stringtranslate.com

Макролактонизация Шиина

Макролактонизация Шиина (или лактонизация Шиина ) — это органическая химическая реакция , которая синтезирует циклические соединения с использованием ангидридов ароматических карбоновых кислот в качестве агентов дегидратационной конденсации . В 1994 году профессор Исаму Шиина ( Токийский университет науки , Япония) сообщил о методе кислотной циклизации с использованием катализатора кислоты Льюиса , [1] [2] и в 2002 году — об основной циклизации с использованием нуклеофильного катализатора . [3] [4]

Механизм

Медленное добавление гидроксикарбоновых кислот (секокислот) в систему, содержащую ангидрид ароматической карбоновой кислоты и катализатор, приводит к образованию соответствующих лактонов (циклических эфиров ) посредством процесса, показанного на следующем рисунке. При кислотной макролактонизации Шиина используются катализаторы на основе кислот Льюиса, тогда как для макролактонизации Шиина в основных условиях используются нуклеофильные катализаторы .

Макролактонизация Шиина с использованием катализатора кислоты Льюиса
Макролактонизация Шиина с использованием катализатора кислоты Льюиса

В кислотной реакции 4-трифторметилбензойный ангидрид (TFBA) в основном используется в качестве агента конденсации дегидратации. Сначала катализатор кислоты Льюиса активирует TFBA, а затем карбоксильная группа в секокислоте реагирует с активированной TFBA, образуя смешанный ангидрид (MA) один раз. Затем карбонильная группа, полученная из секокислоты в MA, селективно активируется и подвергается атаке гидроксильной группы в секокислоте посредством внутримолекулярного нуклеофильного замещения. Одновременно остаточная соль ароматической карбоновой кислоты, которая получена из MA, действует как агент депротонирования , заставляя циклизацию прогрессировать и производить желаемый лактон . Чтобы сбалансировать реакцию, каждая TFBA принимает атомы одной молекулы воды из своего исходного материала, т. е. гидроксикарбоновой кислоты, а затем превращается в две молекулы 4-трифторметилбензойной кислоты в конце реакции. Поскольку катализатор на основе кислоты Льюиса воспроизводится в конце реакции, для продвижения реакции требуется лишь небольшая доля катализатора по отношению к исходному материалу.

Шиина Макролактонизация с использованием нуклеофильного катализатора
Шиина Макролактонизация с использованием нуклеофильного катализатора

В основной реакции 2-метил-6-нитробензойный ангидрид ( MNBA ) в первую очередь используется в качестве конденсационного агента дегидратации. [5] Во-первых, нуклеофильный катализатор действует на MNBA, образуя активированный ацилкарбоксилат. Реакция карбоксильной группы в секокислоте с активированным ацилкарбоксилатом образует соответствующий МА, таким же образом, как и в кислотной реакции. Затем нуклеофильный катализатор селективно действует на карбонильную группу, полученную из секокислоты в МА, чтобы снова образовать активированный ацилкарбоксилат. Гидроксильная группа в секокислоте атакует свою молекулу-хозяина посредством внутримолекулярного нуклеофильного замещения, и в то же время карбоксилат-анион, полученный из 2-метил-6-нитробензойной кислоты, действует как депротонирующий агент, способствуя прогрессированию циклизации и производя желаемый лактон. Для балансировки реакции каждый MNBA принимает атомы одной молекулы воды из своего исходного материала, превращаясь в две молекулы аминовой соли 2-метил-6-нитробензойной кислоты, и таким образом завершая реакцию. Поскольку нуклеофильный катализатор воспроизводится в конце реакции, требуются лишь небольшие стехиометрические количества.

Подробности

Все процессы макролактонизации Шиина состоят из обратимых реакций , за исключением последнего этапа циклизации. На первом этапе реакции смешанный ангидрид (МА) быстро образуется в мягких условиях; на втором этапе более быстрая циклизация МА предотвращает увеличение концентрации МА. Чтобы максимизировать этот эффект градиента концентрации, исходный материал, т. е. гидроксикарбоновая кислота (секокислота), медленно подается в систему с помощью шприцевого привода . Когда секокислота добавляется в систему понемногу с помощью шприцевого привода, весь реагент быстро превращается в МА; затем МА немедленно расходуется реакцией циклизации. Как только что было описано, концентрация МА поддерживается низкой на протяжении всей реакции макролактонизации Шиина. Поэтому скорость производства мономера очень высока.

Ангидриды ароматических карбоновых кислот используются в качестве агентов конденсации дегидратации не только для внутримолекулярной реакции гидроксикарбоновых кислот, но и для межмолекулярной реакции карбоновых кислот со спиртами ( этерификация Шиина ). Обе эти внутримолекулярные и межмолекулярные реакции используются для искусственного синтеза различных природных продуктов и фармакологически активных соединений , [6] [7], поскольку реакция карбоновой кислоты с амином дает амид или пептид . [ 8]

В кислых реакциях высокую активность проявляют кислотные катализаторы Льюиса, такие как трифлаты металлов, тогда как в основных реакциях используются 4-диметиламинопиридин ( DMAP ), N-оксид 4-диметиламинопиридина (DMAPO) и 4-пирролидинопиридин (PPY).

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Шиина, И.; Мукаяма, Т. (1994). «Новый метод получения макролидов из ω-гидроксикарбоновых кислот». Chem. Lett. 23 (4): 677–680. doi :10.1246/cl.1994.677.
  2. ^ Шиина, И. (2004). «Эффективный метод синтеза карбоновых эфиров и лактонов с использованием замещенных бензойных ангидридов с катализаторами на основе кислот Льюиса». Тетраэдр . 60 (7): 1587–1599. doi :10.1016/j.tet.2003.12.013.
  3. ^ Шиина, И.; Кубота, М.; Ибука, Р. (2002). «Новая и эффективная макролактонизация ω-гидроксикарбоновых кислот с использованием 2-метил-6-нитробензойного ангидрида (MNBA)». Tetrahedron Lett. 43 (42): 7535–7539. doi :10.1016/S0040-4039(02)01819-1.
  4. ^ Шиина, И.; Кубота, М.; Осиуми, Х.; Хашизуме, М. (2004). «Эффективное использование бензойного ангидрида и его производных для синтеза карбоксильных эфиров и лактонов: мощный и удобный метод смешанного ангидрида, продвигаемый основными катализаторами». J. Org. Chem. 69 (6): 1822–30. doi :10.1021/jo030367x. PMID  15058924.
  5. ^ Шиина, И.; Умедзаки, Ю.; Курода, Н.; Иидзуми, Т.; Нагай, С.; Като, Т. (2012). «Образование β-лактона, опосредованное MNBA: механистические исследования и применение для асимметричного полного синтеза тетрагидролипстатина». Дж. Орг. Хим . 77 (11): 4885–901. дои : 10.1021/jo300139r. ПМИД  22553899.
  6. ^ Шиина, И. (2007). «Полный синтез природных 8- и 9-членных лактонов: последние достижения в образовании колец среднего размера». Chem. Rev. 107 (1): 239–273. doi :10.1021/cr050045o. PMID  17212476.
  7. ^ Шиина, И. (2014). «Авантюрное синтетическое путешествие с MNBA от его реакционной химии до полного синтеза натуральных продуктов». Bull. Chem. Soc. Jpn. 87 (2): 196–233. doi :10.1246/bcsj.20130216.
  8. ^ Шиина, И.; Ушияма, Х.; Ямада, И.; Кавакита, И.; Наката, К. (2008). «4-(Диметиламино)пиридин N-оксид (DMAPO): эффективный нуклеофильный катализатор в реакции связывания пептидов с 2-метил-6-нитробензойным ангидридом». Chem. Asian J. 3 (2): 454–61. doi :10.1002/asia.200700305. PMID  18219641.

Внешние ссылки