5-Xyanoindolelà hợp chất hữu cơ quan trọng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các phân tử có hoạt tính sinh học trong lĩnh vực y học. Dưới đây chúng tôi sẽ giới thiệu một số phương pháp tổng hợp của 5-Cyanoindole.
liên kết của 5-Xyanoindole:
1. Phương pháp phản ứng Bergman:
Phản ứng của phương pháp là sử dụng các ankin làm nguyên liệu để tạo ra các hợp chất vòng thơm thông qua phản ứng dehydro hóa. 5-Cyanoindole có thể được tổng hợp theo cách này. Nguyên liệu thô được sử dụng trong phản ứng là dietyl terephtalat và 2-phenylaxetylen. Sau khi hai hợp chất trên được chiếu xạ bằng tia cực tím, các chất trung gian được hình thành và cuối cùng 5-Cyanoindole được tạo ra thông qua phản ứng tuần hoàn. Ưu điểm của phương pháp này là điều kiện phản ứng tương đối nhẹ và hiệu suất tổng hợp cao, nhưng nguyên liệu thô đắt và giá thành cao.
Các bước của phản ứng Bergman:
Bước 1: Chuẩn bị 5-cyanindole và bạc trifluoroacetate:
Trong điều kiện phòng thí nghiệm, {{0}}cyanindole và bạc trifluoroacetate được trộn lẫn, thường theo thứ tự 0,1 mmol. Từ từ thêm dung dịch dimethyl sulfoxide (DMSO) vào thiết bị cô quay và khuấy đều, giữ ấm ở 60 độ cho đến khi tất cả các chất nền được hòa tan. Lượng bạc trifluoroacetate được thêm vào gấp hai lần so với chất nền.
Bước 2: Phản ứng trào ngược:
Hỗn hợp phản ứng được gia nhiệt trong 1 giờ và hồi lưu để giữ nhiệt độ ổn định ở 60 độ.
Bước 3: Thủy phân:
Sau phản ứng, dung dịch hỗn hợp được làm lạnh đến nhiệt độ phòng và một lượng nước thích hợp được thêm từ từ để trộn và sản phẩm được chiết xuất bằng dung dịch tương ứng (chẳng hạn như axeton). Trong quá trình này, do tính phân cực của đặc tính liên kết đôi trong 5-bộ khung cyanindole, việc chiết xuất sản phẩm trở nên rắc rối hơn.
Bước 4: Tập trung:
Cô đặc sản phẩm chiết được dưới áp suất giảm, rửa sản phẩm nhiều lần bằng bộ lọc và nước tinh khiết, làm bay hơi và làm khô.
Phản ứng Bergman là một phản ứng tuần hoàn nội phân tử quan trọng và cơ chế phản ứng của nó có hai khả năng sau:
Cơ chế 1: Phản ứng oxy hóa hydro/oxy nổi bật:
Cơ chế của phản ứng Bergman liên quan đến phản ứng oxy hóa hydro/oxy và rất khó để thiết lập phản ứng carbon-carbon ở chế độ nội phân tử này. Trong số đó, trạng thái trừ của carbon-hydro trong 5-xyanindole làm cho nó trở nên tổng quát và dễ phản ứng hơn đối với các phản ứng tuần hoàn. Trong phản ứng này, thông tin cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) đã xác nhận sự chuyển đổi oxy hóa của N-xyanonitrogen trong 5-xyanindole thành nguyên tử nitơ hóa trị 2 N (oN≡C). Các oxit nitơ được tạo ra (oN≡C) có thể được khử thành các axit cacboxylic và amin tương ứng bằng các thuốc thử đồng nhất và không đồng nhất khác. Trong quá trình này, xúc tác hóa học dị thể (Acid/base) cũng đóng vai trò quan trọng.
Cơ chế 2: Phản ứng oxy hóa hydro/nitơ nổi bật:
Phản ứng Bergman cũng có thể được giải thích bằng phản ứng oxy hóa hydro/nitơ. Trong phản ứng này, trạng thái khử của cacbon-hydro trong 5-xyanindole cũng phản ứng tốt. Nitơ N-cyano có thể oxy hóa các liên kết carbon-hydro liền kề. Các chất trung gian oxy hóa này được phát triển bởi các phản ứng khác (như oxy hóa hydro, nitrat hóa, v.v.). Phản ứng của Mo(CO)6 trên Cp2Fe và các chất trung gian nitơ oxit được tạo ra cũng có thể tạo ra chất khử mạnh hơn. Các phản ứng chuyển điện tử tương ứng có thể đóng một vai trò quan trọng.
2. Phương pháp phản ứng ghép Suzuki:
Phương pháp phản ứng ghép đôi Suzuki là một phản ứng quan trọng được sử dụng rộng rãi, có thể được sử dụng để xây dựng bộ xương của các hợp chất vòng thơm. 5-Cyanoindole cũng có thể được tổng hợp bằng phản ứng này. Ưu điểm của phương pháp này là nguyên liệu thô tương đối rẻ và điều kiện phản ứng dễ kiểm soát, nhưng cần có dung môi hữu cơ.
(1) Đầu tiên, cần chuẩn bị nguyên liệu, bao gồm 5-Bromoindole, 5-Cyano-1,3-dimethylpyrimidine-2,4-dione, Palladium axetat (Pd(OAc)2), phối tử Phosphine (chẳng hạn như Phosphine hoặc Phosphite), chất kiềm (chẳng hạn như natri benzoate hoặc natri cacbonat), dung môi hữu cơ (chẳng hạn như dimethyl sulfoxide chloride, acetonitril hoặc dichloromethane) và nước.
(2) Hòa tan các phối tử 5-Bromoindole, 5-Cyano-1,3-dimethylpyrimidine-2,4-dione và Phosphine trong dung môi hữu cơ như dimethyl sulfoxide chloride, acetonitril hoặc dichloromethane, và Thêm chất kiềm trong điều kiện đông lạnh. Ví dụ: hòa tan 5-Bromoindole (0.5mmol), {{10}}Cyano-1,3-dimethylpyrimidine-2,{ {14}}dione (0.6mmol), phối tử photphat (chẳng hạn như TRIPHOS, {{20}}.9mol phần trăm ) và natri cacbonat (2.0eq) trong CH3CN, khuấy cho đến khi hòa tan hoàn toàn , sau đó thêm natri cacbonat (2,0 eq) ở -78 độ .
(3) Cho Palladium axetat (Pd(OAc)2) vào hệ thống phản ứng và khuấy đều. Ví dụ: thêm Palladium axetat (1.0 phần trăm mol ) vào hỗn hợp trên và khuấy phản ứng ở -78 độ .
(4) Hỗn hợp phản ứng sẽ được đun nóng đến nhiệt độ phòng hoặc 70 độ dưới bộ điều khiển nhiệt độ và phản ứng trong 1-2 giờ. Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp phản ứng được lọc và hỗn hợp phản ứng được tách ra và chiết bằng nước và dung môi hữu cơ.
(5) Chiết xuất và tinh chế sản phẩm mục tiêu 5-Cyanoindole từ muối vô cơ và các tạp chất khác bằng sắc ký cột hoặc các kỹ thuật tách khác. Ví dụ, bằng cách sử dụng sắc ký cột silica gel, sản phẩm mục tiêu được chiết xuất từ các tạp chất trong sắc ký cột, và được đặc trưng bằng phương pháp như NMR.
Tóm lại, các bước tổng hợp 5-Cyanoindole bằng phản ứng ghép cặp Suzuki rất đơn giản, nhưng cần chú ý đến việc lựa chọn điều kiện phản ứng và nguyên liệu.
3. Phương pháp phản ứng Friedel-Crafts:
Phản ứng Friedel-Crafts (phản ứng Fujiwara-Moritani) là một phương pháp tổng hợp hữu cơ để tổng hợp các chất thơm thông qua phản ứng trao đổi của imine và aryl sulfide. Đó là một phản ứng vòng hóa liên kết một vòng imidazole hoặc pyrrole với một vòng aldehyd hoặc ketone để tạo ra một amin thơm có chứa dị vòng. 5-Cyanoindole là một hợp chất amit với dị vòng nitơ, có thể được tổng hợp bằng phản ứng Friedel-Crafts. Ưu điểm của phương pháp này là tính chất hóa học của nguyên liệu thô tương đối ổn định và cấu trúc của sản phẩm thu được tương đối ổn định. Tuy nhiên, cần chú ý đến việc lựa chọn các điều kiện phản ứng trong quá trình vận hành.
Các bước chi tiết của phương pháp phản ứng Friedel-Crafts như sau:
(1.) Chuẩn bị chất phản ứng: Thêm 5-Cyanoindole và dung môi hữu cơ có chứa formaldehyde vào bình ba cổ khô và sạch. Trong đó, dung môi hữu cơ có thể là dung môi hữu cơ khan như nitrile, ete, este, v.v., nhưng cần lưu ý chọn độ phân cực của dung môi và khả năng tương thích của các chất phản ứng.
(2.) Phản ứng đun nóng: Đặt chai ba cổ vào bồn dầu nóng, trước tiên đun nóng hỗn hợp chất phản ứng ở nhiệt độ thấp, sau đó đun nóng dần đến nhiệt độ phản ứng. Thời gian phản ứng thường là 15-60 phút. Nhiệt độ phản ứng tối ưu cho phản ứng này thường nằm trong khoảng 100-140 độ , nhiệt độ này có thể được điều chỉnh cho các chất phản ứng khác nhau.
(3.) Tách sản phẩm phản ứng: Sau khi phản ứng kết thúc, làm nguội hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ phòng, thêm một lượng lớn nước và sơn hữu cơ, sau đó điều chỉnh độ pH thành trung tính bằng dung dịch axit hoặc axit clohydric. Pha hữu cơ và pha nước được tách ra, và pha hữu cơ được làm khô trên natri sulfat khan và sau đó được cô đến khô. Sản phẩm có thể được tách và tinh chế bằng sắc ký cột và các phương pháp tương tự.
Tóm lại, phản ứng Friedel-Crafts là một phương pháp tổng hợp quan trọng, phù hợp để tổng hợp các amin thơm từ các hợp chất dị vòng. Đối với các hợp chất có amit dị vòng nitơ như 5-Cyanoindole, phản ứng này có khả năng ứng dụng mạnh mẽ và có thể thực hiện quá trình tổng hợp tuần hoàn, có giá trị ứng dụng nhất định cho nghiên cứu trong lĩnh vực này.
4. Phương pháp phản ứng tuyến tính hóa:
Phương pháp phản ứng tuyến tính hóa là phương pháp chuyển đổi các phân tử axit nucleic thành DNA hoặc RNA tuyến tính hóa, trong đó 5-Cyanoindole là chất phản ứng thường được sử dụng. Nguyên liệu thô được sử dụng trong phản ứng là rượu benzyl và natri cyanohydroxide, và 5-Cyanoindole được tổng hợp thêm bằng phản ứng tuần hoàn. Ưu điểm của phương pháp này là nguyên liệu dễ kiếm và chi phí thấp, phù hợp với các lĩnh vực nghiên cứu và phân tích axit nucleic khác nhau. Tuy nhiên, cần phải hết sức chú ý đến các điều kiện tuần hoàn trong quá trình sử dụng để xem liệu các sản phẩm tuần hoàn có thể được tạo ra hay không.
Phương pháp phản ứng tuyến tính hóa của 5-Cyanoindole và các bước chi tiết của nó.
(1) Thêm DNA hoặc RNA đích vào bộ đệm chứa 5-Cyanoindole, thường sử dụng bộ đệm Tris có độ pH 8,5. 5-Cyanoindole là thuốc thử tạo liên kết ngang quang hóa mạnh, có thể tạo phức với NC liên kết với các gốc axit nucleic, dẫn đến liên kết chéo giữa các chuỗi axit nucleic.
(2) Cho hỗn hợp phản ứng tiếp xúc với ánh sáng cực tím có bước sóng 365 nm và thông qua tác động của ánh sáng cực tím, 5-Cyanoindole tạo thành liên kết cộng hóa trị với bazơ trong DNA hoặc RNA, do đó đạt được sự tuyến tính hóa.
(3) Thêm dung dịch đệm gel, nạp sản phẩm phản ứng và chạy nó vào gel agarose để phân tách điện di. Bởi vì DNA hoặc RNA tuyến tính tạo ra một dải đơn trong gel, nên có thể tách các đoạn DNA hoặc RNA tuyến tính bằng cách phân tách điện di.
Nói chung, tất cả các phương pháp trên đều được sử dụng để tổng hợp 5-Cyanoindole và chúng có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Trong ứng dụng thực tế, cần phải chọn phương pháp phù hợp nhất theo sản phẩm yêu cầu thực tế.