stringtranslate.com

Биомиметический синтез

Биомиметический синтез — это область органического химического синтеза , которая специально вдохновлена ​​биологией. Термин охватывает как проверку «биогенетической гипотезы» ( предполагаемый ход биосинтеза в природе) посредством выполнения серии реакций, разработанных для параллельного предложенного биосинтеза, так и программы исследований, в которых синтетическая реакция или реакции, направленные на желаемую синтетическую цель, разработаны для имитации одного или нескольких известных ферментативных преобразований установленного биосинтетического пути . [1] [2] Самый ранний общеизвестный пример биомиметического синтеза — органический синтез алкалоида тропинона сэром Робертом Робинсоном . [ 3]

Более поздним примером является опосредованная карбениумом циклизация Э. Дж. Кори сконструированного линейного полиена для получения тетрациклической стероидной кольцевой системы [4] , которая была основана на исследованиях катионных циклизаций линейных полиенов Альбертом Эшенмозером и Гилбертом Сторком [5] [ 6] и обширных исследованиях У. С. Джонсона по определению требований для инициирования и завершения циклизации, а также для стабилизации катионной карбениевой группы во время циклизации (как это происходит в природе с помощью ферментов во время биосинтеза стероидов, таких как холестерин ). [7] В отношении второго определения, синтетические органические или неорганические катализаторы, применяемые для осуществления химического преобразования, осуществляемого в природе биокатализатором ( например, чисто белковым катализатором , металлом или другим кофактором, связанным с ферментом , или рибозимом ), можно назвать осуществляющими биомиметический синтез, где проектирование и характеристика таких каталитических систем были названы биомиметической химией . [8] [9] [10]

Синтезпрото-дафнифиллин

Прото -дафнифиллин биосинтезируется из сквалена
(а) Ключевые предшественники А и В для синтеза прото -дафнифиллина. (б) Механизмы превращения диальдегида А в прото -дафнифиллин.

Прото -дафнифиллин является предшественником в биосинтезе семейства алкалоидов , обнаруженных в Daphniphyllum macropodum . Он представляет интерес из-за своей сложной молекулярной структуры , что делает его сложной целью для традиционных методов органического синтеза из-за конденсированной кольцевой структуры и спироуглеродного центра. Основываясь на предложенном пути биосинтеза прото -дафнифиллина из сквалена , Клейтон Хиткок и его коллеги разработали удивительно элегантный и короткий полный синтез прото -дафнифиллина из простых исходных материалов. [11] Это пример того, как биомиметический синтез может упростить полный синтез сложного природного продукта.

Ключевой шаг в синтетическом пути Хиткока включает циклизацию ациклических диальдегидов A или B с образованием прото -дафнифиллина. Оба диальдегида (A или B) имеют углеродные скелеты, аналогичные сквалену, и могут быть синтезированы из простых исходных материалов. Обработка A или B последовательностью простых реагентов, содержащих гидроксид калия , аммиак и уксусную кислоту, привела к образованию прото -дафнифиллина. На этом замечательном этапе образовалось шесть σ-связей и пять колец. В исходном отчете предполагалось, что гидроксилдигидропирановый интермедиат C был впервые образован, когда исходный диальдегидный материал (A) был обработан гидроксидом калия. 2-аза-1,3-диеновый интермедиат (D) был получен в результате реакции промежуточного продукта C с аммиаком. Реакция Дильса-Альдера , катализируемая кислотой , образовала промежуточный продукт E, который далее был преобразован в конечный продукт в условиях реакции.

Примеры биомиметических синтезов в Википедии

Дополнительные примеры биомиметических синтезов в литературе

Ссылки

  1. ^ de la Torre MC, Sierra MA (январь 2004 г.). «Комментарии о последних достижениях в биомиметическом органическом синтезе». Angew. Chem. Int. Ed. Engl . 43 (2): 160–81. doi :10.1002/anie.200200545. PMID  14695603.
  2. ^ ван Тамелен Э.Э. (1961). «Синтез натуральных продуктов биогенетического типа». Fortschritte der Chemie Organischer Naturstoffe / Прогресс в химии органических натуральных продуктов / Progrès dans la Chimie des Substances Organiques Naturelles . Том. 19. стр. 242–290. дои : 10.1007/978-3-7091-7156-1_5. ISBN 978-3-7091-7158-5. PMID  13924635.
  3. ^ Робинсон Р. (1917). «LXIII. Синтез тропинона». Журнал химического общества, Труды . 111 : 762–768. doi :10.1039/CT9171100762.
  4. ^ Corey EJ, Luo G, Lin LS (1997). «Простой энантиоселективный синтез биологически активного тетрациклического морского сестертерпенового скалярендиала». J. Am. Chem. Soc . 119 (41): 9927–28. doi :10.1021/ja972690l.
  5. ^ Eschenmoser A, Felix D, Gut M, Meier J, Stadler P (1959). "Некоторые аспекты кислотно-катализируемых циклизаций терпеноидных полиенов". В Wolstenholme GE, O'Conner M (ред.). Ciba Foundation Symposium on the Biosynthesiis of Terpenes and Steroids . Novartis Foundation Symposia. London: J. & A. Churchill. pp. 217–230. doi :10.1002/9780470719121.ch14. ISBN 9780470719121.
  6. ^ Сторк Г., Бургстралер AW (1955). «Стереохимия полиеновой циклизации». J. Am. Chem. Soc . 77 (19): 5068–77. doi :10.1021/ja01624a038.
  7. ^ Джонсон WS, Маршалл JA, Кина JF, Франк RW, Мартин DG, Бауэр JV (1966). «Полный синтез стероидов — подход с использованием гидрохризена — XVI: рацемический конессин, прогестерон, холестерин и некоторые родственные природные продукты». Тетраэдр . 22 : 541–601. doi :10.1016/S0040-4020(01)90961-5.
  8. ^ Бреслоу Р. (январь 2009 г.). «Биомиметическая химия: биология как вдохновение». Журнал биологической химии . 284 (3): 1337–42. doi : 10.1074/jbc.X800011200 . PMID  18784073.
  9. ^ Lee SC, Holm RH (апрель 2003 г.). «Спекулятивная синтетическая химия и проблема нитрогеназы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (7): 3595–600. doi : 10.1073/pnas.0630028100 . PMC 152967. PMID  12642670 . 
  10. ^ Бреслоу Р. (1995). «Биомиметическая химия и искусственные ферменты: катализ по замыслу». Accounts of Chemical Research . 28 (3): 146–153. doi :10.1021/ar00051a008.
  11. ^ Piettre S, Heathcock CH (июнь 1990). "Биомиметический полный синтез прото-дафнифиллина". Science . 248 (4962): 1532–4. Bibcode :1990Sci...248.1532P. doi :10.1126/science.248.4962.1532. PMID  17818314. S2CID  37777797.
  12. ^ Gao S, Chen C (2012). «Накитерпиозин». В Li JJ, Corey EJ (ред.). Полный синтез натуральных продуктов: на рубежах органической химии . Берлин: Springer. стр. 25–38. ISBN 978-3-642-34065-9.
  13. ^ Heathcock CH , Hansen MM, Ruggeri RB, Kath JC (1992). «Алкалоиды дафнифиллума. 11. Биомиметический полный синтез метилгомосекодафнифиллата. Развитие реакции тетрациклизации». Журнал органической химии . 57 (9): 2544–53. doi :10.1021/jo00035a008.
  14. ^ Heathcock CH , Piettre S, Ruggeri RB, Ragan JA, Kath JC (1992). "Daphniphyllum alkaloids. 12. Предложенный биосинтез пентациклического скелета. прото -Daphniphylline". Journal of Organic Chemistry . 57 (9): 2554–66. doi :10.1021/jo00035a009.

Дальнейшее чтение