Parallel Synthesis of a Library of Acylsemicarbazides Using a Solution-Phase One-Pot Method and Their Evaluation as Crop-Protection Agents

Abstract

A solution-phase one-pot synthesis of a 40-member acylsemicarbazide library is outlined. The acylsemicarbazides were prepared by reacting various hydrazides with N,N′-carbonyldiimidazole (CDI) to generate 1,3,4-oxadiazole-2-one intermediates, which were then opened in situ with amines. Purification in the majority of cases was accomplished through filtration of the precipitated product in generally good yields and with ³ 95% purities. An analogous synthesis of acylthiosemicarbazides was accomplished using N,N′-thiocarbonyldiimidazole (TCDI). The library was then assayed for herbicidal, insecticidal, fungicidal and plant growth regulatory behavior.

Key words

acylsemicarbazides - acylthiosemicarbazides - 1,3,4-oxadiazol-2-one - solution phase - library - crop protection

References

• 1a Gante J. Synthesis  1989,  405 
• 1b Gibson C. Goodman SL. Hahn D. Hölzemann G. Kessler H. J. Org. Chem.  1999,  64:  7388 
• 1c Weber D. Berger C. Eickelmann P. Antel J. Kessler H. J. Med. Chem.  2003,  46:  1918 
• 2 Andurkar SV. Béguin C. Stables JP. Kohn H. J. Med. Chem.  2001,  44:  1475 
• 3a Wing KD. Science  1988,  241:  467 
• 3b Wing KD. Slawecki RA. Carlson GR. Science  1988,  241:  470 
• 4a Nakagawa Y. Smagghe G. Kugimiya S. Hattori K. Ueno T. Tirry L. Fujita T. Pestic. Sci.  1999,  55:  909 
• 4b Mulvihill MJ. Shaber SH. MacDougall BS. Ajello C. Martinez-Teipel B. Joseph R. Nguyen DV. Weaver DG. Chung K.-H. Gusev A. Wierenga JM. Mathis WD. Synthesis  2002,  53 
• 5 Wang Q. Huang R. Tetrahedron Lett.  2001,  42:  8881 
• For reviews on solid-phase organic synthesis, see:
• 6a Krchnák V. Holladay MW. Chem. Rev.  2002,  102:  61 
• 6b Lorsbach BA. Kurth MJ. Chem. Rev.  1999,  99:  1549 
• 6c Kobayashi S. Chem. Soc. Rev.  1999,  28:  1 
• 6d Brown AR. Hermkens PHH. Ottenheijm HCJ. Rees DC. Synlett  1998,  817 
• 6e Brown RCD. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1  1998,  3293 
• 6f Nefzi A. Ostresh JM. Houghten RA. Chem. Rev.  1997,  97:  449 
• 6g Thompson LA. Ellman JA. Chem. Rev.  1996,  96:  555 
• For reviews on liquid-phase organic synthesis, see:
• 7a Sun C.-M. Comb. Chem. High Throughput Screening  1999,  2:  299 
• 7b Wentworth P. Trends Biotechnol.  1999,  17:  448 
• 7c Wentworth P. Janda KD. Chem. Commun.  1999,  1917 
• 7d Gravert DJ. Janda KD. Chem. Rev.  1997,  97:  489 
• For reviews on solution-phase organic synthesis, see:
• 8a An H. Cook PD. Chem. Rev.  2000,  100:  3311 
• 8b Merritt AT. Comb. Chem. High Throughput Screening  1998,  1:  57 
• 8c Boger DL. Goldberg J. J. Comb. Chem.  2000,  303 
• 8d Coe DM. Storer R. Mol. Diversity  1999,  4:  31 
• 9a Peng SX. Henson C. Strojnowski MJ. Golebiowski A. Klopfenstein SR. Anal. Chem.  2000,  72:  261 
• 9b Chen Y. Bilban M. Foster CA. Boger DL. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  5431 
• 10a Curran DP. Angew. Chem. Int. Ed. Engl.  1998,  37:  1174 
• 10b Curran DP. Hadida S. J. Am. Chem. Soc.  1996,  118:  2531 
• 10c Curran DP. Hoshino M. J. Org. Chem.  1996,  61:  6480 
• 10d Studer A. Curran DP. Tetrahedron  1997,  53:  6681 
• 10e Studer A. Jeger P. Wipf P. Curran DP. J. Org. Chem.  1997,  62:  2917 
• 10f Curran DP. Hadida S. He M. J. Org. Chem.  1997,  62:  6714 
• 11a Parlow JJ. Devraj RV. South MS. Curr. Opin. Chem. Biol.  1999,  3:  320 
• 11b Song CE. Le S.-G. Chem. Rev.  2002,  102:  3495 
• 11c Ley SV. Baxendale IR. Brusotti G. Caldarelli M. Massi A. Nesi M. Il Farmaco  2002,  57:  321 
• 11d Ley SV. Baxendale IR. Bream RN. Jackson PS. Leach AG. Longbottom DA. Nesi M. Scott JS. Storer RI. Taylor SJ. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1  2000,  3815 
• 11e Booth RJ. Hodges JC. Acc. Chem. Res.  1999,  32:  18 
• 11f Weller HN. Mol. Diversity  1999,  4:  47 
• 12a Shuttleworth SJ. Quimpére M. Lee N. DeLuca J. Mol. Diversity  1998,  4:  183 
• 12b Kang KH. Pae AN. Choi KI. Cho YS. Chung BY. Lee JE. Jung SH. Koh HY. Lee H.-Y. Tetrahedron Lett.  2001,  42:  1057 
• 12c Tietze LF. Evers H. Töpken E. Helv. Chim. Acta  2002,  85:  4200 
• 12d Tietze LF. Evers H. Töpken E. Angew. Chem. Int. Ed.  2001,  40:  903 
• 12e Beaulieu PL. Haché B. von Moos E. Synthesis  2003,  1683 
• 12f Lee H.-K. Chui W.-K. Bioorg. Med. Chem.  1999,  7:  1255 
• 12g Pirrung MC. Sarma KD. J. Am. Chem. Soc.  2004,  126:  444 
• 13a Honigfort ME. Brittain WJ. Bosanac T. Wilcox CS. Macromolecules  2002,  35:  4849 
• 13b Bosanac T. Wilcox CS. J. Am. Chem. Soc.  2002,  124:  4194 
• 13c Bosanac T. Yang J. Wilcox CS. Angew. Chem. Int. Ed.  2001,  40:  1875 
• 14a Ahn J.-M. Wentworth P. Janda KD. Chem. Commun.  2003,  480 
• 14b Sieber F. Wentworth P. Janda KD. J. Comb. Chem.  1999,  1:  540 
• 14c Zhao X.-Y. Metz WA. Sieber F. Janda KD. Tetrahedron Lett.  1998,  39:  8433 
• 14d Huang K.-T. Sun C.-M. Bioorg. Med. Chem. Lett.  2002,  12:  1001 
• 14e Huang K.-T. Sun C.-M. Bioorg. Med. Chem. Lett.  2001,  11:  271 
• 14f Sun C.-M. Shey J.-Y. J. Comb. Chem.  1999,  1:  361 
• 14g Shey J.-Y. Sun C.-M. Bioorg. Med. Chem. Lett.  1999,  9:  519 
• 14h Ho K.-C. Sun C.-M. Bioorg. Med. Chem. Lett.  1999,  9:  1517 
• 15a Davidson JS. Monatsh. Chem.  1988,  119:  1027 
• 15b Novikov MS. Khlebnikov AF. Stepanov AA. Kostikov RR. Synthesis  1994,  782 
• 16a Stillings MR. Freeman S. Myers PL. Readhead MJ. Welbourn AP. Rance MJ. Atkinson DC. J. Med. Chem.  1985,  28:  225 
• 16b Yale HL. Losee KA. Perry FM. Bernstein J. J. Am. Chem. Soc.  1954,  76:  2208 
• 17a Batey RA. Santhakumar V. Yoshina-Ishii C. Taylor SD. Tetrahedron Lett.  1998,  39:  6267 
• 17b Batey RA. Yoshina-Ishii C. Taylor SD. Santhakumar VA. Tetrahedron Lett.  1999,  40:  2669 
• 17c Grzyb JA. Batey RA. Tetrahedron Lett.  2003,  44:  7485 
• For examples of the use of CDI in parallel synthesis, see:
• 18a Acharya AN. Ostresh JM. Houghten RA. Tetrahedron  2002,  58:  2095 
• 18b Nefzi A. Giulianotti M. Truong L. Rattan S. Ostresh JM. Houghten RA. J. Comb. Chem.  2002,  4:  175 
• 18c Nefzi A. Ostresh JM. Giulianotti M. Houghten RA. J. Comb. Chem.  1999,  1:  195 
• 18d Deegan TL. Nitz TJ. Cebzanov D. Pufko DE. Porco JA. Bioorg. Med. Chem. Lett.  1999,  9:  6267 
• 18e Nefzi A. Ostresh JM. Meyer J.-P. Houghten RA. Tetrahedron Lett.  1997,  38:  931 
• 19a Firoozi F. Javidnia K. Kamali M. Fooladi A. Foroumadi A. Shafiee A. J. Heterocycl. Chem.  1995,  32:  123 
• 19b Mullican MD. Wilson MW. Connor DT. Kostlan CR. Schrier DJ. Dyer RD. J. Med. Chem.  1993,  36:  1090 
• 19c Davidson JS. Monatsh. Chem.  1984,  115:  565 
• 19d Tihanyi E. Gál M. Dvortsák P. Heterocycles  1983,  20:  571 
• 20a Stempel A. Zelauskas J. Aeschlimann JA. J. Org. Chem.  1955,  20:  412 
• 20b Saegusa Y. Harada S. Nakamura S. J. Heterocycl. Chem.  1988,  25:  1337 
• 21 Chau N. Saegusa Y. Iwakura Y. J. Heterocycl. Chem.  1982,  19:  541 
• 22 Kramer JB. Boschelli DH. Connor DT. J. Heterocycl. Chem.  1994,  31:  1439 
• 23 Pancechowska-Ksepko D. Foks H. Janowiec M. Zwolska-Kwiek Z. Acta Pol. Pharm.  1993,  50:  259 
• Other nucleophiles that are known to ring-open 1,3,4-oxadiazole-2-ones via nucleophilic attack include hydrazines and thiols, for example, see ref. 20 and:
• 24a Thompson SK. Halbert SM. DesJarlais RL. Tomaszek TA. Levy MA. Tew DG. Ijames CF. Veber DF. Bioorg. Med. Chem.  1999,  7:  599 
• 24b Kristinsson H. Winkler T. Mollenkopf M. Helv. Chim. Acta  1986,  69:  333 
• 24c Werbel LM. McNamara DJ. Colbry NL. Johnson JL. Degnan MJ. Whitney B. J. Heterocycl. Chem.  1979,  16:  881