Suzuki Çapraz Bağlama ve Alken Borakarboksilasyon Reaksiyonları ile Borillenmiş Bir İbuprofen Türevinin Sentezi
Summary
Mevcut protokol, benzersiz bir borile edilmiş ibuprofen türevi veren ayrıntılı bir tezgah üstü katalitik yöntemi açıklamaktadır.
Abstract
Non-steroidal anti-enflamatuar ilaçlar (NSAID’ler), ağrı ve inflamasyonu yönetmek ve tedavi etmek için kullanılan en yaygın ilaçlar arasındadır. 2016 yılında, yeni bir bor işlevselleştirilmiş NSAID sınıfı (bora-NSAID’ler), karbondioksit (CO2 balonu) ve oda sıcaklığında bir dibor indirgeyici kullanılarak vinil arenlerin bakır katalizörlü regioselektif borakarboksilasyonu yoluyla hafif koşullar altında sentezlendi. Bu orijinal yöntem, öncelikle bir eldiven kutusunda veya bir vakum gazı manifoldu (Schlenk hattı) ile zorlu havasız ve nemsiz koşullar altında gerçekleştirildi ve bu da genellikle eser safsızlıklar nedeniyle tekrarlanamayan reaksiyon sonuçlarına yol açtı. Mevcut protokol, temsili bir bora-NSAID, bora-ibuprofen sentezlemek için daha basit ve daha uygun bir tezgah üstü yöntemi tanımlamaktadır. 1-bromo-4-isobütilbenzen ve vinilboronik asit pinacol ester arasındaki bir Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonu 4-izobütilstiren üretir. Stiren daha sonra, multi-gram ölçeğinde iyi bir verime sahip bir α-aril-β-boril-propiyonik asit olan bora-ibuprofen sağlamak için regioselektif olarak borakarboksillenir. Bu prosedür, sentetik laboratuvarlarda bakır katalizörlü borakarboksilasyonun daha geniş kullanımına izin vererek, bora-NSAID’ler ve diğer benzersiz bor işlevli ilaç benzeri moleküller hakkında daha fazla araştırma yapılmasını sağlar.
Introduction
Organoboron bileşikleri, 50 yılı aşkın bir süredir kimyasal sentezde stratejik olarak kullanılmaktadır 1,2,3,4,5,6. Hidroborasyon-oksidasyon 7,8,9,10, halojenasyon 11,12, aminasyon 13,14 ve Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma15,16,17 gibi reaksiyonlar, kimya ve ilgili disiplinlerde önemli multidisipliner yeniliklere yol açmıştır. Örneğin, Suzuki-Miyaura reaksiyonları, farmasötik ilaç adaylarının peşinde koşan tüm karbon-karbon bağı oluşturan reaksiyonların%40’ını oluşturmaktadır 18. Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonu, halojenli arene öncüsü19’dan bir adımda vinil arenes üretir. Bu daha yeşil katalitik strateji, zayıf atom ekonomisine sahip olan ve stokiyometrik trifenilfosfin oksit yan ürünü üreten aldehitlerden geleneksel Wittig sentezlerine göre değerlidir.
Vinil arenlerin regioselektif hetero(element)karboksilasyonunun, doğrudan sentezde CO2 kullanan yeni hetero(element) içeren steroidal olmayan anti-enflamatuar ilaçlara (NSAID’ler) doğrudan erişime izin vereceği tahmin edildi. Bununla birlikte, hetero (element) karboksilasyon reaksiyonları son derece nadirdi ve 201620,21,22’den önce alkinil ve allenil substratlarla sınırlıydı. Borakarboksilasyon reaksiyonunun vinil arenlere uzatılması, bor fonksiyonelleştirilmiş NSAID’ler sağlayacaktır ve bor bazlı farmasötik adaylar (Şekil 1), FDA’nın kemoterapötik bortezomib, antifungal tavaborol ve anti-enflamatuar crisaborole’yi onaylama kararlarında belirtildiği gibi popülerlik kazanmaktadır. Borun Lewis asitliği, dioller, karbonhidratlar üzerindeki hidroksil grupları veya RNA ve DNA’daki azot bazları gibi Lewis bazlarını kolayca bağlama kabiliyeti nedeniyle ilaç tasarımı açısından ilginçtir, çünkü bu Lewis bazları fizyolojik ve patolojik süreçlerde önemli roller oynar23.
Borakarboksilasyona bu katalitik yaklaşım, alkenin bir Cu-boril ara maddesi tarafından borilcuprasyonuna ve ardından elde edilen Cu-alkil ara maddesine CO2 yerleştirilmesine dayanır. Laitar ve ark., stiren türevlerinin (NHC) Cu-boryl24 kullanımı yoluyla borilcupration’unu bildirmiştir ve Cu-alkil türlerinin karboksilasyonu dagösterilmiştir 25. 2016 yılında, Popp laboratuvarı, bir (NHC) Cu-boril katalizörü ve sadece 1 atm gaz halindeki CO226 kullanarak vinil arenlerin hafif disfonksiyonelizasyonunu sağlamak için yeni bir sentetik yaklaşım geliştirdi. Bu yöntemi kullanarak, α-aril propiyonik asit farmakoforuna tek bir adımda erişilir ve yeni keşfedilmemiş bir bor modifiye NSAID sınıfı mükemmel verimle hazırlanabilir. 2019 yılında, katalitik katkı maddeleri katalizör verimliliğini artırdı ve ilave iki yeni borile NSAIDs27’nin hazırlanması da dahil olmak üzere substrat kapsamını genişletti (Şekil 1).
Alkenlerin önceki borakarboksilasyon reaksiyonları, ancak izole bir N-heterosiklik-karben-bağlı bakır (I) prekatalizörü (NHC-Cu; NHC = 1,3-bis (sikloheksil)-1,3-dihidro-2 H-imidazol-2-ylidene, ICy). Borillenmiş ibuprofenin basit reaktifler kullanılarak sentezlenebildiği bir tezgah üstü yöntem, sentetik topluluk için daha arzu edilir olacaktır, bu da vinil arenlerin, özellikle de 4-izobütilstirenin borakarboksilasyonunun, bir NHC-Cu ön katalizörünün in situ üretiminden ve bir eldiven kutusuna ihtiyaç duymadan ilerlemesine izin veren reaksiyon koşulları geliştirmemizi sağlayacaktır. Son zamanlarda, aktif bir NHC bağlı bakır (I) katalizörü28’i de situ üretmek için imidazolyum tuzları ve bakır (I)-klorür kullanılarak bir borakarboksilasyon protokolü bildirilmiştir. Bu yöntemi kullanarak, α-metil stiren, bir eldiven kutusu kullanılarak da olsa, istenen ürünün% 71’lik izole bir verimini vermek için borakarboksillendi. Bu sonuçtan esinlenerek, azot dolgulu bir eldiven kutusu kullanmadan borakarboksilat tert-bütilstiren için modifiye edilmiş bir prosedür geliştirilmiştir. İstenilen borakarboksillenmiş tert-bütilstiren ürünü 1.5 gr’lık bir ölçekte %90 verim ile üretilmiştir. Memnuniyet verici bir şekilde, bu yöntem ılımlı verime sahip bir bora-ibuprofen NSAID türevi üretmek için 4-izobütilstirene uygulanabilir. α-aril propiyonik asit farmakoforu, NSAID’ler arasındaki temel motiftir; Bu nedenle, bu motife doğrudan erişime izin veren sentetik stratejiler oldukça arzu edilen kimyasal dönüşümlerdir. Burada, bir eldiven kutusuna ihtiyaç duymadan, iki adımda ılımlı verime sahip, bol, ucuz bir 1-bromo-4-izobütilbenzen başlangıç malzemesinden (~ $ 2.50 / 1 g) benzersiz bir bora-ibuprofen NSAID türevine erişmek için sentetik bir yol sunulmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
4-İzobütilstiren (1), ucuz, ticari olarak temin edilebilen 1-bromo-4-izobütilbenzen ve vinilboronik asit pinacol esterinden bir Suzuki çapraz bağlanma reaksiyonu ile verimli bir şekilde elde edildi. Wittig yaklaşımı ile karşılaştırıldığında, bu reaksiyon istenen stirenin daha çevre dostu bir şekilde ve daha iyi atom ekonomisi ile üretilmesini sağlar. TLC yoluyla reaksiyon izleme, 1-bromo-4-izobütilbenzen substratının tam dönüşümünü sağlamak için çok öne…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ulusal Bilim Vakfı KARİYER ve MRI programlarına (CHE-1752986 ve CHE-1228336), West Virginia Üniversitesi Onur EXCEL Tez Programına (ASS & ACR), Batı Virginia Üniversitesi Araştırma Çıraklığına (RAP) ve Yaz Lisans Araştırma Deneyimi (SURE) Programlarına (ACR) ve Brodie ailesine (Don ve Linda Brodie İnovasyon Kaynak Fonu) bu araştırmaya verdikleri cömert destek için teşekkür ederiz.
Materials
| 125 mL filtration flask | ChemGlass | ||
| 20 mL vial with pressure relief cap | ChemGlass | ||
| 4-isobutylbromobenzene | Matrix scientific | 8824 | |
| Anhydrous potassium carbonate | Beantown chemicals | 124060 | |
| Anhydrous sodium sulfate | Oakwood | 44702 | |
| Bis(pinacolato)diboron | Boron Molecular chemicals | BM002 | |
| Buchner funnel with rubber adaptor | ChemGlass | ||
| Carbon dioxide gas (Bone dry) | Mateson | Tygon tubing connects cylinder regulator to needle used for reaction purging | |
| COPPER(I) CHLORIDE, REAGENT GRADE, 97% | Aldrich | 212946 | |
| Dichloromthane – high purity | Fisher | D37-20 | |
| Diethyl ether – high purity | Fisher | E138-20 | |
| Erlenmyer Flask, 125 mL | ChemGlass | CG-8496-125 | |
| filter paper | Fisher | ||
| Heptane | Fisher | H360-4 | |
| Hydrochloric acid | Fisher | AC124635001 | |
| IKA stirring hot plate | Fisher | 3810001 RCT Basic MAG | |
| Nitrogen filled glove box | MBRAUN | ||
| Palladium(0) tetrakistriphenylphosine | Ark Pharm | ||
| SilicaFlash P60 silica gel | SiliCycle | R12030B | |
| Sodium bicarbonate | Fisher | S233-3 | |
| Sodium tert-butoxide | Fisher | A1994222 | |
| Tetrahydrofuran – high purity | Fisher | T425SK-4 | Dried on a GlassContours Solvent Purification System |
| Triphenylphosphine | Sigma | T84409 | |
| Vacuum/gas manifold | Used for glovebox boracarboxyaltion reaction setup | ||
| Vinylboronic acid pinacol ester | Oxchem |
Referências
- Bose, S. K., et al. First-row d-block element-catalyzed carbon-boron bond formation and related processes. Chemical Reviews. 121 (21), 13238-13341 (2021).
- Hemming, D., Fritzemeier, R., Westcott, S. A., Santos, W. L., Steel, P. G. Copper-boryl mediated organic synthesis. Chemical Society Reviews. 47 (19), 7477-7494 (2018).
- Taniguchi, T. Boryl radical addition to multiple bonds in organic synthesis. European Journal of Organic Chemistry. 2019 (37), 6308-6319 (2019).
- Budiman, Y. P., Westcott, S. A., Radius, U., Marder, T. B. Fluorinated aryl boronates as building blocks in organic synthesis. Advanced Synthesis & Catalysis. 363 (9), 2224-2255 (2021).
- Wang, M., Shi, Z. Methodologies and strategies for selective borylation of C-Het and C-C bonds. Chemical Reviews. 120 (15), 7348-7398 (2020).
- Tian, Y. -. M., Guo, X. -. N., Braunschweig, H., Radius, U., Marder, T. B. Photoinduced borylation for the synthesis of organoboron compounds: Focus review. Chemical Reviews. 121 (7), 3561-3597 (2021).
- Brown, H. C., Rathke, M. W., RogiC´, M. M., De Lue, N. R. Organoboranes for synthesis. 9. Rapid reaction of organoboranes with iodine under the influence of base. A convenient procedure for the conversion of alkenes into iodides via hydroboration. Tetrahedron. 44 (10), 2751-2762 (1988).
- Shegavi, M. L., Bose, S. K. Recent advances in the catalytic hydroboration of carbonyl compounds. Catalysis Science and Technology. 9 (13), 3307-3336 (2019).
- Clay, J. M., Vedejs, E. Hydroboration with pyridine borane at room temperature. Journal of the American Chemical Society. 127 (16), 5766-5767 (2005).
- Mao, L., Bose, S. K. Hydroboration of enynes and mechanistic insights. Advanced Synthesis & Catalysis. 362 (20), 4174-4188 (2020).
- Pattison, G. Fluorination of organoboron compounds. Organic & Biomolecular Chemistry. 17 (23), 5651-5660 (2019).
- Zhu, C., Falck, J. R. Transition metal-free ipso-functionalization of arylboronic acids and derivatives. Advanced Synthesis & Catalysis. 356 (11-12), 2395-2410 (2014).
- Chen, J., Li, J., Dong, Z. A review on the latest progress of Chan-Lam coupling reaction. Advanced Synthesis & Catalysis. 362 (16), 3311-3331 (2020).
- Rucker, R. P., Whittaker, A. M., Dang, H., Lalic, G. Synthesis of tertiary alkyl amines from terminal alkenes: Copper-catalyzed amination of alkyl boranes. Journal of the American Chemical Society. 134 (15), 6571-6574 (2012).
- Miyaura, N., Suzuki, A. Palladium-catalyzed cross-coupling reactions of organoboron compounds. Chemical Reviews. 95 (7), 2457-2483 (1995).
- Lennox, A. J. J., Lloyd-Jones, G. C. Selection of boron reagents for Suzuki-Miyaura coupling. Chemical Society Reviews. 43 (1), 412-443 (2014).
- Osakada, K., Nishihara, Y. Transmetalation of boronic acids and their derivatives: mechanistic elucidation and relevance to catalysis. Dalton Transactions. 51 (3), 777-796 (2022).
- Sharma, S., Das, J., Braje, W. M., Dash, A. K., Handa, S. A glimpse into green chemistry practices in the pharmaceutical industry. ChemSusChem. 13 (11), 2859-2875 (2020).
- Bhaskaran, S., Padusha, M. S. A., Sajith, A. M. Application of palladium based precatalytic systems in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions of chloro-heterocycles. ChemistrySelect. 5 (29), 9005-9016 (2020).
- Fujihara, T., Tani, Y., Semba, K., Terao, J., Tsuji, Y. Copper-catalyzed silacarboxylation of internal alkynes by employing carbon dioxide and silylboranes. Angewandte Chemie International Edition. 51 (46), 11487-11490 (2012).
- Tani, Y., Fujihara, T., Terao, J., Tsuji, Y. Copper-catalyzed regiodivergent silacarboxylation of allenes with carbon dioxide and a silylborane. Journal of the American Chemical Society. 136 (51), 17706-17709 (2014).
- Zhang, L., Cheng, J., Carry, B., Hou, Z. Catalytic boracarboxylation of alkynes with diborane and carbon dioxide by an N-heterocyclic carbene copper catalyst. Journal of the American Chemical Society. 134 (35), 14314-14317 (2012).
- Schwarz, J. . Atypical Elements in Drug Design. , (2016).
- Laitar, D. S., Tsui, E. Y., Sadighi, J. P. Copper(I) β-boroalkyls from alkene insertion: Isolation and rearrangement. Organometallics. 25 (10), 2405-2408 (2006).
- Mankad, N. P., Laitar, D. S., Sadighi, J. P. Synthesis, structure, and alkyne reactivity of a dimeric (carbene)copper(I) hydride. Organometallics. 23 (14), 3369-3371 (2004).
- Butcher, T. W., et al. Regioselective copper-catalyzed boracarboxylation of vinyl arenes. Organic Letters. 18 (24), 6428-6431 (2016).
- Perrone, T. M., et al. Beneficial effect of a secondary ligand on the catalytic difunctionalization of vinyl arenes with boron and CO2. ChemCatChem. 11 (23), 5814-5820 (2019).
- Knowlden, S. W., Popp, B. V. Regioselective boracarboxylation of α-substituted vinyl arenes. Organometallics. 41 (14), 1883-1891 (2022).
- Santoro, O., Collado, A., Slawin, A. M. Z., Nolan, S. P., Cazin, C. S. J. A general synthetic route to [Cu(X)(NHC)] (NHC = N-heterocyclic carbene, X = Cl, Br, I) complexes. Chemical Communications. 49 (89), 10483 (2013).
- Su, M., Huang, X., Lei, C., Jin, J. Nickel-catalyzed reductive cross-coupling of aryl bromides with vinyl acetate in dimethyl isosorbide as a sustainable solvent. Organic Letters. 24 (1), 354-358 (2022).
- JoVE. JoVE Science Education Database. Organic Chemistry. Degassing liquids with freeze-pump-thaw cycling. Journal of Visual Experiments. , (2022).
- Li, D., Ollevier, T. Mechanism studies of oxidation and hydrolysis of Cu(I)-NHC and Ag-NHC in solution under air. Journal of Organometallic Chemistry. 906, 121025-121035 (2018).
- Hernández-Díaz, S., Rodríguez, L. A. G. Association between nonsteroidal anti-inflammatory drugs and upper gastrointestinal tract bleeding/perforation: An overview of epidemiologic studies published in the 1990s. Archives of Internal Medicine. 160 (14), 2093 (2000).
- Wolfe, M. M., Singh, G. Gastrointestinal toxicity of nonsteroidal antiinflammatory drugs. The New England Journal of Medicine. 340 (24), 1888-1899 (1999).
- Singh, G. Gastrointestinal tract complications of non-steroidal anti-inflammatory drug treatment in rheumatoid arthritis. A prospective observational cohort study. Archives of Internal Medicine. 156 (14), 1530-1536 (1996).
- Lichtenstein, D. R., Syngal, S., Wolfe, M. M. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs and the gastrointestinal tract the double-edged sword. Arthritis & Rheumatism. 38 (1), 5-18 (1995).
- Singh, G., Triadafilopoulos, G. Epidemiology of NSAID induced gastrointestinal complications. The Journal of Rheumatology. 56, 18-24 (1999).
