מוצק-שלב הסינתזה של Oximes Spirocyclic [4.4]
Summary
כאן אנו מציגים פרוטוקול להפגין שיטה יעילה לסינתזה של spirocyclic heterocycles. תהליך חמישה צעדים מנצל מוצק-שלב הסינתזה והתחדשות מייקל מקשר אסטרטגיות. בדרך כלל קשה לסנתז, נציג שיטת הסינתזה של מולקולות spirocyclic אחרת נגיש גישות מודרניות אחרות הניתנות להתאמה אישית.
Abstract
מסלול סינטטי נוח עבור spirocyclic heterocycles מתבקשת גם לאחר בשל שימוש פוטנציאלי של המולקולה במערכות ביולוגיות. באמצעות סינתזה מוצק-פאזי, רגנרציה מייקל (REM) מקשר אסטרטגיות, cycloaddition 1, 3-dipolar, ספרייה של heterocycles מבנית דומה, גם עם וגם בלי מרכז spirocyclic, ניתן לבנות. היתרונות העיקריים של הסינתזה מוצק-תמיכה הן כדלקמן: ראשית, כל שלב התגובה יכול להיות מונע עד לסיומו תוך שימוש עודף גדול של ריאגנטים וכתוצאה מכך תפוקה גבוהה; אחר-כך, השימוש של חומרי המוצא זמינים מסחרית, ריאגנטים לשמור את העלויות נמוכה; לבסוף, השלבים התגובה הם קל לטהר באמצעות סינון פשוטה. האסטרטגיה מקשר REM הוא אטרקטיבי בשל recyclability הטבע traceless. עם סיום ערכת התגובה, מקשר חוזר מספר פעמים. בסינתזה מוצק-פאזי טיפוסי, המוצר מכיל חלק או את מקשר כל, אשר יכול להוכיח לא רצויים. מקשר REM הוא “traceless” והוא נקודת ההתקשרות שבין המוצר הפולימר להבחין מגניחותיה. Diastereoselectivity גבוהה של cycloaddition 1, 3-dipolar התפלגות מתועדת. מוגבל על-ידי insolubility של תמיכה מוצקה, התקדמות התגובה יכולה רק יהיה פיקוח על ידי שינוי קבוצות פונקציונליות (אם בכלל) באמצעות אינפרא-אדום (IR) ספקטרוסקופיה. לפיכך, זיהוי מבניים intermediates לא יכול להיות מאופיין על ידי תהודה מגנטית גרעינית קונבנציונאלי (NMR) ספקטרוסקופיה. מגבלות אחרות לשיטה זו נובעים compatibilities של הפולימר/מקשר את ערכת תגובה כימית הרצוי. במסמך זה אנו מדווחים על פרוטוקול המאפשר לייצור נוח heterocycles spirocyclic זה, עם שינויים פשוטים, יכול להיות אוטומטי עם טכניקות תפוקה גבוהה.
Introduction
למרות התגליות האחרונות באמצעות heterocycles spirocyclic functionalized מאוד במספר מערכות ביולוגיות1, שביל נוח הוא עדיין נחוץ לייצור קל שלהם. שימושים אלה heterocycles ומערכות כאלה כוללים: MDM2 עיכוב ו אחרים פעילויות נגד סרטן2,3,4,5, אנזים עיכוב6,7,8 , פעילות לאנטיביוטיקה9,10, פלורסנט תיוג11,10,12, enantioselective קשירה לדנ א רגשים13,14, 15 ו- RNA מיקוד16, יחד עם יישומים פוטנציאליים רבים הרפוי17,18,19. עם הביקוש הגובר heterocycles אלה, ספרות הנוכחי נשארת מפולגת על איזה מסלול סינטטי הכי טוב. גישות מודרניות סינתטי לבעיה זו להשתמש isatin ונגזרות isatin כמתחילה חומרים עבור מגוון רחב של20,heterocycles21, rearrangements התפלגות מסובך22,23 24, ,25, לואיס חומצה1,26,27 או מתכות מעבר זרז17,28,29, 30, או תהליכים אסימטרי31. בעוד נהלים אלה היו הצלחה בהפקת oximes spirocyclic ספציפית עם פונקציונליות מוגבלת, אסטרטגיה סינתטי לייצור ספריה של מולקולות עם diastereoselectivity גבוהה כבר בחנו יחסית פחות32.
השיטה המוצגת כאן מראה כי מולקולות אלה עניין יכול להיווצר תוך שימוש במספר טכניקות מובנות סינתטי במשולב. החל מהסינתזה של המולקולה על תמיכה מלאה באמצעות מקשר REM cycloaddition nitronate-אולפין התפלגות פוטוני (איגוד האינטרנט הישראלי), מסלול המוצע פורס מסלול לא-ליניאריות, המאופיינת על ידי בונד ניתוק מערכת הנעת, עוזב heterocycle מאוד functionalized. REM linkers, הידוע שלהם נוחות recyclability, לנצל תמיכה מלאה לסנתז אמינים שלישוני33. בגלל הקלות של טיהור בהסמכה REM מקשר דרך פשוטה סינון, טכניקה מוצק-פאזי סינתזה זו מספקת למדענים מקשר למחזור ו traceless, אשר שימש כאן. לאחר סיום התגובה, מקשר REM נוצר מחדש, ניתן להשתמש בהם מספר פעמים. מקשר REM היא גם traceless, בניגוד linkers מוצק-פאזי רבים, נקודת ההתקשרות שבין המוצר הפולימר הוא להבחין מגניחותיה34,35. גם למד היטב ומובן הוא התגובה איגוד האינטרנט הישראלי, שימושי בסינתזה של36,oximes pyrrolidine37. אולי הידועה יותר cycloaddition dipolar-1, 3, תגובות אלו יוצרים מספר heterocycles עם diastereoselectivity גבוהה38,39,40,41,42 , 43 , 44 , 45. בטכניקה שונה REM-בשילוב-איגוד האינטרנט הישראלי עבור הסינתזה של מולקולות spirocyclic מניב מוצר diastereoselective מאוד. במסמך זה, אנו מדווחים על ייצור יעיל של oximes spirocyclic באמצעות גישה סינתטית חדשה, שילוב של שני מסלולים מובנות וחומרי המוצא זמינים.
Protocol
Representative Results
Discussion
באסטרטגיה טיפוסי REM מקשר/מוצק-שלב סינתטי, פרסום אמין של תמיכה מוצקה, חיוני ליצירת מלח אמוניום רבעוני, כמתואר בסעיף 4 של פרוטוקול39. עקב מכשול הסטריים של מערכת הנעת והקבוצות מגושם R2 (הלידים בנזיל ואת תמצית), קטנות בלבד החומר ריאגנטים (הלידים מתיל ו allyl) יכול להיות מנוצל זו תגו…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומן על ידי מענק של מועצת המחקר בפקולטה K.S. הואנג (אוניברסיטת אזוסה פאסיפיק – ארצות הברית). C.R. Drisko הוא הנמען את המלגה Stauffer ג’ון ואת המענק מחקר לתואר ראשון Gencarella. דרום אמריקה גריפין קיבל מלגת מחקר לתואר ראשון של S2S המחלקה של ביולוגיה וכימיה.
מחברים (משמאל לימין) קודי Drisko, ד ר קווין הואנג, סילאס גריפין ערכו הניסויים והכינו את כתב היד. קודי Drisko הוא בחור Stauffer ג’ון נמען המענק מחקר Gencarela. סילאס הוא עמית מחקר S2S באוניברסיטת פסיפיק אזוסה. ד ר קווין הואנג סופק על מחקר גלגלים והוא נמען אזוסה השקט אוניברסיטת סגל המחקר המועצה המענק.
Materials
| Chemicals | |||
| REM Resin | Nova Biochem | 8551010005 | Solid Polymer Support; 1.1 mmol/g loading |
| Furfurylamine | Acros Organics | 119800050 | Reagent |
| Dimethylformamide (DMF) | Sigma-Aldrich | 227056 | Solvent |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma-Aldrich | 270997 | Solvent |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | Solvent |
| trans-4-bromo-β-nitrostyrene | Sigma-Aldrich | 400017 | Nitro-olefin solid |
| trans-3,4-dimethoxy-β-nitrostyrene | Sigma-Aldrich | S752215 | Nitro-olefin solid |
| trans-2,4-dichloro-β-nitrostyrene | Sigma-Aldrich | 642169 | Nitro-olefin solid |
| trans-β-nitrostyrene | Sigma-Aldrich | N26806 | Nitro-olefin solid |
| Triethylamine (TEA) | Sigma-Aldrich | T0886 | Solvent |
| Trimethylsilyl chloride (TMSCl) | Sigma-Aldrich | 386529 | Reagent; CAUTION – highly volatile; creates HCl gas |
| Tetra-n-butylammonium fluoride (TBAF) in Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 216143 | Reagent |
| Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 401757 | Reagent |
| 1-Bromooctane | Sigma-Aldrich | 152951 | Alkyl-halide |
| Iodomethane | Sigma-Aldrich | 289566 | Alkyl-halide |
| Allylbromide | Sigma-Aldrich | 337528 | Alkyl-halide |
| Benzylbromide | Sigma-Aldrich | B17905 | Alkyl-halide |
| Glassware/Instrumentation | |||
| 25 mL solid-phase reaction vessel | Chemglass | CG-1861-02 | Glassware with filter |
| Thermo Scientific Nicole iS5 | Thermo Scientific | IQLAADGAAGFAHDMAZA | Instrument |
| AVANCE III NMR Spectrometer | Bruker | N/A | Instrument; 300 MHz; Solvents: CDCl3 and CD3OH |
| Wrist-Action Shaker Model 75 | Burrell Scientific | 757950819 | Instrument |
Referências
- Bayat, M., Amiri, Z. Chemoselective synthesis of novel spiropyrano acenaphthylene derivatives via one-pot four-component reaction. Tetrahedron Letters. 58 (45), 4260-4263 (2017).
- Ding, K., et al. Structure-Based Design of Potent Non-Peptide MDM2 Inhibitors. Journal of the American Chemical Society. 127 (29), 10130-10131 (2005).
- D’Erasmo, M. P., et al. 7,9-Diaryl-1,6,8-trioxaspiro[4.5]dec-3-en-2-ones: Readily accessible and highly potent anticancer compounds. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 24 (16), 4035-4038 (2014).
- Gomez, C., et al. Phosphine-Catalyzed Synthesis of 3,3-Spirocyclopenteneoxindoles from γ-Substituted Allenoates: Systematic Studies and Targeted Applications. The Journal of Organic Chemistry. 78 (4), 1488-1496 (2013).
- Wu, S., et al. Novel spiropyrazolone antitumor scaffold with potent activity: Design, synthesis and structure-activity relationship. European Journal of Medicinal Chemistry. 115, 141-147 (2016).
- Allgardsson, A., et al. Structure of a prereaction complex between the nerve agent sarin, its biological target acetylcholinesterase, and the antidote HI-6. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (20), 5514-5519 (2016).
- Cantín, &. #. 1. 9. 3. ;., et al. Novel Inhibitors of the Mitochondrial Respiratory Chain: Oximes and Pyrrolines Isolated from Penicillium brevicompactum and Synthetic Analogues. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 53 (21), 8296-8301 (2005).
- Wu, E. S. C., et al. et al. In Vitro Muscarinic Activity of Spiromuscarones and Related Analogs. Journal of Medicinal Chemistry. 38 (9), 1558-1570 (1995).
- Gober, C. M., Carroll, P. J., Joullié, M. M. Triazaspirocycles: Occurrence, Synthesis, and Applications. Mini-reviews in organic chemistry. 13 (2), 126-142 (2016).
- Hong, C. Y., et al. Novel Fluoroquinolone Antibacterial Agents Containing Oxime-Substituted (Aminomethyl)pyrrolidines: Synthesis and Antibacterial Activity of 7-(4-(Aminomethyl)-3-(methoxyimino)pyrrolidin-1-yl)-1-cyclopropyl-6-fluoro- 4-oxo-1,4-dihydro[1,8]naphthyridine-3-carboxylic Acid (LB20304),1. Journal of Medicinal Chemistry. 40 (22), 3584-3593 (1997).
- Ryzhakov, D., Jarret, M., Guillot, R., Kouklovsky, C., Vincent, G. Radical-Mediated Dearomatization of Indoles with Sulfinate Reagents for the Synthesis of Fluorinated Spirocyclic Indolines. Organic Letters. 19 (23), 6336-6339 (2017).
- Wang, L., et al. A Facile Radiolabeling of [18F]FDPA via Spirocyclic Iodonium Ylides: Preliminary PET Imaging Studies in Preclinical Models of Neuroinflammation. Journal of Medicinal Chemistry. 60 (12), 5222-5227 (2017).
- Lin, Y., Jones, G. B., Hwang, G. -. S., Kappen, L., Goldberg, I. H. Convenient Synthesis of NCS−Chromophore Metabolite Isosteres: Binding Agents for Bulged DNA Microenvironments. Organic Letters. 7 (1), 71-74 (2005).
- Kappen, L. S., Lin, Y., Jones, G. B., Goldberg, I. H. Probing DNA Bulges with Designed Helical Spirocyclic Molecules. Bioquímica. 46 (2), 561-567 (2007).
- Zhang, N., Lin, Y., Xiao, Z., Jones, G. B., Goldberg, I. H. Solution Structure of a Designed Spirocyclic Helical Ligand Binding at a Two-Base Bulge Site in DNA. Bioquímica. 46 (16), 4793-4803 (2007).
- Thomas, J. R., Hergenrother, P. J. Targeting RNA with Small Molecules. Chemical Reviews. 108 (4), 1171-1224 (2008).
- Jones, B., Proud, M., Sridharan, V. Synthesis of oxetane/azetidine containing spirocycles via the 1,3-dipolar cycloaddition reaction. Tetrahedron Letters. 57 (25), 2811-2813 (2016).
- Martinez, N. J., et al. A High-Throughput Screen Identifies 2,9-Diazaspiro[5.5]Undecanes as Inducers of the Endoplasmic Reticulum Stress Response with Cytotoxic Activity in 3D Glioma Cell Models. PLoS ONE. 11 (8), e0161486 (2016).
- Wang, Y., et al. Discovery and Optimization of Potent GPR40 Full Agonists Containing Tricyclic Spirocycles. ACS Medicinal Chemistry Letters. 4 (6), 551-555 (2013).
- Singh, G. S., Desta, Z. Y. Isatins As Privileged Molecules in Design and Synthesis of Spiro-Fused Cyclic Frameworks. Chemical Reviews. 112 (11), 6104-6155 (2012).
- Rana, S., et al. Isatin Derived Spirocyclic Analogues with α-Methylene-γ-butyrolactone as Anticancer Agents: A Structure-Activity Relationship Study. Journal of Medicinal Chemistry. 59 (10), 5121-5127 (2016).
- Sue, D., Kawabata, T., Sasamori, T., Tokitoh, N., Tsubaki, K. Synthesis of Spiro Compounds through Tandem Oxidative Coupling and a Framework Rearrangement Reaction. Organic Letters. 12 (2), 256-258 (2010).
- Perry, M. A., Hill, R. R., Rychnovsky, S. D. Trianion Synthon Approach to Spirocyclic Heterocycles. Organic Letters. 15 (9), 2226-2229 (2013).
- Palmer, L. I., Read de Alaniz, J. Rapid and Stereoselective Synthesis of Spirocyclic Ethers via the Intramolecular Piancatelli Rearrangement. Organic Letters. 15 (3), 476-479 (2013).
- Berton, J. K. E. T., Salemi, H., Pirat, J. -. L., Virieux, D., Stevens, C. V. Three-Step Synthesis of Chiral Spirocyclic Oxaphospholenes. The Journal of Organic Chemistry. 82 (23), 12439-12446 (2017).
- Carreira, E. M., Fessard, T. C. Four-Membered Ring-Containing Spirocycles: Synthetic Strategies and Opportunities. Chemical Reviews. 114 (16), 8257-8322 (2014).
- Yamazaki, S., Naito, T., Niina, M., Kakiuchi, K. Lewis Acid Catalyzed Cyclization Reactions of Ethenetricarboxylates via Intramolecular Hydride Transfer. The Journal of Organic Chemistry. 82 (13), 6748-6763 (2017).
- Hung, A. W., et al. Route to three-dimensional fragments using diversity-oriented synthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (17), 6799-6804 (2011).
- Wright, D. L., Schulte, J. P., Page, M. A. An Imine Addition/Ring-Closing Metathesis Approach to the Spirocyclic Core of Halichlorine and Pinnaic Acid. Organic Letters. 2 (13), 1847-1850 (2000).
- Qiu, B., et al. Highly Enantioselective Oxidation of Spirocyclic Hydrocarbons by Bioinspired Manganese Catalysts and Hydrogen Peroxide. ACS Catalysis. 8 (3), 2479-2487 (2018).
- Richmond, E., Duguet, N., Slawin, A. M. Z., Lébl, T., Smith, A. D. Asymmetric Pericyclic Cascade Approach to Spirocyclic Oxindoles. Organic Letters. 14 (11), 2762-2765 (2012).
- Griffin, S. A., Drisko, C. R., Huang, K. S. Tricyclic heterocycles as precursors to functionalized spirocyclic oximes. Tetrahedron Letters. , (2017).
- Brown, A. R., Rees, D. C., Rankovic, Z., Morphy, J. R. Synthesis of Tertiary Amines Using a Polystyrene (REM) Resin. Journal of the American Chemical Society. 119 (14), 3288-3295 (1997).
- Blaney, P., Grigg, R., Sridharan, V. Traceless Solid-Phase Organic Synthesis. Chemical Reviews. 102 (7), 2607-2624 (2002).
- Morphy, J. R., Rankovic, Z., Rees, D. C. A novel linker strategy for solid-phase synthesis. Tetrahedron Letters. 37 (18), 3209-3212 (1996).
- Saruengkhanphasit, R., Collier, D., Coldham, I. Synthesis of Spirocyclic Amines by Using Dipolar Cycloadditions of Nitrones. The Journal of Organic Chemistry. 82 (12), 6489-6496 (2017).
- Li, F., et al. Assembly of Diverse Spirocyclic Pyrrolidines via Transient Directing Group Enabled Ortho-C(sp2)-H Alkylation of Benzaldehydes. Organic Letters. 20 (1), 146-149 (2018).
- Gottlieb, L., Hassner, A. Cycloadditions. 53. Stereoselective Synthesis of Functionalized Pyrrolidines via Intramolecular 1,3-Dipolar Silyl Nitronate Cycloaddition. The Journal of Organic Chemistry. 60 (12), 3759-3763 (1995).
- Namboothiri, I. N. N., Hassner, A., Gottlieb, H. E. A Highly Stereoselective One-Pot Tandem Consecutive 1,4-Addition−Intramolecular 1,3-Dipolar Cycloaddition Strategy for the Construction of Functionalized Five- and Six-Membered Carbocycles,1. The Journal of Organic Chemistry. 62 (3), 485-492 (1997).
- Dehaen, W., Hassner, A. Stereoselectivity in intramolecular 1,3-dipolar cycloadditions. Nitrile oxides versus silyl nitronates. Tetrahedron Letters. 31 (5), 743-746 (1990).
- Roger, P. -. Y., Durand, A. -. C., Rodriguez, J., Dulcère, J. -. P. Unprecedented in Situ Oxidative Ring Cleavage of Isoxazolidines: Diastereoselective Transformation of Nitronic Acids and Derivatives into 3-Hydroxymethyl 4-Nitro Tetrahydrofurans and Pyrrolidines. Organic Letters. 6 (12), 2027-2029 (2004).
- Kudoh, T., Ishikawa, T., Shimizu, Y., Saito, S. Intramolecular Cycloaddition Reactions of Silyl Nitronate Tethered to Vinylsilyl Group: 2-Nitroalkanols as Precursors for Amino Polyols. Organic Letters. 5 (21), 3875-3878 (2003).
- Ishikawa, T., Shimizu, Y., Kudoh, T., Saito, S. Conversion of d-Glucose to Cyclitol with Hydroxymethyl Substituent via Intramolecular Silyl Nitronate Cycloaddition Reaction: Application to Total Synthesis of (+)-Cyclophellitol. Organic Letters. 5 (21), 3879-3882 (2003).
- Hashimoto, T., Maruoka, K. Recent Advances of Catalytic Asymmetric 1,3-Dipolar Cycloadditions. Chemical Reviews. 115 (11), 5366-5412 (2015).
- Li, X., et al. Highly Enantioselective One-Pot Synthesis of Spirocyclopentaneoxindoles Containing the Oxime Group by Organocatalyzed Michael Addition/ISOC/Fragmentation Sequence. Organic Letters. 13 (23), 6160-6163 (2011).
- Jensen, K. H., Hanson, J. E. Synthesis and Photochemistry of Tertiary Amine Photobase Generators. Chemistry of Materials. 14 (2), 918-923 (2002).
- Mondal, S., Mukherjee, S., Yetra, S. R., Gonnade, R. G., Biju, A. T. Organocatalytic Enantioselective Vinylogous Michael-Aldol Cascade for the Synthesis of Spirocyclic Compounds. Organic Letters. 19 (16), 4367-4370 (2017).
- Ni, C., et al. Phosphine-Catalyzed Asymmetric (3 + 2) Annulations of δ-Acetoxy Allenoates with β-Carbonyl Amides: Enantioselective Synthesis of Spirocyclic β-Keto γ-Lactams. Organic Letters. 19 (13), 3668-3671 (2017).
