Novas rotas para a síntese de heterociclos contendo nitrogênio utilizando cercosporina como fotocatalyst sem metal foram desenvolvidas.
O interesse pelos heterociclos contendo nitrogênio tem se expandido rapidamente na comunidade sintética, uma vez que são motivos importantes para novas drogas. Tradicionalmente, foram sintetizados através de reações de cicrqueitura térmica, enquanto hoje, a fotocatálise é preferida devido às condições leves e eficientes. Com este foco, um novo método fotocatalítico para a síntese de heterociclos contendo nitrogênio é altamente desejado. Aqui, relatamos um protocolo para a biossíntese da cercosporina, que poderia funcionar como um fotocatalyst sem metal. Em seguida, ilustramos protocolos fotocatalisados de cercosporina para a síntese de heterociclos contendo nitrogênio 1,2,3-thiadiazoles através da anulação de azoalkenes com KSCN, e síntese de 1,4,5,6-tetrahydropyridazinas [4+2] através da ciclodimerização de azoalkenes em condições leves, respectivamente. Como resultado, há uma nova ponte entre o método de fermentação microbiana e a síntese orgânica de forma leve, econômica, ambientalmente amigável e sustentável.
Heterociclos contendo nitrogênio têm chamado muita atenção, pois não são apenas esqueletos importantes para uma ampla gama de produtos naturais com bioatividades, mas também os precursores sintéticos de agroquímicos e moléculas de drogas1,,2. Entre os vários N-heterociclos, 1,2,3-thiadiazoles3,4 e 1,4,5,6-tetrahidrogas5,6 são as moléculas mais importantes, que são utilizadas como intermediários versáteis na química sintética(Figura 1).4 Uma vez que a modificação de seus grupos funcionais sempre induz atividades farmacológicas distintas, esforços extensivos têm sido dedicados ao desenvolvimento de estratégias eficazes para a síntese de heterociclos contendo nitrogênio e foram principalmente sintetizados através de reações de carga cicrtura térmica7,,8,,9,,10. Atualmente, para atender aos requisitos de desenvolvimento sustentável e química verde, a fotocatálise tem exercido grande importância e vantagens11,12,,13,,14, que inclui efetividade15,,16,,17,,18,,19 e evitar reagentes estequiométricos para a ativação20,,21. Os poderosos e versáteis intermediários de quatro unidades, azoalkenes (1,2-diaza-1,3-dienes)22,23,24,25,26,27,28,29, foram empregados como precursores em reações de ru(bpy)3Cl2com alta eficiência para a anulação de hidrazina halogeno e cetocarbonyls30. Além disso, também foi usado no sistema fotocatalisado Eosin Y sem metal, mas proporcionando o produto desejado em apenas 7% de rendimento. Uma vez que os fotocatalysts sem metal mostram grande vantagem sobre os fotocatalístes baseados em metal de transição, em relação ao fator ambiental, bem como os preços mais baratos18,19, é altamente importante desenvolver novos sistemas fotocatalíticos sem metal para a síntese de N-heterociclos. N
Cercosporin31,32,33,34,35, hipocrelina36,37,38,39,40, elsinocromo41 e phleicromo42,43 ( Figura2) pertencem a pigmentos perilenoquinonóides (PQPs) na natureza e são produzidos por fungos endofitos, que têm sido amplamente investigados em relação às suas propriedades fotofísicas e fotobiológicas, e aplicadas em terapia fotodinâmica e diagnóstico fotofísico, devido à sua forte absorção na região UV-vis e propriedades únicas de fotosensibilização36,,44,,45,,46,,47. Após a irradiação, esses PQPs podem ser levados ao estado animado e, em seguida, gerar espécies ativas através da transferência de energia (Ed) e transferência de elétrons (ET)35,38,44,,48,,49,,50,,51,,52,,53,54. Assim, imaginamos que esses PQPs naturais podem ser utilizados como fotocatalíspes “livres de metal” para conduzir reações orgânicas, que raramente foram investigadas55,56,,57,58,,59.
Aqui, relatamos o protocolo para a biossíntese de cercosporina a partir da fermentação líquida e, em seguida, aplicamos-no como um fotocatalyst livre de metal para a reação de anulação [4+1] de azoalkenes e KSCN, assim como a ciclodimerização [4+2] de azoalkenes, que fornecem 1,2,3-thiadiazoles e 1,4,5,6- tetrahidropyridazinas com alta eficiência em condições leves, respectivamente (Figura 3).
Heterociclos contendo nitrogênio são motivos importantes para muitas novas drogas e foram tradicionalmente sintetizados através de reações de cicrqueza térmica. Devido ao grande interesse, um novo método fotocatalítico para a síntese desses compostos é altamente desejado. Para aproveitar as excelentes propriedades de fotosensibilização da cercosporina, aplicamos a cercosporina como um fotocatalyst sem metal em duas categorias de reações de anulação para sintetizar heterociclos contendo nitrogênio.
<p…The authors have nothing to disclose.
Agradecemos pelo Programa Nacional de P&D da China (2018YFA0901700), Fundação de Ciência Natural da Província de Jiangsu (Grants No. BK20160167), o Plano mil talentos (Jovens Profissionais), os Fundos Fundamentais de Pesquisa para as Universidades Centrais (JUSRP51712B), o Programa Nacional de Disciplina de Primeira Classe de Tecnologia e Engenharia da Indústria leve (LITE2018-14) e a Fundação de Pós-Doutorado na Província de Jiangsu (2018K153C) para o apoio financeiro.
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 |