Этерификация шиины - Shiina esterification

Этерификация шиины это органический химическая реакция который синтезирует карбоновые сложные эфиры из почти равного количества карбоновые кислоты и спирты с использованием ароматических карбоновых ангидриды кислот в качестве дегидратация конденсация агенты. В 1994 году проф. Исаму Шиина (Токийский университет науки, Япония) сообщили о методе кислотного сочетания с использованием Кислота Льюиса,[1][2] а в 2002 г. - основную этерификацию с использованием нуклеофильного катализатора.[3][4]

Механизм

Последовательное добавление карбоновые кислоты и спирты в систему, содержащую ангидрид ароматической карбоновой кислоты, и катализатор дает соответствующую карбоновую кислоту сложные эфиры через процесс, показанный на следующем рисунке. В кислотной этерификации Шиины используются кислотные катализаторы Льюиса, в то время как нуклеофильные катализаторы используются для этерификации Шиины в основных условиях.

Этерификация Shiina с использованием катализатора кислоты Льюиса

В кислой реакции 4-трифторметилбензойный ангидрид (TFBA) в основном используется в качестве агента дегидратационной конденсации. Сначала кислотный катализатор Льюиса активирует TFBA, а затем карбоксильную группу в карбоновая кислота реагирует с активированным TFBA с образованием смешанного ангидрида (MA) один раз. Затем карбонил группа, полученная из карбоновая кислота в МА избирательно активируется и подвергается атаке гидроксил группа в алкоголь через межмолекулярное нуклеофильное замещение. В то же время остаточная соль ароматической карбоновой кислоты, полученная из МА, действует как депротонирование агент, вызывающий прогрессирование этерификации и образование желаемого эфира карбоновой кислоты. Чтобы сбалансировать реакцию, каждый TFBA принимает атомы одной молекулы воды из своих исходных материалов, то есть карбоновой кислоты и спирта, а затем превращается в две молекулы 4-трифторметилбензойной кислоты в конце реакции. Поскольку катализатор на основе кислоты Льюиса воспроизводится в конце реакции, требуется лишь небольшая часть катализатора по сравнению с исходным материалом для продвижения реакции.

MNBA-Wiki-Ester-base-ETIFF.tiff

В основной реакции 2-метил-6-нитробензойный ангидрид (MNBA ) в основном используется в качестве агента конденсации дегидратации.[5] Во-первых, нуклеофильный катализатор воздействует на MNBA с образованием активированного ацилкарбоксилата. Реакция карбоксильной группы в карбоновая кислота с активированным ацилкарбоксилатом образует соответствующий МА таким же образом, как и в кислой реакции. Затем нуклеофильный катализатор избирательно действует на карбонил группа, полученная из карбоновая кислота в МА, чтобы снова получить активированный ацилкарбоксилат. В гидроксил группа в алкоголь атакует свою молекулу-хозяин посредством межмолекулярного нуклеофильного замещения, и в то же время карбоксилат-анион, полученный из 2-метил-6-нитробензойной кислоты, действует как депротонирование агент, способствующий прогрессированию этерификации и получению желаемого эфира карбоновой кислоты. Чтобы уравновесить реакцию, каждый MNBA принимает атомы одной молекулы воды из своих исходных материалов, превращаясь в две молекулы аминовой соли 2-метил-6-нитробензойной кислоты и, таким образом, прекращая реакцию. Поскольку нуклеофильный катализатор воспроизводится в конце реакции, требуются только небольшие стехиометрические количества.

Подробности

Все процессы этерификации Shiina состоят из обратимых реакций, за исключением последней стадии нуклеофильного замещения спиртом. Следовательно, в системе сосуществуют ангидрид ароматической карбоновой кислоты и смешанный ангидрид (МА). Кроме того, в системе одновременно присутствует ангидрид алифатической карбоновой кислоты, полученный диспропорционированием МА; таким образом, он напрямую используется в виде смеси без разделения. Благодаря активации кислотными катализаторами Льюиса или нуклеофильными катализаторами смесь этих трех компонентов начинает реагировать со спиртом; в дополнение к целевым эфирам алифатических карбоновых кислот в качестве побочных продуктов могут образовываться сложные эфиры ароматических карбоновых кислот.

Однако при использовании 4-трифторметилбензойного ангидрида (TFBA) в качестве ангидрида ароматической карбоновой кислоты в кислых условиях и 2-метил-6-нитробензойного ангидрида (MNBA) в качестве ангидрида ароматической карбоновой кислоты в основных условиях практически не получают сложные эфиры ароматических карбоновых кислот. как побочные продукты. (Хемоселективность составляет 200: 1 или выше.)

Ангидриды ароматических карбоновых кислот используются в качестве агентов дегидратационной конденсации не только для межмолекулярного связывания карбоновых кислот со спиртами, но также для внутримолекулярной циклизации гидроксикарбоновых кислот (Макролактонизация шиины ). Обе эти межмолекулярные и внутримолекулярные 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 катализаторы кислоты Льюиса, такие как трифлаты металлов, проявляют высокую активность, а в основных реакциях - 4-диметиламинопиридин (DMAP ), N-оксид 4-диметиламинопиридина (DMAPO) и 4-пирролидинопиридин (PPY).

При этерификации Shiina, проводимой в основных условиях, асимметричный синтез осуществляется с использованием хиральных нуклеофильных катализаторов. Во-первых, в присутствии хирального нуклеофильного катализатора под действием соответствующего ангидрида карбоновой кислоты на рацемическую алифатическую карбоновую кислоту образуется соответствующий МА, что приводит к кинетическому разделению рацемической алифатической карбоновой кислоты после того, как она подверглась реакции с ахиральным спиртом.[9] Используя этот метод, можно получить оптически активные карбоновые кислоты и оптически активные сложные эфиры карбоновых кислот. Также возможно реализовать кинетическое разделение рацемических спиртов путем модификации составов реагентов, т.е. путем образования МА посредством реакций между ахиральной карбоновой кислотой и соответствующим ангидридом карбоновой кислоты; затем путем активации рацемических спиртов с помощью МА могут быть получены оптически активные спирты и оптически активные сложные эфиры карбоновых кислот.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Shiina, I .; Miyoshi, S .; Мияшита, М .; Мукаяма, Т. (1994). «Полезный метод получения сложных эфиров карбоновых кислот из свободных карбоновых кислот и спиртов». Chem. Lett. 23 (3): 515–518. Дои:10.1246 / cl.1994.515.
  2. ^ Шиина, И. (2004). «Эффективный метод синтеза сложных эфиров карбоновых кислот и лактонов с использованием замещенных бензойных ангидридов с кислотными катализаторами Льюиса». Тетраэдр. 60 (7): 1587–1599. Дои:10.1016 / j.tet.2003.12.013.
  3. ^ Shiina, I .; Ибука, Р .; Кубота, М. (2002). «Новая реакция конденсации для синтеза сложных эфиров карбоновых кислот из почти эквимолярных количеств карбоновых кислот и спиртов с использованием 2-метил-6-нитробензойного ангидрида». Chem. Lett. 31 (3): 286. Дои:10.1246 / cl.2002.286.
  4. ^ Shiina, I .; Кубота, М .; Oshiumi, H .; Хашизуме, М. (2004). «Эффективное использование бензойного ангидрида и его производных для синтеза сложных эфиров карбоновых кислот и лактонов: мощный и удобный метод смешанного ангидрида, продвигаемый основными катализаторами». J. Org. Chem. 69 (6): 1822. Дои:10.1021 / jo030367x. PMID  15058924.
  5. ^ Shiina, I .; Umezaki, Y .; Курода, Н .; Iizumi, T .; Nagai, S .; Като, Т. (2012). "MNBA-опосредованное образование β-лактона: механистические исследования и применение для асимметричного полного синтеза тетрагидролипстатина". J. Org. Chem. 77 (11): 4885. Дои:10.1021 / jo300139r.
  6. ^ Шиина, И. (2007). «Полный синтез природных 8- и 9-членных лактонов: последние достижения в формировании кольца среднего размера». Chem. Ред. 107 (1): 239. Дои:10.1021 / cr050045o.
  7. ^ Шиина, И. (2014). «Приключенческое синтетическое путешествие с MNBA от химии реакций до полного синтеза натуральных продуктов». Бык. Chem. Soc. Jpn. 87 (2): 196. Дои:10.1246 / bcsj.20130216.
  8. ^ Shiina, I .; Ushiyama, H .; Yamada, Y .; Kawakita, Y .; Наката, К. (2008). «4- (Диметиламино) пиридин N-оксид (DMAPO): эффективный нуклеофильный катализатор в реакции пептидного связывания с 2-метил-6-нитробензойным ангидридом». Chem. Азиат Дж. 3 (2): 454. Дои:10.1002 / asia.200700305.
  9. ^ Shiina, I .; Наката, К .; Оно, К .; На день.; Итагаки, М. (2010). «Кинетическое разделение рацемических α-арилалкановых кислот с помощью ахиральных спиртов посредством асимметричной этерификации с использованием ангидридов карбоновых кислот и катализаторов переноса ацила». Варенье. Chem. Soc. 132 (33): 11629. Дои:10.1021 / ja103490h.
  10. ^ Shiina, I .; Наката, К .; Оно, К .; Сугимото, М .; Секигучи, А. (2010). «Кинетическое разрешение рацемических 2-гидроксиалканоатов с использованием энантиоселективного метода смешанного ангидрида с пивалиновым ангидридом и хиральным катализатором переноса ацила». Chem. Евро. Дж. 16 (1): 167. Дои:10.1002 / chem.200902257.

Внешние списки

  • Shiina, I .; Hashizume, M .; Yamai, Y .; Oshiumi, H .; Shimazaki, T .; Takasuna, Y .; Ибука, Р. (2005). «Энантиоселективный полный синтез окталактина А с использованием асимметричных альдольных реакций и быстрой лактонизации с образованием кольца среднего размера». Chem. Евро. Дж. 11 (22): 6601–6608. Дои:10.1002 / chem.200500417.
  • Schweitzer, D .; Kane, J. J .; Strand, D .; McHenry, P .; Теннисвуд, М .; Хелквист, П. (2007). «Полный синтез иеджималида Б. Применение макролактонизации шиины». Орг. Lett. 9 (22): 4619–4622. Дои:10.1021 / ol702129w.
  • Das, S .; Paul, D .; Госвами, Р. К. (2016). «Стереоселективный полный синтез биологически активного морского природного продукта биселингбиолида B». Орг. Lett. 18: 1908–1911. Дои:10.1021 / acs.orglett.6b00713.
  • М. В. Хойнацка, Р. А. Батей (2018). «Полный синтез (+) - Прунустатина A: использование органо-трифторборат-опосредованного пренилирования и этерификации Shiina MNBA и макролактонизации для предотвращения конкурирующей ускоренной трансэтерификации с эффектом Торпа-Ингольда». Орг. Lett. 20: 5671–5675. Дои:10.1021 / acs.orglett.8b02396.
  • Xu, S .; Held, I .; Kempf, B .; Mayr, H .; Steglich, W .; Зипсе, Х. (2005). «Катализируемое DMAP ацетилирование спиртов - исследование механизма (DMAP = 4- (диметиламино) пиридин)». Chem. Евро. Дж. 11 (16): 4751–4757. Дои:10.1002 / chem.200500398. PMID  15924289.