5-Κυανοινδόληείναι μια σημαντική οργανική ένωση που χρησιμοποιείται ευρέως στην έρευνα βιοδραστικών μορίων στον τομέα της ιατρικής. Παρακάτω θα παρουσιάσουμε διάφορες συνθετικές μεθόδους της 5-κυανοινδόλης.
Ο σύνδεσμος του 5-Κυανοινδόλη:
1. Μέθοδος αντίδρασης Μπέργκμαν:
Η αντίδραση της μεθόδου είναι να χρησιμοποιηθούν αλκύνια ως πρώτες ύλες για τη δημιουργία ενώσεων αρωματικού δακτυλίου μέσω αντίδρασης αφυδρογόνωσης. 5-Η κυανοινδόλη μπορεί να συντεθεί με αυτόν τον τρόπο. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην αντίδραση είναι τερεφθαλικός διαιθυλεστέρας και 2-φαινυλακετυλένιο. Αφού οι παραπάνω δύο ενώσεις ακτινοβοληθούν από το υπεριώδες φως, σχηματίζονται ενδιάμεσα και τελικά παράγεται 5-κυανοϊνδόλη μέσω μιας αντίδρασης κυκλοποίησης. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι οι συνθήκες αντίδρασης είναι σχετικά ήπιες και η αποτελεσματικότητα της σύνθεσης είναι υψηλή, αλλά οι πρώτες ύλες είναι ακριβές και το κόστος υψηλό.
Τα βήματα της αντίδρασης Μπέργκμαν:
Βήμα 1: Παρασκευή 5-κυανιδόλης και τριφθοροξικού αργύρου:
Υπό εργαστηριακές συνθήκες, {{0}}κυανιδόλη και τριφθοροξικός άργυρος αναμιγνύονται, συνήθως της τάξης του 0,1 mmol. Προσθέστε αργά διάλυμα διμεθυλοσουλφοξειδίου (DMSO) σε περιστροφικό εξατμιστήρα και ανακατέψτε για να αναμειχθεί, συνεχίστε να ζεσταίνετε στους 60 βαθμούς μέχρι να διαλυθούν όλα τα υποστρώματα. Προστέθηκε δύο φορές περισσότερος τριφθοροξικός άργυρος από το υπόστρωμα.
Βήμα 2: Αντίδραση παλινδρόμησης:
Το μίγμα της αντίδρασης θερμάνθηκε για 1 ώρα και τέθηκε σε αναρροή για να διατηρηθεί η θερμοκρασία σταθερή στους 60 βαθμούς.
Βήμα 3: Υδρόλυση:
Μετά την αντίδραση, το μικτό διάλυμα ψύχθηκε σε θερμοκρασία δωματίου και προστέθηκε αργά κατάλληλη ποσότητα νερού για ανάμιξη και το προϊόν εκχυλίστηκε με ένα αντίστοιχο διάλυμα (όπως ακετόνη). Σε αυτή τη διαδικασία, λόγω της πολικότητας του χαρακτηριστικού διπλού δεσμού στον 5-σκελετό κυανιδόλης, η εξαγωγή του προϊόντος γίνεται πιο ενοχλητική.
Βήμα 4: Συγκεντρώστε:
Συμπυκνώστε το εκχυλισμένο προϊόν υπό μειωμένη πίεση, πλύνετε το προϊόν επανειλημμένα με φίλτρο και καθαρό νερό και εξατμίστε και στεγνώστε το.
Η αντίδραση Bergman είναι μια σημαντική αντίδραση ενδομοριακής κυκλοποίησης και ο μηχανισμός αντίδρασής της έχει τις ακόλουθες δύο δυνατότητες:
Μηχανισμός 1: Εξέχουσα αντίδραση οξείδωσης υδρογόνου/οξυγόνου:
Ο μηχανισμός της αντίδρασης Bergman περιλαμβάνει μια αντίδραση οξείδωσης υδρογόνου/οξυγόνου και είναι δύσκολο να δημιουργηθεί μια αντίδραση άνθρακα-άνθρακα σε αυτόν τον ενδομοριακό τρόπο. Μεταξύ αυτών, η αφαιρετική κατάσταση άνθρακα-υδρογόνου στην 5-κυανιδόλη καθιστά πιο γενική και εύκολη την αντίδραση για τις αντιδράσεις κυκλοποίησης. Σε αυτή την αντίδραση, οι πληροφορίες πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) επιβεβαίωσαν την οξειδωτική μετατροπή του Ν-κυανονίτρου στην 5-κυανιδόλη στο Ν-υποσθενές άτομο αζώτου (oN≡C). Τα παραγόμενα οξείδια του αζώτου (oN≡C) μπορούν να αναχθούν στα αντίστοιχα καρβοξυλικά οξέα και αμίνες με άλλα ομοιογενή και ετερογενή αντιδραστήρια. Σε αυτή τη διαδικασία, σημαντικό ρόλο παίζει και ο ετερογενής χημικός καταλύτης (Οξύ/βάση).
Μηχανισμός 2: Εμφανής αντίδραση οξείδωσης υδρογόνου/αζώτου:
Η αντίδραση Bergman μπορεί επίσης να εξηγηθεί από την αντίδραση οξείδωσης υδρογόνου/αζώτου. Σε αυτή την αντίδραση, η μειωμένη κατάσταση του άνθρακα-υδρογόνου στην 5-κυανιδόλη αντιδρά επίσης καλά. Το N-κυανό άζωτο μπορεί να οξειδώσει γειτονικούς δεσμούς άνθρακα-υδρογόνου. Αυτά τα οξειδωμένα ενδιάμεσα αναπτύσσονται από άλλες αντιδράσεις (όπως οξείδωση υδρογόνου, νίτρωση κ.λπ.). Η αντίδραση του Mo(CO)6 στο Cp2Fe και στα παραγόμενα ενδιάμεσα οξειδίου του αζώτου μπορεί επίσης να παρέχει έναν ισχυρότερο αναγωγικό παράγοντα. Οι αντίστοιχες αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων μπορούν να παίξουν σημαντικό ρόλο.
2. Μέθοδος αντίδρασης σύζευξης Suzuki:
Η μέθοδος αντίδρασης σύζευξης Suzuki είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη σημαντική αντίδραση, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή του σκελετού των ενώσεων αρωματικού δακτυλίου. 5-Η κυανοινδόλη μπορεί επίσης να συντεθεί από αυτήν την αντίδραση. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι οι πρώτες ύλες είναι σχετικά φθηνές και οι συνθήκες αντίδρασης είναι εύκολο να ελεγχθούν, αλλά απαιτείται οργανικός διαλύτης.
(1) Πρώτα, πρέπει να προετοιμαστούν υλικά, όπως 5-Βρωμινδόλη, 5-Κυανό-1,3-διμεθυλοπυριμιδίνη-2,4-διόνη, Οξικό παλλάδιο (Pd(OAc)2), προσδέματα φωσφίνης (όπως φωσφίνη ή φωσφίτη), αλκάλια (όπως βενζοϊκό νάτριο ή ανθρακικό νάτριο), οργανικοί διαλύτες (όπως χλωριούχο διμεθυλοσουλφοξείδιο, ακετονιτρίλιο ή διχλωρομεθάνιο) και νερό.
(2) Διαλύστε 5-Βρωμινδόλη, 5-Κυανό-1,3-διμεθυλοπυριμιδίνη-2,4-διόνη και προσδέματα φωσφίνης σε έναν οργανικό διαλύτη όπως χλωριούχο διμεθυλοσουλφοξείδιο, ακετονιτρίλιο ή διχλωρομεθάνιο και Προσθήκη αλκαλίου υπό κρυογονικές συνθήκες. Για παράδειγμα, διαλύστε 5-Βρωμοϊνδόλη (0.5 mmol), {{10}}Κυανό-1,3-διμεθυλοπυριμιδίνη-2,{ {14}}διόνη (0,6 mmol), προσδέματα φωσφίνης (όπως TRIPHOS, {{20}}}, 9 mol % ) και ανθρακικό νάτριο (2,0 ισοδ.) σε CH3CN, αναδεύτηκαν μέχρι να διαλυθούν πλήρως , στη συνέχεια προστέθηκε ανθρακικό νάτριο (2,0 ισοδ.) σε -78 βαθμό .
(3) Προσθέστε οξικό παλλάδιο (Pd(OAc)2) στο σύστημα αντίδρασης και αναδεύστε για να αναμειχθεί. Για παράδειγμα, προσθέστε οξικό παλλάδιο (1.0 mol τοις εκατό ) στο παραπάνω μείγμα και αναδεύστε την αντίδραση σε -78 βαθμό .
(4) Το μίγμα της αντίδρασης θα θερμανθεί σε θερμοκρασία δωματίου ή στους 70 βαθμούς κάτω από έναν ελεγκτή θερμοκρασίας και θα αντιδράσει για 1-2 ώρες. Αφού ολοκληρωθεί η αντίδραση, το μίγμα της αντίδρασης διηθείται και το μίγμα της αντίδρασης διαχωρίζεται και εκχυλίζεται με νερό και έναν οργανικό διαλύτη.
(5) Εκχυλίστε και καθαρίστε το προϊόν-στόχο 5-Κυανοϊνδόλη από ανόργανα άλατα και άλλες ακαθαρσίες με χρωματογραφία στήλης ή άλλες τεχνικές διαχωρισμού. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας χρωματογραφία στήλης πυριτικής πηκτής, το προϊόν στόχος εξάγεται από τις ακαθαρσίες στη χρωματογραφία στήλης και χαρακτηρίζεται με μέσα όπως το NMR.
Συμπερασματικά, τα βήματα για τη σύνθεση της αντίδρασης σύζευξης 5-κυανοινδόλης από τη Suzuki είναι πολύ απλά, αλλά πρέπει να δοθεί προσοχή στην επιλογή των συνθηκών αντίδρασης και των υλικών.
3. Μέθοδος αντίδρασης Friedel-Crafts:
Η αντίδραση Friedel-Crafts (αντίδραση Fujiwara-Moritani) είναι μια μέθοδος οργανικής σύνθεσης για τη σύνθεση αρωματικών μέσω της αντίδρασης ανταλλαγής ιμινών και αρυλοσουλφιδίων. Είναι μια αντίδραση κυκλοποίησης που συνδέει έναν δακτύλιο ιμιδαζόλης ή πυρρόλης με έναν δακτύλιο αλδεΰδης ή κετόνης για να δημιουργήσει μια αρωματική αμίνη που περιέχει έναν ετερόκυκλο. 5-Η κυανοινδόλη είναι μια αμιδική ένωση με ετερόκυκλο αζώτου, η οποία μπορεί να συντεθεί με αντίδραση Friedel-Crafts. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι οι χημικές ιδιότητες των πρώτων υλών είναι σχετικά σταθερές και η δομή του προκύπτοντος προϊόντος είναι σχετικά σταθερή. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή στην επιλογή των συνθηκών αντίδρασης κατά τη λειτουργία.
Τα λεπτομερή βήματα της μεθόδου αντίδρασης Friedel-Crafts είναι τα εξής:
(1.) Παρασκευή αντιδραστηρίου: Προσθέστε 5-Κυανοϊνδόλη και οργανικό διαλύτη που περιέχει φορμαλδεΰδη σε μια καθαρή και στεγνή τρίλαιμη φιάλη. Όπου, ο οργανικός διαλύτης μπορεί να είναι άνυδροι οργανικοί διαλύτες όπως νιτρίλια, αιθέρες, εστέρες, κ.λπ., αλλά πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα για την επιλογή της πολικότητας του διαλύτη και της συμβατότητας των αντιδρώντων.
(2.) Αντίδραση θέρμανσης: Βάλτε τη φιάλη με τρεις λαιμούς σε λουτρό ζεστού λαδιού, θερμάνετε πρώτα το αντιδρών μίγμα σε χαμηλή θερμοκρασία και στη συνέχεια θερμάνετε σταδιακά στη θερμοκρασία αντίδρασης. Ο χρόνος αντίδρασης είναι γενικά 15-60 λεπτά. Η βέλτιστη θερμοκρασία αντίδρασης για αυτήν την αντίδραση είναι γενικά μεταξύ 100-140 βαθμών , η οποία μπορεί να ρυθμιστεί για διαφορετικά αντιδρώντα.
(3.) Διαχωρισμός των προϊόντων αντίδρασης: Αφού ολοκληρωθεί η αντίδραση, ψύξτε το μείγμα αντίδρασης σε θερμοκρασία δωματίου, προσθέστε μεγάλη ποσότητα νερού και οργανικής βαφής και στη συνέχεια ρυθμίστε το pH σε ουδέτερο με υδατικό διάλυμα οξέος ή υδροχλωρικού οξέος. Η οργανική φάση και η υδατική φάση διαχωρίστηκαν και η οργανική φάση ξηράνθηκε υπεράνω ανύδρου θειικού νατρίου και στη συνέχεια συμπυκνώθηκε μέχρι ξηρού. Το προϊόν μπορεί να διαχωριστεί και να καθαριστεί με χρωματογραφία στήλης και παρόμοια.
Συνοπτικά, η αντίδραση Friedel-Crafts είναι μια σημαντική συνθετική μέθοδος, η οποία είναι κατάλληλη για τη σύνθεση αρωματικών αμινών από ετεροκυκλικές ενώσεις. Για ενώσεις με ετεροκυκλικά αμίδια αζώτου όπως το 5-Κυανοινδόλη, αυτή η αντίδραση έχει ισχυρή εφαρμογή και μπορεί να πραγματοποιήσει σύνθεση κυκλοποίησης, η οποία έχει συγκεκριμένη αξία εφαρμογής για έρευνα σε αυτόν τον τομέα.
4. Μέθοδος αντίδρασης γραμμικοποίησης:
Η μέθοδος αντίδρασης γραμμικοποίησης είναι μια μέθοδος για τη μετατροπή μορίων νουκλεϊκού οξέος σε γραμμικοποιημένο DNA ή RNA, στο οποίο η 5-κυανοϊνδόλη είναι ένα συνήθως χρησιμοποιούμενο αντιδραστήριο αντίδρασης. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην αντίδραση είναι η βενζυλική αλκοόλη και το κυανοϋδροξείδιο του νατρίου και η 5-κυανοϊνδόλη συντίθεται περαιτέρω με μια αντίδραση κυκλοποίησης. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι οι πρώτες ύλες είναι εύκολο να αποκτηθούν και το κόστος είναι χαμηλό και είναι κατάλληλη για διάφορα πεδία ανάλυσης και έρευνας νουκλεϊκών οξέων. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να δοθεί μεγάλη προσοχή στις συνθήκες κυκλοποίησης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χρήσης για να διαπιστωθεί εάν μπορούν να δημιουργηθούν κυκλικά προϊόντα.
Η μέθοδος αντίδρασης γραμμικοποίησης της 5-Κυανοινδόλης και τα λεπτομερή βήματα της.
(1) Προσθέστε το DNA ή το RNA στόχο στο ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει 5-Κυανοϊνδόλη, συνήθως χρησιμοποιώντας ρυθμιστικό Tris με pH 8,5. 5-Η κυανοϊνδόλη είναι ένα ισχυρό φωτοχημικό αντιδραστήριο διασταυρούμενης σύνδεσης, το οποίο μπορεί να σχηματίσει ένα σύμπλοκο με δέσμευση NC με βάσεις νουκλεϊκών οξέων, με αποτέλεσμα τη διασταυρούμενη σύνδεση μεταξύ των κλώνων νουκλεϊκού οξέος.
(2) Εκθέστε το μείγμα της αντίδρασης σε υπεριώδες φως 365 nm και μέσω της δράσης του υπεριώδους φωτός, 5-Η κυανοϊνδόλη σχηματίζει έναν ομοιοπολικό δεσμό με τη βάση στο DNA ή το RNA, επιτυγχάνοντας έτσι γραμμοποίηση.
(3) Προσθέστε ρυθμιστικό διάλυμα φόρτωσης γέλης, φορτίστε το προϊόν αντίδρασης και ρίξτε το στο πήκτωμα αγαρόζης για διαχωρισμό ηλεκτροφόρησης. Επειδή το γραμμικοποιημένο DNA ή RNA παράγει μια μοναδική ζώνη στο πήκτωμα, είναι δυνατός ο διαχωρισμός γραμμικών θραυσμάτων DNA ή RNA με ηλεκτροφορητικό διαχωρισμό.
Γενικά, όλες οι παραπάνω μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση 5-κυανοινδόλης και έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Στην πρακτική εφαρμογή, είναι απαραίτητο να επιλέξετε την καταλληλότερη μέθοδο σύμφωνα με το πραγματικό απαιτούμενο προϊόν.