5-Cyanoindoler en vigtig organisk forbindelse, der er meget udbredt i forskningen af bioaktive molekyler inden for medicin. Nedenfor vil vi introducere flere syntetiske metoder til 5-Cyanoindol.
Linket til 5-Cyanoindol:
1. Bergman reaktionsmetode:
Metodens reaktion er at bruge alkyner som råmaterialer til at generere aromatiske ringforbindelser gennem dehydrogeneringsreaktion. 5-Cyanoindol kan syntetiseres på denne måde. Råmaterialerne anvendt i reaktionen er diethylterephthalat og 2-phenylacetylen. Efter at de ovennævnte to forbindelser er bestrålet med ultraviolet lys, dannes der mellemprodukter, og til sidst genereres 5-cyanoindol gennem en ringslutningsreaktion. Fordelen ved denne metode er, at reaktionsbetingelserne er relativt milde, og synteseeffektiviteten er høj, men råmaterialerne er dyre og omkostningerne høje.
Trinene i Bergman-reaktionen:
Trin 1: Fremstilling af 5-cyanindol og sølvtrifluoracetat:
Under laboratorieforhold blandes {{0}}cyanindol og sølvtrifluoracetat, normalt i størrelsesordenen 0,1 mmol. Tilsæt langsomt dimethylsulfoxid (DMSO) opløsning i en rotationsfordamper og omrør for at blande, fortsæt med at varme op til 60 grader, indtil alle substrater er opløst. To gange mere sølvtrifluoracetat blev tilsat end substratet.
Trin 2: Tilbageløbsreaktion:
Reaktionsblandingen blev opvarmet i 1 time og tilbagesvalet for at holde temperaturen stabil ved 60 grader.
Trin 3: Hydrolyse:
Efter reaktionen blev den blandede opløsning afkølet til stuetemperatur, og en passende mængde vand blev langsomt tilsat til blanding, og produktet blev ekstraheret med en tilsvarende opløsning (såsom acetone). I denne proces, på grund af dobbeltbindingskarakteristikkens polaritet i 5-cyanindolskelettet, bliver udvindingen af produktet mere besværlig.
Trin 4: Koncentrer:
Koncentrer det ekstraherede produkt under reduceret tryk, vask produktet gentagne gange med et filter og rent vand, inddamp og tør det.
Bergman-reaktionen er en vigtig intramolekylær ringslutningsreaktion, og dens reaktionsmekanisme har følgende to muligheder:
Mekanisme 1: Fremtrædende hydrogen/ilt-oxidationsreaktion:
Mekanismen for Bergman-reaktionen involverer en hydrogen/ilt-oxidationsreaktion, og det er vanskeligt at opsætte en carbon-carbon-reaktion i denne intramolekylære tilstand. Blandt dem gør den subtraktive tilstand af carbon-hydrogen i 5-cyanindol det mere generelt og nemt at reagere for ringslutningsreaktioner. I denne reaktion bekræftede information om kernemagnetisk resonans (NMR) den oxidative omdannelse af N-cyanonitrogenet i 5-cyanindol til det N-subvalente nitrogenatom (oN≡C). De dannede nitrogenoxider (oN≡C) kan reduceres til de tilsvarende carboxylsyrer og aminer med andre homogene og heterogene reagenser. I denne proces spiller heterogen kemisk katalysator (syre/base) også en vigtig rolle.
Mekanisme 2: Fremtrædende hydrogen/nitrogen-oxidationsreaktion:
Bergman-reaktionen kan også forklares ved hydrogen/nitrogen-oxidationsreaktionen. I denne reaktion reagerer den reducerede tilstand af carbon-hydrogenet i 5-cyanindol også godt. N-cyano nitrogen kan oxidere tilstødende carbon-hydrogen-bindinger. Disse oxiderede mellemprodukter udvikles af andre reaktioner (såsom hydrogenoxidation, nitrering osv.). Reaktionen af Mo(CO)6 på Cp2Fe og de producerede nitrogenoxidmellemprodukter kan også give et stærkere reduktionsmiddel. De tilsvarende elektronoverførselsreaktioner kan spille en vigtig rolle.
2. Suzuki-koblingsreaktionsmetode:
Suzuki-koblingsreaktionsmetoden er en meget brugt vigtig reaktion, som kan bruges til at konstruere skelettet af aromatiske ringforbindelser. 5-Cyanoindol kan også syntetiseres ved denne reaktion. Fordelen ved denne metode er, at råvarerne er relativt billige, og reaktionsbetingelserne er nemme at kontrollere, men der kræves et organisk opløsningsmiddel.
(1) Først skal materialer forberedes, herunder 5-Bromindol, 5-Cyano-1,3-dimethylpyrimidin-2,4-dion, Palladiumacetat (Pd(OAc)2), phosphinligander (såsom phosphin eller phosphit), alkali (såsom natriumbenzoat eller natriumcarbonat), organiske opløsningsmidler (såsom dimethylsulfoxidchlorid, acetonitril eller dichlormethan) og vand.
(2) Opløs 5-Bromindol, 5-Cyano-1,3-dimethylpyrimidin-2,4-dion- og phosphinligander i et organisk opløsningsmiddel som f.eks. dimethylsulfoxidchlorid, acetonitril eller dichlormethan, og tilsæt alkali under kryogene betingelser. Opløs f.eks. 5-Bromindol (0,5 mmol), {{10}}Cyano-1,3-dimethylpyrimidin-2,{ {14}}dion (0,6 mmol), phosphinligander (såsom TRIPHOS, {{20}},9 mol procent) og natriumcarbonat (2,0 ækv.) i CH3CN, omrørt, indtil de er fuldstændig opløst , derefter tilsat natriumcarbonat (2,0 ækv.) ved -78 grad.
(3) Tilsæt palladiumacetat (Pd(OAc)2) til reaktionssystemet og omrør for at blande. Tilsæt f.eks. palladiumacetat (1.0 molprocent) til ovenstående blanding og omrør reaktionen ved -78 grader.
(4) Reaktionsblandingen vil blive opvarmet til stuetemperatur eller 70 grader under en temperaturregulator og reageret i 1-2 timer. Efter at reaktionen er afsluttet, filtreres reaktionsblandingen, og reaktionsblandingen adskilles og ekstraheres med vand og et organisk opløsningsmiddel.
(5) Ekstraher og oprens målproduktet 5-cyanoindol fra uorganiske salte og andre urenheder ved søjlekromatografi eller andre separationsteknikker. For eksempel ved anvendelse af silicagelsøjlekromatografi ekstraheres målproduktet fra urenhederne i søjlekromatografien og karakteriseres ved hjælp af metoder såsom NMR.
Afslutningsvis er trinene til syntesen af 5-Cyanoindol ved Suzuki-koblingsreaktion meget enkle, men man bør være opmærksom på valget af reaktionsbetingelser og materialer.
3. Friedel-Crafts reaktionsmetode:
Friedel-Crafts-reaktionen (Fujiwara-Moritani-reaktion) er en organisk syntesemetode til syntese af aromater gennem udvekslingsreaktionen af iminer og arylsulfider. Det er en ringslutningsreaktion, der forbinder en imidazol- eller pyrrolring med en aldehyd- eller ketonring for at generere en aromatisk amin indeholdende en heterocyklus. 5-Cyanoindol er en amidforbindelse med en heterocyklisk nitrogen, som kan syntetiseres ved Friedel-Crafts reaktion. Fordelen ved denne metode er, at de kemiske egenskaber af råmaterialerne er relativt stabile, og strukturen af det resulterende produkt er relativt stabil. Det er dog nødvendigt at være opmærksom på valget af reaktionsbetingelser under drift.
De detaljerede trin i Friedel-Crafts reaktionsmetode er som følger:
(1.) Reaktantforberedelse: Tilsæt 5-cyanoindol og organisk opløsningsmiddel indeholdende formaldehyd i en ren og tør trehalset kolbe. Hvor det organiske opløsningsmiddel kan være vandfrie organiske opløsningsmidler, såsom nitriler, ethere, estere, etc., men der bør tages hensyn til at vælge opløsningsmidlets polaritet og forligeligheden af reaktanterne.
(2.) Opvarmningsreaktion: Sæt den trehalsede flaske i et varmt oliebad, opvarm først reaktantblandingen med lav temperatur, og opvarm den derefter gradvist til reaktionstemperaturen. Reaktionstiden er generelt 15-60 minutter. Den optimale reaktionstemperatur for denne reaktion er generelt mellem 100-140 grader, som kan justeres for forskellige reaktanter.
(3.) Adskillelse af reaktionsprodukter: Efter at reaktionen er afsluttet, afkøles reaktionsblandingen til stuetemperatur, tilsættes en stor mængde vand og organisk maling, og derefter justeres pH til neutral med syre eller saltsyre vandig opløsning. Den organiske fase og den vandige fase blev adskilt, og den organiske fase blev tørret over vandfrit natriumsulfat og derefter koncentreret til tørhed. Produktet kan adskilles og oprenses ved hjælp af søjlekromatografi og lignende.
Sammenfattende er Friedel-Crafts-reaktionen en vigtig syntesemetode, som er velegnet til syntese af aromatiske aminer fra heterocykliske forbindelser. For forbindelser med heterocykliske nitrogenamider, såsom 5-cyanoindol, har denne reaktion stærk anvendelighed og kan realisere cykliseringssyntese, som har en vis anvendelsesværdi for forskning på dette område.
4. Lineariseringsreaktionsmetode:
Lineariseringsreaktionsmetoden er en metode til omdannelse af nukleinsyremolekyler til lineariseret DNA eller RNA, hvor 5-cyanoindol er et almindeligt anvendt reaktionsreagens. Råmaterialerne anvendt i reaktionen er benzylalkohol og natriumcyanohydroxid, og 5-Cyanoindol syntetiseres yderligere ved en ringslutningsreaktion. Fordelen ved denne metode er, at råvarerne er lette at skaffe og prisen er lav, og den er velegnet til forskellige nukleinsyreanalyse- og forskningsområder. Det er dog nødvendigt at være meget opmærksom på cykliseringsforholdene under brugsprocessen for at se, om cykliske produkter kan genereres.
Lineariseringsreaktionsmetoden for 5-Cyanoindol og dens detaljerede trin.
(1) Tilføj mål-DNA'et eller RNA'et til bufferen, der indeholder 5-cyanoindol, normalt ved hjælp af Tris-buffer med pH 8,5. 5-Cyanoindol er et stærkt fotokemisk tværbindingsreagens, som kan danne et kompleks med NC-binding med nukleinsyrebaser, hvilket resulterer i tværbinding mellem nukleinsyrestrenge.
(2) Udsæt reaktionsblandingen for 365 nm ultraviolet lys, og gennem virkningen af ultraviolet lys danner 5-cyanoindol en kovalent forbindelse med basen i DNA eller RNA, hvorved der opnås linearisering.
(3) Tilsæt gelpåfyldningsbuffer, lad reaktionsproduktet og kør det ind i agarosegelen til elektroforeseadskillelse. Fordi lineariseret DNA eller RNA producerer et enkelt bånd i gelen, er det muligt at adskille lineære fragmenter af DNA eller RNA ved elektroforetisk adskillelse.
Generelt bruges ovenstående metoder alle til at syntetisere 5-cyanoindol, og de har deres egne fordele og ulemper. I praktisk anvendelse er det nødvendigt at vælge den bedst egnede metode i henhold til det faktisk nødvendige produkt.