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Angew. Chem. :三氟甲基銠-類卡拜化合物的[2+1+2]環加成反應2024-03-07
三氟甲基金屬-類卡拜(CF3C+=M)是一種可以模擬具有卡賓和陽離子雙重性質的三氟甲基陽離子卡拜(CF3C+:)的等價體,可以從單個分子形成三個新的化學鍵,從而為含三氟甲基化合物的合成提供一種新的策略。然而,目前該物種尚未被探索,其反應特性尚不清楚(圖1a)。

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圖1. 研究背景及意義

遵義醫科大學藥學院/貴州省生物催化與手性藥物合成重點實驗室陳永正、韓文勇團隊長期從事含氟砌塊的設計與合成應用以及相關藥物化學研究。近期,研究團隊首次合成了一種新型α-重氮三氟乙基锍鹽1a(圖1b),并將其用于銠催化氮雜稠環芳烴和腈類化合物的三組分[2+1+2]加成反應中,生成了一系列在藥物化學研究領域具有重要意義的咪唑[1,5-a]-氮雜環化合物。其中,該過程涉及了三氟甲基銠-類卡拜(CF3C+=Rh)對氮雜稠環芳烴C=N鍵的插入過程(圖1c)。

在建立最佳反應條件之后,作者對底物的適用范圍進行的考察(式1)。研究表明,氮雜稠環芳烴,如喹啉、異喹啉、喹喔啉、喹唑啉、1,8-萘啶、1,5-萘啶、苯并咪唑、苯并噻唑和苯并噁唑均是較好的底物,以高達96%的分離收率得到含三氟甲基的咪唑[1,5-a]-氮雜環產物。并且,除了烷基腈,帶有給電子基團或吸電子基團的芳基腈也能兼容該反應體系,盡管收率較低(35–64%)。此外,該反應策略還可應用于喹氧靈、奎寧、氯尼達明、布洛芬、萘普生、異冰片和阿達帕林藥物分子的后期修飾(式2a)。

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式1. 底物擴展

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式2. 藥物分子的后期修飾、含CD3分子的合成以及克級實驗

鑒于氘標記化合物的重要性以及藥物化學中的“神奇甲基”效應,作者使用商業易得的CD3CN(5a)代替CH3CN(3a),可輕易地將三氘甲基(CD3)引入到咪唑[1,5-a]-氮雜環分子中(式2b)。為了證明該方案的可適用性,作者開展了兩個克級反應實驗(式2c)。首先,以71%的收率成功合成了1.94克磷酸二酯酶10A(PDE10A)抑制劑類似物4ay(式2c-i)。此外,用CD3CN為溶劑,該多米諾環加成反應仍能以89%的產率制備1.67克三氘甲基產物6a(式2c-ii)。

最后,為了研究這些含三氟甲基的咪唑[1,5-a]-稠氮雜環化合物的潛在生物活性,通過測試其對白血病(HL-60細胞)、肺癌(A549細胞)、肝癌(SMMC-7721細胞)、乳腺癌(MDA-MB-231s)和結腸癌(SW480細胞)的細胞毒性來評估該類化合物的抗腫瘤活性。如表1所示,這些化合物表現出良好的抗癌活性,其中化合物4u對SMMC-7721肝癌細胞表現出最強的細胞毒性,IC50值為2.24μM。

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表1. 咪唑[1,5-a]-稠氮雜環化合物的抗腫瘤活性(IC50,μM)。

總之,陳永正、韓文勇團隊開發了一種新型α-重氮三氟乙基锍鹽,并將其用于銠催化氮雜稠環芳烴和腈類化合物的三組分[2+1+2]加成反應中,為含三氟甲基咪唑[1,5-a]-氮雜環化合物的合成提供了一種新的策略。該反應能在較短的時間內高效地進行,具有反應條件溫和、底物普適性廣的特點。此外,通過藥物分子的后期修飾、含CD3的氮雜環的合成、克級實驗以及PDE10A抑制劑類似物的制備,進一步證明了該策略的合成潛力。最后,體外活性實驗結果表明合成的含三氟甲基的咪唑[1,5-a]-稠氮雜環化合物具有良好的抗腫瘤活性,有望成為新藥開發的先導化合物。

文信息

Trifluoromethyl Rhodium-Carbynoid in [2 + 1 + 2] Cycloadditions

Wen-Wen Zhao+, Meng-Yang Tian+, Yi-Lin Zhou, Lu-Jie Liu, Shao-Fang Tian, Chun-Yang He, Xing-Zhi Yang, Yong-Zheng Chen, Wen-Yong Han*

遵義醫科大學2020級碩士研究生趙文文和2022級碩士研究生田夢楊為該論文的第一作者,指導老師為陳永正和韓文勇教授。該研究工作得到了國家自然科學基金委、貴州省科技廳等項目的資助。

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202318887

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