5-Tsüanoindoolon oluline orgaaniline ühend, mida kasutatakse laialdaselt bioaktiivsete molekulide uurimisel meditsiini valdkonnas. Allpool tutvustame mitmeid 5-tsüanoindooli sünteetilisi meetodeid.
Link 5-Tsüanoindool:
1. Bergmani reaktsiooni meetod:
Meetodi reaktsiooniks on alküünide kasutamine toorainena aromaatsete tsükliühendite saamiseks dehüdrogeenimisreaktsiooni kaudu. 5-Sel viisil saab sünteesida tsüanoindooli. Reaktsioonis kasutatud toorained on dietüültereftalaat ja 2-fenüülatsetüleen. Pärast kahe ülaltoodud ühendi kiiritamist ultraviolettvalgusega moodustuvad vaheühendid ja lõpuks tekib tsükliseerimisreaktsiooni kaudu 5-tsüanoindool. Selle meetodi eeliseks on see, et reaktsioonitingimused on suhteliselt leebed ja sünteesi efektiivsus kõrge, kuid toorained on kallid ja maksumus kõrge.
Bergmani reaktsiooni etapid:
1. samm: 5-tsüanindooli ja hõbetrifluoroatsetaadi valmistamine:
Laboratoorsetes tingimustes segatakse {{0}}tsüanindool ja hõbetrifluoroatsetaat, tavaliselt suurusjärgus 0,1 mmol. Lisage pöördaurustis aeglaselt dimetüülsulfoksiidi (DMSO) lahus ja segage segu, soojendage kuni 60 kraadini, kuni kõik substraadid on lahustunud. Hõbetrifluoroatsetaati lisati kaks korda rohkem kui substraati.
2. samm: refluksreaktsioon:
Reaktsioonisegu kuumutati 1 tund ja keedeti tagasijooksul, et hoida temperatuur stabiilsena 60 kraadi juures.
3. samm: hüdrolüüs:
Pärast reaktsiooni segatud lahus jahutati toatemperatuurini, segamiseks lisati aeglaselt sobiv kogus vett ning saadus ekstraheeriti vastava lahusega (nagu atsetoon). Selles protsessis muutub 5-tsüanindooli skeleti kaksiksideme karakteristiku polaarsuse tõttu toote ekstraheerimine tülikamaks.
4. samm: kontsentreerige:
Ekstraheeritud saadus kontsentreeritakse alandatud rõhul, pestakse korduvalt filtri ja puhta veega ning aurustatakse ja kuivatatakse.
Bergmani reaktsioon on oluline molekulisisene tsüklistamise reaktsioon ja selle reaktsioonimehhanismil on kaks järgmist võimalust:
Mehhanism 1: Silmapaistev vesiniku/hapniku oksüdatsioonireaktsioon:
Bergmani reaktsiooni mehhanism hõlmab vesiniku/hapniku oksüdatsioonireaktsiooni ja süsinik-süsinik reaktsiooni on selles molekulisiseses režiimis keeruline luua. Nende hulgas muudab süsiniku-vesiniku lahutav olek 5-tsüanindoolis üldisemaks ja tsükliseerimisreaktsioonidele reageerimise lihtsamaks. Selles reaktsioonis kinnitas tuumamagnetresonantsi (NMR) informatsioon 5-tsüanindoolis oleva N-tsüanonitrogeeni oksüdatiivset konversiooni N-subvalentseks lämmastikuaatomiks (oN≡C). Tekkinud lämmastikoksiide (oN≡C) saab muude homogeensete ja heterogeensete reagentidega redutseerida vastavateks karboksüülhapeteks ja amiinideks. Selles protsessis mängib olulist rolli ka heterogeenne keemiline katalüsaator (hape/alus).
Mehhanism 2: Silmapaistev vesiniku/lämmastiku oksüdatsioonireaktsioon:
Bergmani reaktsiooni võib seletada ka vesiniku/lämmastiku oksüdatsioonireaktsiooniga. Selles reaktsioonis reageerib hästi ka süsinik-vesiniku redutseeritud olek 5-tsüanindoolis. N-tsüano lämmastik võib oksüdeerida külgnevaid süsinik-vesiniksidemeid. Need oksüdeeritud vaheühendid tekivad muude reaktsioonide (nagu vesiniku oksüdatsioon, nitreerimine jne) käigus. Mo(CO)6 reaktsioon Cp2Fe ja toodetud lämmastikoksiidi vaheühenditega võib samuti anda tugevama redutseerija. Vastavad elektroniülekande reaktsioonid võivad mängida olulist rolli.
2. Suzuki sidestusreaktsiooni meetod:
Suzuki sidestusreaktsiooni meetod on laialdaselt kasutatav oluline reaktsioon, mida saab kasutada aromaatsete tsükliühendite karkassi konstrueerimiseks. 5-Selle reaktsiooniga saab sünteesida ka tsüanoindooli. Selle meetodi eeliseks on see, et toorained on suhteliselt odavad ja reaktsioonitingimusi on lihtne kontrollida, kuid vaja on kasutada orgaanilist lahustit.
(1) Esiteks tuleb ette valmistada materjalid, sealhulgas 5-bromoindool, 5-tsüano-1, 3-dimetüülpürimidiin-2, 4-dioon, Pallaadiumatsetaat (Pd(OAc)2), fosfiini ligandid (nagu fosfiin või fosfit), leelised (nagu naatriumbensoaat või naatriumkarbonaat), orgaanilised lahustid (nagu dimetüülsulfoksiidkloriid, atsetonitriil või diklorometaan) ja vesi.
(2) Lahustage 5-bromoindool, 5-tsüano-1, 3-dimetüülpürimidiin-2, 4-dioon ja fosfiini ligandid orgaanilises lahustis, näiteks dimetüülsulfoksiidkloriid, atsetonitriil või diklorometaan ja lisage leelist krüogeensetes tingimustes. Näiteks lahustage 5-bromoindool (0,5 mmol), {{10}}tsüano-1, 3-dimetüülpürimidiin-2,{ {14}}dioon (0,6 mmol), fosfiini ligandid (nagu TRIPHOS, {{20}},9 mol protsenti) ja naatriumkarbonaat (2,0 ekv) CH3CN-s, segati kuni täieliku lahustumiseni , seejärel lisati naatriumkarbonaat (2,0 ekv) -78 kraadi juures.
(3) Lisage reaktsioonisüsteemi pallaadiumatsetaat (Pd(OAc)2) ja segage segamiseks. Näiteks lisage ülaltoodud segule pallaadiumatsetaat (1.0 molprotsenti) ja segage reaktsiooni -78 kraadi juures.
(4) Reaktsioonisegu kuumutatakse toatemperatuurini või 70 kraadini temperatuuriregulaatori all ja sellel lastakse reageerida 1-2 tundi. Pärast reaktsiooni lõppemist reaktsioonisegu filtritakse ja reaktsioonisegu eraldatakse ning ekstraheeritakse vee ja orgaanilise lahustiga.
(5) Ekstraheerige ja puhastage sihtsaadus 5-tsüanoindool anorgaanilistest sooladest ja muudest lisanditest kolonnkromatograafia või muude eraldusmeetoditega. Näiteks silikageelkolonnkromatograafiat kasutades ekstraheeritakse sihtprodukt kolonnkromatograafia lisanditest ja seda iseloomustatakse selliste vahenditega nagu NMR.
Kokkuvõtteks võib öelda, et Suzuki sidestamisreaktsiooni 5-tsüanoindooli sünteesi etapid on väga lihtsad, kuid tähelepanu tuleks pöörata reaktsioonitingimuste ja materjalide valikule.
3. Friedel-Craftsi reaktsioonimeetod:
Friedeli-Craftsi reaktsioon (Fujiwara-Moritani reaktsioon) on orgaanilise sünteesi meetod aromaatsete ainete sünteesimiseks imiinide ja arüülsulfiidide vahetusreaktsiooni kaudu. See on tsükliseerimisreaktsioon, mis seob imidasooli- või pürroolitsükli aldehüüd- või ketoonitsükliga, et tekitada heterotsüklit sisaldav aromaatne amiin. 5-Tsüanoindool on lämmastiku heterotsükliga amiidühend, mida saab sünteesida Friedel-Craftsi reaktsiooniga. Selle meetodi eeliseks on see, et tooraine keemilised omadused on suhteliselt stabiilsed ja saadud toote struktuur on suhteliselt stabiilne. Töö ajal tuleb aga tähelepanu pöörata reaktsioonitingimuste valikule.
Friedel-Craftsi reaktsioonimeetodi üksikasjalikud etapid on järgmised:
(1.) Reagendi ettevalmistamine: lisage puhtasse ja kuiva kolme kaelaga kolbi 5-tsüanoindool ja formaldehüüdi sisaldav orgaaniline lahusti. Seejuures võivad orgaaniliseks lahustiks olla veevabad orgaanilised lahustid, nagu nitriilid, eetrid, estrid jne, kuid hoolikalt tuleb valida lahusti polaarsus ja reagentide kokkusobivus.
(2.) Kuumutamisreaktsioon: asetage kolme kaelaga pudel kuuma õlivanni, soojendage esmalt reagendi segu madalal temperatuuril ja seejärel järk-järgult reaktsioonitemperatuurini. Reaktsiooniaeg on tavaliselt 15-60 minutit. Selle reaktsiooni optimaalne reaktsioonitemperatuur on tavaliselt vahemikus 100-140 kraadi, mida saab erinevate reagentide jaoks reguleerida.
(3.) Reaktsiooniproduktide eraldamine: pärast reaktsiooni lõppemist jahutage reaktsioonisegu toatemperatuurini, lisage suur kogus vett ja orgaanilist värvi ning seejärel reguleerige pH happe või vesinikkloriidhappe vesilahusega neutraalseks. Orgaaniline faas ja vesifaas eraldati ning orgaaniline faas kuivatati veevaba naatriumsulfaadiga ja seejärel kontsentreeriti kuivaks. Produkti saab eraldada ja puhastada kolonnkromatograafia jms abil.
Kokkuvõttes on Friedel-Craftsi reaktsioon oluline sünteesimeetod, mis sobib aromaatsete amiinide sünteesiks heterotsüklilistest ühenditest. Lämmastiku heterotsükliliste amiididega ühendite, nagu 5-tsüanoindool, puhul on sellel reaktsioonil tugev rakendatavus ja see võib realiseerida tsükliseerimise sünteesi, millel on selle valdkonna uurimisel teatud rakendusväärtus.
4. Lineariseerimisreaktsiooni meetod:
Lineariseerimisreaktsiooni meetod on meetod nukleiinhappemolekulide konverteerimiseks lineariseeritud DNA-ks või RNA-ks, milles 5-tsüanoindool on tavaliselt kasutatav reaktsioonireagent. Reaktsioonis kasutatakse toorainena bensüülalkoholi ja naatriumtsüanohüdroksiidi ning 5-tsüanoindooli sünteesitakse edasi tsükliseerimisreaktsiooni teel. Selle meetodi eeliseks on see, et toorainet on lihtne hankida ja omahind madal ning see sobib erinevatesse nukleiinhapete analüüsi- ja uurimisvaldkondadesse. Siiski tuleb kasutusprotsessi ajal pöörata suurt tähelepanu tsüklistamistingimustele, et näha, kas tsüklilisi tooteid on võimalik tekitada.
5-Tsüanoindooli lineariseerimisreaktsiooni meetod ja selle üksikasjalikud sammud.
(1) Lisage sihtmärk-DNA või RNA 5-tsüanoindooli sisaldavale puhvrile, kasutades tavaliselt Tris-puhvrit, mille pH on 8,5. 5-Tsüanoindool on tugev fotokeemiline ristsiduv reagent, mis võib moodustada nukleiinhappealustega NC-sidumisega kompleksi, mille tulemuseks on nukleiinhappeahelate vaheline ristsidumine.
(2) Viige reaktsioonisegu 365 nm ultraviolettvalgusesse ja ultraviolettvalguse toimel moodustab 5-tsüanoindool DNA-s või RNA-s kovalentse sideme alusega, saavutades seeläbi lineariseerumise.
(3) Lisage geeli laadimispuhver, laadige reaktsioonisaadus ja laske see elektroforeesiga eraldamiseks agaroosgeeli. Kuna lineariseeritud DNA või RNA tekitab geelis ühe riba, on võimalik DNA või RNA lineaarseid fragmente eraldada elektroforeetilise eraldamise teel.
Üldiselt kasutatakse kõiki ülaltoodud meetodeid 5-tsüanoindooli sünteesimiseks ning neil on oma eelised ja puudused. Praktilisel kasutamisel on vaja valida sobivaim meetod vastavalt tegelikule vajalikule tootele.