5-ไซยาโนอินโดลเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพในด้านการแพทย์ ด้านล่างนี้เราจะแนะนำวิธีการสังเคราะห์ 5-Cyanoindole หลายวิธี
ลิงค์ของ 5-ไซยาโนอินโดล:
1. วิธีปฏิกิริยาของเบิร์กแมน:
ปฏิกิริยาของวิธีการคือการใช้อัลคีนเป็นวัตถุดิบเพื่อสร้างสารประกอบวงแหวนอะโรมาติกผ่านปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน 5-ไซยาโนอินโดลสามารถสังเคราะห์ได้ด้วยวิธีนี้ วัตถุดิบที่ใช้ในปฏิกิริยาคือไดเอทิลเทเรฟทาเลตและ 2-ฟีนิลอะเซทิลีน หลังจากที่สารประกอบสองชนิดข้างต้นได้รับการฉายรังสีด้วยแสงอัลตราไวโอเลต สารตัวกลางจะก่อตัวขึ้น และสุดท้าย 5-ไซยาโนอินโดลจะถูกสร้างขึ้นผ่านปฏิกิริยาไซไดเซชัน ข้อดีของวิธีนี้คือสภาวะของปฏิกิริยาค่อนข้างอ่อนและประสิทธิภาพการสังเคราะห์สูง แต่วัตถุดิบมีราคาแพงและต้นทุนสูง
ขั้นตอนของปฏิกิริยาเบิร์กแมน:
ขั้นตอนที่ 1: การเตรียม 5-ไซยานินโดลและซิลเวอร์ไตรฟลูออโรอะซีเตต:
ภายใต้เงื่อนไขของห้องปฏิบัติการ {{0}}ไซยานินโดลและซิลเวอร์ไตรฟลูออโรอะซีเตตจะผสมกัน โดยปกติจะมีลำดับที่ 0.1 มิลลิโมล ค่อยๆ เติมสารละลายไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) ลงในเครื่องระเหยแบบหมุน แล้วคนให้เข้ากัน อุ่นที่อุณหภูมิ 60 องศาจนกว่าสารตั้งต้นทั้งหมดจะละลาย เติมซิลเวอร์ไตรฟลูออโรอะซีเตตมากกว่าซับสเทรตสองเท่า
ขั้นตอนที่ 2: ปฏิกิริยาการไหลย้อน:
ของผสมปฏิกิริยาถูกทำให้ร้อนเป็นเวลา 1 ชั่วโมงและรีฟลักซ์เพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่ที่ 60 องศา
ขั้นตอนที่ 3: การไฮโดรไลซิส:
หลังจากเกิดปฏิกิริยา สารละลายผสมถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง และค่อยๆ เติมน้ำในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อการผสม และผลิตภัณฑ์ถูกสกัดด้วยสารละลายที่สอดคล้องกัน (เช่น อะซิโตน) ในกระบวนการนี้ เนื่องจากลักษณะขั้วของพันธะคู่ในโครงร่างไซยานินโดล 5-ทำให้การสกัดผลิตภัณฑ์ยุ่งยากมากขึ้น
ขั้นตอนที่ 4: มีสมาธิ:
ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่สกัดเข้มข้นขึ้นภายใต้ความดันลดลง ล้างผลิตภัณฑ์ซ้ำๆ ด้วยตัวกรองและน้ำบริสุทธิ์ จากนั้นระเหยและทำให้แห้ง
ปฏิกิริยาเบิร์กแมนเป็นปฏิกิริยาวัฏจักรภายในโมเลกุลที่สำคัญ และกลไกการเกิดปฏิกิริยามีความเป็นไปได้สองประการดังต่อไปนี้:
กลไกที่ 1: ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน/ออกซิเจนที่โดดเด่น:
กลไกของปฏิกิริยาเบิร์กแมนเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน/ออกซิเจน และเป็นการยากที่จะสร้างปฏิกิริยาคาร์บอน-คาร์บอนในโหมดภายในโมเลกุลนี้ ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ สถานะการหักล้างของคาร์บอน-ไฮโดรเจนใน 5-ไซยานินโดลทำให้ปฏิกิริยาไซยาไนโดลทั่วถึงและง่ายต่อการเกิดปฏิกิริยา ในปฏิกิริยานี้ ข้อมูลนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR) ยืนยันการเปลี่ยนออกซิเดชันของ N-ไซยาโนไนโตรเจนใน 5-ไซยานินโดลไปเป็นอะตอมไนโตรเจนที่มี N-subvalent (oN≡C) ไนโตรเจนออกไซด์ที่สร้างขึ้น (oN≡C) สามารถรีดิวซ์เป็นกรดคาร์บอกซิลิกและเอมีนที่สอดคล้องกันได้โดยรีเอเจนต์ที่เป็นเนื้อเดียวกันและต่างกัน ในกระบวนการนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีชนิดต่างชนิดกัน (กรด/เบส) ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน
กลไกที่ 2: ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน/ไนโตรเจนที่โดดเด่น:
ปฏิกิริยาเบิร์กแมนสามารถอธิบายได้ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน/ไนโตรเจน ในปฏิกิริยานี้ สถานะที่ลดลงของคาร์บอน-ไฮโดรเจนใน 5-ไซยานินโดลจะทำปฏิกิริยาได้ดีเช่นกัน N-ไซยาโนไนโตรเจนสามารถออกซิไดซ์พันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจนที่อยู่ติดกัน ตัวกลางออกซิไดซ์เหล่านี้ได้รับการพัฒนาโดยปฏิกิริยาอื่นๆ (เช่น ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจน ไนเตรต เป็นต้น) ปฏิกิริยาของ Mo(CO)6 บน Cp2Fe และตัวกลางของไนโตรเจนออกไซด์ที่ผลิตได้อาจให้สารรีดิวซ์ที่แรงกว่า ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกันสามารถมีบทบาทสำคัญได้
2. วิธีปฏิกิริยาการมีเพศสัมพันธ์ของซูซูกิ:
วิธีการเกิดปฏิกิริยาการมีเพศสัมพันธ์ของซูซูกิเป็นปฏิกิริยาที่สำคัญที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งสามารถใช้ในการสร้างโครงกระดูกของสารประกอบวงแหวนอะโรมาติก 5-ไซยาโนอินโดลสามารถสังเคราะห์ได้ด้วยปฏิกิริยานี้ ข้อดีของวิธีนี้คือวัตถุดิบมีราคาค่อนข้างถูกและสภาวะของปฏิกิริยานั้นควบคุมได้ง่าย แต่จำเป็นต้องมีตัวทำละลายอินทรีย์
(1) ขั้นแรก ต้องเตรียมวัสดุ ได้แก่ 5-Bromoindole, 5-Cyano-1,3-dimethylpyrimidine-2,4-dione, แพลเลเดียมอะซิเตต (Pd(OAc)2), ฟอสฟีนลิแกนด์ (เช่น ฟอสฟีนหรือฟอสไฟต์), อัลคาไล (เช่น โซเดียมเบนโซเอตหรือโซเดียมคาร์บอเนต), ตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่น ไดเมทิลซัลฟอกไซด์คลอไรด์, อะซีโตไนไตรล์ หรือไดคลอโรมีเทน) และน้ำ
(2) ละลาย 5-Bromoindole, 5-Cyano-1,3-dimethylpyrimidine-2,4-dione และ Phosphine ligands ในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น ไดเมทิลซัลฟอกไซด์คลอไรด์ อะซีโตไนไทรล์ หรือไดคลอโรมีเทน และเติมอัลคาไลภายใต้สภาวะการแช่แข็ง ตัวอย่างเช่น ละลาย 5-Bromoindole (0.5mmol), {{10}}Cyano-1,3-dimethylpyrimidine-2,{ {14}}ไดโอน (0.6 มิลลิโมล), ฟอสฟีนลิแกนด์ (เช่น TRIPHOS, {{20}}.9mol เปอร์เซ็นต์ ) และโซเดียมคาร์บอเนต (2.0eq) ใน CH3CN คนจนละลายหมด จากนั้นเติมโซเดียมคาร์บอเนต (2.0 eq) ที่ -78 องศา
(3) เติม Palladium acetate (Pd(OAc)2) ลงในระบบปฏิกิริยาแล้วคนให้เข้ากัน ตัวอย่างเช่น เติมแพลเลเดียมอะซิเตต (1.0 โมลเปอร์เซ็นต์ ) ลงในส่วนผสมข้างต้นแล้วกวนปฏิกิริยาที่ระดับ -78
(4) ส่วนผสมของปฏิกิริยาจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิห้องหรือ 70 องศาภายใต้ตัวควบคุมอุณหภูมิ และทำปฏิกิริยาเป็นเวลา 1-2 ชั่วโมง หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ส่วนผสมของปฏิกิริยาจะถูกกรอง และส่วนผสมของปฏิกิริยาจะถูกแยกออกและสกัดด้วยน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์
(5) สกัดและทำให้ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย 5-Cyanoindole บริสุทธิ์จากเกลืออนินทรีย์และสิ่งเจือปนอื่นๆ ด้วยคอลัมน์โครมาโตกราฟีหรือเทคนิคการแยกอื่นๆ ตัวอย่างเช่น โดยการใช้ซิลิกาเจล คอลัมน์โครมาโตกราฟี ผลิตภัณฑ์เป้าหมายถูกแยกออกจากสิ่งเจือปนในคอลัมน์โครมาโทกราฟี และแสดงคุณลักษณะด้วยวิธีเช่น NMR
โดยสรุป ขั้นตอนในการสังเคราะห์ 5-Cyanoindole by Suzuki coupling reaction นั้นง่ายมาก แต่ควรให้ความสนใจกับการเลือกสภาวะและวัสดุของปฏิกิริยา
3. วิธีปฏิกิริยาของ Friedel-Crafts:
ปฏิกิริยา Friedel-Crafts (ปฏิกิริยา Fujiwara-Moritani) เป็นวิธีการสังเคราะห์สารอินทรีย์สำหรับการสังเคราะห์สารอะโรเมติกส์ผ่านปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนของ imines และ aryl sulfides เป็นปฏิกิริยาการหมุนเวียนที่เชื่อมโยงวงแหวนอิมิดาโซลหรือไพโรลกับวงแหวนอัลดีไฮด์หรือคีโตนเพื่อสร้างอะโรมาติกเอมีนที่มีเฮเทอโรไซเคิล 5-ไซยาโนอินโดลเป็นสารประกอบเอไมด์ที่มีไนโตรเจนเฮเทอโรไซเคิล ซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้โดยปฏิกิริยาของฟรีเดล-คราฟต์ ข้อดีของวิธีนี้คือคุณสมบัติทางเคมีของวัตถุดิบค่อนข้างคงที่ และโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ที่ได้จะค่อนข้างเสถียร อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องให้ความสนใจกับการเลือกสภาวะการเกิดปฏิกิริยาระหว่างการทำงาน
ขั้นตอนโดยละเอียดของวิธีปฏิกิริยาของ Friedel-Crafts มีดังนี้:
(1.) การเตรียมสารตั้งต้น: เติม 5-Cyanoindole และตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีฟอร์มาลดีไฮด์ลงในขวดสามคอที่สะอาดและแห้ง ในประเด็นนี้ ตัวทำละลายอินทรีย์สามารถเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ชนิดปราศจากน้ำ เช่น ไนไตรล์ อีเทอร์ เอสเทอร์ ฯลฯ แต่ควรใช้ความระมัดระวังในการเลือกขั้วของตัวทำละลายและความเข้ากันได้ของสารตั้งต้น
(2.) ปฏิกิริยาการให้ความร้อน: ใส่ขวดสามคอลงในอ่างน้ำมันร้อน ขั้นแรกให้ความร้อนส่วนผสมของสารตั้งต้นด้วยอุณหภูมิต่ำ แล้วจึงค่อยๆ ให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เกิดปฏิกิริยา เวลาตอบสนองโดยทั่วไปคือ 15-60 นาที อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับปฏิกิริยานี้โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 100-140 องศา ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้สำหรับสารตั้งต้นที่แตกต่างกัน
(3.) การแยกผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา: หลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้น ให้ทำให้ส่วนผสมของปฏิกิริยาเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง เติมน้ำจำนวนมากและสีอินทรีย์ จากนั้นปรับค่า pH ให้เป็นกลางด้วยสารละลายกรดหรือกรดไฮโดรคลอริก เฟสอินทรีย์และเฟสที่มีน้ำถูกแยกออกจากกัน และเฟสอินทรีย์ถูกทำให้แห้งเหนือแอนไฮดรัส โซเดียม ซัลเฟตและจากนั้นทำให้เข้มข้นจนแห้ง ผลิตภัณฑ์สามารถแยกออกและทำให้บริสุทธิ์ได้ด้วยวิธีคอลัมน์โครมาโตกราฟีและอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน
โดยสรุป ปฏิกิริยาฟรีเดล-คราฟต์เป็นวิธีการสังเคราะห์ที่สำคัญ ซึ่งเหมาะสำหรับการสังเคราะห์อะโรมาติกเอมีนจากสารประกอบเฮเทอโรไซคลิก สำหรับสารประกอบที่มีไนโตรเจน เฮเทอโรไซคลิกเอไมด์ เช่น 5-ไซยาโนอินโดล ปฏิกิริยานี้มีความเกี่ยวข้องสูงและสามารถทำให้เกิดการสังเคราะห์แบบไซเคิลไลเซชัน ซึ่งมีค่าการใช้งานบางอย่างสำหรับการวิจัยในสาขานี้
4. วิธีการทำปฏิกิริยาเชิงเส้น:
วิธีการทำปฏิกิริยาเชิงเส้นคือวิธีการแปลงโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกให้เป็น DNA หรือ RNA ที่ทำให้เป็นเส้นตรง ซึ่ง 5-Cyanoindole เป็นรีเอเจนต์ปฏิกิริยาที่ใช้กันทั่วไป วัตถุดิบที่ใช้ในปฏิกิริยาคือเบนซิลแอลกอฮอล์และโซเดียมไซยาโนไฮดรอกไซด์ และ 5-ไซยาโนอินโดลถูกสังเคราะห์เพิ่มเติมโดยปฏิกิริยาไซคไลเซชัน ข้อดีของวิธีนี้คือวัตถุดิบหาง่ายและต้นทุนต่ำ และเหมาะสำหรับการวิเคราะห์กรดนิวคลีอิกและการวิจัยด้านต่างๆ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดกับเงื่อนไขการหมุนเวียนในระหว่างกระบวนการใช้งานเพื่อดูว่าสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่เป็นวงจรได้หรือไม่
วิธีการทำปฏิกิริยาเชิงเส้นของ 5-Cyanoindol และขั้นตอนโดยละเอียด
(1) เพิ่ม DNA หรือ RNA เป้าหมายลงในบัฟเฟอร์ที่มี 5-Cyanoindole โดยปกติจะใช้ Tris buffer ที่มีค่า pH 8.5 5-Cyanoindole เป็นรีเอเจนต์เชื่อมโยงข้ามโฟโตเคมีคอลที่แรง ซึ่งสามารถสร้างสารเชิงซ้อนที่มี NC จับกับเบสของกรดนิวคลีอิก ส่งผลให้เกิดการเชื่อมโยงข้ามระหว่างสายกรดนิวคลีอิก
(2) ให้ส่วนผสมของปฏิกิริยาสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลต 365 นาโนเมตร และผ่านการกระทำของแสงอัลตราไวโอเลต 5-ไซยาโนอินโดลสร้างการเชื่อมโยงโควาเลนต์กับเบสใน DNA หรือ RNA ซึ่งจะทำให้ได้เส้นตรง
(3) เพิ่มบัฟเฟอร์การโหลดเจล ชาร์จผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาและวิ่งเข้าไปในเจล agarose เพื่อแยกอิเล็กโตรโฟรีซิส เนื่องจาก DNA หรือ RNA เชิงเส้นทำให้เกิดแถบเดียวในเจล จึงเป็นไปได้ที่จะแยกชิ้นส่วนเชิงเส้นของ DNA หรือ RNA ด้วยการแยกด้วยไฟฟ้า
โดยทั่วไป วิธีการข้างต้นใช้เพื่อสังเคราะห์ 5-ไซยาโนอินโดล ซึ่งมีข้อดีและข้อเสียต่างกันไป ในการใช้งานจริง จำเป็นต้องเลือกวิธีที่เหมาะสมที่สุดตามผลิตภัณฑ์ที่ต้องการจริง