stringtranslate.com

Тиоэстер

Общая структура тиоэфира, где R и R' — органильные группы, или H в случае R.

В органической химии тиоэфиры представляют собой сероорганические соединения с молекулярной структурой R−C(=O)−S−R' . Они аналогичны карбоксилатным эфирам ( R−C(=O)−O−R' ), в которых сера в тиоэфире заменяет кислород в карбоксилатном эфире, на что указывает префикс тио- . Они являются продуктом этерификации карбоновой кислоты ( R−C(=O)−O−H ) с тиолом ( R'−S−H ). В биохимии наиболее известные тиоэфиры являются производными кофермента А , например, ацетил-КоА . [1] R и R' представляют органильные группы или H в случае R.

Синтез

Один из путей получения тиоэфиров включает реакцию хлорангидрида с солью щелочного металла тиола: [1]

RSNa + R'COCl → R'COSR + NaCl

Другой распространенный путь подразумевает замещение галогенидов щелочной металлической солью тиокарбоновой кислоты . Например, тиоацетатные эфиры обычно получают путем алкилирования тиоацетата калия : [1]

КАН. 3 COSK + RX → КАН. 3 COSR + KX

Аналогичное алкилирование ацетатной соли практикуется редко. Алкилирование можно провести с использованием оснований Манниха и тиокарбоновой кислоты:

CH3COSH + R'2NCH2OH → CH3COSCH2NR'2 + H2O​​​​​​​​

Тиоэфиры можно получить путем конденсации тиолов и карбоновых кислот в присутствии дегидратирующих агентов : [2] [3]

RSH + R'CO 2 H → RSC(O)R' + H 2 O

Типичным дегидратирующим агентом является DCC . [4] Также сообщалось о попытках улучшить устойчивость синтеза тиоэфира с использованием более безопасного связующего реагента T3P и более экологичного растворителя циклопентанона . [5] Кислотные ангидриды и некоторые лактоны также дают тиоэфиры при обработке тиолами в присутствии основания.

Тиоэфиры можно легко получить из спиртов с помощью реакции Мицунобу , используя тиоуксусную кислоту . [6]

Они также возникают в результате карбонилирования алкинов и алкенов в присутствии тиолов. [7]

Реакции

Тиоэфиры гидролизуются до тиолов и карбоновой кислоты:

RC(O)SR' + H 2 O → RCO 2 H + RSH

Карбонильный центр в тиоэфирах более реакционноспособен по отношению к амину, чем к кислородным нуклеофилам, что приводит к образованию амидов :

Образование амидов из тиоэфиров

Эта реакция используется в нативном химическом лигировании , протоколе синтеза пептидов . [8]

В родственной реакции тиоэфиры могут быть преобразованы в сложные эфиры. [9] Тиоацетатные эфиры также могут быть расщеплены метантиолом в присутствии стехиометрического основания, как показано в получении пент-4-ин-1-тиола: [10]

H 3 C(CH 2 ) 3 ОМ + KSAc → H 3 C(CH 2 ) 3 SAc + КОМ
H3C (CH2 ) 3SAc + HSMe → H3C ( CH2 ) 3SH + MeSAc

Уникальной реакцией для тиоэфиров является реакция Фукуямы , в которой тиоэфир соединяется с цинкорганическим галогенидом с помощью палладиевого катализатора с образованием кетона.

Муфта Фукуямы
Тиоэфиры являются компонентами метода химического лигирования для синтеза пептидов.

Биохимия

Структура ацетилкофермента А , тиоэфира, который является ключевым промежуточным продуктом в биосинтезе многих биомолекул.

Тиоэфиры являются обычными промежуточными продуктами во многих биосинтетических реакциях, включая образование и деградацию жирных кислот и мевалоната , предшественника стероидов. Примерами являются малонил-КоА , ацетоацетил-КоА , пропионил-КоА , циннамоил-КоА и тиоэфиры ацилпереносящего белка (ACP). Ацетогенез происходит через образование ацетил-КоА . Биосинтез лигнина , который составляет большую часть биомассы суши Земли, происходит через тиоэфирное производное кофейной кислоты . [11] Эти тиоэфиры возникают аналогично тем, которые получают синтетическим путем, с той разницей, что дегидратирующим агентом является АТФ. Кроме того, тиоэфиры играют важную роль в маркировке белков убиквитином , который маркирует белок для деградации.

Окисление атома серы в тиоэфирах ( тиолактонах ) постулируется в биоактивации антитромботических пролекарств тиклопидина , клопидогреля и прасугреля . [12] [13]

Тиоэфиры и происхождение жизни

Как утверждается в «Тиоэфирном мире», тиоэфиры являются возможными предшественниками жизни. [14] Как объясняет Кристиан де Дюв :

Показательно, что тиоэфиры являются обязательными промежуточными продуктами в нескольких ключевых процессах, в которых АТФ либо используется, либо регенерируется. Тиоэфиры участвуют в синтезе всех эфиров , включая те, которые содержатся в сложных липидах . Они также участвуют в синтезе ряда других клеточных компонентов, включая пептиды , жирные кислоты , стерины , терпены , порфирины и другие. Кроме того, тиоэфиры образуются как ключевые промежуточные продукты в нескольких особенно древних процессах, которые приводят к сборке АТФ. В обоих этих случаях тиоэфир ближе, чем АТФ, к процессу, который использует или вырабатывает энергию. Другими словами, тиоэфиры могли фактически играть роль АТФ в «тиоэфирном мире», изначально лишенном АТФ. В конечном итоге, [эти] тиоэфиры могли бы служить для введения АТФ благодаря своей способности поддерживать образование связей между фосфатными группами .

Однако из-за высокого изменения свободной энергии гидролиза тиоэфиров и, соответственно, их низких констант равновесия маловероятно, что эти соединения могли бы накопиться абиотически в какой-либо значительной степени, особенно в условиях гидротермальных источников. [15]

Тионоэфиры

Общая структура тионоэфира, где R и R' — органильные группы, или H в случае R
Скелетная формула метилтионобензоата

Тионоэфиры изомерны тиоэфирам. В тионоэфире сера заменяет карбонильный кислород в эфире. Метилтионобензоат — это C 6 H 5 C(S)OCH 3 . Такие соединения обычно получают реакцией тиоацилхлорида со спиртом. [16]

Их также можно получить реакцией реагента Лоуссона со сложными эфирами или обработкой солей Пиннера сероводородом .

Различные тионоэфиры могут быть получены путем переэтерификации существующего метилтионоэфира со спиртом в условиях катализа основанием. [17]

Ксантогенаты [18] и тиоамиды [19] могут быть преобразованы в тионоэфиры в условиях кросс-сочетания, катализируемого металлами.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Matthys J. Janssen "Carboxylic Acids and Esters" в PATAI's Chemistry of Functional Groups: Carboxylic Acids and Esters, Saul Patai, Ed. John Wiley, 1969, New York: pp. 705–764. doi :10.1002/9780470771099.ch15
  2. ^ Фудзивара, С.; Камбе, Н. (2005). «Тио-, селено- и теллуро-карбоновые кислоты эфиры». Темы в Current Chemistry . Т. 251. Берлин / Гейдельберг: Springer. С. 87–140. doi :10.1007/b101007. ISBN 978-3-540-23012-0.
  3. ^ "Синтез тиоэфиров". Портал органической химии.
  4. ^ Мори, И.; Секи, М. (2007). «Синтез многофункциональных кетонов посредством реакции сочетания Фукуямы, катализируемой катализатором Перлмана: получение этил 6-оксотридеканоата». Органические синтезы . 84 : 285; Собрание томов , т. 11, стр. 281.
  5. ^ Джордан, Эндрю; Снеддон, Хелен Ф. (2019). «Разработка руководства по выбору растворителя-реагента для образования тиоэфиров». Green Chemistry . 21 (8): 1900–1906. doi :10.1039/C9GC00355J. S2CID  107391323.
  6. ^ Volante, R. (1981). «Новый, высокоэффективный метод превращения спиртов в тиолэстеры и тиолы». Tetrahedron Letters . 22 (33): 3119–3122. doi :10.1016/S0040-4039(01)81842-6.
  7. ^ Бертлефф, В.; Ропер, М.; Сава, X. «Карбонилирование». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a05_217.pub2. ISBN 978-3527306732.
  8. ^ McGrath, NA; Raines, RT (2011). «Хемоселективность в химической биологии: реакции переноса ацила с серой и селеном». Acc. Chem. Res . 44 (9): 752–761. doi :10.1021/ar200081s. PMC 3242736. PMID  21639109 . 
  9. ^ Ван Кит Чан; С. Масамунэ; Гэри О. Спессард (1983). «Получение O-эстеров из соответствующих тиоловых эфиров: трет-бутилциклогексанкарбоксилат». Органические синтезы . 61 : 48. doi :10.15227/orgsyn.061.0048.
  10. ^ Маттео Миноцци; Даниэле Нанни; Пьеро Спаньоло (2008). «4-Пентин-1-тиол». ЭЭРОС . doi : 10.1002/047084289X.rn00855. ISBN 978-0-471-93623-7.
  11. ^ Lehninger, AL; Nelson, DL; Cox, MM (2000). Principles of Biochemistry (3-е изд.). Нью-Йорк: Worth Publishing. ISBN 1-57259-153-6.
  12. ^ Mansuy, D.; Dansette, PM (2011). «Сульфеновые кислоты как реактивные промежуточные продукты в метаболизме ксенобиотиков». Архивы биохимии и биофизики . 507 (1): 174–185. doi :10.1016/j.abb.2010.09.015. PMID  20869346.
  13. ^ Дансетт, П. М.; Рози, Дж.; Дебернарди, Дж.; Берто, Г.; Мансуй, Д. (2012). «Метаболическая активация прасугреля: природа двух конкурентных путей, приводящих к открытию его тиофенового кольца». Химические исследования в токсикологии . 25 (5): 1058–1065. doi :10.1021/tx3000279. PMID  22482514.
  14. ^ де Дюв, К. (1995). «Начало жизни на Земле». American Scientist . 83 (5): 428–437. JSTOR  29775520.
  15. ^ Чандру, Кухан; Гилберт, Алексис; Бутч, Кристофер; Аоно, Масаши; Кливз, Хендерсон Джеймс II (21 июля 2016 г.). «Абиотическая химия производных тиолированного ацетата и происхождение жизни». Scientific Reports . 6 (29883): 29883. Bibcode :2016NatSR...629883C. doi :10.1038/srep29883. PMC 4956751 . PMID  27443234. 
  16. ^ Cremlyn, RJ (1996). Введение в сероорганическую химию . Чичестер: John Wiley and Sons. ISBN 0-471-95512-4.
  17. ^ Ньютон, Джозайя Дж.; Бриттон, Роберт; Фризен, Чадрон М. (4 октября 2018 г.). «Переэтерификация тионэстеров, катализируемая основаниями». Журнал органической химии . 83 (20): 12784–12792. doi :10.1021/acs.joc.8b02260. PMID  30235418. S2CID  52309850.
  18. ^ Монтейт, Джон Дж.; Скотчберн, Катерина; Миллс, Л. Реджинальд; Руссо, Софи АЛ (2022). «Ni-катализируемый синтез производных тиокарбоновой кислоты». Organic Letters . 24 (2): 619–624. doi :10.1021/acs.orglett.1c04074. PMID  34978834. S2CID  245669904.
  19. ^ Лю, Иньбо; Мо, Сяофэн; Маджид, Ирфан; Чжан, Мэй; Ван, Хуэй; Цзэн, Чжо (2022). «Эффективный и простой подход к доступу к тионоэфирам с помощью катализируемого палладием расщепления связи C–N тиоамидов». Органическая и биомолекулярная химия . 20 (7): 1532–1537. doi :10.1039/d1ob02349g. ISSN  1477-0520. PMID  35129563. S2CID  246418140.