Kaskadowe otwieranie epoksydów Elżbieta Maziarz
Plan prezentacji: 1. Reakcje epoksydów; 2. chanizmy otwarcia pierścienia epoksydowego; 3. Reguły Baldwina; 4. Cyklizacja trans i cis epoksyalkoholi; 5. Przykłady otwierania epoksydów; 6. twieranie epoksydów promowane wodą. 2
Reakcje epoksydów redukcja przegrupowanie X N S R SeR SR R CN N 3 3
Reakcje epoksydów redukcja przegrupowanie X N S R SeR SR R CN N 3 4
reakcje biokatalityczne (enzymatyczne) Reakcje epoksydów ester azotynu (nukleofilowy atak) lub nitroalkohol (nukleofilowy N atak) Vries, E. J.; Janssen, D. B. Current pinion in Biotechnology 2003, 14, 414 420. 5
Reakcje epoksydów przegrupowania TIPSTf tryflan triizopropylosililowy Kodama, T.; arada, S.; Tanaka, T.; Tachi, Y.; Morimoto, Y. Synlett 2012, 23, 458 462. 6
chanizmy otwarcia pierścienia epoksydowego Ph-MgBr Eter - Ph + MgBr 3 + Ph 7
Reguły Baldwina Nomenklatura wiązanie J. Baldwin Egzo, endocyklizacja opisuje położenie wiązania, które ulega zerwaniu względem nowopowstałego pierścienia (egzo na zewnątrz, endo wewnątrz) geometria sp 3 tetraedryczny węgiel tet sp 2 trygonalny węgiel trig sp dygonalny węgiel dig 8
Reguły Baldwina dpowiednie kąty podejścia J. Baldwin Trygonalny węgiel (Bürgi Dunitz) Tetraedryczny węgiel (inwersja Waldena) Dygonalny węgiel J. E. Baldwin, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 734. 9
Reguły Baldwina Systemy tetraedryczne 3 4 1 2 2 3 2 5 3 Y X - 4 X - 4 3 1 1 5 6 Y Y 1 X - Y 3-exo-Tet 4-exo-Tet 5-exo-Tet 6-exo-Tet 4 4 4 3 5 5 3 Y 3 Y 2 X - 6 7 X 1-6 2 2 Y 1 1X - 7-exo-Tet 5-endo-Tet 6-endo-Tet - X 2 J. Baldwin 3-7-exo-Tet uprzywilejowane 5-6-endo-Tet nieuprzywilejowane J. E. Baldwin, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 734. J. E. Baldwin, J. Cutting, W. Dupont, L. Kruse, L. Silberman, R. C. Thomas, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 736. 10
Reguły Baldwina Systemy trygonalne 3 1 2 2 3 2 4 4 - Y X X - X - 3 5 3 5 1 4 4 1 5 6 3 Y 2 Y X - 2 Y X - 6 1 1 7 Y 3-exo-Trig 4-exo-Trig 5-exo-Trig 6-exo-Trig 7-exo-Trig 2 4 4 4 5 5 Y Y - X Y - X 3 3 3 3 6 1 Y Y 1 3 5 4 2 X - 2 X - 6 2 X - 1 1 1 7 3-endo-Trig 4-endo-Trig 5-endo-Trig 6-endo-Trig 7-endo-Trig 2 J. Baldwin 3 7 exo Trig procesy uprzywilejowane 3 5 endo Trig nieuprzywilejowane 6 7 endo Trig uprzywilejowane J. E. Baldwin, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 734. J. E. Baldwin, J. Cutting, W. Dupont, L. Kruse, L. Silberman, R. C. Thomas, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 736. 11
Reguły Baldwina Systemy dygonalne J. Baldwin 3 4 exo Dig procesy nieuprzywilejowane 5 7 exo Dig uprzywilejowane 3 7 endo Dig uprzywilejowane J. E. Baldwin, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 734. J. E. Baldwin, J. Cutting, W. Dupont, L. Kruse, L. Silberman, R. C. Thomas, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1976, 736. 12
Reguły Baldwina Wewnątrzcząsteczkowe alkilowanie enolanów ketonów J. Baldwin Y 180 atak Endocykliczne alkilowanie: 6 7 uprzywilejowane i 3 5 nieuprzywilejowane Exo: 3 7 uprzywilejowane J. E. Baldwin, M. J. Lusch, Tetrahedron, 1982, 38, 2939. 13
Wewnątrzcząsteczkowa reakcja aldolowa Reguły Baldwina (Enolexo)-Exo-Trig J. Baldwin - Y Y - Y 109 atak (Enolendo)-Exo-Trig - Y Y - Endocykliczna kondensacja: 6 7 uprzywilejowane i 3 5 nieuprzywilejowane Exo: 3 7 uprzywilejowane Kąt ataku: 109 J. E. Baldwin, M. J. Lusch, Tetrahedron, 1982, 38, 2939. 14
chanizmy otwarcia pierścienia epoksydowego 15
Proponowana biosynteza Brewetoksyny B Nakanishi K. Toxicon 1985; 23: 473 479. [Pubd: 3895583] 16
Cyklizacja epoksyalkoholi Nicolaou, K. C.; Duggan, M. E.; wang, C K.; Somers, P. K. J. Chem. Soc., Chem. Commun.1985, 1359. 17
Cyklizacja trans epoksyalkoholi CSA (±) kwas kamforosulfonowy Nicolaou, K. C.; Duggan, M. E.; wang, C K.; Somers, P. K. J. Chem. Soc., Chem. Commun.1985, 1359. 18
Cyklizacja trans epoksyalkoholi Nicolaou, K. C.; Duggan, M. E.; wang, C K.; Somers, P. K. J. Chem. Soc., Chem. Commun.1985, 1359. 19
Cyklizacja cis epoksyalkoholi R 6 CSA (10 mol%) + C 2 Cl 2-40 - 25 o C R R 7 8 7/8 Wyd.(%) a) R = C=C 2 44/56 95 b) R = Z-C=CCl 33/67 92 c) R = E-C=CCl 76/24 94 d) R = C CBr 0/100 87 Nicolaou, K. C.; Prasad, C. V. C.; Somers, P. K.; wang, C K. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 5330. 20
Przykłady otwierania pierścienia oksiranowego Mori, Y.; Furuta,.; Takase, T.; Mitsuoka, S.; Furukawa,. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 8019. Furuta,.; Takase, T.; ayashi,.; Noyori, R.; Mori, Y. Tetrahedron 2003, 59, 9767. 21
Przykłady otwierania pierścienia oksiranowego Adiwidjaja, G.; Flörke,.; Kirschning, A.; Schaumann, E. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 8771. 22
Przykłady otwierania pierścienia oksiranowego synteza trans i cis 2 etynylo 3 hydroksy terahydropiranów Mukai, Ch.; Ikeda, Y.; Sugimoto, Y.; anaoka, M. Tetrahedron Lett. 1994, 35, 2179. Nicholas, K. M. Acc. Chem. Res. 1987, 20, 207. 23
Przykłady otwierania pierścienia oksiranowego cyklizacje trans i cis hydroksyepoksydów R C 2 Et 1. Bu 4 NF 2. Pd(PPh 3 ) 4 (3.1 mol%) 24 R=TBPS C 2 Et + 25 26 C 2 Et 24a trans 24b cis 25/26 Wyd. (%) 99/1 90 2/98 89 Trost, B. M.; Tenaglia, A. Tetrahedron Lett. 1988, 29, 2931. Suzuki, T.; Sato,.; irama, M. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 4747. 24
Przykłady otwierania pierścienia oksiranowego regioselektywna 6 endo cyklizacja trans epoksyalkoholi Du a, J.; Shin, E. Y.; Kang, S. K.; Ahn, J..; Choi, J K. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 4193. Murai, A.; Fujiwara, K.; Tokiwano, T. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 8063. Murai, A.; Fujiwara, K.; Mishima,.; Amano, A.; Tokiwano, T. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 393. 25
Przykłady otwierania pierścienia oksiranowego R R Tf Si R R R Tf Si R R 3 SiTf preferowany 5-exo 33 6-endo preferowany + + + Morimoto, Y.; Nishikawa, Y.; Ueba, Ch.; Tanaka, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 810. 26
Przykłady otwierania pierścienia oksiranowego Br Br R cis 40 R R 40a R=(C 2 ) 3 TBDPS 38 R Br trans 36 R 39 R 37 R ayashi, N.; Fujiwara, K.; Murai, A. Chem. Lett. 1996, 341. ayashi, N.; Fujiwara, K.; Murai, A. Synlett 1997, 793. 27
Struktury przykładowych polieterów drabiniastych Karenia brevis Toksyczne zakwity glonów w Queensland, Australia 28
Kaskadowe otwieranie epoksydów proponowana biosynteza brewetoksyny B Nakanishi K. Toxicon 1985; 23: 473 479. [Pubd: 3895583] 29
Kaskadowe otwieranie epoksydów Cs 2 C 3,CsF, temp. wrz. Si 3 62 % > 95:5 dr 1 C- i 1 C- wiazanie Si 3 Si 3 1. Cs 2 C 3,CsF, temp. wrz. 2. Ac 2, DMAP pirydyna, C 2 Cl 2 Ac > 92:8 dr 35 % 2 C- i 2 C- wiazania Si 3 Si 3 Si 3 1. Cs 2 C 3,CsF, temp. wrz. 2. Ac 2, DMAP pirydyna, C 2 Cl 2 Ac 20 % > 90:10 dr 3 C- i 3 C- wiazania Simpson, G. L.; effron,t. P.; rino, E.; Jamison, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1056 1057. 30
Kaskadowe otwieranie epoksydów Si 3 Si 3 Cs 2 C 3,CsF, temp. wrz. Si 3 usuwanie Si Si 3 3 Si 3 - bezposrednia cyklizacja Si 3 Si 3 - bezposrednia cyklizacja Si 3 usuwanie Si 3 Simpson, G. L.; effron,t. P.; rino, E.; Jamison, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1056 1057. 31
Kaskadowe otwieranie epoksydów promowane wodą Morten, C. J.; Byers, J. A.; Jamison, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1902 1908. 32
Kaskadowe otwieranie epoksydów promowane wodą 2 rt >10:1 4:1 dr 2 70 o C 60 % 2 70 o C 53 % 3:1 dr Vilotijevic, I.; Jamison, T. F.; Science 2007, 317, 1189 1192. 33
Kaskadowe otwieranie epoksydów promowane wodą Modele otwierania epoksydów promowane wodą (20 i 21), metanolem (22)i glikolem etylenowym (23). Vilotijevic, I.; Jamison, T. F.; Science 2007, 317, 1189 1192. 34
Kaskadowe otwieranie epoksydów promowane wodą warunki a b c Warunki reakcji b:c (wyd. b) Warunki reakcji warunki g:h f g h warunki wyd. j i j Morten, C.J.; Jamison, T.F. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6678 6679. Van Dyke, A.R.; Jamison, T.F. Angew. Chem. Int. Edit. 2009, 48, 4430 4432. 35
Kaskadowe otwieranie epoksydów promowane wodą synteza Gymnocin A Gymnodinium mikimotoi Morten, C. J.; Byers, J. A.; Van Dyke, A. R.; Vilotijevic, I.; Jamison, T. F. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 3175 3192. 36
Kaskadowe otwieranie epoksydów promowane wodą synteza Gymnocin A Morten, C. J.; Byers, J. A.; Van Dyke, A. R.; Vilotijevic, I.; Jamison, T. F. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 3175 3192. 37
Podsumowanie w zasadowych, obojętnych i kwaśnych warunkach 5 exo cyklizacja przeważa nad cyklizacją 6 endo; modyfikacja struktury epoksydu powoduje preferencję 6 endo cyklizacji; kaskadowe otwieranie epoksydów ma szerokie zastosowanie do syntezy drabiniastych polieterów, np. brewetoksyn; otwieranie epoksydów promowane wodą daje żądane endo produkty z wysoką wydajnością idobrąselektywnością; polietery drabiniaste otrzymuje się w mniejszej ilości etapów niż innymi metodami syntezy; cyklizacje endo dipodstawionych epoksydów do tworzenia eterów o średniej wielkości pierścienia nadal pozostają wyzwaniem; obecnie możliwe jest wytworzenie w jednej kaskadzie czterech skondensowanych pierścieni; rozwój katalizy oraz zastosowanie enzymów do selektywnego otwierania epoksydów. 38
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 39