Nieuwe routes voor de synthese van stikstofhoudende heterocycles die cercosporine als metaalvrije fotokatalysizer gebruiken werden ontwikkeld.
De belangstelling voor stikstofhoudende heterocycles is in de synthetische gemeenschap snel toegenomen omdat het belangrijke motieven zijn voor nieuwe drugs. Traditioneel werden ze gesynthetiseerd door middel van thermische cycloaddition reacties, terwijl vandaag, fotokatalyse heeft de voorkeur vanwege de milde en efficiënte omstandigheden. Met deze focus is een nieuwe fotokatalytische methode voor de synthese van stikstofhoudende heterocycles zeer gewenst. Hier rapporteren we een protocol voor de biosynthese van cercosporine, dat zou kunnen functioneren als een metaalvrije fotokatalysor. Vervolgens illustreren we cercosporine-fotogeflucatalyseerde protocollen voor de synthese van stikstofhoudende heterocycli 1,2,3-thiadiazoles door annulatie van azoalkenes met KSCN, en synthese van respectievelijk 1,4,5,6-tetrahydropyridazines [4+2] door cyclodimerisatie van azoalkenes onder milde omstandigheden. Hierdoor is er een nieuwe brug tussen de microbiële fermentatiemethode en organische synthese op een milde, kosteneffectieve, milieuvriendelijke en duurzame manier.
Stikstofhoudende heterocycles hebben veel aandacht getrokken omdat ze niet alleen belangrijke skeletten zijn voor een breed scala aan natuurlijke producten met bioactiviteit, maar ook de synthetische precursoren voor agrochemicaliën en drugsmoleculen1,2. Onder de verschillende N-heterocycles zijn 1,2,3-thiadiazoles3,4 en 1,4,5,6-tetrahydropyridazines5,6 de belangrijkste moleculen, die worden gebruikt als veelzijdige tussenproducten in de synthetische chemie (figuur 1). N Aangezien de wijziging van hun functionele groepen altijd onderscheidende farmacologische activiteiten opwist, zijn uitgebreide inspanningen geleverd om effectieve strategieën te ontwikkelen voor de synthese van stikstofhoudende heterocycles en werden ze meestal gesynthetiseerd door middel van thermische cycloaddition reacties7,8,9,10. Om te voldoen aan de eisen van duurzame ontwikkeling en groene chemie heeft fotokatalyse tegenwoordig groot belang en voordelenuitgeoefend 11,12,,13,14, waaronder effectiviteit15,16,,17,18,19 en het vermijden van stoichiometrische reagentia voor de activering20,21. De krachtige en veelzijdige vier-eenheid tussenproducten, azoalkenes (1,2-diaza-1,3-dienes)22,23,24,25,26,27,28,29, zijn gebruikt als precursoren in metaalgebaseerde Ru(bpy)3Cl2-fotogekatalyseerde reacties met een hoog rendement voor de annulatie van halogeen hydrazine en ketocarbonyls30. Bovendien werd het ook gebruikt in het metaalvrije Eosin Y fotogekatalyseerd systeem, maar het biedt het gewenste product in slechts 7% rendement. Aangezien metaalvrije fotokatalysatoren een groot voordeel ten opzichte van overgang metaal gebaseerde fotokatalysatoren tonen, met betrekking tot de milieufactor en de goedkopere prijzen18,19, is het zeer belangrijk om nieuwe metaalvrije fotokatalytische systemen te ontwikkelen voor de synthese van N-heterocycles. N
Cercosporin31,32,33,34,35, hypocrelline36,37,38,39,40, elsinochrome41 en phleichrome42,43 ( figuur2) behoren tot perylenequinonoïde pigmenten (PQPs) in de natuur en worden geproduceerd door endophytische schimmels, schimmels, schimmels, die op grote schaal zijn onderzocht met betrekking tot hun fotofysische en fotobiologische eigenschappen, en toegepast in fotodynamische therapie en fotofysische diagnose, vanwege hun sterke absorptie in UV-vis regio en unieke eigenschappen van fotosensitisatie36,44,45,46,47. Bij bestraling kunnen deze PQP’s worden aangespoord om de toestand op te wekken en vervolgens actieve soorten op te wekken door energieoverdracht (EnT) en elektronenoverdracht (ET)35,38,44,48,49,50,51,52,53,54. Zo hadden we voor ogen dat deze natuurlijke PQP’s kunnen worden gebruikt als “metaalvrije” fotokatalysten om organische reacties te stimuleren, die zelden zijn onderzocht55,56,57,58,59.
Hierin rapporteren we het protocol voor de biosynthese van cercosporine uit vloeibare fermentatie en passen we het vervolgens toe als een metaalvrije fotokatalysator voor de [4+1] annulatiereactie van azoalkenes en KSCN, evenals de [4+2] cyclodimerisatie van azoalkenes, die respectievelijk 1,2,3 thiadiazoles en 1,4,5,6- tetrahydropyridazines met een hoog rendement leveren onder milde omstandigheden (figuur 3).
Stikstofhoudende heterocycles zijn belangrijke motieven voor veel nieuwe geneesmiddelen en werden traditioneel gesynthetiseerd door thermische cycloaddition reacties. Vanwege de grote belangstelling is een nieuwe fotokatalytische methode voor de synthese van deze verbindingen zeer gewenst. Om te profiteren van de uitstekende fotosensitisatie-eigenschappen van cercosporine, pasten we cercosporin toe als een metaalvrije fotokatalysatie in twee categorieën van annulatiereacties om stikstofhoudende heterocycles te synthetis…
The authors have nothing to disclose.
Wij danken voor het National Key R&D Program of China (2018YFA0901700), Natural Science Foundation of Jiangsu Province (Grants No. BK20160167), het Thousand Talents Plan (Young Professionals), de Fundamental Research Funds for the Central Universities (JUSRP51712B), het National First-class Discipline Program of Light Industry Technology and Engineering (LITE2018-14) en Postdoctoral Foundation in de provincie Jiangsu (2018K153C) voor de financieringsondersteuning.
2,4'-Dibromoacetophenone | ENERGY | D0500850050 | |
2'-bromo-4-chloroacetophenone | ENERGY | A0500400050 | |
2-Bromo-4'-fluoroacetophenone | ENERGY | A050037-5g | |
2-Bromoacetophenone | ENERGY | A0500870050 | |
4-Bromobenzhydrazide | ENERGY | B0103390010 | |
4-Chlorobenzhydrazide | ENERGY | D0511130050 | |
4-Fluorobenzhydrazide | ENERGY | B010461-5g | |
5 W blue LED | PHILIPS | 29237328756 | |
Benzoyl hydrazine | ENERGY | D0500610250 | |
CH2Cl2 | SINOPHARM | 80047360 | |
CH3CN | SINOPHARM | S3485101 | |
CH3OH | SINOPHARM | 100141190 | |
Cs2CO3 | ENERGY | E060058-25g | |
Ethyl acetate | SINOPHARM | 40065986 | |
freeze dryer | LABCONCO | 7934074 | |
HPLC | Agilent | 1260 Infinity II | |
KSCN | ENERGY | E0104021000 | |
Na2SO4 | SINOPHARM | 51024461 | |
organic microfiltration membrane | SINOPHARM | 92412511 | |
S-7 medium | Gluose 1g; Fructose 3g; Sucrose 6g; Sodium acetate 1g; Soytone 1g; Phenylalanine 5mg; Sodium benzoate 100mg; 1M KH2P04 buffer ph6.8; Biotin 1mg; Ca(NO3)2 6.5mg; Pyridoxal 1mg; Calcium pantothenate 1mg; Thiamine 1mg; MnCl2 5mg; FeCl3 2mg; Cu(NO3)2 1mg; MgSO4 3.6mg; ZnSO4 2.5mg | ||
Schlenk tub | Synthware | F891910 | |
sephadex LH-20 column | GE | 17009001 | |
shaker | Lab Tools | BSH00847 | |
silica gel | ENERGY | E011242-1kg | |
tBuOK | ENERGY | E0610551000 | |
vacuum bump | Greatwall | SHB-III | |
vacuum evaporator |