4-aminotetrahydropiran(oksolan-3-amina) to ważny nasycony azot-zawierający tlen i związek heterocykliczny. Jego strukturę molekularną można uznać za atom wodoru w pierścieniu tetrahydrofuranu (sześcio-pierścień zawierający tlen-) zastąpiony grupą aminową (-NH₂). Związek ten ma stabilność cyklicznego eteru i reaktywność aminy pierwszorzędowej, występując w postaci cieczy od bezbarwnej do bladożółtej, o pewnej zasadowości i zdolnej do tworzenia soli z kwasami. Jako kluczowy chiralny syntetyczny element budulcowy i farmaceutyczny półprodukt, jego unikalna sztywna struktura cykliczna oraz współistnienie grupy aminowej i wiązania eterowo-tlenowego sprawiają, że ma on duże znaczenie w projektowaniu cząsteczek leków, zwłaszcza w konstruowaniu złożonych struktur molekularnych o specyficznych aktywnościach biologicznych, odgrywając niezastąpioną rolę w szlakach syntezy leków heterocyklicznych zawierających azot i produktów naturalnych.
|
|
|
|
Wzór chemiczny |
C5H11NO |
|
Dokładna masa |
101 |
|
Masa cząsteczkowa |
101 |
|
m/z |
101 (100.0%), 102 (5.4%) |
|
Analiza elementarna |
C, 59.37; H, 10.96; N, 13.85; O, 15.82 |
4-aminotetrahydropiranjest kluczowym heterocyklicznym związkiem organicznym ze stabilną-członową strukturą pierścieniową zawierającą tlen-i aktywnymi aminowymi grupami funkcyjnymi. Jego unikalna struktura molekularna zapewnia mu dobrą reaktywność chemiczną, modyfikowalność strukturalną i biokompatybilność, dzięki czemu może odgrywać niezastąpioną rolę w syntezie farmaceutycznej, badaniach biologicznych, chemii materiałów, produkcji rolnej, chemii żywności i innych dziedzinach. Szczegółowe rozszerzone zastosowania w różnych dziedzinach są następujące:
1. Syntetyczne leki peptydowe i białkowe
Oxolan-3-amina służy jako cenny i podstawowy element strukturalny w syntezie leków peptydowych i białkowych. Sztywna i stabilna struktura pierścienia tetrahydropiranowego w cząsteczce może skutecznie optymalizować przestrzenną konformację cząsteczek leku, podczas gdy aktywna grupa aminowa może uczestniczyć w reakcjach kondensacji wiązań peptydowych, ułatwiając wydajną konstrukcję złożonych szkieletów molekularnych peptydów i białek.
W nowoczesnym projektowaniu leków badacze często wprowadzają jednostki strukturalne oksolano-3-aminy do cząsteczek leków, aby zastąpić tradycyjne elastyczne łańcuchy alkilowe lub niestabilne struktury heterocykliczne, co może znacząco poprawić stabilność metaboliczną, biodostępność po podaniu doustnym i specyficzność wiązania docelowego leków.
Ze względu na tę cechę jest szeroko stosowany w syntezie wielu kategorii leków biomedycznych, w tym celowanych antybiotyków, adiuwantów szczepionek polipeptydowych, rekombinowanych regulatorów czynników wzrostu i leków będących analogami neuroprzekaźników.
W leczeniu klinicznym pochodne leki obejmują leczenie nieuleczalnych nowotworów złośliwych, przewlekłych chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona, oraz ogólnoustrojowych zaburzeń metabolicznych, w tym cukrzycy i zaburzeń metabolizmu lipidów. Co więcej, można go również zastosować do strukturalnej modyfikacji nowych polipeptydowych-leków przeciwnowotworowych, zmniejszając toksyczne i uboczne skutki leków na normalne komórki ludzkie oraz poprawiając indeks terapeutyczny leków klinicznych.
2. Badanie struktury białek
W dziedzinie biologii strukturalnej i badań nad inżynierią białek oksolan-3-amina jest ważnym narzędziem sztucznej modyfikacji cząsteczek białek.
Dzięki dojrzałym szczepieniom chemicznym i technologiom modyfikacji-specyficznej miejscowo badacze mogą precyzyjnie wprowadzić grupy oksolano-3-aminowe do określonych miejsc aminokwasowych białek wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych.
Wprowadzenie tej sztywnej struktury heterocyklicznej może skutecznie regulować drugorzędowe i trzeciorzędowe struktury przestrzenne białek, zmieniać hydrofobowość, hydrofilowość i charakterystykę zawady przestrzennej powierzchni molekularnych białek, a także dodatkowo regulować wydajność zwijania, stabilność i stan polimeryzacji białek.
Porównując różnice strukturalne i zmiany aktywności między białkami modyfikowanymi i białkami naturalnymi, badacze mogą dogłębnie zbadać korelację między strukturą białka a funkcją biologiczną. Obecnie ta technologia modyfikacji znalazła szerokie zastosowanie w dynamicznych badaniach kluczowych białek, takich jak białka enzymatyczne, białka receptorowe i białka przekazujące sygnał. Może monitorować zmiany konformacyjne białek w czasie rzeczywistym podczas metabolizmu komórkowego i przekazywania sygnału, ujawniać kinetyczny mechanizm aktywacji, inaktywacji i interakcji białek oraz zapewniać ważne podstawy teoretyczne do wyjaśniania czynności życiowych i badania przesiewowego nowych celów leków.
3. Synteza sond fluorescencyjnych
oksolan-3-amina jest ważnym syntetycznym prekursorem-wysokich biologicznych sond fluorescencyjnych. Jego molekularna grupa aminowa może skutecznie łączyć się z fluorescencyjnymi chromoforami, takimi jak kumaryna, fluoresceina i rodamina, a pierścień tetrahydropiranowy może poprawiać rozpuszczalność w wodzie i biokompatybilność cząsteczek sondy oraz zmniejszać niespecyficzne wiązanie z tkankami biologicznymi. Sondy fluorescencyjne syntetyzowane na bazie oksolanu-3-aminy mają zalety niskiej toksyczności biologicznej, silnej zdolności przeciwzakłóceniowej i stabilnego sygnału fluorescencyjnego, które znacznie przewyższają tradycyjne proste sondy fluorescencyjne.
W badaniach biologicznych i medycznych takie sondy umożliwiają{{0}czułe wykrywanie i analizę ilościową małych aktywnych cząsteczek (takich jak reaktywne formy tlenu, aminokwasy i jony metali) oraz białek funkcjonalnych w żywych komórkach i tkankach biologicznych. Ponadto można ich używać do śledzenia położenia docelowych biomolekuł w czasie rzeczywistym{{2}, dynamicznego monitorowania interakcji białek-białek i białek-małych cząsteczek oraz-dogłębnej analizy proliferacji komórek, apoptozy, metabolizmu i innych procesów kinetycznych. Stanowią podstawowe narzędzia pomocnicze do obrazowania komórek, śledzenia tkanek in vivo i badań struktury subkomórkowej i są szeroko stosowane w podstawowych badaniach biologicznych, badaniu mechanizmów patologicznych i przedklinicznych badaniach przesiewowych leków.
4. Syntetyczne pestycydy i herbicydy
W dziedzinie agrochemii,4-aminotetrahydropiranto kluczowa cykliczna jednostka strukturalna służąca do syntezy-wydajnych i nisko-toksycznych zielonych pestycydów i herbicydów. Stabilną, zawierającą tlen-heterocykliczną strukturę oksolanu-3-aminy można osadzić w strukturze molekularnej środków agrochemicznych, co może znacznie zwiększyć powinowactwo molekularne pestycydów i herbicydów do docelowych szkodników roślin i miejsc fizjologicznych chwastów, a także poprawić skuteczność leku i stabilność środowiskową. Modyfikując i przekształcając w pochodne oksolano-3-aminę, badacze mogą syntetyzować różnorodne ukierunkowane insektycydy, grzybobójcze i selektywne herbicydy.
Wśród nich pochodzące z niego środki grzybobójcze mogą skutecznie hamować rozmnażanie i infekcję grzybów chorobotwórczych dla roślin, takich jak mączniak prawdziwy i rdza; ukierunkowane insektycydy mogą działać na układ nerwowy i układ metaboliczny szkodników upraw, aby zapewnić skuteczne usuwanie szkodników; selektywne herbicydy mogą dokładnie hamować wzrost złośliwych chwastów, nie uszkadzając sadzonek roślin uprawnych. Ta seria produktów agrochemicznych może skutecznie zwalczać choroby upraw, szkodniki owadzie i zagrożenia związane z chwastami, zmniejszać straty produktów rolnych oraz znacznie poprawiać plony i jakość zbóż, warzyw i roślin dochodowych, a niska-pozostała struktura spełnia również wymagania rozwojowe współczesnego zielonego rolnictwa ekologicznego.
5. Syntetyczne materiały polimerowe
Oxolan-3-amina to doskonały monomer funkcjonalny i surowiec modyfikacyjny do wytwarzania wysokowydajnych materiałów polimerowych. Opierając się na podwójnej reaktywności grup aminowych i stabilności strukturalnej pierścieni tetrahydropiranowych, może on brać udział w reakcjach polimeryzacji, takich jak polikondensacja i polimeryzacja addycyjna, a także być szczepiony i modyfikowany na powierzchni różnych materiałów polimerowych, aby nadać materiałom unikalne właściwości funkcjonalne. Obecnie z powodzeniem zastosowano ją do wytwarzania inteligentnych hydrożeli, funkcjonalnych folii polimerowych, nanomateriałów biomedycznych i kompozytowych materiałów polimerowych.
Materiały polimerowe modyfikowane oksolano-3-aminą charakteryzują się doskonałą biokompatybilnością, elastycznością mechaniczną, reakcją na środowisko i stabilnością chemiczną. W dziedzinie biomedycyny przygotowane hydrożele można stosować jako nośniki leków o przedłużonym uwalnianiu, rusztowania inżynierii tkankowej i materiały opatrunkowe, które mogą realizować powolne uwalnianie leków i wspomagać naprawę tkanek; w dziedzinie nauk o środowisku funkcjonalizowane materiały polimerowe mogą być stosowane do adsorpcji i oczyszczania jonów metali ciężkich i zanieczyszczeń organicznych w zbiornikach wodnych; ponadto uzyskane materiały nanokompozytowe mają również szerokie perspektywy zastosowania w czujnikach biologicznych i elastycznych urządzeniach do noszenia.
6. Przyprawy syntetyczne i przyprawy
W przemyśle spożywczym i aromatyzującym oksolano-3-amina jest ważnym półproduktem do syntezy heterocyklicznych związków smakowo-zapachowych. Może ulegać reakcjom cyklizacji, kondensacji i utleniania z aldehydami, ketonami i związkami zawierającymi siarkę w celu syntezy różnych kluczowych substancji smakowych, takich jak pirazyna, tiazol i pochodne piranu. Te związki heterocykliczne mają bogate i unikalne właściwości aromatyczne, w tym aromaty orzechowe, palone, owocowe i mięsne, a także mają silne działanie wzmacniające zapach i modyfikujące smak.
Przyprawy i dodatki syntetyzowane z oksolanu-3-aminy są bezpieczne, stabilne i niełatwe do ulatniania się i są szeroko stosowane w przetwórstwie żywności, mieszaniu napojów, aromatyzowaniu tytoniu i przyprawach cateringowych. Skutecznie poprawiają smak i aromat wypieków, przekąsek, napojów funkcjonalnych i wyrobów tytoniowych, tuszują specyficzny zapach surowców oraz poprawiają nawarstwianie i trwałość smaku, który jest niezbędnym surowcem w nowoczesnym przemyśle aromatów spożywczych i codziennych zapachów.
7. Półprodukt chemiczny
Jako wszechstronny wysokowartościowy półprodukt chemiczny, oksolano-3-amina ma niezwykle wysoką wartość zastosowania w syntezie organicznej i przemyśle chemicznym. Aktywna pierwszorzędowa grupa aminowa i stabilna struktura pierścienia tetrahydropiranowego ułatwiają poddawanie się reakcjom konwersji grup funkcyjnych, takim jak alkilowanie, acylowanie i kondensacja, i można je wyprowadzić do różnych wysokowartościowych doskonałych produktów chemicznych.
W przemyśle farmaceutycznym i chemicznym można go wykorzystać do syntezy nowych atypowych leków przeciwdepresyjnych, leków przeciwwirusowych o szerokim-zakresie działania i przeciwzapalnych-bólów przeciwbólowych, a wprowadzona struktura tetrahydropiranu może poprawić rozpuszczalność leku i stabilność in vivo; w dziedzinie agrochemii można go dalej przetwarzać na wysoko-wydajne insektycydy i akarycydy o niskiej- pozostałościach; w przemyśle barwników może być stosowany jako modyfikator syntetycznych barwników organicznych, poprawiający trwałość koloru i siłę zabarwienia cząsteczek barwnika. Ponadto można go również stosować w syntezie dodatków do środków powierzchniowo czynnych i chemicznych środków pomocniczych, zapewniając ważne wsparcie surowcowe do ulepszania i iteracji różnych doskonałych produktów chemicznych.
Poniżej przedstawiono szczegółowe etapy trzech metod syntezy4-aminotetrahydropiran:
1. Metoda ochrony hydroksylu:
4-OH-THP + NaH → 4-H-THP + NaOH
4-H-THP + O2→ 4-COOH-THP + OH-
4-COOH-THP + NH2R → NH2THP + COOH-R
(1) Synteza trifenylometylotetrahydropiranolu (Tr-THP-OH):
W warunkach bezwodnych i w niskiej temperaturze (0 stopni) grupa hydroksylowa tetrahydropiranu (THP) jest zabezpieczana, zwykle przy użyciu trifenylometylowej grupy zabezpieczającej (Tr), w celu syntezy trifenylometylotetrahydropiranolu (Tr-THP-OH). Konkretne etapy obejmują: dodanie bezwodnego trifenylochlorometanu i zasad organicznych (takich jak NaH, NaNH2 itp.) do tetrahydropiranu, mieszanie w temperaturze 0 stopni przez kilka godzin w celu otrzymania alkoholu trifenylometylotetrahydropiranowego.
(2) Usuń trifenylometyl:
Dodać mocne kwasy (takie jak HCl, TFA itp.) do trifenylometylotetrahydropiranolu w celu reakcji usuwania trifenylometylu z wytworzeniem 4-hydroksytetrahydropiranolu.
(3) Utleniające grupy hydroksylowe i redukujące grupy karboksylowe:
Otrzymany 4-hydroksytetrahydropiran utlenia się do grup karboksylowych przy użyciu utleniaczy takich jak KMnO4, mCPBA itp., a następnie redukuje do grup aminowych przy użyciu środków redukujących takich jak NaBH4, DIBAL itp. w celu otrzymania 4Aminotetrahydropiran.
2. Metoda ochrony aminokwasów:
4-OH-THP + HCl → 4-Cl-THP + H2O
4-Cl THP + O2→ 4-COOH THP + Cl2
4-COOH-THP + NH2R → NH2THP + COOH-R
(1) Synteza dietytoksymetanu tetrahydropiranolu (DEM-THP-OH):
W warunkach bezwodnych i w niskiej temperaturze (0 stopni) grupa aminowa tetrahydropiranu jest zabezpieczana, zwykle przy użyciu dietyloksymetanu jako grupy zabezpieczającej w celu syntezy tetrahydropiranolu dietyloksymetanu (DEM-THP-OH). Konkretne etapy obejmują: dodanie bezwodnego dietoksymetanu i zasad organicznych (takich jak NaH, NaNH2 itp.) do tetrahydropiranu, mieszanie w temperaturze 0 stopni przez kilka godzin w celu otrzymania alkoholu dietoksymetanowo-tetrahydropiranowego.
(2) Usuwanie dietytoksymetanu:
Dodać mocne kwasy (takie jak HCl, TFA itp.) do dietyloksymetanu tetrahydropiranolu w celu przeprowadzenia reakcji usuwania dietyloksymetanu z wytworzeniem 4-hydroksytetrahydropiranolu.
(3) Utleniające grupy hydroksylowe i redukujące grupy karboksylowe:
Otrzymany 4-hydroksytetrahydropiran utlenia się do grup karboksylowych przy użyciu utleniaczy takich jak KMnO4, mCPBA itp., a następnie redukuje do grup aminowych przy użyciu środków redukujących takich jak NaBH4, DIBAL itp. w celu otrzymania 4Aminotetrahydropiran.
3. Metoda związków cyklicznych:
CbzOH + H+→ CbzH + OH-
CbzH + O2→ CbzCOOH + OH-
CbzCOOH + NH2R → NH2Cbz + COOH-R
(1) Synteza związków cyklicznych: Najpierw zsyntetyzuj związki cykliczne, takie jak cyklobutanon (Cbz) i poddaj reakcji z 4-hydroksytetrahydropiranem, aby otrzymać tetrahydropiranol cyklobutanonu (Cbz THP OH). Konkretne etapy obejmują reakcję cyklobutanonu z bezwodnym tetrahydropiranem pod działaniem zasady organicznej w celu otrzymania alkoholu cyklobutanonu tetrahydropiranowego.
(2) Usuwanie Cbz: Dodawanie mocnych kwasów (takich jak HCl, TFA itp.) do cyklobutanonu tetrahydropiranolu w celu reakcji usuwania Cbz z wytworzeniem 4-aminotetrahydropiranolu.
(3) Deaminacja: Otrzymany 4 aminotetrahydropiran utlenia się do grup karboksylowych przy użyciu utleniaczy, takich jak KMnO4, mCPBA itp., a następnie redukuje do grup aminowych przy użyciu środków redukujących, takich jak NaBH4, DIBAL itp. w celu otrzymania4-aminotetrahydropiran.
Podstawowe zastosowania w nowoczesnym projektowaniu leków
Rozwój leków przeciwnowotworowych
Grupa aminowa oksolanu-3-aminy może brać udział w tworzeniu wiązań amidowych, tworząc analogi peptydowe o aktywności biologicznej. Na przykład przy projektowaniu inhibitorów proteasomów sztywna struktura pierścienia piranowego symuluje konformację -wiechy łańcucha peptydowego, zwiększając zdolność wiązania cząsteczki z miejscem aktywnym proteasomu. Badania przedkliniczne wykazały, że związki posiadające ten szkielet wykazują nanomolową aktywność hamującą wobec linii komórkowych szpiczaka mnogiego, a mechanizm ich działania polega na blokowaniu szlaku degradacji białek, w którym pośredniczy proteasom.
Optymalizacja leków przeciwdrobnoustrojowych
Aby sprostać potrzebom leczenia bakterii-lekoopornych, badacze włączyli oksolan-3-aminę do struktury antybiotyków -laktamowych. Atom eterowego tlenu pierścienia piranowego może symulować naturalną konformację substratu białka wiążącego penicylinę (PBP), podczas gdy grupa aminowa zwiększa powinowactwo z miejscem aktywnym PBP poprzez wiązania wodorowe. Zmodyfikowany antybiotyk osiągnął minimalne stężenie hamujące (MIC) wynoszące 0,125 µg/ml wobec opornego na metycylinę Staphylococcus aureus (MRSA), które było 8 razy wyższe niż w przypadku tradycyjnych leków.
Innowacje w systemach dostarczania leków
Lipofilowy charakter tego związku czyni go idealnym nośnikiem do projektowania proleków. Łącząc leki-przeciwnowotworowe z pochodną kwasu karboksylowego oksolanu-3-aminy, można znacznie poprawić przepuszczalność błony leku. Na przykład, akumulacja proleku estru paklitakselu i piranu w tkankach nowotworowych jest 3,2 razy większa niż w przypadku leku macierzystego. Mechanizm obejmuje ukierunkowane uwalnianie wyzwalane przez esterazę i zwiększony wychwyt komórkowy za pośrednictwem pierścienia piranowego.
Perspektywy na przyszłość: od narzędzi molekularnych po medycynę precyzyjną
Wraz z integracją chemii obliczeniowej i biologii syntetycznej zakres zastosowań oksolanu-3-aminy rozszerza się. Wirtualna platforma przesiewowa oparta na głębokim uczeniu zidentyfikowała sposób wiązania tego szkieletu z główną proteazą SARS-CoV-2, wyznaczając nowy kierunek rozwoju leków przeciwwirusowych. Co więcej, fabryka komórek drożdży zbudowana w technologii CRISPR-Cas9 może przeprowadzić biosyntezę oksolanu-3-aminy z glukozy, jeszcze bardziej obniżając koszty produkcji i promując spersonalizowaną produkcję leków.
Od jednostek strukturalnych naturalnych cukrów po aktywny rdzeń leków-przeciwnowotworowych – chemiczna podróż oksolanu-3-aminy jest przykładem chemicznej filozofii „struktura determinuje funkcję”. Dzięki przełomom w technologiach interdyscyplinarnych cząsteczka ta będzie nadal odgrywać kluczową rolę w innowacjach lekowych, zapewniając więcej rozwiązań dla zdrowia ludzkiego.
Popularne Tagi: 4-aminotetrahydropiran cas 38041-19-9, dostawcy, producenci, fabryki, hurtownia, zakup, cena, luzem, na sprzedaż