5-Syanoindolion tärkeä orgaaninen yhdiste, jota käytetään laajalti bioaktiivisten molekyylien tutkimuksessa lääketieteen alalla. Alla esittelemme useita 5-syanoindolin synteettisiä menetelmiä.
Linkki osoitteesta 5-Syanoindoli:
1. Bergmanin reaktiomenetelmä:
Menetelmän reaktio on käyttää alkyynejä raaka-aineina aromaattisten rengasyhdisteiden tuottamiseksi dehydrausreaktiolla. 5-Syanoindolia voidaan syntetisoida tällä tavalla. Reaktiossa käytetyt raaka-aineet ovat dietyylitereftalaatti ja 2-fenyyliasetyleeni. Kun edellä mainitut kaksi yhdistettä on säteilytetty ultraviolettivalolla, muodostuu välituotteita ja lopuksi 5-syanoindolia syntyy syklisointireaktion kautta. Tämän menetelmän etuna on, että reaktio-olosuhteet ovat suhteellisen leuat ja synteesitehokkuus korkea, mutta raaka-aineet ovat kalliita ja kustannukset korkeat.
Bergmanin reaktion vaiheet:
Vaihe 1: 5-syanindolin ja hopeatrifluoriasetaatin valmistus:
Laboratorio-olosuhteissa {{0}}syanindolia ja hopeatrifluoriasetaattia sekoitetaan, tavallisesti 0,1 mmol. Lisää hitaasti dimetyylisulfoksidi (DMSO) -liuosta pyöröhaihduttimessa ja sekoita sekoittaen, lämmitä 60 asteeseen, kunnes kaikki substraatit ovat liuenneet. Hopeatrifluoriasetaattia lisättiin kaksi kertaa enemmän kuin substraattia.
Vaihe 2: Refluksireaktio:
Reaktioseosta kuumennettiin 1 tunti ja refluksoitiin lämpötilan pitämiseksi vakaana 60 asteessa.
Vaihe 3: Hydrolyysi:
Reaktion jälkeen sekoitettu liuos jäähdytettiin huoneenlämpötilaan ja sopiva määrä vettä lisättiin hitaasti sekoittamista varten ja tuote uutettiin vastaavalla liuoksella (kuten asetonilla). Tässä prosessissa 5-syanindolirungon kaksoissidosominaisuuden napaisuuden vuoksi tuotteen uuttamisesta tulee hankalampaa.
Vaihe 4: Keskitä:
Uutettu tuote konsentroidaan alennetussa paineessa, pestään tuote toistuvasti suodattimella ja puhtaalla vedellä ja haihdutetaan ja kuivataan.
Bergmanin reaktio on tärkeä molekyylinsisäinen syklisaatioreaktio, ja sen reaktiomekanismilla on seuraavat kaksi mahdollisuutta:
Mekanismi 1: Selvä vety/happihapetusreaktio:
Bergman-reaktion mekanismiin liittyy vety/happi-hapetusreaktio, ja hiili-hiili-reaktiota on vaikea saada aikaan tässä molekyylinsisäisessä tilassa. Niiden joukossa hiili-vedyn subtraktiivinen tila 5-syanindolissa tekee siitä yleisemmän ja helpottaa reagoimaan syklisointireaktioihin. Tässä reaktiossa ydinmagneettinen resonanssi (NMR) tiedot vahvistivat N-syanonitypen oksidatiivisen konversion 5-syanindolissa N-subvalenttiseksi typpiatomiksi (oN≡C). Syntyneet typen oksidit (oN≡C) voidaan pelkistää vastaaviksi karboksyylihapoiksi ja amiineiksi muilla homogeenisilla ja heterogeenisillä reagensseilla. Tässä prosessissa heterogeenisellä kemiallisella katalyytillä (happo/emäs) on myös tärkeä rooli.
Mekanismi 2: Selvä vety/typpihapetusreaktio:
Bergmanin reaktio voidaan selittää myös vety/typpi-hapetusreaktiolla. Tässä reaktiossa myös 5-syanindolin hiili-vedyn pelkistetty tila reagoi hyvin. N-syaanityppi voi hapettaa vierekkäisiä hiili-vetysidoksia. Nämä hapettuneet välituotteet kehittyvät muissa reaktioissa (kuten vetyhapetuksella, nitrauksella jne.). Mo(CO)6:n reaktio Cp2Fe:n ja syntyneiden typpioksidivälituotteiden kanssa voi myös saada aikaan vahvemman pelkistimen. Vastaavilla elektroninsiirtoreaktioilla voi olla tärkeä rooli.
2. Suzukin kytkentäreaktiomenetelmä:
Suzuki-kytkentäreaktiomenetelmä on laajalti käytetty tärkeä reaktio, jota voidaan käyttää aromaattisten rengasyhdisteiden rungon rakentamiseen. 5-Tämä reaktio voi myös syntetisoida syanoindolia. Tämän menetelmän etuna on, että raaka-aineet ovat suhteellisen halpoja ja reaktio-olosuhteita on helppo hallita, mutta tarvitaan orgaanista liuotinta.
(1) Ensin on valmistettava materiaalit, mukaan lukien 5-bromoindoli, 5-syaani-1, 3-dimetyylipyrimidiini-2, 4-dioni, Palladiumasetaatti (Pd(OAc)2), fosfiiniligandit (kuten fosfiini tai fosfiitti), alkali (kuten natriumbentsoaatti tai natriumkarbonaatti), orgaaniset liuottimet (kuten dimetyylisulfoksidikloridi, asetonitriili tai dikloorimetaani) ja vesi.
(2) Liuota 5-bromi-indoli, 5-syaani-1, 3-dimetyylipyrimidiini-2,4-dioni ja fosfiiniligandit orgaaniseen liuottimeen, kuten esim. dimetyylisulfoksidikloridia, asetonitriiliä tai dikloorimetaania ja lisää alkalia kryogeenisissä olosuhteissa. Liuota esimerkiksi 5-Bromoindoli (0,5 mmol), {{10}}Syano-1,3-dimetyylipyrimidiini-2,{ {14}}dioni (0,6 mmol), fosfiiniligandit (kuten TRIPHOS, {{20}},9 mol-prosenttia) ja natriumkarbonaatti (2,0 ekv) CH3CN:ssä, sekoitettiin, kunnes ne ovat täysin liuenneet , sitten lisättiin natriumkarbonaattia (2,0 ekv) -78 asteessa.
(3) Lisää palladiumasetaattia (Pd(OAc)2) reaktiojärjestelmään ja sekoita sekoittaen. Lisää esimerkiksi palladiumasetaattia (1.0 mooliprosenttia) yllä olevaan seokseen ja sekoita reaktiota -78 asteessa.
(4) Reaktioseos kuumennetaan huoneenlämpötilaan tai 70 asteeseen lämpötilansäätimen alla ja annetaan reagoida 1-2 tuntia. Kun reaktio on päättynyt, reaktioseos suodatetaan ja reaktioseos erotetaan ja uutetaan vedellä ja orgaanisella liuottimella.
(5) Uutetaan ja puhdistetaan kohdetuote 5-syanoindoli epäorgaanisista suoloista ja muista epäpuhtauksista pylväskromatografialla tai muilla erotustekniikoilla. Esimerkiksi käyttämällä silikageelipylväskromatografiaa kohdetuote uutetaan pylväskromatografian epäpuhtauksista ja karakterisoidaan sellaisilla tavoilla kuin NMR.
Yhteenvetona voidaan todeta, että 5-syanoindolin synteesivaiheet Suzukin kytkentäreaktiolla ovat hyvin yksinkertaisia, mutta reaktio-olosuhteiden ja materiaalien valintaan tulee kiinnittää huomiota.
3. Friedel-Craftsin reaktiomenetelmä:
Friedel-Crafts-reaktio (Fujiwara-Moritani-reaktio) on orgaaninen synteesimenetelmä aromaattien synteesiin imiinien ja aryylisulfidien vaihtoreaktion kautta. Se on syklisointireaktio, joka yhdistää imidatsoli- tai pyrrolirenkaan aldehydi- tai ketonirenkaaseen muodostaen aromaattisen amiinin, joka sisältää heterosyklin. 5-Syanoindoli on amidiyhdiste, jossa on typpiheterosykli, joka voidaan syntetisoida Friedel-Crafts-reaktiolla. Tämän menetelmän etuna on, että raaka-aineiden kemialliset ominaisuudet ovat suhteellisen vakaat ja tuloksena olevan tuotteen rakenne on suhteellisen vakaa. Reaktio-olosuhteiden valintaan on kuitenkin kiinnitettävä huomiota käytön aikana.
Friedel-Crafts-reaktiomenetelmän yksityiskohtaiset vaiheet ovat seuraavat:
(1.) Reagenssin valmistus: Lisää 5-syanoindoli ja formaldehydiä sisältävä orgaaninen liuotin puhtaaseen ja kuivaan kolmikaulakolviin. Tällöin orgaaninen liuotin voi olla vedettömiä orgaanisia liuottimia, kuten nitriilejä, eettereitä, estereitä jne., mutta liuottimen polaarisuuden ja reagoivien aineiden yhteensopivuuden valinnasta tulee huolehtia.
(2.) Kuumennusreaktio: Laita kolmikaulainen pullo kuumaan öljyhauteeseen, lämmitä ensin lähtöaineseos matalassa lämpötilassa ja kuumenna sitten vähitellen reaktiolämpötilaan. Reaktioaika on yleensä 15-60 minuuttia. Optimaalinen reaktiolämpötila tälle reaktiolle on yleensä välillä 100-140 astetta, jota voidaan säätää eri lähtöaineiden mukaan.
(3.) Reaktiotuotteiden erotus: Kun reaktio on päättynyt, jäähdytä reaktioseos huoneenlämpötilaan, lisää suuri määrä vettä ja orgaanista maalia ja säädä pH sitten neutraaliksi hapolla tai suolahapon vesiliuoksella. Orgaaninen faasi ja vesifaasi erotettiin ja orgaaninen faasi kuivattiin vedettömällä natriumsulfaatilla ja väkevöitiin sitten kuiviin. Tuote voidaan erottaa ja puhdistaa pylväskromatografian ja vastaavien avulla.
Yhteenvetona voidaan todeta, että Friedel-Crafts-reaktio on tärkeä synteesimenetelmä, joka soveltuu aromaattisten amiinien synteesiin heterosyklisistä yhdisteistä. Yhdisteillä, joissa on typen heterosyklisiä amideja, kuten 5-syanoindoli, tällä reaktiolla on vahva käyttökelpoisuus ja se voi toteuttaa syklisointisynteesin, jolla on tietty käyttöarvo tämän alan tutkimuksessa.
4. Linearisointireaktiomenetelmä:
Linearisointireaktiomenetelmä on menetelmä nukleiinihappomolekyylien muuntamiseksi linearisoiduksi DNA:ksi tai RNA:ksi, jossa 5-syanoindoli on yleisesti käytetty reaktioreagenssi. Reaktiossa käytetyt raaka-aineet ovat bentsyylialkoholi ja natriumsyaanihydroksidi, ja 5-syanoindolia syntetisoidaan edelleen syklisointireaktiolla. Menetelmän etuna on, että raaka-aineet on helppo hankkia ja kustannukset ovat alhaiset, ja se soveltuu erilaisiin nukleiinihappoanalyysi- ja tutkimusaloihin. On kuitenkin välttämätöntä kiinnittää erityistä huomiota syklisointiolosuhteisiin käyttöprosessin aikana, jotta nähdään, voidaanko syklisiä tuotteita tuottaa.
5-Syanoindolin linearisointireaktiomenetelmä ja sen yksityiskohtaiset vaiheet.
(1) Lisää kohde-DNA tai RNA puskuriin, joka sisältää 5-syanoindolia, yleensä käyttämällä Tris-puskuria, jonka pH on 8,5. 5-Syanoindoli on vahva fotokemiallinen silloitusreagenssi, joka voi muodostaa kompleksin NC-sitoutuessa nukleiinihappoemästen kanssa, mikä johtaa ristisilloittumiseen nukleiinihappojuosteiden välillä.
(2) Altista reaktioseos 365 nm:n ultraviolettivalolle, ja ultraviolettivalon vaikutuksesta 5-syanoindoli muodostaa kovalenttisen linkin DNA:n tai RNA:n emäksen kanssa, jolloin saavutetaan linearisaatio.
(3) Lisää geelin latauspuskuri, lataa reaktiotuote ja aja se agaroosigeeliin elektroforeesierotusta varten. Koska linearisoitu DNA tai RNA tuottaa yhden nauhan geelissä, on mahdollista erottaa lineaariset DNA- tai RNA-fragmentit elektroforeettisella erotuksella.
Yleensä kaikkia yllä olevia menetelmiä käytetään 5-syanoindolin syntetisoimiseen, ja niillä on omat etunsa ja haittansa. Käytännössä on tarpeen valita sopivin menetelmä todellisen tarvittavan tuotteen mukaan.