Макролактонизация Шиины

Макролактонизация Шиины (или лактонизация Шиины ) представляет собой органическую химическую реакцию , в ходе которой синтезируются циклические соединения с использованием ангидридов ароматических карбоновых кислот в качестве агентов дегидратационной конденсации . В 1994 году профессор Исаму Сиина ( Токийский университет науки , Япония) сообщил о методе кислотной циклизации с использованием Льюиса кислотного катализатора . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} и в 2002 году основная циклизация с использованием нуклеофильного катализатора . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Механизм

Медленное добавление гидроксикарбоновых кислот (секокислот) в систему, содержащую ангидрид ароматической карбоновой кислоты и катализатор, дает соответствующие лактоны (циклические сложные эфиры ) посредством процесса, показанного на следующем рисунке. При кислой макролактонизации Шиины используют катализаторы кислоты Льюиса, а при макролактонизации Шиины в основных условиях используют нуклеофильные катализаторы.

Макролактонизация Шиины с использованием катализатора кислоты Льюиса — Shiina macrolactonization using Lewis acid catalyst

В кислой реакции в качестве агента дегидратационной конденсации в основном используется 4-трифторметилбензойный ангидрид (TFBA). Сначала катализатор на основе кислоты Льюиса активирует TFBA, а затем карбоксильная группа секокислоты реагирует с активированным TFBA с однократным образованием смешанного ангидрида (МА). Затем карбонильная группа, полученная из секокислоты в МА, избирательно активируется и подвергается атаке гидроксильной группы секокислоты посредством внутримолекулярного нуклеофильного замещения. Одновременно остаточная соль ароматической карбоновой кислоты, полученная из МА, действует как агент депротонирования , вызывая прогрессирование циклизации и образование желаемого лактона . Чтобы сбалансировать реакцию, каждый TFBA принимает атомы одной молекулы воды из своего исходного материала, т.е. гидроксикарбоновой кислоты, а затем в конце реакции превращается в две молекулы 4-трифторметилбензойной кислоты. Поскольку катализатор на основе кислоты Льюиса воспроизводится в конце реакции, для продвижения реакции требуется лишь небольшая часть катализатора по отношению к исходному материалу.

Макролактонизация Шиины с использованием нуклеофильного катализатора — Shiina Macrolactonization using nucleophilic catalyst

В основной реакции 2-метил-6-нитробензойный ангидрид ( МНБА ). в качестве агента дегидратационной конденсации в основном используется ^{[ 5 ]} Во-первых, нуклеофильный катализатор воздействует на МНБА с образованием активированного ацилкарбоксилата. Реакция карбоксильной группы секокислоты с активированным ацилкарбоксилатом дает соответствующий МА так же, как и в кислой реакции. Затем нуклеофильный катализатор избирательно действует на карбонильную группу, полученную из секокислоты в МА, снова образуя активированный ацилкарбоксилат. Гидроксильная группа секокислоты атакует молекулу-хозяин посредством внутримолекулярного нуклеофильного замещения, и в то же время карбоксилат-анион, полученный из 2-метил-6-нитробензойной кислоты, действует как агент депротонирования, способствуя развитию циклизации и производя желаемый лактон. Чтобы сбалансировать реакцию, каждый MNBA принимает атомы одной молекулы воды из исходного материала, превращаясь в две молекулы аминной соли 2-метил-6-нитробензойной кислоты и, таким образом, прекращая реакцию. Поскольку нуклеофильный катализатор воспроизводится в конце реакции, требуются лишь небольшие стехиометрические количества.

Подробности

Все процессы макролактонизации Шиины представляют собой обратимые реакции , за исключением последней стадии циклизации. На первой стадии реакции быстро в мягких условиях образуется смешанный ангидрид (МА); на втором этапе более быстрая циклизация МА препятствует увеличению концентрации МА. Чтобы максимизировать эффект градиента концентрации, исходный материал, т.е. гидроксикарбоновую кислоту (секокислоту), медленно подается в систему с помощью шприцевого привода . Когда секокислоту добавляют в систему постепенно с помощью шприца, весь реагент быстро превращается в МА; затем МА немедленно расходуется в реакции циклизации. Как только что описано, концентрация МА поддерживается низкой на протяжении всей реакции макролактонизации Шиины. Поэтому скорость производства мономера очень высока.

Ангидриды ароматических карбоновых кислот применяют в качестве реагентов дегидратационной конденсации 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 ]} как реакция карбоновой кислоты с амином дает амид или пептид . ^{[ 8 ]}

В кислых реакциях высокую активность проявляют кислотные катализаторы Льюиса, такие как трифлаты металлов, а в основных реакциях используют 4-диметиламинопиридин ( ДМАП ), 4-диметиламинопиридин-N-оксид (ДМАПО) и 4-пирролидинопиридин (ППИ).

См. также

Ссылки

^ Шиина, И.; Мукаяма, Т. (1994). «Новый метод получения макролидов из ω-гидроксикарбоновых кислот». хим. Летт. 23 (4): 677–680. дои : 10.1246/кл.1994.677 .
^ Шиина, И. (2004). «Эффективный метод синтеза эфиров и лактонов карбоновых кислот с использованием замещенных бензойных ангидридов с катализаторами на основе кислот Льюиса». Тетраэдр . 60 (7): 1587–1599. дои : 10.1016/j.tet.2003.12.013 .
^ Шиина, И.; Кубота, М.; Ибука, Р. (2002). «Новая и эффективная макролактонизация ω-гидроксикарбоновых кислот с использованием 2-метил-6-нитробензойного ангидрида (MNBA)». Тетраэдр Летт. 43 (42): 7535–7539. дои : 10.1016/S0040-4039(02)01819-1 .
^ Шиина, И.; Кубота, М.; Осиуми, Х.; Хасидзуме, М. (2004). «Эффективное использование бензойного ангидрида и его производных для синтеза сложных эфиров и лактонов карбоновых кислот: мощный и удобный метод смешанного ангидрида, поддерживаемый основными катализаторами». Дж. Орг. хим. 69 (6): 1822–30. дои : 10.1021/jo030367x . ПМИД 15058924 .
^ 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 .
^ Шиина, И. (2007). «Полный синтез природных 8- и 9-членных лактонов: последние достижения в формировании колец среднего размера». хим. Откр. 107 (1): 239–273. дои : 10.1021/cr050045o . ПМИД 17212476 .
^ Шиина, И. (2014). «Приключенческое синтетическое путешествие с MNBA от реакционной химии к полному синтезу натуральных продуктов». Бык. хим. Соц. Япония. 87 (2): 196–233. дои : 10.1246/bcsj.20130216 .
^ Шиина, И.; Усияма, Х.; Ямада, Ю.; Кавакита, Ю.; Наката, К. (2008). «4-(Диметиламино)пиридин N-оксид (ДМАПО): эффективный нуклеофильный катализатор в реакции пептидного сочетания с 2-метил-6-нитробензойным ангидридом». хим. Азиатский Дж. 3 (2): 454–61. дои : 10.1002/asia.200700305 . ПМИД 18219641 .

Внешние ссылки

Шиина, И.; Хасидзуме, М.; Ямаи, Ю.; Осиуми, Х.; Симадзаки, Т.; Такасуна, Ю.; Ибука, Р. (2005). «Энантиоселективный полный синтез окталактина А с использованием асимметричных альдольных реакций и быстрой лактонизации с образованием кольца среднего размера». хим. Евро. Дж. 11 (22): 6601–6608. дои : 10.1002/chem.200500417 . ПМИД 16118824 .
Швейцер, Д.; Кейн, Джей-Джей; Стрэнд, Д.; МакГенри, П.; Теннисвуд, М.; Хелквист, П. (2007). «Полный синтез иеджималида Б. Применение макролактонизации шиины». Орг. Летт. 9 (22): 4619–4622. дои : 10.1021/ol702129w . ПМИД 17915890 .
М. В. Хойначка, Р. А. Батей (2018). «Полный синтез (+)-прунустатина А: полезность органотрифторборат-опосредованного пренилирования, этерификации и макролактонизации Shiina MNBA во избежание конкурирующего эффекта ускоренной переэтерификации Торпа-Ингольда». Орг. Летт. 20 (18): 5671–5675. doi : 10.1021/acs.orglett.8b02396 . ПМИД 30160125 . S2CID 52122388 .
Сюй, С.; Держал, И.; Кемпф, Б.; Майр, Х.; Стеглич, В.; Зипсе, Х. (2005). «Катализируемое DMAP ацетилирование спиртов - механистическое исследование (DMAP = 4-(диметиламино)пиридин)». хим. Евро. Дж. 11 (16): 4751–4757. дои : 10.1002/chem.200500398 . ПМИД 15924289 .

[1] Шиина, И.; Мукаяма, Т. (1994). «Новый метод получения макролидов из ω-гидроксикарбоновых кислот». хим. Летт. 23 (4): 677–680. дои : 10.1246/кл.1994.677 .

[2] Шиина, И. (2004). «Эффективный метод синтеза эфиров и лактонов карбоновых кислот с использованием замещенных бензойных ангидридов с катализаторами на основе кислот Льюиса». Тетраэдр . 60 (7): 1587–1599. дои : 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)». Тетраэдр Летт. 43 (42): 7535–7539. дои : 10.1016/S0040-4039(02)01819-1 .

[4] Шиина, И.; Кубота, М.; Осиуми, Х.; Хасидзуме, М. (2004). «Эффективное использование бензойного ангидрида и его производных для синтеза сложных эфиров и лактонов карбоновых кислот: мощный и удобный метод смешанного ангидрида, поддерживаемый основными катализаторами». Дж. Орг. хим. 69 (6): 1822–30. дои : 10.1021/jo030367x . ПМИД 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 формировании колец среднего размера». хим. Откр. 107 (1): 239–273. дои : 10.1021/cr050045o . ПМИД 17212476 .

[7] Шиина, И. (2014). «Приключенческое синтетическое путешествие с MNBA от реакционной химии к полному синтезу натуральных продуктов». Бык. хим. Соц. Япония. 87 (2): 196–233. дои : 10.1246/bcsj.20130216 .

[8] Шиина, И.; Усияма, Х.; Ямада, Ю.; Кавакита, Ю.; Наката, К. (2008). «4-(Диметиламино)пиридин N-оксид (ДМАПО): эффективный нуклеофильный катализатор в реакции пептидного сочетания с 2-метил-6-нитробензойным ангидридом». хим. Азиатский Дж. 3 (2): 454–61. дои : 10.1002/asia.200700305 . ПМИД 18219641 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]