Optimalisatie van de Ugi reactie met behulp van parallelle synthese en geautomatiseerde Liquid Handling

Introductie De Ugi reactie is gebleken dat een handige manier om snel diverse bibliotheken van verbindingen (1-3) zijn. Het gaat om de reactie van een amine, een aldehyde, een carbonzuur en een isonitril doorgaans in methanol bij kamertemperatuur. De Ugi reactie wordt vaak gebruikt als een instrument in de synthese van farmacologisch actieve moleculen en we hebben benut om snel toegang verbindingen in de zoektocht naar nieuwe anti-malaria middelen (4). Het is waargenomen dat Ugi producten soms neerslag in zuivere vorm uit het reactiemengsel (1,5). Dit is een zeer voorspoedige afloop, omdat de reactie dan kan eenvoudig worden opgeschaald zonder kostbare zuivering procedures zoals chromatografie. Het zou het meest gunstig zijn voor de Ugi product opbrengst rechtstreeks verkregen bij het filtreren het reactiemengsel zonder verdere behandeling te optimaliseren. Daartoe hebben we gebruik gemaakt van een 48-slot Mettler-Toledo MiniBlock (6) zijn uitgerust met filtratie buizen. Een Mettler-Toledo MiniMapper (7) geautomatiseerde vloeibare handler werd gebruikt om de reagentia en oplosmiddelen te leveren. De parameters die van belang waren de concentratie, het oplosmiddel samenstelling en het overschot van een aantal van de reagentia. Experimenteel De MiniMapper geautomatiseerde vloeistof handler was geprogrammeerd om vloeistoffen te leveren in de volgende volgorde leeg te filteren buizen in een 48-positie MiniBlock: extra oplosmiddel, furfurylamine (2M in methanol), benzaldehyde (2M in methanol), Boc-glycine (2M in methanol) en t-butylisocyanide (2M in methanol). De standaard toevoeging volume was 100 microliter. Als een reagens wordt opgemerkt als zijnde in overmaat toegevoegd, werden 120 microliter afgeleverd. De MiniBlock werd vervolgens geplaatst op een shaker voor de 16 uur voordat ze gefilterd met huis vacuüm. Twee wasbeurten worden uitgevoerd door de toevoeging van methanol (1 ml) aan elke buis gevolgd door 15 minuten te schudden voordat filtering uit te schakelen. De buizen werden vervolgens gedroogd onder hoog vacuüm in een exsiccator gedurende minstens 30 minuten. De opbrengst werd berekend uit de stijging van het gewicht van de filter buizen. De zuiverheid werd beoordeeld door H NMR voor een monster van elk oplosmiddel systeem en concentratie. De reacties werden uitgevoerd in drievoud (8-10) en de gemiddelde opbrengsten worden gerapporteerd in tabel 1. Karakterisering van het product Ugi tert-butyl (2 – {[2 – (tert-butylamino)-2-oxo-1-fenylethyl] (furan-2-ylmethyl) amino}-2-oxoethyl) carbamaat : witte vaste stof; mp (11) 202-204 C; 1H NMR (12, spectrum ) (500MHz, δppm, CDCl3) 1,33 (s, 9H), 1,45 (s, 9H), 4,21 (m, 2H), 4,49 (d, J = 18Hz, 1H), 4,50 ( d, J = 18Hz, 1H), 5,47 (s, 1H), 5,60 (s, 1H), 5,62 (s, 1H), 5,89 (s, 1H), 6,10 (s, 1H), 7,19 (s, 1H) , fenyl 7,21 tot 7.37 (m, 5H), 13C NMR (13, spectrum ) (500MHz, δppm, CDCl3) 28.3, 28.6, 42.3, 42.8, 51.7, 62.9, 79.5, 107.7, 110.4, 128.5, 128.7, 129.6, 134.7 , 141,9, 149,8, 155,7, 168,4 170,2; IR (14, spectrum ) (Ʋmax cm-1 ATR): 1645,1673,1699, 3331, FAB-HRMS (15, spectrum ) (berekend voor C24H33N3O5 m / z 444.2498 [M + H], verkregen 444.2517.) Data Analysis Het neerslag opbrengst gegevens werden geanalyseerd met behulp van de single-factor of twee-factor (met herhalingen) analyse van variantie (ANOVA) tools beschikbaar zijn in Microsoft Excel. (16) Voor deze variabelen gevonden om statistisch significant te zijn in de ANOVA-analyse, minst significante verschil Fisher (LSD)-test werd gebruikt om de specifieke experimentele instellingen vertonen grote verschillen in opbrengst van de Ugi neerslag (17) vast te stellen. Alle betekenis testen werden uitgevoerd bij de 95%-niveau. Resultaten en discussie Figuur 1 geeft een overzicht van het effect van oplosmiddel samenstelling op het rendement van de Ugi neerslag. Een enkele factor ANOVA wijst op een significant verschil in gemiddelde opbrengst voor de vier solventen studeerde aan een reagens concentratie van 0,2 M. Fisher's LSD-test geeft aan dat de neerslag opbrengsten die in methanol en ethanol niet statistisch significant verschillend op het betrouwbaarheidsniveau van 95% (aangegeven door de balk over de namen van oplosmiddelen in de figuur), de opbrengst van Ugi neerslag is significant groter in ethanol en methanol dan in acetonitril, die op zijn beurt is significant groter dan die in THF. Figuur 1: Overzicht van het effect van oplosmiddel samenstelling op de opbrengst van Ugi neerslag bij een Reagent concentratie van 0,2 M. De genoemde oplosmiddelen omvatten 40% methanol bij deze concentratie. Rekening houdend met het effect van de reagens concentratie, de gegevens in tabel 1 laten een steile daling van de opbrengst werd gevonden toen gaande van 0,2 M tot 0.07M met behulp van methanol, ethanol en acetonitril als oplosmiddel, de opbrengsten waren vergelijkbaar in methanol bij de 0,2 M en 0,4 M concentraties. Merk op dat Ugi reacties in het algemeen worden uitgevoerd in de 0,5-2M range (2). Echter, bij het gebruik van een geautomatiseerd vloeistof handler, kan het moeilijk zijn om te beginnen met reagens oplossingen veel meer geconcentreerd dan 2M, waardoor het plaatsen van een praktische bovengrens op de uiteindelijke concentratie op ongeveer 0,5 M. De resultaten van deze optimalisatie studie wijzen erop dat voorzichtigheid bij het interpreteren van het succes of falen van Ugi reacties hieronder 0,2 M, aangezien niet-lineaire effecten zijn blijkbaar in het spel. Figuur 2 geeft een overzicht van het effect van oplosmiddel samenstelling en reagens teveel op het rendement van Ugi neerslag bij een concentratie van 0,2 M reagens. De twee-factor ANOVA resultaten wijzen op een statistisch significante oplosmiddel en reagens teveel effect. Daarnaast is er een statistisch significante interactie tussen de twee variabelen. Details van de interactie zijn ontdekt in figuur 2 waaruit blijkt dat de opbrengst van de neerslag wordt beïnvloed door het gebruikte oplosmiddel. Nogmaals op dat de balken over de factoren die in de figuur geven de opbrengsten zijn niet statistisch verschillend op 95% betrouwbaarheidsniveau. Voor zowel ethanol en methanol de beste rendementen worden verkregen met de imine of isonitril hoger, terwijl voor acetonitril, significant betere resultaten worden verkregen met de amine, aldehyde-of isonitril in overmaat. Zoals hierboven is opgemerkt bij de bespreking van de resultaten in tabel 1, de totale opbrengst van de neerslag is laag voor THF als oplosmiddel, en slechts een overmaat van imine leidt tot een statistisch significante verbetering in neerslag opleveren. Deze verschillende patronen van een betere opbrengst voor de vier oplosmiddelen is wat leidt tot de statistisch significante interactie-effect, en kan een indicator van de verschillende interactie van het Ugi product met de verschillende oplosmiddelen. Hoewel de numerieke resultaten in tabel 1 geven de beste opbrengst werd verkregen in 0,4 miljoen methanol met 1,2 equivalenten van overtollige imine, 0,2 M acetonitril / methanol en 0,2 M ethanol / methanol mengsels ook een significante opbrengst. Merk op dat alle in het bijzonder van de THF / methanol mengsel op 0,2 M zeer slechte resultaten gaf. De Ugi reactie is met succes uitgevoerd in een verscheidenheid van oplosmiddelen, zoals THF (2). Merk op dat de lage rendementen hier niet impliceren dat de Ugi reactie niet heeft plaatsgevonden in THF mengsels, alleen dat een neerslag niet was gevormd. Figuur 2: Overzicht van het effect van oplosmiddel samenstelling en reagens teveel op het rendement van Ugi neerslag bij een concentratie van 0,2 M reagens. De genoemde oplosmiddelen omvatten 40% methanol bij deze concentratie. Figuur 3 geeft een overzicht van het effect van concentratie en reagens reagens teveel op het rendement van Ugi neerslag met behulp van methanol als oplosmiddel. De twee-factor ANOVA resultaten wijzen op een statistisch significante concentratie en reagens teveel effect. Zoals hierboven beschreven, de opbrengst van neerslag bij reagens concentraties van de 0,2 M en 0,4 M zijn aanzienlijk groter dan bij 0.07M (maar niet van elkaar verschillen). Daarnaast is er een statistisch significante interactie tussen de twee variabelen onder studie. Merk op dat het patroon van de verbetering van de neerslag opbrengst met identiteit van het eigen risico over het algemeen reagens is hetzelfde bij de hogere concentraties reagens. Figuur 3: Overzicht van het effect van concentratie en reagens teveel op het rendement van Ugi neerslag in methanol oplosmiddel. Het algemeen zijn de resultaten beschreven in figuren 2 en 3 laten zien dat er interactie tussen het oplosmiddel keuze, reagens concentratie en de identiteit van het reagens in overmaat maar over het algemeen waren subtieler dan de rechte oplosmiddel en concentratie-effecten. Anderen hebben soortgelijke resultaten gevonden bij het optimaliseren van een Ugi reactie (18). Conclusie De optimalisatie experiment vonden de hoogste opbrengst van de 48 loopt tot 66% zijn van 0,4 M methanol met 1,2 eq. van imine. Dit is ruim boven de 49% rendement verkregen uit de eerste reactie onder equimolaire concentratie bij 0,4 M in methanol. Goede reproduceerbaarheid van de neerslag opbrengst werd verkregen in deze repliceren experimenten, waardoor subtiele interactie-effecten positief worden geïdentificeerd.