oddelenie organickej chémie - stuba.skszolcsanyi/people/files/pastrnak_bc.pdfchcel by som...

Slovenská Technická Univerzita v Bratislave Fakulta Chemickej a Potravinárskej Technológie Ústav Organickej Chémie, Katalýzy a Petrochémie Oddelenie Organickej Chémie

Syntetické štúdie vedúce k azadiospongínu

Bakalárska práca Vypracoval: Juraj Paštrnák Konzultant: Ing. Peter Kubizna Vedúci bakalárskej práce: Doc. Ing. Peter Szolcsányi, PhD.

Bratislava 2009

Čestne prehlasujem, že predložená bakalárska práca je mojím dielom a všetky výsledky

v nej uvedené sú originálne a mnou získané.

Juraj Paštrnák

.....................

Chcel by som poďakovať v prvom rade Ing. Kubiznovi za jeho odborné vedenie, rady

a najmä za jeho ochotné srdce a trpezlivosť, ktorej častokrát bolo treba hojne. Ďalej by som chcel

poďakovať môjmu školiteľovi Doc. Szolcsányimu, za jeho čas a neoceniteľné opravy (častokrát

gramatické) hrubého textu. Ďalej by som chcel poďakovať kolektívu z lab. 305 za rady, občasnú

pomoc a najmä za priateľkú atmosféru v laboratóriu. Na záver avšak nie v poslednej rade by som

chcel poďakovať Bohu za to, že mi pomohol všetko stihnúť dokončiť načas a neprísť pri tom

o nervy.

ZOZNAM SKRATIEK

(±) - Racemická zmes

Ac - Acetyl

APT - Attached Proton Test

Bn - Benzyl

Boc - terc-butyloxykarbonyl

Bu - Butyl

CBS - Corey-Bakshi-Shibata katalyzátor

DQFCOSY - Double-Quantum-Filtered Correlation Spectroscopy

DEAD - Dietylazodikarboxylát

DIAD - Diizopropylazodikarboxylát

DIBAL - Diizobutylalumínium hydrid

DMAP - 4-(dimetylamino)-pyridín

DMF - Dimetylformamid

DMSO - Dimetylsulfoxid

COSY - Correlation Spectroscopy

Et - Etyl

FLC - Flash Liquid Chromatography

HETCOR - Heteronuclear Correlation Spectroscopy

HMBC - Heteronuclear Multiple-Bond Correlation

HMRS - Magnetic Resonance Proton Spectroscopy

HSQC - Heteronuclear Single Quantum Correlation

IBX - o-Iodoxybenzoová kyselina iHex - Izohexán

J - Interakčná konštanta

lab. t. - laboratórna teplota

LAH - Lítium Alumínium Hydrid

Me - Metanol

MOM - Metoxymetyl

NMR - Nuclear Magnetic Resonance

NOESY - Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy

Ph - Fenyl

ppm - parts per milion

PPTS - Pyridínium-p-toluénsulfonát

PTSA - p-Toluénsulfónová kyselina

Red-Al - bis-(2-metoxyetoxy)-alumíniumhydrid sodný

TBAF - Tetra-n-butylamónium fluorid

TBDMS - Terc-butyldimetylsilyl

TESCl - Trietylsilylchlorid

TFA - Trifluóroctová kyselina

THF - Tetrahydrofurán

THP - Tetrahydropyrán

TLC - Thin Layer Chromatography

TMS - Trimetylsilyl

δ- - Chemický posun

Obsah Ciele bakalárskej práce 7

1.) Izolácia a syntéza 8

1.1) Izolácia (–)-diospongínu A (2) a (–)-diospongínu B (3) 8

1.2) Syntézy (–)-diospongínu A (2) a (–)-diospongínu B (3) 10

2.) Diskusia 25

2.1) Retrosyntetická analýza 25

2.2) Príprava racemického ochráneného aminoalkoholu (±)-45a pre finálnu Pd(II)-

katalyzovanú transformáciu 25

3.) Experimentálna časť 28

3.1) Úvod 28

3.2) Príprava východiskového alkoholu (±)-45a 30

3.2.1) Príprava soli metylesteru kyseliny (±)-46 30

3.2.2) N-Boc ochránená aminokyselina (±)-47 31

3.2.3) Príprava Weinrebovho amidu (±)-48 32

3.2.4) Príprava (±)-49 alyláciou (±)-48 33

3.2.5) Stereoselektívna redukcia (±)-49 za vzniku alkoholov (±)-45a a (±)-45b 34

4.) Prehľad zosyntetizovaných zlúčenín 36 Záver 37 Summary 38

Ciele bakalárskej práce Ciele Bakalárskej práce Ciele bakalárskej práce sú:

- kompletná literárna rešerš týkajúca sa prírodného výskytu, izolácie, biologických

účinkov a doposiaľ známych syntetických metód prípravy diospongínu A (2) a diospongínu B

(3), alkaloidov prítomných v podzemkoch Dioscorea spongiosa.

- navrhnúť, uskutočniť a zoptimalizovať prípravu alkoholu (±)-45a ako substrátu pre

následnú Pd(II)-katalyzovanú transformáciu, ako kľúčovú syntetickú metódu prípravy aza-

analógu alkaloidov 2 a 3.

Kapitola 1 Izolácia a syntéza

1) Izolácia a syntéza

1.1) Izolácia (-)-diospongínu A (2) a (-)-diospongínu B (3)

Od schválenia ipriflavonu (1) (Schéma 1) v 80-tych rokoch 20. storočia ako prípravku na

liečbu osteoporózy sa upriamila pozornosť na výskum antiosteoporotickej aktivity zlúčenín

z prírodných zdrojov.1 Predošlá dostupná liečba, ako napríklad náhrada estrogénu, bola založená

na inhibícii kostnej resorbcie, teda tvorby osteoklastov ako primárnych buniek resorbujúcich kostí.

Veľa pacientov liečených týmto spôsobom však už stratilo značné množstvo kostnej hmoty, preto

sa hľadala metóda, ktorá by zvýšila množstvo kostnej masy formovaním nových kostných

buniek.2

O

O

O

Iprif lavon (1)

Schéma 1

Skríningom 30 rastlín sa okruh zúžil na 9 potenciálnych, z ktorých sa ako najvhodnejší

ukázal vodný extrakt z rastliny Dioscorea spongiosa. Ten spomedzi ostatných extraktov

vykazoval nielen najvyššiu stimuláciu tvorby osteoblastov, ale aj vysoký stupeň inhibície tvorby

osteoklastov.3

Dioscorea spongiosa je druh čínskeho zemiaku, ktorý sa v tradičnej čínskej medicíne

používa na liečbu reumatizmu a infekcií močového traktu.3 Vyskytuje sa v otvorených

a krovinatých lesoch juhovýchodnej Číny (provincie Fujian, Guangdong, Guangxi, Hubei, Huan,

Jiangxi, Zhejiang).

1 Yin. J.; Tezuka, Y.; Tran, Q. L.; Miyahara, T.; Chen, Y.; Kadota, S.: Biol. Pharm. Bull. 2004, 27, 583-586. 2 Mohan, S.; Kutilek, S.; Zhang, C.; Shen, H. G.; Kodama, Y.; Srivastava, A. K.; Weredal, J. E.; Bermer, W. G.;

Baylink, D. J.: Bone 2000, 27, 471-478. 3 Zhao, W.; He, J.; Xi, J.: China J. Chin. Materia Med. 1994, 19, 199-200.

8


Prvá extrakcia a biologickou aktivitou riadená frakcionácia podzemkov Dioscorea

spongiosa4 viedla k izolácii a identifikácii viacerých diarylheptanoidov vykazujúcich

antiosteoporotickú aktivitu, z ktorých uverejnili izoláciu a objasnenie štruktúry diospongínov A –

C (2-4) (Schéma 2).

O

O

OH

O

O

OH

OH OH OH OH

(-)-Diospongín A (2) (-)-Diospongín B (3) (-)-Diospongín C (4)

Schéma 2

4 Yin, J.; Kouda, K.; Tezuka, Y.; Tran, Q. L.; Miyahara, T.; Chen, Y.; Kadota, S.: Planta Med. 2004, 70, 54-58.

9


1.2) Syntézy (–)-diospongínu A (2) a (–)-diospongínu B (3)

„Prvú“ totálnu syntézu (–)-diospongínu A (2) uskutočnil Chandrasekhar v roku 2005

a zároveň určil jeho absolútnu konfiguráciu.5 Východiskovou molekulou syntézy bol chirálny

substituovaný benzylalkohol 5, získaný Keckovou alyláciou6 benzaldehydu, ktorý bol podrobený

„one-pot“ ozonolýze a následnej Wittigovej reakcii so stabilným ylidom

(etoxykarbonylmetyléntrifenylfosforánom). Vzniknutý α,β-nenasýtený ester následne

transformovali bázicky katalyzovanou intramolekulovou adíciou používajúcou PhCHO, tBuOK

v THF7 na ochránený syn-1,3-diol 6. Jeho redukciou s LAH vznikol primárny alkohol, ktorý

spätne oxidovali na aldehyd pomocou IBX v THF/DMSO podľa Meyera8 (Schéma 3).

OHa, b, c

OCO2Et

O

Ph

d, e, f

O O

Ph

Og

O

OH

O

5 6

7 2

(a) O3, CH2Cl2, -78°C, 30 min, potom PPh3; (b) Ph3P=CHCO2Et, CH2Cl2, lab.t., 2 h, 79% (2kroky); (c) PhCHO, tBuOK, THF, 0°C, 30 min, 61%; (d) LAH, THF, 0°C po lab. t., 4 h, 77%;(e) IBX, THF, DMSO, lab.t., 2 h (f ) PhCOCH2P+Ph3Br-, tBuOK, THF, 0°C po lab.t., 6 h, 77%(2 kroky); (g) 50% TFA/CH2Cl2, 0°C po lab.t., 8 h, 69%.

Schéma 3

5 Chandrasekhar, S.; Shzamsunder, T.; Prakash, S. J.; Prabhakar, A.; Jagadeesh, B.: Tetrahedron Lett. 2006, 47, 47-49. 6 Keck, G. E.; Tarbet, K. H.; Geraci, L. S. J.: J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8467-8468. 7 Evans, D. A.; Gouchet-Prunet, J. A. J.: Org. Chem. 1993, 58, 2446-2453. 8 Hartman, C.; Meyer, V: Chem. Ber. 1893, 26, 1727-1732.

10


Surový aldehyd okamžite podrobili Wittigovej reakcii s fenacyltrifenylfosfónium

bromidom v THF,9 čím získali požadovaný E-izomér 7 (Schéma 3). Finálnou kyslou hydrolýzou

benzylidénovej skupiny a intramolekulovou oxy-Michaelovou adíciou uskutočnenou v jednom

kroku získali cieľový produkt 2 ako jediný diastereoizomér.

Optická otáčavosť nimi získaného produktu 210 však nezodpovedala optickej otáčavosti

látky z extrakcie, ktorú uviedol Kadota so svojím tímom,4 čo ich podnietilo k bližšiemu

preskúmaniu štruktúry (–)-diospongínu A (2) pomocou detailných dvojrozmerných NMR štúdií

(DQFCOSY, NOESY, HSQC a HMBC). Namerané NMR dáta (1H aj 13C) však nezodpovedajú

údajom nameraným z prírodnej vzorky,4 čo znamená, že pravdepodobne nepripravili deklarovanú

cieľovú zlúčeninu (Schéma 4).

OH

H OH

H

H

HH

H

O

OH

H OH

H

H

HH

H

O

HH

OH

H OH

H

H

HH

H

O

a) Navrhovaná štruktúra b) Charakteristické NOE´s c) HMBC vzťahy

Schéma 4

9 Terkalsen, F. D.; Hansen, A. L. L.; Pedersen, E. B.; Nielsen, C.: Org. Biomol. Chem. 2003, 1, 2908-2918. 10 Optická otáčavosť nameraná Chandrasekarom je: [ ]25α D

otáčavosť nameraná Kadotom je [ ] = -23,4 (c0.6, CHCl3). = -18.4 (c0.5, CHCl3), pričom optická

25Dα

11


„Druhú“ totálnu syntézu oboch dispongínov A (2) a B (3) uskutočnili Jennings a Sawant

v roku 2006.11 Kľúčovými krokmi ich syntézy bola stereoselektívna redukcia príslušných

oxokarbéniových iónov odvodených od δ-laktónového intermediátu 10 (Schéma 5).

Ich prvým objektom záujmu bola príprava samotného intermediátu 10. Opäť vychádzajú

zo známeho alkohou 5 pripraveného Keckovou alyláciou6 benzaldehydu, ktorého voľnú

hydroxylovú skupinu ochránili s brómacetyl bromidom v prítomnosti pyridínu za vzniku 8.

Oxidačným štiepením terminálnej dvojitej väzby pomocou modifikovaného Johnson-

Lemieuxovho protokolu12 získali nestabilný β-brómaldehyd 9. Ten podrobili intramolekulovej

SmI2-indukovanej Reformatského sekvencii, ktorej jediným produktom bol β-hydroxylaktón 10

v slabom výťažku 32%. Podľa Molandera,13 vystavenie brómacetylového zvyšku Sm(II)-soliam

vedie k tvorbe Sm(III)-enolátu, ktorý spontánne podlieha intramolekulovej aldolovej reakcii cez 6-

článkový tranzitný stav poskytujúci selektívne β-hydroxylaktón s požadovanou

diastereoselektivitou (Schéma 5).

OH OBr

O

CHOO

BrO

O

O

OH

a b c

5 8 9

10

(a) brómacetyl bromid (2.5 ekv.), pyridín (2 ekv.), CH2Cl2, 0°C po lab. t., 6 h, 73%;(b) OsO4 (0.02 ekv.), NaIO4 (4 ekv.), dioxán/H2O (3:1), lab. t., 5 h, 43%;(c) SmI2 (3 ekv.), CH2Cl2, 0°C, 2 h, 32%.

CHOO

OSm(III)

9

OO

H

H

HOHSm

H

Schéma 5

11 Sawant, K. B.; Jennings, M. P.: J. Org. Chem. 2006, 71, 7911-7914. 12 Yu, W.; Mei, Y.; Kang, Y.; Hua, Z.; Jin, Z.: Org. Lett. 2004, 6, 3217-3219. 13 Molander, G. A.; Etter, J. B.; Harring, L. S.; Thorel, P. J.: J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8036-8045.

12


Kvôli syntetickej nepoužiteľnosti už spomínanej sekvencie sa autori rozhodli pre inú

stretégiu prípravy β-hydroxylaktónu 10. Vychádzali znovu z alkoholu 5, z ktorého pripravili

pomocou štandardného protokolu (akryloyl chlorid, Et3N, DMAP) jeho príslušný akrylát. Ten

reakciou s Grubbsovým katalyzátorom 12 poskytol laktón 11 v 90% výťažku. Stereoselektívna

epoxidácia a následné regioselektívne otvorenie vzniknutého epoxylaktónu,14 s „in situ“

pripraveným PhSeH, viedla k požadovanému β-hydroxylaktónu 10 v 69% výťažku (Schéma 6).

OH O

O

O

O

OHa,b c,d

5 11 10

(a) akryloyl chlorid (2 ekv.), DMAP (0.05 ekv.), Et3N (2.2 ekv.), CH2Cl2, lab. t., 2 h, 68%; (b) 12 (0.05 ekv.), CH2Cl2, 50°C, 3 h, 90%; (c) H2O2 (3.5 ekv.), NaOH (0.6 ekv.), MeOH, 0°C po lab. t., 4 h, potom PPTS (0.05 ekv.), benzén, 80°C, 0.5 h, 85%; (d) (PhSe)2 (1.5 ekv.), NaBH4 (3 ekv.), AcOH (4 ekv.), THF/EtOH (1:1), 0°C, 1.5 h, 81%.

NN

RuCl

ClPCy3

Ph 12

Schéma 6

Autori sa najprv rozhodli zosyntetizovať (–)-diospongín B (3). Prvým krokom syntézy

bolo ochránenie voľnej hydroxyskupiny 10 s TESCl. Ochránený laktón redukovali s DIBAL-om

za tvorby laktolu, ktorého acetylácia s Ac2O v pyridíne poskytla ochránený diol 13. Následná

hydrolýza acetálu 13 s BF3•OEt2 viedla k tvorbe oxóniového katiónu, ktorý okamžite reaguje

s príslušným nukleofilom 14 za vzniku (–)-diospongínu B (3). Vznik produktu je opisovaný

nasledovne: podobne ako Woerpel,15 tak aj Sawant predpokladal, že reaktívny konformér bude

mať fenylovú skupinu na C5 uhlíku v axiálnej polohe a ochránenú hydroxyskupinu na C3 uhlíku

v ekvatoriálnej polohe. Tento konformér je prístupný nukleofilnému ataku TES enol éteru 14

zospodu. Súčasné odstránenie TES skupiny vedie priamo k tvorbe (–)-diospongínu B (3) v 81%

výťažku, navyše všetky spektrálne údaje (optická otáčavosť a HMRS) sú v zhode s alkaloidom

izolovaným z prírodného zdroja (Schéma 7).

14 Miyashita, M.; Suzuki, T.; Hoshino, M.; Yoshikoshi, A.: Tetrahedron 1997, 53, 12469-12486. 15 Romero, K. A. C.; Tabacco, S. A.; Woerpel, K. A.: J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 168-169.

13


O

OH

O

O

OTES

OAc

O+HH

TESOO+

HOTES

H

OTES

a,b,c d

O

OH

O

3

(a) Et3N (6 ekv.), DMAP (0.09 ekv.), Et3SiCl (3 ekv.), THF, lab. t., 6 h, 89%;(b) DIBAL (1.3 ekv.), CH2Cl2, -78°C, 2.5 h, 99%;(c) Ac2O (1.8 ekv.), pyridín (1.5 ekv.), DMAP (1 ekv.), CH2Cl2, 0°C po lab. t., 5 h, 91%;(d) (14), BF3.OEt2 (2 ekv.), CH2Cl2, -78°C, 2 h, 81%.

10 13

14

[14]

[14]

Schéma 7

Rovnakú stratégiu autori aplikovali aj pri syntéze diospongínu A (2). Adícia príslušného

lítium enolátu na laktón 10 však prekvapivo neviedla k diastereomérom (15 a,b) (Schéma 8).

Toto pozorovanie viedlo k hľadaniu alternatívnej stratégie syntézy diospongínu A (2).

O

OH

O

(a) LiHMDS (3.1 ekv.), acetof enón (3 ekv), THF,-78°C, 2 h

10

O

OH

O

OH

a)

15 a, b

Schéma 8

Adícia nadbytku alylmagnézium bromidu na alkohol 10 poskytla príslušný laktol, ako

zmes dvoch diastereomérov. Ten po pridaní TFA vytvoril oxóniový intermediát 16, ktorý bol

následne zredukovaný s Et3SiH. Predpokladaný mechanizmus vzniku pyránu 17 je analogický ako

14


v Schéme 7. Vysoká diastereoselektivita redukcie je spôsobená „in situ“ silyláciou voľnej

hydroxyskupiny s Et3SiH. Tá spôsobí, že rozmerný silyl bude preferovať ekvatoriálnu polohu pred

axiálnou, čo posúva rovnováhu v prospech žiadaného konforméru. Ozonolýzou terminálneho

alkénu 17 dostali aldehyd 18 v 95% výťažku. Následná adícia fenylmagnézium bromidu na tento

aldehyd poskytla zmes dvoch diastereomérov, ktorá bola následne zoxidovaná na ketón 19

pomocou Dess-Martinovho činidla. Finálnym krokom syntézy bola desilylácia hydroxyskupiny,

ktorá poskytla žiadaný (–)-diospongín A (2) (Schéma 9).

O

OH

O

(a) alylMgBr (3.1 ekv.), Et2O/THF (3:1), -78°C, 2 h; (b) Et3SiH (10 ekv.), TFA (5 ekv.), CH2Cl2, -40°C, 5 h, 66%;(c) O3, Sudan III indikátor, -78°C po lab. t., 5 h, 95%; (d) PhMgBr (2.75 ekv.), Et2O, -78°C po lab. t., 5 h, 95%;(e) Dess-Martin (1.5 ekv.), CH2Cl2, 0°C po lab. t., 3 h, 96%; (f) 1% HCl, EtOH, lab. t., 6 h, 85%. - Dess-Martin :1,1,1-tris(acetyloxy)-1,1-dihydro-1,2-benziodoxo-3-(1H)-ón

10

O

OH

16

OH

TESOO

HOTES

O

OTES

17

O

OTES

18

HO

O

OTES

19

O

O

OH

2

O

a

cd,ef

[H ]

[H ]

b

Schéma 9

15


Ďalšiu syntézu alkaloidov 2 a 3 uskutočnila Cossy16 a kol. v roku 2006. Prvým krokom

syntézy bola enantioselektívna adícia alyltitaničitého chirálneho komplexu (R,R)-Ti na

benzaldehyd, za vzniku príslušného alkoholu (e.e. 98%), ktorý bol okamžite ochránený silylovou

skupinou (TBS-5) vo výbornom výťažku 75% po dvoch krokoch. Dihydroxylácia spojená

s oxidačným štiepením12 poskytla príslušný aldehyd, na ktorý bol opäť enantioselektívne adovaný

alyl vo forme už spomínaného (R,R)-Ti komplexu za vzniku 1,3-syn diolu 21. Potom „cross-

metatézou“ s nenasýteným ketónom 22 v prítomnosti Grubbsovho katalyzátora druhej generácie

12 dostali 1,7-diarylderivát 23 v 75% výťažku a E/Z pomerom 95:5. Finálne štiepenie silyléteru s

TBAF a následná intramolekulová oxy-Michaelova adícia uskutočnená v jednom kroku poskytla

konečný produkt 2 v 60% výťažku. Celkový výťažok po šiestich krokoch začínajúc

z benzaldehydu bol 29% (Schéma 10) .

H

O OTBS TBSO OH TBSO OH O

O

OH

O

N NMes Mes

RuCl

ClPCy3

PhTi

O

OO

O

PhPh

Ph Ph

O

a,b c,d e

f

12 (R,R)-Ti

20 TBS-5 21 23

2

(a) (R,R)-Ti, Et2O, -78°C; (b) TBSCl, imidazol, CH2Cl2, lab.t., 75% (2 kroky); (c) OsO4, NaIO4, 2,6-lutidín, dioxán-H2O;(d) (R,R)-Ti, -78°C, 87% (2 kroky); (e) 12 (5 mol.% ), 22 (3 ekv.), CH2Cl2, reflux, 75%; (f) TBAF, THF, lab. t., 60%.

22

Schéma 10

16 Bressey, C.; Allais, F.; Cossy, J.: Synlett 2006, 3455-3456.

16


O niekoľko mesiacov po uverejnení predchádzajúcej práce bola publikovaná veľmi

podobná syntéza uskutočnená Batesom17 a kol. Vychádzajú znovu z chirálneho alkoholu 5, ktorý

získali stereoselektívnou adíciou lítium acetylidu na (R)-styrénoxid a následnou čiastočnou

hydrogenáciou pomocou Lindlarovho katalyzátora v pyridíne.18 Tento alkohol 5 najprv ochránili

pomocou Boc2O a následne vystavili jódcyklizácii podľa Bartletta19 a Cardilla20 za vzniku

jódkarbonátu 24. Ten bázickou hydrolýzou v prostredí MeOH/K2CO3, následnou

intramolekulovou cyklizáciou a ochranou voľnej hydroxyskupiny s TBDSCl poskytol epoxid 25

ako jediný diastereomér vo výťažku 76% po 3 krokoch. Regioselektívne otvorenie oxiránového

kruhu s vinylmagnézium bromidom v prítomnosti CuBr ako Lewisovej kyseliny21 poskytlo

homoalylalkohol 21 v 91% výťažku. Ten rovnako ako Cossy transformovali využitím Grubbsovej

„cross-metatézy“ s nenasýteným ketónom 22 na 1,7-diarylderivátu 23 v 94% výťažku.22 Finálnou

deprotekciou s kyslým ionexom (Amberlyst 15®) v metanole a následnou intramolekulovou oxy-

Michaelovou adíciou uskutočnenou v jednom kroku získali finálny produkt 2 v 83% výťažku

(Schéma 11).

O

OH

O

2

OHI

O O

O

OTBSO

OH OTBSO

a,b c,d

e,f

g

(a) Boc2O, DMAP,CH3CN, 89%;(b) I2, CH3CN, -20 °C, 70%;(c) MeOH, K2CO3, 91%;(d) TBSCl, imidazol, 84%;(e) vinylMgBr, CuBr, 98%(f) 22, Grubbs II (12), 94%(g) Amberlyst 15®, MeOH, 83%

5 24 25

23

Schéma 11

17 Bates, R. W.; Song, P.: Tetrahedron 2007, 63, 4497-4499. 18 Felpin, F.-X.; Lebreton, J.: Org. Chem. 2002, 67, 9192-9199. 19 Bartlett, P. A.; Meadows, J. D.; Brown, E. G.; Morimoto, A.; Jernstedt, K. K.: J. Org. Chem. 1982, 47, 4013-4018. 20 Bongini, A.; Cardillo, G.; Orena, M.; Poryi, G.; Sandri, S.: J. Org. Chem. 1982, 47, 4626-4633. 21 Bonini, C.; Chiummiento, L.; Lopardo, M. T.; Pullez, M.; Colobert, F.: Tetrahedron Lett. 2003, 44, 2695-2697. 22 Počas optimalizácie zistili, že pre dosiahnutie vysokého výťažku „cross-metatézy“ je potrebné počas priebehu

reakcie postupne pridávať k roztoku alkoholu 8 a fenylvinylketónu 22 5 mol % roztok Grubbsovho katalyzátora 12 v CH2Cl2.

17


Dalšiu syntézu (–)-diospongínu A (2) uskutočnil Yadav a kol.23 v roku 2007. Racemický

alkohol (±)-5 podrobili Prinsovej cyklizácii s cinamaldehydom 26 za vzniku racemického all-syn

produktu 27a,b ako jediného diastereoméru v 78% výťažku. Zdôvodnenie all-cis selektivity je

založené na tvorbe E-oxóniového katiónu v stoličkovom tranzitnom stave, ktorý má zvýšenú

stabilitu oproti otvorenému oxóniovému katiónu vďaka delokalizácii. Optimálna geometria pre

túto delokalizáciu umiestňuje atóm vodíka na C4 uhlíku do pseudo-axiálnej polohy, čo

zvýhodňuje ekvatoriálny atak nukleofilu (Schéma 12).24,25,26 Následné enzymatické štiepenie

hydroxypyránov 27a,b pomocou prasačej pankreatickej lipázy (EC 3.1.1.3) a vinylacetátu

v cyklohexáne poskytlo čistý acetát 27b-Ac a alkohol 27a. Alkohol 27b, ktorý vznikol

deprotekciou acetátu 27b-Ac s K2CO3 v MeOH, bol podrobený Mitsunobuho inverzii

konfigurácie27 za vzniku esteru 28 v 83% výťažku po 2 krokoch. Následnou Wackerovou

oxidáciou28 esteru 28 na aldehyd 29 a jeho hydrolýzou pomocou K2CO3 v metanole získali

cieľový (–)-diospongín A v 90% výťažku (Schéma 13).

+ H Ph

OPh

OH

HO Ph

OH

Ph

H

OPhPh

H

HOCOCF3

O Ph

OCOCF3

Ph O Ph

OH

Ph

(±)-5 26

27a,b

TFA

K2CO3

Schéma 12

23 Yadav, J. S.; Padmavani, B.; Reddy, B. V. S.; Venugopal, Ch.; Bhaskar Rao, A.: Synlett 2007, 2045-2048. 24 Alder, R. W.; Harvey, J. N.; Oakley, M. T.: J. Am. Chem. Soc 2002, 124, 4960-4961. 25 Ramesh, J.; Rychnovsky, S. D.: Org. Lett. 2006, 8, 2175-2178. 26 Biermann, U.; Lutzen, A.; Metzger, J. O.: Eur. J. Org. Chem. 2006, 2631-2637. 27 Mitsunobu, O.: Synthesis 1981, 1-28. 28 Tsuji, J.: Synthesis 1984, 365-368.

18


(±)-5

OHCHO

O

OH

O

OAc

+

O

O

O

NO2

O

O

O

NO2

OO

OH

O

26 27a 27b-Ac

28 29 2

a,b

c,d e f

(a) TFA, CH2Cl2 potom K2CO3, MeOH, lab. t., 4 h, 78%; (b) prasaèia pankreatická lipáza(PPL, 20% w/w), vinylacetát, cyklohexán, lab. t., 5 d, (1:1); (c) K2CO3 (1 ekv.), MeOH, lab. t., 15 min, 92 %;(d) PPh3 (1.1 ekv.), DIAD (1.1 ekv.), p -nitrobenzoová kyselina (1.5 ekv.), suchý toluén, 0°C po lab. t., 3-4h,90%; (e) PdCl2 (0.5 ekv.), CuCl (3 ekv.), DMF-H2O (1:7), 50-55°C, O2, 3 d, 89%; (f ) K2CO3 (1 ekv.), MeOH,lab. t., 15 min, 90%.

27b-Ac

+

Schéma 13

Prvú racemickú syntézu diospongínu A uverejnil Piva29 a kol. v roku 2007. Kľúčovým

krokom ich syntézy bola Prinsova cyklizácia alkoholu (±)-30 s benzaldehydom a následná

Mitsunobu inverzia konfigurácie. Pri príprave východiskového alkoholu (±)-30 vychádzali z

benzaldehydu, na ktorý v prvom kroku adíciou alylmagnézium bromidu v Et2O získali racemický

alkohol (±)-5, ktorý následne ochránili silyláciou s TBDMSCl za vzniku (±)-TBS-5 v 84%

výťažku po 2 krokoch. Terminálnu olefinickú skupinu tohto ochráneného alkoholu podrobili

oxidačnému štiepeniu s ozónom za vzniku aldehydu, ktorý adíciou alylmagnézium bromidu

poskytol alkohol (±)-21. Ten po deprotekcii s tetra-n-butylamónium fluoridom (TBAF)

regioselektívne oxidovali na ketón 30 pomocou MnO2 v 61% výťažku. Získaný ketón 30 vystavili

kyslo katalyzovanej Prinsovej cyklizácii30 s benzaldehydom, ktorá viedla k tvorbe

tetrahydropyránovému derivátu (±)-31, ktorý priamo zhydrolyzovali s NaOH na korešpondujúci

alkohol (±)-32 – epimér diospongínu A (2) – v 83% výťažku po 2 krokoch. Po tejto sekvencii sa

autori pokúšali o inverziu konfigurácie hydroxy skupiny na C5 uhlíku. Prvou testovanou metódou

bola mierne pozmenená Mukaiyamaova metóda,31 v ktorej použili hydrid sodný ako bázu na

29 Hiebel, M.-A.; Pelotier, B.; Piva, O.: Tetrahedron 2007, 63, 7874-7878 . 30 Barry, C. S.; Bushby, N.; Harding, J. R.;Willis, C. L.: Org. Lett. 2005, 7, 2683-2686. 31 Mukaiyama, T.: Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 42, 5590-5614.

19


zabezpečenie deprotonácie alkoholu. Namiesto očakávaného p-metoxyfenylesteru však získali

nepolárnu štruktúru v 44% výťažku, ktorú identifikovali ako príslušný chlorid. Ďalšou testovanou

metódou bola Mitsunobu reakcia28,32,33 uskutočnená pomocou p-nitrobenzoovej kyseliny, pri

ktorej vznikol príslušný ester. Finálnym krokom bolo zmydelnenie s NaOH na cieľový (+/–)-

diospongín A (±2) v 71% výťažku po 2 krokoch (Schéma 14). Celkový výťažok tejto syntézy bol

23% po 10 krokoch.

H

O OTBS TBSO OH

O

OCOCF3

O

a,b c,d e,f

20 (±)-TBS-5 21

(a) alylmagnézium bromid, Et2O, 0°C po lab. t., 100%; (b) TBDMSCl, imidazol, DMF, 0°C po lab. t., 84%;(c) O3, CH2Cl2, -60°C po lab. t., potom PPh3, -60°C po lab. t., 87%; (d) alylmagnézium bromid, Et2O, 0°Cpo lab. t., 92%; (e) TBAF,THF, lab. t., 97%; (f ) MnO2, CH2Cl2, ref lux, 61%; (g) benzaldehyd (20), TFA, CH2Cl2, lab.t.,; (h) NaOH, MeOH, 83% (po 2 krokoch) (i) NaH, 30, THF, 0°C, potom difenylf osf ín chlorid, 0°C po lab. t.; (j) 2,6-dimetylbenzochinón, p-anízová kyselina, CH2Cl2, ref lux, 44% (po 2 krokoch)-produkt: chlórderivát (k) PPh3, DEAD,p-nitrobenzoová kyselina, CH2Cl2, lab. t.: (l) NaOH, MeOH, THF, H2O, 71% (po 2 krokoch).

O OH

30

gi, j

O

OH

Ok,l

(±)-31 (±)-2

O

OH

Oh

(±)-32

Schéma 14

V ďalšej práci si autori34 dali za cieľ pripraviť (–)-diospongín A (2), (–)-diospongín B (3)

a ich C5 stereoizoméry, ktorých syntézy však v tejto prácii nebudem uvádzať. Východiskovou

zlúčeninou ich syntézy je aldehyd 33, ktorý pripravili podľa literatúry.35 Z tohto alkoholu

enantioselektívnou alyláciou podľa Browna36 získali syn-alkohol 21a v 62% výťažku a jeho

32 Huges, D. L.: Org. React. 1992, 42, 335-656. 33 Valentine, D. H., Jr.; Hillhouse, J. H.: Synthesis 2003, 317‐334. 34 Kawai, N.; Hande, S. M.; Uenishi, J.: Tetrahedron 2007, 63, 9049-9056. 35 Wilkinson, C. J.; Frost, E. J.; Staunton, J.; Leaday, P. F.: Chem. Biol. 2001, 8, 1197-1208 . 36 (a) Brown, H. C:; Bhat, K. S.; Randad, R. S.: Org. Chem. 1989, 54, 1570-1576 (b) Racherla, U. S.; Brown, H. C.:

J. Org. Chem. 1991, 56, 401-404.

20


anti-diastereomér 21b v 14% výťažku. Oxidačným štiepením terminálnej alkenylovej väzby syn-

alkoholu 21a a následnou Wittigovou adíciou s fosforánom37 získali alkohol, ktorý v ďalšom

kroku ochránili s TBDMSOTf za vzniku α,β-nenasýteného ketónu 34 v 69% výťažku po 3

krokoch. Následná diastereoselektívna redukcia ketónu s použitím (R)-CBS činidla38 poskytla

príslušný (S)-alkohol v 92% výťažku (87% d.e.) a analogicky redukcia pomocou (S)-CBS

reagentu38 poskytla príslušný (R)-alkohol v 98% výťažku (85% d.e.). Finálnou deprotekciou

silyléteru autori získali príslušné trioly 36a a 36b pre testovanie Pd(II)-katalyzovaných cyklizácii

(Schéma 15).

21a

CHOOTBDMS OTBDMSO TBDMSOTBDMSO OH

a b,c,d

OTBDMS OHTBDMSO

e

f OTBDMS OHTBDMSO

OH

OH

HO

OH

OH

HO

g

h

(a) (+)-Ipc2Ballyl, Et2O, -78°C, 3h, 62%; (b) O3, CH2Cl2, -78°C, 10 min, potom PPh3, lab. t.;(c) Ph3P=CHCOPh, THF, 60°C, 80% po 2 krokoch; (d) TBDMSOTf , 2,6-lutidín, CH2Cl2, 0°C, 30 min, 86%; (e) (S)-CBS, BH3.THF, THF, 0°C, 1h, 92% (87% d.e.); (f ) (R)-CBS, BH3.THF, THF, -40°C, 1h, 98% (85% d.e.); (g) TBAF,THF, lab. t., 3h, 90% (h) TBAF, THF, lab. t., 3h, 94%.

33 34

35a

35b

36a

36b

34

Schéma 15

Po vystavení triolu 36a 10 mol% roztoku PdCl2(CH3CN)2 v THF získali cis-(E)-

tetrahydropyránový derivát 38a v 92% výťažku, zatiaľ čo pri vystavení triolu 36b rovnakým

podmienkam získali trans-(E)-tetrahydropyránový derivát 38b v 86% výťažku. Konfigurácia

oboch látok bola potvrdená pomocou NOE experimentov (Schéma 16). Finálne regioselektívne

37 Raminez, F.; Dershowitz, S.: J. Org. Chem. 1957, 22, 41-45. 38 Corey, E. J.; Helal, C. J.: Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 1986-2012.

21


zavedenie karbonylovej skupiny bolo uskutočnené pomocou Wackerovej oxidácie. Pri

štandardných podmienkach39 (50 mol% PdCl2 a CuCl v zmesi H2O a DMF pri 50°C) bol však

priebeh reakcie s 38a veľmi pomalý – po troch dňoch získali iba 37% výťažok žiadaného (–)-

diospongínu A (2) (pri 50% konverzii substrátu 38a). Zvýšiť reakčnú rýchlosť sa im podarilo

uskutočnením experimentu v aparatúre s mikrovlnným žiarením a zvýšením teploty na 70°C. Pri

týchto podmienkach získali po 4 hodinách žiadaný (–)-diospongínu A (2) v 56% výťažku (pri 73%

konverzii substrátu 38a). Na rozdiel od tejto reakcie, reakcia s 38b prebiehala rýchlejšie pri 50°C,

avšak viedla k nečakanému bicyklickému produktu 39 v 82% výťažku. Z tohto výsledku vyplýva,

že nukleofilný atak hydroxy skupiny na π-Pd(II)-komplex styrylovej skupiny za vzniku bicyklu 39

prebieha prednostne namiesto Wackerovej oxidácie. Po ochránení hydroxyskupiny s MOMCl bol

vzniknutý MOM-éter znovu podrobený Wackerovej oxidácii. Pri podmienkach s mikrovlnným

ožarovaním však opäť získali výhradne produkt 39. Pri štandardných podmienkach izolovali po 3

dňoch žiadaný ochránený trans-tetrahydropyránový derivát v 55% výťažku, z ktorého po

deprotekcii pomocou HCl získali konečný (–)-diospongín B (3) (Schéma 17). Je zaujímavé, že

s HCl neepimerizuje trans-THP s keto-skupinou v β-polohe! Spektrálne údaje oboch

produktov zodpovedajú z prírody izolovaným diospongínom. Celkový výťažok ich syntézy je pre

(–)-diospongín A (2) 20% po 8 krokoch a 15% po 10 krokoch pre (–)-diospongín B (3).

O

HH

H

H H

OH

Ph

PhO

H

H

H

H

HOH

HPh

Ph

38a 38b

Schéma 16

39 (a) Keinan, E.; Seth, K. K.; Lamed, R. J.: J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 3474-3480; (b) Tsuji, J.: Synthesis 1984,

369-384.

22


OH

OH

HO37a

O

OH

O

OH

O

OH

OH

HO37b

O

OH

O

OH

O

O

OPh

Ph

H H

H H

a

a

b

c

d,e,f

39

38b

238a

3

(a) PdCl2(CH3CN)2 (10 mol%), THF, 0°C, 20 min, 92% pre 38a, 86% pre 38b; (b) PdCl2 (50 mol%),CuCl, O2, DMF + H2O, mikrovlny, 70°C, 4h, 56%; (c) PdCl2 (50 mol%), CuCl, O2, DMF + H2O, 50°C,5h, 82%; (d) MOMCl, i-Pr2NEt, NaI, THF, 55°C, 10h, 86%; (e) PdCl2 (50 mol%), CuCl, O2, DMF + H2O,50°C, 3d, 55%; (f) HCl aq / THF, lab. t., 91%.

Schéma 17

Zatiaľ poslednú uverejnenú syntézu uskutočnil Sabitha a kol. v roku 2008.40 Ich syntéza

vychádza zo známeho chirálneho alkoholu 5, ktorý pripravili Keckovou alyláciou benzaldehydu.6

Oxidačným štiepením terminálnej olefinickej skupiny získali príslušný aldehyd, ktorý bez izolácie

podrobili adícii s diazoacetátom v prítomnosti SnCl2 za vzniku β-ketoesteru 40 v 80% výťažku.

Ten v ďalšom kroku syn-selektívne redukovali pomocou katecholboránu (1,3,2-

benzodioxaborolu)41 za vzniku syn-1,3-diolu 41 v 75% výťažku. Následnou cyklizáciou

dosiahnutou pomocou katalytického množstva PTSA (4-metylbenzénsulfónovej kyseliny)

v suchom CH2Cl2 získali δ-laktón 10 v 68% výťažku. Ten po redukcii s DIBAL-om42 a reakcii

s Hornerovým fosfonátom 42,43 pripraveným podľa postupu v Schéme 1844 poskytol zmes

diospongínov, ktoré sa však nedali izolovať čisté.

40 Sabitha, G.; Padmaja, P.; Ydav, J. S.: Helv. Chim. Acta 2008, 91, 2235-2239. 41 Evans, A. D.; Hoveyda, A. H.: J. Org. Chem. 1990, 55, 5190-5192. 42 Vidari, G.; Ferrino, S.; Grieco, P. A.: J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 3539‐3548. 43 Solladie, G.; Wilb. N.; Bauder, C.: J. Org. Chem. 1999, 64, 5447-5452. 44 Sabitha, G.; Yadagiri, K.; Ydav, J. S.: Tetrahedron Lett. 2007, 48, 8065-8068.

23


24

OEtP OEt

OO

42OEt

OPO

OEtOEt

BuLi, -78°C, 2h, 75%

Schéma 18

Pri použití Ba(OH)2·8H2O ako bázy dosiahli požadovanú Wittig-Hornerovu reakciu

a následnú intramolekulovú oxy-Michaelovu reakciu v jednom kroku, pričom dostali zmes

diastereomérov 2,6-cis (2) : 2,6-trans (3) v pomere 2:3 v 60% výťažku po 2 krokoch (Schéma 19).

Celkový výťažok ich reakcie je 28% po 7 krokoch. Namerané spektrálne údaje sú v zhode

s údajmi nameranými z prírodného extraktu.

OH OH

OEt

O O OH

OEt

OH O

O O

OH

(S)

O

(S)

OH

O

EtOPEtOO O

a,b,c d

e f alebo g

5

10

4140

42(R) 2

(a) OsO4 (0.1M v toluéne), 4-metylmorfolín-4-oxid (NMO), acetón/H2O 4:1, 12h; (b) NaIO4, CH2Cl2, NaHCO3, 4h, 85% (po 2 krokoch); (c) SnCl2 (kat.), N2CHCOOEt, CH2Cl2, 0°C po lab. t.,40 min, 80%; (d) katecholborán, THF, -10°C, 5h, 75%; (e) PTSA, CH2Cl2, -78°C, 30 min, 68%; (f) DIBAL-H, CH2Cl2, -78°C, 30 min; (g) 42, Ba(OH)2·8 H2O, THF/H2O 4:1, lab. t., 5h, 81%.

(S) 3

Schéma 19

Kapitola 2 Diskusia

2) Diskusia

2.1) Retrosyntetická analýza

Naša retrosyntetická analýza prípravy aza-(–)-diospongínu A (49) (Schéma 20) je založená

na Pd(II)-katalyzovanej transformácii ochráneného alkoholu 45a, ktorý sa dá pripraviť

stereoselektívnou redukciou ketónu 44. Tento ketón je ľahko pripraviteľný alyláciou Weinrebovho

amidu, ktorý sa dá pripraviť z komerčne dostupného β-fenylalanínu 43.

NH

OH

O

NH

OH

BocNH

O

BocNH2

OH

O

49 434445a

Schéma 20

2.2) Príprava racemického ochráneného aminoalkoholu (±)-45a pre finálnu Pd(II)-

katalyzovanú transformáciu

Ako modelovú štúdiu sme si zvolili racemickú verziu syntézy. Pre optimálnu a čo

najrýchlejšiu prípravu ketónu (±)-44 sme zvolili nasledovný sled krokov: esterifikácia – ochrana

voľnej amino skupiny45 – príprava Weinrebovho amidu a jeho konečná alylácia príslušným

Grignardovým činidlom.

Komerčne dostupný β-fenylalanín (±)-43 sa podrobil reakcii s oxalylchloridom v toluéne

pri -20°C, ktorý poskytol očakávaný vysokoreaktívny chlorid. Ten sa následne nechal reagovať

s MeOH ako nukleofilom za vzniku žiadaného metylesteru (±)-46.46 Reakčná zmes sa zahustila

dosucha na vákuovej odparke a bez dalšieho čistenia sa použila v následnej ochrane voľnej

aminoskupiny s Boc2O. Táto „one-pot“ sekvencia poskytla príslušný derivát (±)-47 vo výťažku

69% po troch krokoch47 (Schéma 21).

45 Price, D. A.; Gayton, S.; Selby, M. D.; Ahman, J.; Haycock-Lewandowski, S.; Stammen, B. L.; Warren, A.: Tetrahedron Lett. 2005, 46, 5005-5007. 46 Reakcia je veľmi exotermická a je potrebné pridávať MeOH pri -20°C a po kvapkách. 47 Chromatografické čistenie bolo uskutočnené až po ochrane voľnej aminoskupiny.

25

Kapitola 2 Diskusia

NH2

OH

O

(±)-43

1.) oxalylchloridtoluén, lab. t., 2.2h

2.) metanol, 20 min, lab. t., kvant.

NH2

OMe

O

(±)-46

Boc2O, NaHCO3

NH

OMe

O

(±)-47Boc

H2O, dioxán, 22 h, lab. t. 74%

Schéma 21

Derivát (±)-47 bol podrobený adično-eliminačnej reakcii za vzniku Weinrebovho amidu

(±)-48 v 78% výťažku po FLC.48 Ďalším krokom bola adícia Grignardovho činidla

(alylmagnézium bromidu) adično-eliminačným mechanizmom na amid (±)-48 za vzniku

žiadaného ketónu (±)-44. Literatúra49 popisuje predmetnú adíciu iba na α-aminokyselinách vo

veľmi dobrých výťažkoch. Všetky snahy o aplikáciu popísaných podmienok poskytli buď

dekompozíciu východiskového substrátu, alebo žiadnu reakciu a spätnú izoláciu amidu (±)-48. Po

použití optimalizovaných podmienok Ing. Kubiznu,50 kedy sa do roztoku alylmagnézium bromidu

(5 ekv.) v dietyléteri pomaly prikvapkal amid (±)-48 rozpustený v toluéne pri 5°C, som získal

očakávaný ketón (±)-44 avšak v nízkom 24% výťažku (Schéma 22). Nízky výťažok však mohol

byť spôsobený aj mojou neopatrnosťou a stratou malej časti produktu pri čistení pomocou FLC.

Reakcia je veľmi exotermická a je potrebné ju chladiť.

NH

O

O

(±)-47Boc

AlMe3, toluén NH

N

O

Boc

O

NH

O

Bocdietyléter, toluén

1.5 h, 5°C až lab. t.,24%

MgBrNHMeOMe·HCl

23 h, -30°C po lab. t.,78%

(±)-48 (±)-44

Schéma 22

48 Munchhof, M. J.; Meyers, A. I.: J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5399-5400. 49 (a) McCluskey, A.; Garner, J.; Young, D. J.; Caballero, S.: Tetrahedron 2000, 41, 8147-8151; (b) Blomberg, D.; Hedenström, M.; Kreye, P.; Sethson, I.; Brickmann, K.; Kihlberg, J.: J. Org. Chem. 2004, 69, 3500-3508; (c) Yuan, Z.; Kihlberg, J.: Tetrahedron 2005, 61, 4901-4909. 50 Ing. Peter Kubizna, Dizeračná práca, FCHPT Bratislava, 2009.

26

Kapitola 2 Diskusia

27

Posledným krokom syntézy bola stereoselektívna redukcia ketónu (±)-44 na alkohol

(±)-45a. Po použití reakčných podmienok prevzatých z dizertačnej práce Ing. Kubiznu,50 som

získal zmes diastereomérov v pomere 1:351 v prospech anti-alkoholu (±)-45b (Schéma 23).

NH

OH

Boc

(±)-45a

NH

O

Boc(±)-44

Red-Al, THF

-76oC až -20oC, 3 dni

NH

OH

Boc(±)-45b

+

Schéma 23

51 Pomer bol určený z 1H-NMR spektier.

Kapitola 3 Experimentálna časť

28

3.) Experimentálna časť

3.1) Úvod

Rozpúšťadlá a činidlá:

Činidlá:

Všetky komerčne dostupné činidlá boli použité bez čistenia v kvalite, ktorú deklaruje výrobca

(Alfa-Aesar, Sigma-Aldrich, Merck).

Rozpúšťadlá:

Tetrahydrofurán a dietyléter – predsušené z KOH a následne čerstvo predestilované zo sodíka

a/alebo draslíka a benzofenónu pod suchým argónom.

Metanol – destilovaný z metanolátu sodného a uschovaný nad 4Å molekulovými sitami.

Dichlórmetán – destilovaný z P2O5 a uschovaný nad aktivovanými 4Å molekulovými sitami.

Toluén a 1,4-Dioxán – destilované zo sodíka a uschované nad 4Å molekulovými sitami.

Sušenie skla:

Laboratórne sklo bolo štandardne sušené teplovzdušnou pištoľou pri teplote 400°C a vákuu

0,01 mbar a následne vychladené pod prúdom suchého argónu.

Chromatografia:

Na preparatívnu stĺpcovú kvapalinovú chromatografiu (FLC) bol použitý silikagél Kiesegel 60

(40-63 μm, 230-400 mesh, Merck). Priebeh reakcií a čistota zlúčenín sa sledovala pomocou

tenkovrstvovej chromatografie (TLC) na platničkách DC-Alufolien Kieselgel 60 F254 (Merck),

detekcia zlúčenín bola uskutočnená pomocou ÚV žiarenia (258 nm) a oxidáciou v 15%

vodnom roztoku KMnO4 s následným zahriatím teplovzdušnou pištoľou na 220°C.


29

1H NMR a 13C NMR Spektroskopia

1H NMR, 13C NMR, APT, COSY a HETCOR spektrá boli merané na spektrometri Varian

VXR-300 (300 MHz) s inertným štandardom tetrametylsilánom (TMS) pri 25 °C v CDCl3.

Chemický posun (δ) je udávaný v hodnotách „ppm“ (parts per milion). Chemický posun pre

TMS je (1H: δMe = 0.00 ppm (s), 13C: (δMe = 0.0 ppm (s)) a pre zvyškový CHCl3 (1H: δH = 7.26

ppm (s), 13C: (δH = 77.0 ppm (t)). Interakčné konštanty J sú uvádzané v Hz. Skratky použité pri

identifikácii multiplicity signálov sú nasledovné: s – singlet, d – dublet, t – triplet, q – kvartet,

pent – pentet, m – multiplet, brs – široký signál.

IČ Spektroskopia

IČ spektrá boli merané na prístroji Nicolet 5700 FTIR ako film na diamantovej sonde.


30

3.2) Príprava východiskového alkoholu 45a

3.2.1) Príprava soli metylesteru kyseliny (±)-46

O

NH2 OHCl.

Hydrochlorid metylesteru kyseliny 3-amino-3-fenylpropánovej

Do suchej baničky s miešadlom sa navážilo 500 mg (3.03 mmol) β-fenylalanínu (±)-

43, pridalo sa 10 ml suchého toluénu a nechalo sa miešať 5 min pri -20°C. K zmesi pri -20°C

sa pomaly (v priebehu 5 minút) pridal oxalylchlorid (312 μL, 3.63 mmol, 1.2 ekv.) a zmes sa

nechala miešať 2 hodiny pri 25°C. Bola pozorovaná mierne exotermická reakcia. Po 2

hodinách sa k reakčnej zmesi pridalo 5 ml metanolu pri -20°C a nechalo sa miešať ďalších 20

minút. Zmes sa zahustila do sucha na rotačnej vákuovej odparke. Získala sa bledožltá

kryštalická látka v kvantitatívnom výťažku, ktorá sa bez ďalšieho čistenia použila v následnej

reakcii.

Rf = 0.23 (iHex/AcOEt = 1:1),52 C10H14ClNO2, M.h. = 215.68 g.mol-1

52 Platí pre voľnú aminokyselinu.


31

3.2.2) N-Boc ochránená aminokyselina (±)-47

O

NH OO

O

Metylester kyseliny 3-(tert-butoxykarbonylamino)-3-fenylpropánovej

123

K surovej zmesi (±)-46 sa pri laboratórnej teplote pridalo 6 ml dioxánu a pomaly sa

prikvapkalo 6 ml nasýteného vodného roztoku NaHCO3. Po 5 minútach miešania sa pridal

Boc2O (991 mg, 4.54 mmol, 1.5 ekv). Po 43 hodinách sa k reakčnej zmesi pridal nasýtený vodný

roztok NaHCO3 (30 ml) a zmes sa extrahovala s CH2Cl2 (2 x 30 ml). Spojené organické vrstvy sa

dosušili s bezvodým Na2SO4. Zmes sa prefiltrovala a zahustila na rotačnej vákuovej odparke. Po

zahustení sa získal žltý olej (1.016 g), ktorý po FLC (40 g silikagélu, iHex/AcOEt = 5:2)

poskytol čistý produkt (±)-47 (583 mg) v 69% výťažku.

Rf = 0.64 (iHex/AcOEt = 1:1), C15H21NO4, M.h. = 279.15 g.mol-1

1H NMR: δ (ppm) = 1.42 (s, 9H, C(CH3)3), 2.76 – 2.94 (m, 2H, H-2), 3.61 (s, 3H, OCH3), 5.03 –

5.17 (brs, 1H, H-3), 5.4 – 5.54 (brs, 1H, NH, vymeniteľné s D2O), 7.22 – 7.38 (m, 5H, Ph).

13C NMR: δ (ppm) = 28.3 (q, C(CH3)3), 40.8 (t, C-2), 51.2 (d, C-3), 51.8 (q, OCH3), 79.7 (s,

C(CH3)3), 126.1 (d, CHo-Ph), 127.5 (d, CHp-Ph), 128.6 (d, CHm-Ph), 141.2 (s, Cq-Ph), 155.0 (s,

CO-NH), 171.4 (s, CO2Me).

IČ: ṽ (cm-1) = 704, 1135, 1154, 1291, 1512, 1681 (CO), 1725 (CO), 2973 (Ph), 3385 (NH).


32

3.2.3) Príprava Weinrebovho amidu (±)-48

NO

NH OO

O

tert-butyl 3-(metoxy(metyl)amino)-3-oxo-1-fenylpropylkarbamát

12 3

Do suchej baničky s miešadlom sa navážil metoxymetylamín hydrochlorid (611 mg,

6.26 mmol, 3 ekv.), pridalo sa 9 ml suchého toluénu a zmes sa ochladila na -15°C. Po 10

minútach sa pomaly prikvapkal AlMe3 (3.13 ml, 2 mol.dm-3 (n-hexán), 3 ekv.) a bezfarebná

zmes sa nechala miešať ďalších 15 minút pri -15°C a potom 2 hodiny pri 25°C. Potom sa roztok

ochladil na -30°C a prikvapkal sa k nemu substrát (±)-47 (583 mg, 1.93 mmol) rozpustený v 9 ml

toluénu. Po pridaní sa nechalo ohriať na 25°C a miešať 21 hodín. Následne sa k reakčnej zmesi

pomaly pridal Na2SO4.10H2O (3.364 mg, 5 ekv.), intenzívne sa miešalo cca 30 minút a nakoniec

sa filtrovalo cez fritu. Tá bola premytá s CH2Cl2 (3 x 20 ml), spojené organické vrstvy sa

zahustili do sucha na rotačnej vákuovej odparke. Získal sa bezfarebný vysokoviskózny olej (583

mg). Po FLC (24 g silikagélu, AcOEt) sa získal čistý produkt (±)-48 (464 mg) v 78% výťažku.

Rf = 0.37 (iHex/AcOEt = 1:1), C16H24N2O4, M.h. = 308.37 g.mol-1

1H NMR: δ (ppm) = 1.41 (s, 9H, C(CH3)3), 2.84 (dd, 1H, H-2a, J2a,3 = 5.0 Hz, Jgem = 15.3 Hz),

3.00 – 3.16 (m, 4H, NCH3, H-2b), 3.50 (s, 3H, OCH3), 5.05 – 5.15 (brs, 1H, H-1), 6.04 - 6.20

(brs, 1H, NH, vymeniteľné s D2O), 7.18 – 7.36 (m, 5H, Ph).

13C NMR: δ (ppm) = 28.3 (q, C(CH3)3), 31.8 (q, NCH3), 37.8 (t, C-2), 51.3 (d, C-1), 61.2 (q,

OCH3), 79.3 (s, C(CH3)3), 126.1 (d, CHo-Ph), 127.1 (d, CHp-Ph), 128.6 (d, CHm-Ph), 142.1 (s,

Cq-Ph), 155.2 (s, CO-NH), 171.7 (s, C-3).

IČ: ṽ (cm-1) = 703, 1162, 1247, 1363, 1541, 1643 (CO), 1708 (CO), 2988 (Ph), 3261 (NH).


33

3.2.4) Príprava (±)-49 alyláciou (±)-48

NH OO

O

tert-butyl 3-oxo-1-fenyl-hex-5-enylkarbamát

12

34

56a

6b

Do suchej trojhrdlej baničky s miešadlom a chladičom sa pridal horčík (119 mg,

4.90 mmol, 5 ekv.), suchý dietyléter (13.7 ml) a alylbromid (424 μL, 4.90 mmol, 5 ekv.) a

nechalo sa miešať pri 25°C až do úplného zreagovania horčíka (1 hodina). Počas reakcie sa

vytvoril mierny zákal, ktorý sa časom vyčíril. Potom sa zmes ochladila na 5°C a pomaly sa

prikvapkal substrát (±)-48 rozpustený v toluéne (6 ml). Po pridaní celého objemu sa zmes

nechala miešať 10 minút pri 5°C a 20 minút pri 25°C. Potom sa k surovej reakčnej zmesi pridal

pri 10°C nasýtený vodný roztok NH4Cl. Extrahovalo sa 3x s CH2Cl2 (45, 30 a 20 ml). Spojené

organické vrstvy sa vysušili s bezvodým Na2SO4, prefiltrovali a zahustili do sucha na rotačnej

vákuovej odparke. Po zahustení sa získala biela tuhá látka (284 mg). FLC (zo 184 mg produktu,

11.4 g silikagélu, iHex/AcOEt = 4:1) poskytla čistý produkt (±)-49 (44 mg) v 24% výťažku.

Rf = 0.87 (iHex/AcOEt = 1:1), C17H23NO3, M.h. = 289.37 g.mol-1

1H NMR: δ (ppm) = 1.41 (s, 9H, C(CH3)3), 2.86 – 3.18 (m, 4H, H-2, H-4), 5.03 – 5.18 (m, 3H,

H-1, H-6), 5.38 – 5.50 (brs, 1H, NH, vymeniteľné s D2O), 5.81 (ddd, 1H, H-5, J5,6a = 7.0 Hz, J5,4

= 10.3 Hz, J5,6b = 14.0 Hz), 7.21 – 7.37 (m, 5H, Ph).

13C NMR: δ (ppm) = 28.3 (q, C(CH3)3), 47.9 (t, C-2), 48.1 (t, C-4), 79.6 (d, C(CH3)3), 119.2 (t,

C-6), 126.1 (d, CHo-Ph), 127.3 (d, CHp-Ph), 128.6 (d, CHm-Ph), 129.8 (d, C-5), 141.4 (s, Cq-Ph),

155.1 (s, CO-NH), 206.8 (s, C-3).

IČ: : ṽ (cm-1) = 552, 705, 1169, 1252, 1364, 1506, 1683 (CO), 1716 (CO), 2976 (C=C), 3394

(NH).


34

3.2.4) Stereoselektívna redukcia (±)-49 za vzniku alkoholov (±)-45a a (±)-45b

NH OHO

O

terc-butyl-3-hydroxy-1-fenylhex-5-enylkarbamát(±)-syn / (±)-anti

12

34

5

6b6a

Do suchej baničky s miešadlom sa pod argónom navážil substrát (±)-49 (100 mg, 0.35

mmol), pridal THF (3.5 ml) a zmes sa nechala rozmiešať (10 min). Potom sa k zmesi pridal pri

-76°C Red-Al (500 μL, 1.73 mmol, 5 ekv.) a nechalo sa miešať pri -20°C. Po 6 dňoch sa k

surovej reakčnej zmesi pridal Na2SO4.10H2O (556 mg, 5 ekv.). Po premiešaní sa zmes

prefiltrovala cez fritu a zahustila na rotačnej vákuovej odparke. Získal sa žltý olej (346.5 mg),

ktorého 1H-NMR analýza ukázala, že produkty (±)-45a a (±)-45b sú v pomere 1/3 (syn/anti).

Rf ((±)-45a) = 0.70 (iHex/AcOEt = 1:1), C17H25NO3, M.h. = 291.37 g.mol-1

1H NMR ((±)-45a): δ (ppm) = 1.40 (s, 9H, C(CH3)3), 1.61 (s, 1H, OH, vymeniteľné s D2O),

1.82 – 1.96 (m, 2H, H-2), 2.17 (dt, 1H, H-4a; Jgem = 13.8 Hz; J4a,3 = 7.7 Hz; J4a,5 = 6.7 Hz), 2.28

(dd, 1H, H-4b; Jgem = 13.8 Hz; J4a,3 = 7.9 Hz; J4a,5 =5.9 Hz), 3.62 (brs, 1H, H-3), 4.79 (brs, 1H,

H-1), 5.09 – 5.19 (m, 3H; H-6, NH), 5.76 (ddd, H-5; J5,4 = 7.3 Hz; J5,6a = 9.8 Hz; J5,6b = 14.5

Hz), 7.24 – 7.35 (m, 5H, Ph).

13C NMR ((±)-45a): δ (ppm) = 28.4 (q, C(CH3)3), 41.6 (t, C-4), 44.1 (t, C-2), 51.8 (d, C-1), 67.2

(d, C-3), 80.0 (s, C(CH3)3), 117.5 (t, C-6), 126.3 (d, CHo-Ph), 127.4 (d, CHp-Ph), 128.7 (d, CHm-

Ph), 134.9 (d, C-5), 142.1 (s, Cq-Ph), 156.5 (s, CO).

IČ ((±)-45a): ṽ (cm-1) = 701, 1019, 1169, 1362, 1389, 1673 (CO), 2934 (Ph), 2980 (Ph), 3231

(NH), 3350 (OH).


35

Rf ((±)-45b) = 0.79 (iHex/AcOEt = 1:1), C17H25NO3, M.h. = 291.37 g.mol-1

1H NMR ((±)-45b): δ (ppm) = 1.44 (s, 9H, C(CH3)3), 1.83 (dd, 2H, H-2; J2,1 = 5.6 Hz; J2,3 = 5.6

Hz), 2.20 – 2.32 (m, 2H, H-4), 3.57 – 3.60 (brs, 1H, OH, vymeniteľné s D2O), 3.73 (pent, 1H, H-

3; J3,2 = 6.3 Hz; J3,4 = 12.6 Hz ), 4.96 (q, 1H, H-1, J1,2 = 6.7 Hz), 5.07 – 5.22 (m, 3H, H-6, NH),

5.84 (ddd, 1H, H-5, J5,6a = 7.2 Hz, J5,4 = 9.5 Hz, J5,6b = 16.7 Hz), 7.24 – 7.37 (m, 5H, Ph)

13C NMR ((±)-45b): δ (ppm) = 28.3 (q, C(CH3)3), 41.6 (t, C-4), 44.1 (t, C-2), 51.8 (d, C-1), 67.2

(d, C-3), 80.0 (s, C(CH3)3), 117.5 (t, C-6), 126.3 (d, CHo-Ph), 127.4 (d, CHp-Ph), 128.7 (d, CHm-

Ph), 134.9 (d, C-5), 142.1 (s, Cq-Ph), 156.5 (s, CO).

IČ ((±)-45b): ṽ (cm-1) = 709, 1045, 1163, 1269, 1517, 1674 (CO), 2918 (Ph), 2977 (Ph), 3345

(NH), 3589 (OH).

Prehľad zosyntetizovaných zlúčenín

O

NH2 OHCl.

O

NH OO

O

NO

NH OO

O

NH OO

O

NH OHO

O

(±)-46

(±)-47

(±)-48

(±)-44

(±)-45a

NH OHO

O

(±)-45b

36

Záver Bola uskutočnená komplexná literárna rešerš zameraná na zmapovanie prírodného

výskytu, izolácie, biologických účinkov a doposiaľ známych syntetických metód prípravy

racemických a enantiomérne čistých 2,6-disubstituovaných piperidínových alkaloidov (–)-

diospongínu A (2) a (–)-diospongínu B (3).

Za účelom prípravy ich racemického analógu aza-diospongínu bol zosyntetizovaný

racemický terc-butyl-3-hydroxy-1-fenylhex-5-enylkarbamát (±)-45a, vychádzajúc z komerčného

β-fenylalanínu 43, v piatich krokoch.

Alkohol (±)-45a bude ďalej podrobený intramolekulovej Pd(II)-katalyzovanej

transformácii s cieľom prípravy finálnych aza-analógov (–)-diospongínu A (2) a (–)-diospongínu

B (3).

37

Summary The extensive literature search was done in order to sumarize and analyze the relevant

pieces of information regarding the natural occurence, isolation, biological activity and synthetic

methods of preparation of racemic and enantiomerically pure 2,6-disubstited piperidine alkaloids

(–)-diospongine A (2) and (–)-diospongine B (3).

In order to synthetize the racemic version of their aza-analogues, we have prepared the

racemic tert-butyl-3-hydroxy-1-phenylhex-5-enylcarbamate (±)-45a, starting from commercially

available β-phenylalanine 43 in five steps.

The compound (±)-45a will be used as a key substrate in Pd(II)-catalysed transformation

aimed to prepare final aza-analogues of (–)-diospongine A (2) and (–)-diospongine B (3).

38

oddelenie organickej chémie - stuba.skszolcsanyi/people/files/pastrnak_bc.pdfchcel by som...

Documents