5-ציאנואינדולהיא תרכובת אורגנית חשובה בשימוש נרחב במחקר של מולקולות ביו-אקטיביות בתחום הרפואה. להלן נציג מספר שיטות סינתטיות של 5-Cyanoindole.
הקישור של 5-ציאנואינדול:
1. שיטת התגובה של ברגמן:
התגובה של השיטה היא שימוש באלקנים כחומרי גלם ליצירת תרכובות טבעת ארומטיות באמצעות תגובת דהידרוגנציה. 5-ניתן ליצור סינתזה של ציאנואינדול בדרך זו. חומרי הגלם המשמשים בתגובה הם דיאתיל טרפתלט ו-2-פנילאצטילן. לאחר ששתי התרכובות לעיל מוקרנות באור אולטרה סגול, נוצרים תוצרי ביניים, ולבסוף 5-נוצר ציאנואינדול באמצעות תגובת מחזור. היתרון בשיטה זו הוא שתנאי התגובה קלים יחסית ויעילות הסינתזה גבוהה, אך חומרי הגלם יקרים והעלות גבוהה.
השלבים של תגובת ברגמן:
שלב 1: הכנת 5-ציאנידול וכסף טריפלואורואצטט:
בתנאי מעבדה, {{0}} ציאנידול וטריפלואורואצטט כסף מעורבבים, בדרך כלל בסדר גודל של 0.1 ממול. הוסף באיטיות תמיסת דימתיל סולפוקסיד (DMSO) במאייד סיבובי וערבב לערבוב, המשך להתחמם ל-60 מעלות עד שכל המצעים נמסים. נוספו פי שניים יותר טריפלואורואצטט מכסף מאשר המצע.
שלב 2: תגובת ריפלוקס:
תערובת התגובה חוממה במשך שעה אחת ועברה ריפלוקס כדי לשמור על הטמפרטורה יציבה ב-60 מעלות.
שלב 3: הידרוליזה:
לאחר התגובה התקררה התמיסה המעורבת לטמפרטורת החדר, והוספה באיטיות כמות מתאימה של מים לערבוב, והמוצר חולץ עם תמיסה מתאימה (כגון אצטון). בתהליך זה, עקב הקוטביות של הקשר הכפול המאפיין את 5-שלד הציאנידול, חילוץ המוצר הופך לבעייתי יותר.
שלב 4: התרכז:
רכזו את המוצר שחולץ בלחץ מופחת, שטפו את המוצר שוב ושוב עם מסנן ומים טהורים, לאידו ולייבש אותו.
תגובת ברגמן היא תגובת מחזור תוך-מולקולרית חשובה, ולמנגנון התגובה שלה יש את שתי האפשרויות הבאות:
מנגנון 1: תגובת חמצון מימן/חמצן בולטת:
המנגנון של תגובת ברגמן כרוך בתגובת חמצון מימן/חמצן, וקשה להגדיר תגובת פחמן-פחמן במצב התוך מולקולרי זה. ביניהם, המצב החיסור של פחמן-מימן ב-5-ציאנידול הופך את התגובה הכללית והקלה יותר לתגובות מחזוריות. בתגובה זו, מידע על תהודה מגנטית גרעינית (NMR) אישר את ההמרה החמצונית של ה-N-ציאנוניטרוגן ב-5-ציאנידול לאטום החנקן-N-תת-וולנטי (oN≡C). ניתן להפחית את תחמוצות החנקן שנוצרות (oN≡C) לחומצות הקרבוקסיליות והאמינים המקבילות על ידי ריאגנטים הומוגניים והטרוגניים אחרים. בתהליך זה, גם זרז כימי הטרוגני (חומצה/בסיס) ממלא תפקיד חשוב.
מנגנון 2: תגובת חמצון מימן/חנקן בולטת:
ניתן להסביר את תגובת ברגמן גם על ידי תגובת חמצון מימן/חנקן. בתגובה זו, המצב המופחת של הפחמן-מימן ב-5-ציאנידול גם מגיב היטב. חנקן N-ציאנו יכול לחמצן קשרי פחמן-מימן סמוכים. תוצרי ביניים מחומצנים אלו מפותחים על ידי תגובות אחרות (כגון חמצון מימן, חנקה וכו'). התגובה של Mo(CO)6 על Cp2Fe ותוצרי הביניים של תחמוצת החנקן המיוצרים עשויה גם לספק חומר מפחית חזק יותר. תגובות העברת האלקטרונים המתאימות יכולות למלא תפקיד חשוב.
2. שיטת תגובת צימוד של סוזוקי:
שיטת תגובת הצימוד של סוזוקי היא תגובה חשובה בשימוש נרחב, שניתן להשתמש בה כדי לבנות את השלד של תרכובות טבעות ארומטיות. 5-ניתן ליצור סינתזה של ציאנואינדול על ידי תגובה זו. היתרון בשיטה זו הוא שחומרי הגלם זולים יחסית ותנאי התגובה קלים לשליטה, אך נדרש ממס אורגני.
(1) ראשית, יש להכין חומרים, כולל 5-ברומואינדול, 5-ציאנו-1,3-dimethylpyrimidine-2,4-dion, פלדיום אצטט (Pd(OAc)2), ליגנדים של פוספין (כגון פוספין או פוספיט), אלקלי (כגון נתרן בנזואט או נתרן קרבונט), ממיסים אורגניים (כגון דימתיל סולפוקסיד כלוריד, אצטוטריל או דיכלורומתאן) ומים.
(2) ממיסים 5-ברומואינדול, 5-ציאנו-1,3-דימתיל-פירימידין-2,4-דיון ופוספין בממס אורגני כגון דימתיל סולפוקסיד כלוריד, אצטוטריל או דיכלורומתאן, והוסף אלקלי בתנאים קריוגניים. לדוגמה, ממיסים 5-ברומואינדול (0.5 ממול), {{10}}ציאנו-1,3-דימתיל-פירימידין-2,{ {14}}דיון (0.6 ממול), ליגנדים של פוספין (כגון TRIPHOS, {{20}}.9mol אחוז) ונתרן קרבונט (2.0 eq) ב-CH3CN, בוחשים עד להמסה מלאה , ולאחר מכן הוסיפו נתרן קרבונט (2.0 eq) ב--78 מעלות .
(3) הוסף פלדיום אצטט (Pd(OAc)2) למערכת התגובה וערבב לערבוב. לדוגמה, הוסיפו פלדיום אצטט (1.0 מול אחוז) לתערובת שלמעלה וערבבו את התגובה ב--78 מעלות.
(4) תערובת התגובה תחומם לטמפרטורת החדר או 70 מעלות תחת בקר טמפרטורה, ותגיב במשך 1-2 שעות. לאחר סיום התגובה, תערובת התגובה מסוננת, ותערובת התגובה מופרדת ומחולצת עם מים וממס אורגני.
(5) חלץ וטהר את מוצר היעד 5-ציאנואינדול ממלחים אנאורגניים ומזיהומים אחרים על ידי כרומטוגרפיה עמודה או טכניקות הפרדה אחרות. לדוגמה, על ידי שימוש בכרומטוגרפיה של עמודת סיליקה ג'ל, תוצר המטרה מופק מהזיהומים בכרומטוגרפיה העמודה, ומאופיין באמצעים כגון NMR.
לסיכום, השלבים לסינתזה של 5-תגובת צימוד של Cyanoindole על ידי סוזוקי הם פשוטים מאוד, אך יש לשים לב לבחירת תנאי התגובה והחומרים.
3. שיטת התגובה של פרידל-קרפטס:
תגובת פרידל-קרפטס (תגובת פוג'יווארה-מוריטאני) היא שיטת סינתזה אורגנית לסינתזה של ארומטים באמצעות תגובת החלפה של אימינים ואריל סולפידים. זוהי תגובת מחזוריות המקשרת בין טבעת אימידאזול או פירול עם טבעת אלדהיד או קטון כדי ליצור אמין ארומטי המכיל הטרוציקל. 5-ציאנואינדול הוא תרכובת אמידה עם הטרו-מחזור חנקן, שניתן לסנתז על ידי תגובת פרידל-קרפטס. היתרון בשיטה זו הוא שהתכונות הכימיות של חומרי הגלם יציבות יחסית, ומבנה המוצר המתקבל יציב יחסית. עם זאת, יש צורך לשים לב לבחירת תנאי התגובה במהלך הפעולה.
השלבים המפורטים של שיטת התגובה של Friedel-Crafts הם כדלקמן:
(1.) הכנת מגיבים: הוסף 5-ציאנואינדול וממס אורגני המכילים פורמלדהיד לבקבוק נקי ויבש בעל שלוש צוואר. כאשר הממס האורגני יכול להיות ממיסים אורגניים נטול מים כגון ניטרילים, אתרים, אסטרים וכו', אך יש להקפיד לבחור את הקוטביות של הממס ואת התאימות של המגיבים.
(2.) תגובת חימום: הכניסו את הבקבוק בעל שלוש הצווארים לאמבט שמן חם, חממו תחילה את תערובת המגיבים בטמפרטורה נמוכה, ולאחר מכן חממו אותה בהדרגה לטמפרטורת התגובה. זמן התגובה הוא בדרך כלל 15-60 דקות. טמפרטורת התגובה האופטימלית עבור תגובה זו היא בדרך כלל בין 100-140 מעלות, אשר ניתן לכוונן עבור מגיבים שונים.
(3.) הפרדת תוצרי תגובה: לאחר השלמת התגובה, מצננים את תערובת התגובה לטמפרטורת החדר, מוסיפים כמות גדולה של מים וצבע אורגני, ולאחר מכן כוונו את ה-pH לנייטרלי עם תמיסה מימית חומצה או חומצה הידרוכלורית. השלב האורגני והפאזה המימית הופרדו, והפאזה האורגנית יובשה על נתרן גופרתי נטול מים ולאחר מכן רוכזה ליובש. ניתן להפריד את המוצר ולטהר באמצעות כרומטוגרפיה עמודה וכדומה.
לסיכום, תגובת Friedel-Crafts היא שיטה סינתטית חשובה, המתאימה לסינתזה של אמינים ארומטיים מתרכובות הטרוציקליות. עבור תרכובות עם אמידים הטרוציקליים חנקן כגון 5-Cyanoindole, לתגובה זו יש יישום חזק ויכולה לממש סינתזת מחזור, שיש לה ערך יישום מסוים למחקר בתחום זה.
4. שיטת תגובת לינאריזציה:
שיטת התגובה הליניאריזציה היא שיטה להמרת מולקולות חומצת גרעין ל-DNA או RNA ליניאריזציה, שבה 5-Cyanoindole הוא מגיב תגובה נפוץ. חומרי הגלם המשמשים בתגובה הם אלכוהול בנזיל ונתרן ציאנו הידרוקסיד, ו5-ציאנונדול מסונתז עוד יותר על ידי תגובת מחזור. היתרון בשיטה זו הוא שחומרי הגלם קלים להשגה והעלות נמוכה, והיא מתאימה לתחומי ניתוח ומחקר שונים של חומצות גרעין. עם זאת, יש צורך לשים לב היטב לתנאי המחזוריות במהלך תהליך השימוש כדי לראות אם ניתן ליצור מוצרים מחזוריים.
שיטת תגובת הליניאריזציה של 5-Cyanoindole והשלבים המפורטים שלו.
(1) הוסף את ה-DNA או ה-RNA היעד למאגר המכיל 5-Cyanoindole, בדרך כלל באמצעות חיץ Tris עם pH 8.5. 5-ציאנואינדול הוא מגיב חיבור צולב פוטוכימי חזק, שיכול ליצור קומפלקס עם קישור NC עם בסיסי חומצת גרעין, וכתוצאה מכך חיבור צולב בין גדילי חומצת גרעין.
(2) חשפו את תערובת התגובה לאור אולטרה סגול של 365 ננומטר, ובאמצעות פעולת האור האולטרה סגול, 5-ציאנואינדול יוצר קישור קוולנטי עם הבסיס ב-DNA או RNA, ובכך משיג ליניאריזציה.
(3) הוסף חיץ טעינת ג'ל, טען את תוצר התגובה והפעל אותו לתוך ג'ל האגרוז להפרדת אלקטרופורזה. מכיוון ש-DNA או RNA ליניארי מייצר פס בודד בג'ל, ניתן להפריד קטעים ליניאריים של DNA או RNA על ידי הפרדה אלקטרופורטית.
באופן כללי, השיטות שלמעלה משמשות כולן לסינתזה של 5-Cyanoindole, ויש להן יתרונות וחסרונות משלהן. ביישום מעשי, יש צורך לבחור את השיטה המתאימה ביותר בהתאם למוצר הנדרש בפועל.