and protonation site for N-methylbenzenesulfonamides. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 7 (1), 1732-1738 (2011).
- Song, K., et al. Highly active ruthenium metathesis catalysts enabling ring-opening metathesis polymerization of cyclopentadiene at low temperatures. Nature Communications. 10, 3860 (2019).
- Fukuta, Y., et al. De novo synthesis of Tamiflu via a catalytic asymmetric ring-opening of meso-aziridines with TMSN3. Journal of the American Chemical Society. 128 (19), 6312-6313 (2006).
- Jiang, H., et al. Intramolecular radical aziridination of allylic sulfamoyl azides by cobalt (II)-based metalloradical catalysis: effective construction of strained heterobicyclic structures. Angewandte Chemie International Edition. 55 (38), 11604-11608 (2016).
- Righi, G., Bovicelli, P., Barontini, M., Tirotta, I. Dimethyl carbonate in the regio-and stereocontrolled opening of three-membered heterocyclic rings. Green Chemistry. 14 (2), 495-502 (2012).
- Righi, P., et al. Solution- and solid-phase synthesis of 4-hydroxy-4,5-dihydroisoxazole derivatives from enantiomerically pure N-tosyl-2,3-aziridine alcohols. Organic Letters. 4 (4), 497-500 (2002).
- Yadav, N. N., Choi, J., Ha, H. -. J. One-pot multiple reactions: asymmetric synthesis of 2, 6-cis-disubstituted piperidine alkaloids from chiral aziridine. Organic & Biomolecular Chemistry. 14 (27), 6426-6434 (2016).
- Rhee, H. J., et al. Preparation and utilization of contiguous bisaziridines as chiral building blocks. Advanced Synthesis & Catalysis. 363 (13), 3250-3257 (2021).
