Slovenská Technická Univerzita Bratislava

Fakulta Chemickej a Potravinárskej Technológie

Ústav organickej chémie, katalýzy a petrochémie Oddelenie organickej chémie

Totálna syntéza (+)-epipinidinónu

Diplomová práca

Vypracovala: Bc. Kristína Csatayová Vedúci diplomovej práce: Ing. Peter Szolcsányi, PhD.

Bratislava 2007

Čestne prehlasujem, že predložená diplomová práca je výlučne mojím

dielom a všetky nové výsledky v nej uvedené sú originálne a mnou

získané.

V Bratislave, 19.05.2007 Bc. Kristína Csatayová

Ďakujem môjmu školiteľovi, Ing. Petrovi Szolcsányimu, PhD. za odborné vedenie a

pomoc, ktorú mi poskytol v priebehu vypracovávania diplomovej práce, ako aj Prof. Ing.

Tiborovi Graczovi, DrSc. za všestrannú pomoc. Som vďačná RNDr. Nadi Prónayovej,

CSc. za promptné meranie NMR spektier, Ing. Ivanovi Špánikovi, PhD. za GC analýzy,

Ing. Petrovi Zálupskému, CSc. za kvantovo-chemické výpočty a Doc. Ing. Františkovi

Považancovi, CSc. za stimulujúce diskusie. Ďakujem pani Majke Krajčírovej za

neoceniteľnú technickú pomoc v laboratóriu.

Táto diplomová práca bola podporovaná Agentúrou na podporu vedy a echniky na

základe zmluvy č.:APVT-20-000904, ako aj špecializovaným grantom Štátnej podpory

pre rozvoj infraštruktúry č. 2003SP200280203.

ZOZNAM SKRATIEK (±) - Racemická zmes

δ - Chemický posun 1D NOESY One-Dimensional Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy

Ac - Acetyl

APT - Attached Proton Test

Bn - Benzyl

BQ - Benzochinón

Bu - Butyl

Bn - Benzyl

Cbz - Benzyloxykarbonyl

COSY - Correlation Spectroscopy

Et - Etyl

EA - Etylacetát

FLC - Flash Liquid Chromatography

HMQC - Heteronuclear Multiple Quantum Coherence

HSQC - Heteronuclear Single Quantum Correlation

J - Interakčná konštanta

IH - Izohexán

L - Ligand

lab.t. - laboratórna teplota

Me - Metyl

MeOH - metanol

Nu - Nukleofil

Ph - Fenyl

Py - pyridín

SN - substitučná nukleofilná

THF - tetrahydrofurán

TLC - Thin-Layer Chromatography

Tol - toluén

TMS - tetrametylsilán

Tos - tozyl (p-toluénsulfolnyl)

Z - benzyloxykarbonyl

Obsah Obsah 1. Úvod................................................................................................................... 6 1.1. Prírodný výskyt, izolácia a biologická aktivita pinidinónu.............................. 6

1.1.1. Alkaloidy izolované z borovice a smreku ............................................... 6

1.1.2. Alkaloidy izolované z lienky Cryptolaemus montrouzieri ........................ 7

1.1.3. Alkaloidy izolované z lienky Epilachna varivestis.................................... 10

1.2. Ciele diplomovej práce................................................................................... 12

2. Syntetická príprava (-)-pinidinónu a (+)-2-epi-pinidinónu............................. 14

2.1. Diastereoselektívna redukcia cyklických β-enaminoketónov...................... 14

2.2. Intramolekulová Michaelova adícia dusíkatých nukleofilov........................... 15

2.3. Redukcia cyklických 1,6-imínov a 2,6-imínov............................................... 16

2.4. Oxidácia sekundárnych alkoholov................................................................. 17

3. Pd(II)-katalyzované aminokarbonylácie.......................................................... 18 3.1. Pd(II)-katalyzovaná intramolekulová aminokarbonylácia nenasýtených

aminopolyolov v MeOH................................................................................

18

3.1.1. Príprava pyrolidínov................................................................................ 18

3.1.2. Príprava piperidínov............................................................................... 20

4. Diskusia.............................................................................................................. 24 4.1. Príprava východiskových aminoalkénov ...................................................... 24

4.1.1. Retrosyntetická analýza prípravy substrátu (5a)..................................... 24

4.1.2. Príprava kľúčového aminoalkénu (5a) syntetickou metodikou A............. 24

4.1.3. Príprava kľúčového aminoalkénu (5a) syntetickou metodikou B............. 25

4.1.4. Retrosyntetická analýza (C).................................................................... 26

4.1.5. Príprava kľúčového aminoalkénu (5a) syntetickou metodikou C............ 26

4.1.6. Retrosyntetická analýza (D).......................................................... 27

4.1.7. Príprava kľúčového aminoalkénu (5) syntetickou metodikou D.............. 28

4.2. Intramolekulová Pd(II)-katalyzovaná aminokarbonylácia.............................. 29

4.3. Epimerizácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu v MeOH..................... 33

4.4. Katalytická debenzylácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu................. 36

4.5. Príprava Weinrebovho amidu a N-benzyl-2-epi-pinidinónu........................... 37

5. Experimentálna časť......................................................................................... 41 5.1. Úvod do experimentálnej časti...................................................................... 41

5.2. Príprava substrátu......................................................................................... 44

5.3. Intramolekulová Pd(II)-katalyzovaná metoxykarbonylácia............................ 56

5.4. Epimerizácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu v MeOH..................... 60

5.5. Katalytická debenzylácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu................. 61

5.6. Príprava Weinrebovho amidu a N-benzyl -2-epi-pinidinónu.......................... 62

6. Záver................................................................................................................... 65 6.1. Prehľad zosyntetizovaných zlúčenín............................................................. 65

6.2. Zhrnutie......................................................................................................... 66

6.3. Summary....................................................................................................... 69

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

1. Úvod 1.1 Prírodný výskyt, izolácia a biologická aktivita pinidinónu

1.1.1 Alkaloidy izolované z borovice (Pinus) a smreku (Picea)

Rastlinná čeľaď Pinaceae je v Severnej Amerike reprezentovaná štyrmi

najväčšími druhmi: Abies (pravá jedľa), Picea (smrek), Pinus (borovica) a

Pseudotsuga (Douglasova jedľa), s prídavkom druhov Larix (smrekovec opadavý) a

Tsuga (jedľovec), ktoré sú rozšírené aj v Kanade. Z chemického hľadiska v nich bola

zistená prítomnosť živíc, tanínov, terpénov, derivátov lignánov, flavonoidov a

niekoľkých derivátov stilbénov. Biologický charakter týchto zlúčenín bol označený

ako obranný (respektíve potenciálne obranný).1

Pôvodní obyvatelia Ameriky používali rôzne časti spomínaných druhov ihličnanov na

medicínske účely. Tie sú však pomerne toxické, nakoľko spôsobujú predčasný pôrod

a spontánny potrat u kráv, ktoré konzumovali ihličie borovice druhu Pinus ponderosa

(Obr. 1, 2).

Obr. 1: Šiška, ihličie a kvet Obr. 2: Pinus ponderosa

Z nej, ako aj zo smreku (Picea pungens) boli popri iných alkaloidoch izolované aj 2,6-

disubstituované piperidíny, z ktorých sú pre nás zaujímavé dva: a to konkrétne

1 Tawara, J. N.; Blokhin, A.; Foderaro, T. A.; Stermitz, F. R.: J. Org. Chem. 1993, 58, 4813.

6

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

(-)-(2R,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (1) a jeho diastereoizomér

(+)-(2S,6R)-6-Metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (2) (Schéma 1.).

NH

O21

34

56

1´ 2´ 3´ NH

O21

34

56

1´2´ 3´

(-)-(2R,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (+)-(2S,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín

1 2

7 7

(Schéma 1.)

Zistilo sa, že borovica obsahuje len 2,6-cis-disubstituované piperidíny, zatiaľ

čo smrek obsahuje ako 2,6-cis- tak aj 2,6-trans- disubstituované piperidíny. Na

základe štrukturálnej podobnosti borovicových alkaloidov bola navrhnutá možná

biosyntéza 2,6-cis-derivátov. Biologický výskyt trans-alkaloidov v smreku nie je

doteraz uspokojivo objasnený.2

Toxicita izolovaných alkaloidov bola testovaná na žabích embryách metódou FETAX.

Bola zistená ich extrémne vysoká toxicita a taktiež boli pozorované aj malformácie

živého plodu, t.j. látky vykazovali silné teratogénne účinky.

1.1.2 Alkaloidy izolované z lienky Cryptolaemus montrouzieri (Coleoptera: Coccinellidae)3

Chemický obranný systém lienky Cryptolaemus montrouzieri (Obr. 3) pozostáva

z troch príbuzných alkaloidov. Dva z nich boli identifikované ako cis-1-(6-metyl-2-

piperidyl)propán-2-ón (3) (bez určenia absolútnej konfigurácie) a 1-metyl-9-

azabicyklo[3.3.1]nonán-3-ón (4); tretí alkaloid je veľmi nestabilný a ľahko izomerizuje

na (3).4 (Schéma 2.)

2 Stermitz, F. R.; Tawara, J. N.; Boeckl, M.; Pomeroy, M.; Foderaro, T. A.; Todd, F. G.: Phytochemistry 1994, 35, 951. 3 http://www.nysaes.cornell.edu/ent/biocontrol/predators/cryptolaemusmontrouzieri.html4 Brown, V. W.; Moore, P. B.: Aust. J. Chem. 1982, 35, 1255.

7

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

NH

ONH

O

rac-cis-3 4

21

3456

1´ 2´ 3´

(Schéma 2.)

Obr. 3: Dospelý jedinec C. montrouzieri požierajúci citrusové vošky

Tento druh hmyzu bol privezený do Spojených štátov v roku 1891 z Austrálie

Albertom Koelbem, jedným z prvých priekopníkov kontroly vošky citrusovej v

Kalifornii. Hoci Cryptolaemus montrouzieri ničí populáciu vošiek na citrusových

porastoch, je pre ňu nemožné prežiť zimu s výnimkou pobrežných oblastí.

Výskyt

Cryptolaemus montrouzieri je malý (3-4 mm), tmavohnedý chrobáčik so

žltohnedou až oranžovou hlavou a pozadím. Larva narastá do dĺžky 1,3 cm a bielymi

voskovými prísavkami pokrytými vlnou sa podobá na larvy vošiek, hoci sú dvakrát

také veľké ako dospelé jedince parazitujúce na citrusoch. Vajíčka C. montrouzieri sú

žlté a kladené do vlnených zámotkov vošiek.

8

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Lokalita

Aj keď citrusy rastú v pobrežných lokalitách a vo vnútrozemí, C. montrouzieri je

aplikovaná na sady len sezónne.

Ničenie škodcov

C. montrouzieri je považovaná za dôležitého predátora: citrusových vošiek

(Planococcus citri), Pseudococcus comstocki, Phenacoccus solenopsis,

Phenacoccus gossypii a mnoho ďalších príbuzných druhov s výnimkou

Pseudococcus longispinus, ktoré môže konzumovať v len prítomnosti druhov,

produkujúcich vlnené zámotky.

Prvýkrát bola uvedená v biologickom programe kontroly vošiek parazitujúcich na

ružovom ibišteku v Západnej Indii.

Životný cyklus

Obr. 4 Dospelý jedinec, larva a citrusové vošky

Dospelé jedince kladú vajíčka do vlnených zámotkov vošiek. Tie sa premenia asi

za 5 dní pri 27°C na larvy (Obr. 3), ktoré sa kŕmia vajíčkami vošiek a mladými

plazivcami. Larválne štádium trvá 12-17 dní. C. montrouzieri nakladie za život asi 400

vajíčok a dožíva sa 2 mesiacov života. Zaujímavosťou je, že ak teplota poklesne pod

18°C, prestanú lietať, prejdú do stavu hibernácie a zníži sa ich účinnosť.

Relatívna efektivita

C. montrouzieri požiera vošky v oboch štádiách vývinu – len larva skonzumuje až

250 malých škodcov. Dospelé lienky pri hľadaní jedla lietajú a pokrývajú značne

9

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

veľké plochy. Je dôležité poznamenať, že lienky sú najjednoduchšia,

najekonomickejšia a ekologicky najprijateľnejšia forma biologickej kontroly škodcov.

1.1.3 Alkaloidy izolované z lienky Epilachna varivestis (Coccinellidae)5

Zaujímavým empirickým zistením je fakt, že dospelé jedince niektorých

druhov hmyzu sú predátormi prakticky nenapádané. Pravdepodobne to súvisí s

prítomnosťou toxických odpudivých alkaloidov (deterentov), ktoré sú za ich

prirodzenú ochranu zodpovedné. V tejto súvislosti bola z lienky Epilachna varivestis (Mexican Been Beetle, Coleoptera: Coccinellidae) okrem iných dusíkatých zlúčenín

izolovaná aj séria alkaloidov s obsahom 2,6-disubsituovaných piperidínov.

(Epi)pinidinón tvoril zhruba 1% podiel. Avšak na rozdiel od „užitočnej“ lienky

Cryptolaemus montrouzieri, ktorá má značný ekologický, agrochemický, ako aj

ekonomický význam, je lienka Epilachna varivestis vážnym škodcom cudzopasiacim

na rôznych druhoch hrachu, fazule a sóje.

Výskyt: Chrobák pochádza pôvodne z náhorných plošín v severnom Mexiku a

postupne sa rozšíril cez celé Mexiko až do Guatemaly a na sever cez Spojené štáty

do Kanady. Zamorenie bolo spôsobené hlavne vlhkým podnebím a nadmerným

množstvom zrážok.

Životný cyklus: Vajíčka sú približne 1.3 mm dlhé a 0.6 mm široké, žltej až oranžovej

farby a nachádzajú sa na spodnej strane listu v početných klastroch.

Žltá, čerstvo vyliahnutá larva dlhá 1.6 mm má telo pokryté dlhými ostňami, ktoré na

hrote postupom času tmavnú. Posledným štádiom vývinu je dospelý jedinec,

žltohnedej farba, dlhý 6-7 mm.

Biologické účinky: Najväčšie škody na kultivaroch spôsobuje hlavne larválne štádium.

Dospelé jedince nakladú vajíčka, následne malé larvy skonzumujú všetky zelené

časti a práve strata olistenia spôsobí uhynutie rastlinky. Nakoľko obranné alkaloidy

zvyšujú odolnosť voči insekticídom a nemožno nasadiť ani biologický spôsob

5 Attygalle, A. B.; Xu, S. Ch.; McCormick, K. D.; Meinwald, J.; Blankespoor, C. L.; Eisner, T.:

Tetrahedron 1993, 49, 9333.

10

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

ochrany, jedinou možnou alternatívou je použitie veľkých ochranných sieti a zber

zachytených dospelých jedincov (Obr. 5).

Obr. 5: Vajíčka, larva a dospelý jedinec mexickej lienky Epilachna varivestis

11

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

1.2 Ciele diplomovej práce

Cieľom predkladanej diplomovej práce je totálna syntéza obranných alkaloidov

(-)-pinidinónu alebo (-)-(2R,6R)-6-Metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidínu (1) a (+)-2-epi-

pinidinónu alebo (+)-(2S,6R)-6-Metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidínu (2) (Schéma 3.).

NH

O21

3456

1´2´ 3´ N

H

O21

3456

1´2´ 3´

(-)-(2R,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (+)-(2S,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín

7 7

(-)-pinidinón (1) (+)-2-epi-pinidinón (2)

(Schéma 3.)

Totálna syntéza pinidinónov (1) a (2) obsahuje ako kľúčový krok Pd(II)-

katalyzovanú metoxykarbonyláciu enantiomérne čistého aminoalkénu (5) za vzniku

diastereomérnych 2,6-cis- a 2,6-trans-disubstituovaných piperidínov (6) a (7) (Schéma 4.).

N OMe

O

NHBn

CO / MeOH

Pd2+ / Cu2+

5

N OMe

O

6 7

BnBn

(Schéma 4.)

Oba estery sú následne synteticky transformovateľné už známym spôsobom6 na

cieľový (-)-pinidinón (1) a (+)-2-epi-pinidinón (2). Jedná sa o katalytickú debenzyláciu

a následnú 2-stupňovú reakciu, kedy sa z aminoesterov najprv pripraví Weinrebov

amid, ktorý finálnou adíciou MeMgBr poskytne cieľové alkaloidy (Schéma 5.).

6 Munchhof, M. J.; Meyers, A. I.: J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5399.

12

Úvod –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

NH

O

NH

OMe

O

b) MeMgBr

(-)-pinidinóna)MeNHOMe.HCl

AlMe3

NH

OMe

O

NH

O

(+)-2-epi-pinidinón

6

7

(Schéma 5.)

13

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2. Syntetická príprava (-)-pinidinónu a (+)-2-epi-pinidinónu V literatúre boli doposiaľ popísané len tri syntetické prístupy k (-)-pinidinónu (1) a

(+)-2-epi-pinidinónu (2). Jedná sa o tri stereoselektívne syntézy a jednu formálnu

syntézu oboch racemických alkaloidov. Ich nasledujúca klasifikácia a popis je

založená na type kľúčového kroku z hľadiska charakteru chemickej transformácie.

2.1 Diastereoselektívna redukcia cyklických β-enaminoketónov Alkaloidy (-)-pinidinón (1), (+)-dihydropinidín (8) a (-)-pinidinol (9) boli pripravené z

opticky čistého (6R)-6-metylpiperidín-2-ónu (10) (Schéma 6.).

NH

RNH

O

1 R = COCH38 R = CH2CH39 R = CH(OH)CH3

(Schéma 6.)

Táto metóda7 je založená na chemo- a diastereoselektívnej redukcii Z-

konfigurovaného β-enaminoketónu (12), ktorý bol pripravený kondenzáciou

acetoctanu metylového a laktím éteru (11) v prítomnosti katalytického množstva

Ni(acac)2 v 60% výťažku (Schéma 7).

NH

O N OCH3

+

O

O

OMeNH

O

(CH3)2SO4 Ni(acac)2

10 11 12

(Schéma 7.)

7 Fréville, S.; Delbecq, P.; Thuy, M. V.; Petit, H.; Célérier, J. P.; Lhommet, G.: Tetrahedron Lett. 2001, 42, 4609.

14

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Katalytická hydrogenácia nebola chemoselektívna a to bez ohľadu na použitý

katalyzátor. Následne sa zistilo, že chemickou redukciou s LiAlH4 sa regio- a

diastereoselektívne získal (-)-pinidinón (1) v 70% výťažku (d.e.>98%) ( Schéma 8.).

N HH3C

O

CH3

H -

LiAlH4 , 2 ekv.

70% NH

CH3

O

12 1

(Schéma 8.) Vysoká diastereoselektivita redukcie enaminónu (12) môže byť vysvetlená tým,

že jeho (Z)-konfigurácia, ktorá je stabilizovaná intramolekulovou H-väzbou a

planarizuje molekulu, umožňuje axiálny atak hydridového aniónu za vzniku cis-2,6-

diekvatoriálneho usporiadania substituentov v (-)-pinidinóne (1).

2.2 Intramolekulová Michaelova adícia dusíkatých nukleofilov Reakciou (E)-ketoakrylátu (13) s octanom amónnym a kyanoborohydridom

sodným v metanole vzniká racemický cis-2,6-disubstituovaný piperidín (15) v 86%

výťažku. (Z)-ketoakrylát (14) reagoval v rovnakých podmienkach za vzniku

príslušného trans-2,6-disubstituovaného piperidínu (16) v 73% výťažku (Schéma 9.).

O

OMe

O

NH

MeO

O

NH4OAc

NaBH3CN

O

MeO

O

NH4OAc

NaBH3CN NH

MeO

O

2

2

6

6

13

14

rac-15

rac-16

(Schéma 9.)

15

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Faktorom determinujúcim selektivitu cyklizácií je spôsob ataku dusíkatého

nukleofilu vzhľadom na geometriu dvojnej väzby substrátov (13) a (14). Autori

navrhujú dva tranzitné stavy (A) a (B) vedúce k pozorovaným štruktúram finálnych

esterov (15) a (16) (Schéma 10.).8

NH2 H

O

OMe

HHδ-

δ+

A B

NH2

HH

OMeO

H

δ-

δ+

(Schéma 10.)

Ester rac-(15) predstavuje kľúčový medziprodukt formálnej totálnej syntézy

enantioméru (+)-pinidinónu (17) (Schéma 11.).

NH

17

O

(Schéma 11.)

2.3 Redukcia cyklických 1,6-imínov a 2,6-imínov. Ako už bolo v úvode spomenuté, mnohé alkaloidy nachádzajúce sa v smreku

(Picea) a borovici (Pinus) sú identické. Borovica však obsahuje len cis-2,6-

disubstituované piperidíny, ale zo smreku boli izolované ako cis- tak aj trans-2,6-

disubstituované piperidíny.2 Redukcia 1,6-imínov a 2,6-imínov (18, 19) s použitím NADH je jedna z možností ako

zaviesť substituent do β- alebo do výhodnejšej α-polohy2 (Schéma 12.).

8 Banwell, G. M.; Bissett, B. D.; Bui, Ch. T.; Pham, H. T.; Simpson, G. W.: Aust. J. Chem. 1998, 51, 9.

16

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

NMe R

NRMe

NADH

NH

Me R

N MeRN

R

NADH

Me

NH

Me R

18 R=CH2COCH3

19 R=CH2COCH3

1 R=CH2COCH3

2 R=CH2COCH3

(Schéma 12.)

2.4 Oxidácia sekundárnych alkoholov Jedným z izolovaných borovicových alkaloidov je aj (-)-pinidinol (20), ktorý bol

Jonesovou oxidáciou transformovaný na (-)-pinidinón (1)1 (Schéma 13.).

NH

oxidáciaNH

O

(-)-pinidinón20

OH

(Schéma 13.)

17

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

3. Pd(II)-katalyzované aminokarbonylácie

Významným procesom pre syntézu dôležitých zlúčenín, akými sú napríklad

dusíkaté heterocykly, aminocukry a/alebo (ne)prírodné aminokyseliny, je zavedenie

aminoskupiny do príslušnej polohy s požadovanou konfiguráciou.

Jednou z efektívnych syntetických transformácií, v ktorej dusík vystupuje ako

nukleofil, pričom atakuje acetylénovú, olefínovú alebo alénovú π-väzbu je Pd(II)-

katalyzovaná aminokarbonylácia nenasýtených aminopolyolov. Táto reakcia prešla

istým vývojom, kým sa dostala do fázy, keď ju už možno uskutočniť nielen v

stechiometrickom prevedení, ale aj ako katalytickú reakciu vzhľadom na množstvo

použitej paládnatej soli.

3.1 Pd(II)-katalyzovaná intramolekulová aminokarbonylácia nenasýtených aminopolyolov v MeOH9, ,10 11

V poslednom období je badať enormný záujem o (bio)chémiu a farmakológiu

nasýtených dusíkatých heterocyklov. Pd(II)-katalyzovaná intramolekulová

aminokarbonylácia olefínov poskytuje jednoduchý a zároveň efektívny spôsob

syntézy žiadaných alkaloidov a/alebo ich funkčných derivátov.

3.1.1 Príprava pyrolidínov

Zatiaľ čo kyslíkaté nukleofily sa iba slabo koordinujú s elektrofilnými

paládnatými soľami, pri Pd(II)-katalyzovanej intramolekulovej aminokarbonylácii

vykazujú amíny pomerne vysokú afinitu voči prechodnému kovu. Sú tým pádom

konkurenčnými ligandami voči olefínu a môžu teda relatívne úspešne inhibovať

katalytický cyklus. A práve z tohto dôvodu sa ako vhodné substráty najčastejšie

používajú amíny s elektrónovo-akceptornou (deaktivujúcou) chrániacou skupinou,

ako napr. N-SO2Ar, N-Ar, N-COOR, N-CONR2. Elektrónovo-akceptorná skupina na

amíne zníži jeho bázicitu voči paládnatej soli ako Lewisovej kyseline a tým pádom sa

Pd2+-katalyzátor lepšie koordinuje s alkénom, čim je umožnený nukleofilný atak 9 Tamaru, Y.; Hojo, M.; Yoshida, Z.: J. Org. Chem 1988, 53, 5731. 10 Tamaru, Y.; Tanigawa, H.; Itoh, S.; Kimura, M.: Tetrahedron Lett. 1992, 33, 631. 11 Tamaru, Y.; Hojo, M.; Higashimura, H.; Yoshida, Z.: J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3994.

18

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

amínu na olefín. Ako najlepšia chrániaca skupina na dusíku z hľadiska optimálnej

reaktivity aminoalkénu sa osvedčila substituovaná močovina [(alkylamino)karbonyl a

(arylamino)karbonyl], pričom karbamáty (alkoxykarbonyly) sú reaktívnejšie ako

sulfónamidy. Ako vhodné reakčné médium sa ukázali byť protické rozpúšťadlá.

Na základe týchto empirických poznatkov autori skúmali aminokarbonylácie

rôzne substituovaných N-ochránených 3-hydroxy-pent-4-enylamínov (21). Zistila sa

značne variabilná chemoselektivita predmetnej transformácie (Schéma 14.).

NHR

HO PdCl2CO NR

O

O

NR

HO COOMe

N NRI

O

O

N NRI

O

O

HO HO

NTs

NHR

Cl

HN NRI

O

21 22 23 24 25

26 27 28

RIIRII RII

RII RII

RII

RII

RII

(Schéma 14.)

Aminokarbonylácia sa uskutočňovala za katalytických podmienok, pričom

autori štandardne používali 10 mol% PdCl2 ako katalyzátora a 300 mol% CuCl2 ako

reoxidantu pri laboratórnej teplote v atmosfére CO (balón) v troch rôznych

rozpúšťadlách: metanole, tetrahydrofuráne a kyseline octovej pufrovanej octanom

sodným. Z nášho pohľadu boli zaujímavé reakcie uskutočnené v suchom metanole.

Ich výsledky sú zosumarizované v Tabuľke 1. Jedným z majoritných produktov je cis-

laktón kyseliny 3-hydroxypyrolidín-2-yl octovej (22a), ktorý je vhodným stavebným

blokom pre syntézu pyroli(zi)dínových alkaloidov. Touto reakciou je možné z N-

ochránených pent-4-enylamínov získať v dobrom výťažku kyseliny pyrolidín-2-yl

octové. Autori pozorovali jednoznačný vplyv rozpúšťadla na chemoselektivitu

transformácie, pričom iba v prípade N-tozylového substrátu (21a) sa získal

metylester (23a), aj to vo veľmi nízkom výťažku 10% (Tabuľka 1).

19

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Pokus Substrát Výťažok produktov v %

NR

O

O

22a

NR

HOMeOOC

23a

NHR

HO

NHR

Cl

27a 21a

1 R = SO2Tol 37 10 43

2 R = CO2Me 35 0 24

(Tabuľka 1.)

3.1.2 Príprava piperidínov

Na rozdiel od aminokarbonyláciií produkujúcich pyrolidíny (viď vyššie),

analogické reakcie vedúce k piperidínom prebiehajú podstatne ťažšie a sú aj menej

preskúmané. Najčastejšie používaným substrátom v tomto kontexte je substituovaná

močovina a to jednak vďaka svojej zníženej afinite voči Pd2+ soliam, ako aj jej

ambidentným (N,O) nukleofilným vlastnostiam.12

Ako príklad môže slúžiť úspešná aminokarbonylácia N-3-butenylmočoviny (29) v klasických podmienkach (0°C, metanol), kedy selektívne vznikajú 6-článkové

cyklické uretány (30) v dobrom výťažku (R1=Bn, R2=Me, 82%) (Schéma 15.).

R1N NHR2

OCuCl2MeOH

R1N NR2CO2Me

O

R1N NR2Cl

O

R1NCO2Me

O

NHR2

OMe

29 30 31 32

PdCl2 CO

(Schéma 15.)

12 Tamaru, Y.; Kimura, M.: Synlett 1997, 749.

20

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Schopnosť substrátu (29) podliehať cyklizácii závisí do značnej miery od stérických a

elektronických efektov substituentov na atóme dusíka. Ak R2 = Me, výťažok reakcie

postupne narastá tak, ako sa zvyšujú stérické efekty R1 substituenta.

Úspešná cyklizácia nenasýtnej močoviny (33) za vzniku dvoch stereogénnych centier

poukazuje na jej využiteľnosť v syntéze (Schéma 16.).

i-PrN NHMe

O

PdCl2 CO

CuCl2MeOH

i-PrN NMeCO2Me

O

MeH

3433

(Schéma16.)

Pri použití ochrannej skupiny N-CO2Me bol izolovaný metylester (37) v 77%

výťažku, ak sa však použila N-metylmočovina, z reakcie bol izolovaný len bicyklický

produkt (36) (Schéma 17).

NHR

PdCl2 COCuCl2MeOH

N N

O

OMe N

R

CO2Me

NHR

MeO CO2Me

35 36 37 38

(Schéma 17.)

21

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Vstup Substrát Rozpúšťadlo

Produkty Výťažok %

NHR

35

N N

O

O

Me

36

NR

CO2Me

37

NHR

CO2MeO

38

1 R = SO2Tol MeOH 0 58 30

2 R = CO2Me MeOH 0 77 16

3 R=CONHMe MeOH 81 0 0

(Tabuľka 2.)

Vznik viacerých produktov bol pozorovaný aj pri karbonyláciách aminoalénov.

Napríklad pri cyklizácii sulfónamidu (39) bez prítomnosti Et3N sa izolovala zmes

alyléteru (40) a alylchloridu (41) v pomere 2:1 a v kombinovanom 30% výťažku. Pri

ďalšej reakcii s prídavkom Et3N (4 mol ekv.) už vznikal žiadaný metylester (42), ale

iba v 20% výťažku13 (Schéma 18.).

NHTos

CO2MeNH

OMe

ClNHTos CO2Me

NCO2Me

PdCl2, CO

MeOH, CuCl2

PdCl2, CO

MeOH, CuCl2 Et3N

39

40 41

42

Tos

Tos

(Schéma 18.)

13 Gallagher, A.; Davies, I. W.; Jones, S. W.; Lathbury, D.; Mathon, H. F.; Molloy, K. C.; Shaw, R. W.;

Vernon, P.: J. Chem. Soc., Perkin. Trans. 1 1992, 433.

22

Teoretická časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Zmenou ochrannej skupiny na dusíku sa mení sa chemoselektivita

transformácie. Cyklizáciou N-benzylhepta-5,6-dienylamínu (43) vzniká piperidín (44) v 42% výťažku. Vznik analogických acyklických produktov ako v predchádzajúcom

prípade však nebol pozorovaný (Schéma 19.).

NHBn

NBn CO2Me

PdCl2, CO

MeOH, CuCl2

43 44

(Schéma 19.)

Z predchádzajúceho prehľadu je viac než zrejmé, že súčasný stav poznatkov

o Pd(II)-katalyzovanej alkoxykarbonylácii aminoalkénov je nedostatočný a jej

syntetický potenciál jednoznačne poddimenzovaný. Z tohto dôvodu sme sa rozhodli

bližšie sa venovať tejto zaujímavej problematike a pokúsiť sa rozšíriť jej praktickú

využiteľnosť v syntéze biologicky aktívnych prírodných látok.

23

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

4.Diskusia 4.1 Príprava východiskových aminoalkénov

Nová totálna syntéza obranných alkaloidov (-)-pinidinónu (1) a (+)-2-epi-

pinidinónu (2) obsahuje ako strategický cyklizačný krok Pd(II)-katalyzovanú

metoxykarbonyláciu aminoalkénu (5). Na začiatok bolo potrebné navrhnúť a

optimalizovať syntézu kľúčového substrátu. Na Schéme 20. je znázornená

retrosyntetická analýza jeho prípravy.

4.1.1 Retrosyntetická analýza prípravy substrátu (5a)

Br

MgBr

CeCl2

N

ONH2

NH

5a44a

45

46

4849

47

(Schéma 20.)

4.1.2 Príprava kľúčového aminoalkénu (5a) syntetickou metodikou A

24

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Retrosyntetická analýza prípravy N-benzylovaného aminoalkénu (5a) vychádza z pomerne lacných a komerčne dostupných východiskových látok

pentenylbromidu (47), benzylamínu (48) a acetaldehydu (49). Jedná sa o konvergentnú syntézu,14 kedy sa oba navzájom reagujúce medziprodukty

pripravia paralelne. V prvom kroku sa kondenzačnou reakciou acetaldehydu (49) s N-

benzylamínom (48) v CH2Cl2 pripravil imín (44a) v 72% výťažku, ktorý sa surový a

bez čistenia okamžite použil na nukleofilnú adíciu. Súčasne sa z pentenylbromidu

(47) a horčíka (1.05 ekv.) pripravil pentenylmagnéziumbromid (46), ktorý bol

následne transmetalovaný použitím bezvodého CeCl3 za vzniku organoceritého

činidla (1.05 ekv.). To sa in situ nukleofilne adovalo na čerstvo pripravený imín (44a), pričom po reakcii sa pomocou FLC izoloval žiadaný aminoalkén (5a), avšak len vo

veľmi nízkom výťažku 11% (Schéma 21.).

Br

ONH2

MgBr1.05 ekv. Mg

THF THFCeCl2

45

N

44a4849

CH2Cl23A MS

47 46

NH

5a

1.05 ekv. CeCl3 11%

(Schéma 21.)

4.1.3 Príprava kľúčového aminoalkénu (5a) syntetickou metodikou B

Nakoľko sme v predchádzajúcom prípade predpokladali, že nízky výťažok

reakcie je spôsobený stratami pri izolácii imínu (44a) z dôvodu jeho predpokladanej

prchavosti, rozhodli sme sa pri optimalizácii kondenzácie použiť namiesto CH2Cl2

nízkovrúci dietyléter a bezvodý MgSO4 ako dehydratačné činidlo.15 Skutočne,

výťažok surového imínu (44a) tým vzrástol na 85%. Následne sme na čerstvo

pripravený imín adovali na rozdiel od predchádzajúceho pokusu 2 ekv.

14 Yamauchi, T.; Fujikura, H.; Higashiyama, K.; Takahashi, H.; Ohmiya, S.: J. Chem. Soc., Perkin

Trans. 1 1999, 2791. 15 Tamura, O.; Hashimoto, M.; Kobayashi, Y.; Katoh, T.; Nakatani, K.; Kamada, M.; Hayakawa, I.;

Akiba, T.; Terashima, S.: Tetrahedron 1994, 50, 3889.

25

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

organoceritého činidla (45), ale aj v tomto prípade sme po spracovaní reakcie

izolovali pomocou FLC len veľmi nízky výťažok (8%) potrebného aminoalkénu (5a) (Schéma 22.).

Br

ONH2

MgBrTHF THF

CeCl2

45

N

44a4849

47 46

NH

5a

2 ekv. CeCl3

Et2OMgSO4

2 ekv. Mg22 2

8%

(Schéma 22.)

4.1.4 Retrosyntetická analýza (C)

BrMgBrCuMgX

2

CuMgX.BF3

2

O

N

H2N

NH

4746

4849

44a

5a

50

51

(Schéma 23.)

4.1.5 Príprava kľúčového aminoalkénu (5a) syntetickou metodikou C

Pri ďalšom štúdiu možností syntézy substrátu sme sa rozhodli, že druhý

spôsob prípravy imínu (44a) nám výťažkom vyhovuje a sústredili sme sa hlavne na

typ organokovového činidla. Rozhodli sme sa otestovať adíciu s použitím

26

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

organomeďnatého nukleofilu.16,17 Do in situ pripraveného pentenylmagnézium

bromidu (2 ekv.) (46) bol pri -30°C pridaný CuI ako transmetalačné činidlo za vzniku

horečnatého dihomoalylového kuprátu (51), ktorý následnou reakciou s Lewisovou

kyselinou BF3.Et2O poskytuje kuprát (50). Ten sme adovali na čerstvo pripravený

surový imín (44a) za vzniku žiadaného aminoalkénu (5a) (Schéma 24.). 1H NMR

spektroskopia potvrdila štruktúru očakávaného produktu, ten však bol izolovaný vo

forme semihydrátu. Hygroskopické vlastnosti homológov aminoalkénu (5a) sú z

literatúry známe.17

2 Br 2 ekv. Mg

THF2 MgBr 1 ekv. CuI

-30°C, 10 minCuMgBr

2

BF3.Et2O 1 ekv.-70°C, 5 min

CuMgBr.BF3

2

1 ekv.

NNH . xH2O

47 46 50

5144a5b

(Schéma 24.)

4.1.6 Retrosyntetická analýza (D)

16 Wada, M.; Sakurai, Y.; Akiba, K.: Tetrahedron Lett. 1984, 25, 1079. 17 Wada, M.; Aiura, H.; Akiba, K.: Heterocycles 1987, 26, 929.

27

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Br

MgBr

O

OH OTos NHR R = Bn

R = Z

52

53

54

55 565

(Schéma 25.)

4.1.7 Príprava kľúčového aminoalkénu (5) syntetickou metodikou D

Po neúspechoch s konvergentnou syntézou bola alternatívnou možnosťou

prípravy substrátu tzv. „stepwise“ metóda. V prvom kroku bol z butenylbromidu (52) pripravený butenylmagnéziumbromid (53), ktorý v prítomnosti katalytického množstva

Li2CuCl4 selektívne otváral18 (S)-propylén oxid (54) za vzniku príslušného

sekundárneho alkoholu (55) vo výbornom 82% výťažku.

V našom prípade reakciu komplikoval nezreagovaný butenylbromid (52), ktorý v

ďalšom kroku reagoval s TosCl, použitým pri ochrane hydroxylovej skupiny a ako

vedľajší, neželaný produkt tým pádom vznikal but-3-enyl-ester kyseliny p-toluén-

sulfónovej (izolovaný pomocou FLC, dokázaný 1H NMR), ktorý výrazne znižoval

výťažok potrebného tozylátu (56). Preto sme modifikovali postup v tom zmysle, že na

prípravu butenylmagnéziumbromidu (53), sme použili mierny nadbytok horčíka (1.2

ekv.), aby kvantitatívne zreagoval všetok butenylbromid (52). Posledným krokom sekvencie je substitučná nukleofilná výmena dobre odstupujúcej

tozyloxy skupiny za amino skupinu použitím benzylamínu alebo benzylchloroformátu

(3 ekv.). Aminoalkén (5) vznikal v 86% výťažku v prípade, že sa na reakciu použil

benzylamín. Pri použití ZNH2 k substitúcii nedochádza, pravdepodobne z dôvodu

jeho oveľa nižšej nukleofility. Nakoľko sme vychádzali z (S)-propylén oxidu a jedná

18 Dixon, D. J.; Ley, V. S.; Tate, W. E.: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 2000, 2385.

28

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

sa o SN2 reakciu, dochádza k inverzii konfigurácie za vzniku (R)-N-benzyl-2-(hept-6-

én)amínu (5) v 86% výťažku (Schéma 26.).

Br1.2 ekv. Mg

THFMgBr O

0.1 ekv. Li2CuCl4

-30°C, THF OH

2 ekv. TosClPy, CH2Cl2

OTos

3 ekv. RNH2THFNH

R

R = Bn 86%R = Z 0%

52 53 54 55

565

(Schéma 26.)

4.2 Intramolekulová Pd(II)-katalyzovaná aminokarbonylácia

Pripravený substrát (5) sme následne podrobili kľúčovej Pd(II)-katalyzovanej

intramolekulovej metoxyaminokarbonylácii s použitím 0.1 ekv. paládnatej soli, 3 ekv.

reoxidantu, v (ne)prítomnosti 3 ekv. bázy v suchom MeOH pri reakčnej koncentrácii

0.1 M. Transformácia poskytla pri úplnej konverzii substrátu vo všetkých prípadoch

oba diastereomérne piperidíny (6) a (7), ktoré sa v čistom stave získali pomocou FLC

(Schéma 27.).

N OMe

O

NH CO / MeOH

5

N OMe

O

6 7

Pd2+

(Schéma 27.)

Všeobecne prijímaný mechanizmus intramolekulových Pd(II)-katalyzovaných

aminokarbonylácií, ktorý je vlastne analogický k oxykarbonyláciám, je schématicky

29

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

znázornený na Schéme 28. Prvým krokom je koordinácia elektrónovo-bohatého

aminoalkénu (5) s elektrofilným katalyzátorom PdX2L2. Následne dochádza k

intramolekulovému nukleofilnému ataku ochránenej terminálnej aminoskupiny na viac

substituovaný uhlík aktivovaného alkénu (za súčasnej eliminácie jednej molekuly

HX), čím dôjde ku vzniku σ-paládnatého komplexu. Ten ochotne a rýchlo reaguje s

oxidom uhoľnatým za vzniku σ-acylpaládnatého komplexu. Finálna redukčná

eliminácia v prostredí metanolu ako externého nukleofilu poskytuje príslušné

metylestery 2,6-disubstituovaných piperidínov, pričom dochádza k eliminácii druhej

molekuly HX (in situ neutralizovanej prítomnou bázou) a vyredukovaní Pd0. Po jeho

následnej reoxidácii na Pd(II) pomocou CuCl2 sa uzatvára katalytický cyklus a dej sa

opakuje (Schéma 28.).

NPdXL2NH

BnNH

PdCl2L2

PdX2L2

+CO

N PdXL2

OMeOH

-Pd0N OMe

O

2CuCl2 + Pd0 PdCl2 + 2CuCl

2HX + 2B

Bn Bn

2HB

N OMe

O

Bn Bn

π-Pd-komplex σ-Pd-komplex

σ−Pd-CO-komplex

Bn

2X

5

-HX

-HX

6 7

(Schéma 28.)

Výsledky skríningu reakčných podmienok metoxykarbonylácie aminoalkénu (5) sú

v Tabuľke 3. Z dôvodu identifikácie vplyvu jednotlivých reakčných podmienok sme

menili vždy len jeden parameter. Reakcie boli na začiatok vždy nastavené pri

laboratórnej teplote a v závislosti od konverzie substrátu (kontrola pomocou TLC) sa

teplota zvyšovala po 10°C až po maximálne 60°C dovtedy, kým nezačala prebiehať

reakcia. Všetky pokusy (okrem pokusu 8.) sa uskutočnili pri 0.1 M koncentrácii v

30

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

MeOH. Najprv sme skúmali vplyv bázy na priebeh transformácie. Najlepšie výsledky

z hľadiska ako výťažkov produktov (7) a (6), tak aj diastereoselektivity sa dosiahli pri

použití klasických podmienok a to: 0.1 ekv. PdCl2, 3 ekv. CuCl2, 3 ekv. AcONa v

MeOH (58% d.e., výťažok 58%, Pokus 1.). Podobne to bolo aj v prípade, kedy sa ako

báza použili 3 ekv. Et3N (56% d.e., výťažok 58%, Pokus 3.). Použitie K2CO3 bolo v

tomto kontexte menej úspešné (40% d.e., výťažok 40%, Pokus 5.).

Ďalej sme skúmali sme skúmali vplyv paládnatej soli, pričom použitie Pd(OAc)2 (52%

d.e., Pokus 9) a Pd(OTFA)2 (58% d.e., Pokus 10) bolo porovnateľné s výsledkami

PdCl2 (58% d.e., Pokus 1), ale izoláciou pomocou FLC sa získali oveľa nižšie

výťažky produktov (7) a (6). Vplyv rozpúšťadla bol otestovaný použitím trimetylortoformátu ako zdroja metanolu

potrebného pre nukleofilný atak na σ-Pd-CO-komplex za vzniku metylesterov,

nakoľko in situ uvoľnený chlorovodík je v neprítomnosti bázy schopný hydrolyzovať

HC(OMe)3 na MeOH.12 Tento spôsob generovania externého nukleofilu sa však

vôbec neosvedčil, nakoľko výsledkom bola najnižšia selektivita (18% d.e., Pokus 8.).

Posledným variabilným parametrom reakcie bol reoxidant. Zámenou CuCl2 za

benzochinón sa nám však nepodarilo izolovať želané produkty (7) a (6) (Pokus 1. vs.

Pokus 6.). Čo naznačuje nezastupiteľnú úlohu chloridu meďnatého v tejto reakcii a

môže implikovať jeho podstatne komplexnejšiu úlohu než len reoxidáciu Pd0.

Pd(II)-soľ (0.1 ekv.)

Reoxid. (3 ekv.)

Báza (3 ekv.)

Reakč. podm.

Kombin. výťažok#

d.r.&

7 / 6 d.e. (%)

7

1 PdCl2 CuCl2 AcONa 3 dni 30°C 58% 79/21 58

2 Pd(OAc)2 BQ - 53 hod. 36°C - - -

3 PdCl2 CuCl2 Et3N 2 dni 21°C 58% 78/22 56

4 Pd(OAc)2 Cu(OAc)2 - 2 dni 50°C - - -

5 PdCl2 CuCl2 K2CO34 dni 22°C 40% 70/30 40

6 PdCl2 BQ AcONa 17 dní 60°C

komplexná zmes 66/33 33

7 PdCl2 CuCl2 - 2 dni 30°C 27% 61/39 22

8 PdCl2* CuCl2 - 2 dni 40°C 41% 59/41 18

9 Pd(OAc)2 CuCl2 AcONa 2 dni 21°C 47% 76/24 52

10 Pd(OTFA)2 CuCl2 AcONa 2 dni 21°C 42% 79/21 58

31

Diskusia ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * Pokus č. 8 bol uskutočnený v trimetylortoformáte. # Výťažok čistých látok po FLC. & Diastereomérne pomery boli určené pomocou GC (pozri Experimentálnu časť).

(Tabuľka 3.)

Diastereomérne pomery produktov (7) a (6) boli určované priamo zo surových

reakčných zmesí pomocou plynovej chromatografie, nakoľko ich pomerné zastúpenie

nebolo možné určiť použitím 1H NMR z dôvodu prekryvu kľúčových signálov

protónov v spektre.

Prekvapujúcim zistením bol preferenčný vznik 2,6-trans-konfigurovaného piperidínu

(7) ako majoritného produktu za každých reakčných podmienok, hoci kvantovo-

chemické výpočty (PM5, DFT)19 implikujú prednostný vznik 2,6-cis-disubstituovaného

diastereoméru v 1C4 konformácii v cis-diekvatoriálnom usporiadaní (pozri Prílohu).

Rozdiel vypočítaných energií produktov, ako aj tranzitných stavov k nim vedúcich je

síce minimálny, ale predsa len v prospech 2,6-cis-disubstituovaného piperidínu

(Schéma 29.). Jedným z možných vysvetlení je, že v prípade (7) sa jedná o kinetický

produkt aminokarbonylácie, ktorý však výpočty nezachytili. Inou možnosťou je

podstatne komplexnejšia úloha CuCl2 v reakcii, než len funkcia reoxidantu, ktorá

však doteraz nie je úplne zrejmá a pri výpočtoch sa teda nemohla brať do úvahy.

TS vedúci ku (6) (-46.24 kcal/mol) TS vedúci ku (7) (-45.58 kcal/mol)

(Schéma 29).

19 Tranzitné stavy a energie boli vypočítané semiempirickou PM5 metódou, DFT metódami B3LYP/LANL2DZ (Gaussian) a B3LYP/DZVP (CACHE). Tranzitné štruktúry boli vizuálne lokalizované na reakčnej hyperploche získanej výpočtom energie systému v závislosti na dvoch premenných (vzdialenosť C→N a C8→Pd++). Štruktúra bola potom optimalizovaná postupom minimalizácie gradientu nasledovaným vibračnou analýzou. Tranzitné stavy boli potom overené IRC výpočtom.

32

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Určenie konfigurácie 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu (7)

Trans-konfiguráciu metylesteru kyseliny (N-benzyl-(2S,6R)-6-metyl-piperidín-2-yl)

octovej (7) sme určili na základe 1D NOESY merania. Pri tomto experimente sa

selektívne vyžiaril vodík H-2, ktorý mal pozitívnu odozvu na protónoch H-7 a H-1´ a

zároveň nulovú odozvu na vodíku H-6. Na druhej strane, vyžiarenie protónu H-6

vykazuje pozitívnu odozvu na vodíkoch H-7 a H-1´ a súčasne nulovú odozvu na H-2.

Tieto výsledky jednoznačne potvrdzujú relatívnu trans-konfiguráciu, ako je uvedené

na Obr. 6.

Obr. 6: Relatívna konfigurácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu (7)

4.3 Epimerizácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu v MeOH

Je známe,1 že cyklický ketón epipinidinón (2) epimerizuje púhym státím v MeOH

pri laboratórnej teplote na termodynamicky výhodnejší pinidinón (1). Nakoľko všetky

naše cyklizačné reakcie boli prevedené v metanole, uskutočnili sme kontrolné

experimenty za účelom zistenia, či sa tento fenomén prejaví aj u nami

pripravovaného metylesteru (7).

a) Vplyv teploty

33

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

N OMe

O

N OM

OMeOH

7 dní/t<60°C7 6

e

(Schéma 30.)

Pri zahrievaní 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu s percentuálnym

zastúpením 2,6-cis-disubstituovaného piperidínu sme vizuálne (pomocou TLC)

sledovali vplyv teploty na zmenu pomeru oboch diastereomérov a to začínajúc od

laboratórnej teploty s gradientom 10°C/deň. Do dosiahnutia 60°C sme

nezaznamenali žiadnu zmenu pomeru (7) a (6). Tá nastala až pri t>60°C a to v

prospech izoméru (6). Nakoľko všetky naše reakcie sa uskutočnili pri teplotách

t<60°C, môžeme konštatovať, že nami pozorovaná diastereoselektivita Pd(II)-

katalyzovanej aminokarbonylácie nie je „zriedená“ prípadnou epimerizáciou.

b) Vplyv minerálnej kyseliny

N OMe

O

N OM

OHCl, MeOH

10 dní, 60°C

7 6

e

Schéma (31.)

Pri ďalšom skúmaní vplyvu možnej epimerizácie na diastereoselektivitu

aminokarbonylácie sme otestovali vplyv kyslého prostredia. Avšak ani po pridaní

koncentrovanej HCl do zmesi oboch diastereomérov (7) a (6) v MeOH nebola zistená

zmena v ich vzájomnom pomere počas 24 h miešania pri laboratórnej teplote.

Opätovne sme zmes začali zahrievať a rovnako sa potvrdili poznatky z

predchádzajúceho kontrolného experimentu, t.j. epimerizácia nastala až pri

dosiahnutí 60°C.

34

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

c) Vplyv karbonylačných podmienok

N OMe

O

N OMe

OPdCl2, CuCl2, AcONa

MeOH

7 6

(Schéma 32.)

Pre úplnosť overenia pôvodu diastereoselektivity cyklizácie sme čistý 2,6-trans-

disubstituovaný piperidín podrobili štandardným podmienkam Pd(II)-katalyzovanej

aminokarbonylácie (1 atm. CO, 0.1 ekv. PdCl2, 3 ekv. CuCl2, 3 ekv. AcONa, MeOH) .

Po 2 dňoch miešania pri laboratórnej teplote sme zmenu nepozorovali. Z toho sme

usúdili, že ani katalytický systém kľúčového kroku syntézy nemá vplyv na

epimerizáciu metylesteru kyseliny (N-benzyl-(2S,6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej

(7).

Mechanizmus epimerizácie β-aminoketoesteru v MeOH

N OMe

O

N OMe

OHMeOH

NH

O OMe

N OMe

OH

N OMe

O6

(termodynamicky)

7(kineticky)

(Schéma 33.)

Predpokladaný mechanizmus epimerizácie kinetického produktu 2,6-trans

disubstituovaného piperidínu (7) na termodynamicky výhodnejší 2,6-cis-

35

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

diastereoizomér (6) v MeOH možno vysvetliť retro-aza-Michaelovou adíciou. Oxo-

enolová tautoméria (7) vedie k istému zastúpeniu vinylalkoholu, u ktorého otvorením

piperidínového kruhu vzniká α,β-nenasýtený ketón. Následná intramolekulová 1,4-

adícia vedie k opätovnej cyklizácii a po ustálení oxo-enolovej tautomérie vzniká

termodynamicky stabilnejší produkt (6) (Schéma 29.). Domnievame sa, že znížením

nukleofility dusíka výmenou benzylovej za Cbz- ochrannú skupinu budeme schopní

znížiť potenciálnu epimerizáciu esteru (7) na minimum.

4.4 Katalytická debenzylácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu

Ďalším krokom totálnej syntézy epipinidinónu (2) bola katalytická debenzylácia20

čistého trans-diastereoméru (7). Vzhľadom na experimentálne overený fakt, že

epimerizácia (7) v MeOH pri laboratórnej teplote neprebieha (Kap. 3.3), pričom

metanol je najčastejšie používaným reakčným médiom na katalytickú debenzyláciu

amínov, rozhodli sme sa ju previesť v ňom. Použili sme katalytické množstvo

Pd(OH)2 (Pearlmanov katalyzátor) pri atmosferickom tlaku H2 (balón) za vzniku

očakávaného metylesteru kyseliny ((2S,6R)-6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7a) v

62% výťažku (Schéma 34.).

N OMe

OH2/Pd(OH)2

MeOH N OM

O

H7 7a

e

(Schéma 34.)

Určenie konfigurácie debenzylovaného 2,6-trans disubstituovaného piperidínu

(7a)

20 Momose, T.; Toyooka, N.; Makoto, J.: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1997, 2005.

36

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Trans-konfiguráciu metylesteru kyseliny ((2S,6R)-6-metyl-piperidín-2-yl) octovej

(7a) sme určili na základe 1D NOESY merania. Pri tomto experimente sa selektívne

vyžiaril vodík H-2, ktorý mal pozitívnu odozvu na protónoch H-7 a H-1´ a zároveň

nulovú odozvu na vodíku H-6. Rovnako aj pri vyžiarení protónu H-6 sa pozorovala

pozitívna odozva na vodíkoch H-7 a H-1´ a súčasne nulová odozva na vodíku H-2.

Tieto výsledky jednoznačne definujú relatívnu trans-konfiguráciu, ktorá je znázornená

na Obr. 7., čím sa potvrdilo, že za týchto podmienok nedochádza k epimerizácii na

C-2 uhlíku.

Obr. 7: Relatívna konfigurácia debenzylovaného

2,6-trans-disubstituovaného piperidínu (7a)

4.5 Príprava6 Weinrebovho amidu a N-benzyl-2-epi-pinidinónu

Posledným krokom syntézy je príprava N-metoxyamidu (57) použitím

Weinrebovho činidla a následná adícia metylmagnéziumbromidu pri -70°C za vzniku

príslušného N-benzyl-(epi)-pinidinónu (58). V literatúre je transformácia popísaná len

na cis-piperidíne a to ako s voľnou, tak aj ochránenou aminoskupinou elektrónovo-

akceptorným substituentom. My sme za týchto reakčných podmienok bohužiaľ

pozorovali epimerizáciu (7) za vzniku zmesi diastereomérov v pomere 2/1 v prospech

2,6-trans-disubstituovaného piperidínu (58) v kombinovanom výťažku 30%. Nakoľko

surový amid (57) nebol izolovaný, môžeme sa len domnievať, kedy presne v reakčnej

37

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

sekvencii dochádza k nežiaducej epimerizácii. Molekulovým modelovaním21 oboch

produktov (58) a (59) kombináciou metód CONFLEX a PM5 sme zistili, že cis-derivát

(59) je o 1.224 kcal/mol výhodnejší ako diastereomérny trans-piperidín (58) (Obr. 8 a

9.).

Obr. 8: Optimalizovaný konformér (59) Obr. 9: Optimalizovaný konformér (58)

Mechanizmus prípravy N-benzyl -2-epi-pinidinónu použitím Weinrebovho

činidla Nasledujúci mechanizmus poukazuje na možnosti epimerizácii v rôznych stupňoch

transformácie (Schéma 36.).

21 Najprv sme obe molekuly zminimalizovali do globálneho minima metódou CONFLEX/MM3

extensive search a nájdený konformér sme následne zoptimalizovali semi-empirickou metódou PM5. (Použitý program CaChe WorkSystem Pro 6.01. Copyright © 2000-2003 Fujitsu Limited, © 1989-2000 Oxford Molecular Ltd. All Rights Reserved).

38

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

OMeHN

Me .HClMe3Al

benzén

MeAl

MeN

OMe

Me

N OMe

O

N N

OMeOAlMe2

OMe

-MeOAlMe2

7

N N

OOMe

OMe

O

MeMgBr

N Me

O

NH

N

O

NH OMe57

2:1

N Me

O

58 59

(Schéma 36.)

Určenie relatívnej konfigurácie N-benzyl-2-epi-pinidinónu (58, 59)

Relatívnu konfiguráciu N-benzyl-(2S,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidínu (58) sme určili pomocou 1D NOESY experimentu. Na základe 1H NMR spektier boli

priradené jednotlivé signály obom diastereomérom a 1D NOESY meranie poukázalo

na vznik trans-piperidínu (58) ako majoritného produktu a cis-piperidínu (59) ako

minoritného izoméru v pomere 2:1. Totiž, ak sa vyžiaril H-6 vodík majoritného

izoméru, zistila sa pozitívna odozva u majoritného protónu H-7, ale pri vyžiarení

majoritného H-2 vodíka bola odozva na protón H-6 nulová. Na druhej strane,

39

Diskusia –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

vyžiarením vodíka H-2 minoritného izoméru (59) sa zistila pozitívna odozva na

minoritnom vodíku H-6. Súčasne, vyžiarenie minoritných vodíkov H-7 malo nulovú

odozvu na minoritnom protóne H-2, čo jednoznačne definuje relatívnu cis-

konfiguráciu piperidínu (Obr. 10).

trans cis

Obr. 10: N-benzyl-(2S,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín) (58) a N-benzyl-(2R,6R)-6-metyl-2-(2´-

oxo-propyl)piperidín (59).

40

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

5. Experimentálna časť 5.1 Úvod do experimentálnej časti Rozpúšťadlá a činidlá Činidlá - všetky komerčne dostupné boli použité bez čistenia v kvalite, ktorú deklaruje

výrobca (Aldrich, Alfa Aesar, Merck). Rozpúšťadlá - boli destilované a sušené nasledovným spôsobom :

Tetrahydrofurán a dietyléter - predsušené s KOH a následne čerstvo predestilované

zo sodíka alebo draslíka/benzofenónu pod Ar.

Toluén - destilovaný z Na a uchovaný pod Ar.

Metanol - destilovaný z príslušného metanolátu sodného a uchovaný nad

aktivovanými 4Å molekulovými sitami.

Dichlórmetán – destilovaný z P2O5 a uchovaný nad aktivovanými 4Å molekulovými

sitami.

Benzylamín – destilovaný z KOH za zníženého tlaku (12 Torr) z olejového kúpeľa

(80° – 90°C) a uchovaný nad aktivovanými 4Å molekulovými sitami.

Trietylamín – destilovaný z NaOH, pri atmosférickom tlaku a uchovaný nad

aktivovanými 4Å molekulovými sitami.

Všetky rozpúšťadlá boli odparované na vákuovej rotačnej odparke pri teplote kúpeľa

do 35°C.

Sušenie skla

Laboratórne sklo bolo štandardne sušené teplovzdušnou pištoľou pri teplote

400°C pri vákuu 0.01 mbar a následne vychladené pod prúdom suchého Ar.

Chromatografia

Na preparatívnu stĺpcovú kvapalinovú chromatografiu (FLC) bol použitý

silikagél Kieselgel 60 (40-63 μm, 230-400 mesh, Merck). Priebeh reakcií a čistota

pripravených zlúčenín sa sledovala pomocou tenkovrstvovej chromatografie (TLC)

na platničkách DC-Alufolien Kieselgel 60 F254 (E. Merck), detekcia: ÚV žiarením (258

nm), oxidáciou v 15% vodnom roztoku KMnO4 s následným zahriatím na 250°C.

41

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Polarimetria

Špecifická otáčavosť bola meraná na prístroji POLAR L-μP (IBZ Messtechnik)

pri vlnovej dĺžke sodíkovej čiary (589 nm) a jej hodnota bola vypočítaná podľa vzorca

lct

*100*][ αα λ =

α = nameraná hodnota, c = koncentrácia v g/100ml,

l = dĺžka kyvety v dm, t = teplota v °C, λ= vlnová dĺžka v nm

Konkrétne rozpúšťadlo a použitá koncentrácia je špecifikovaná pri každej uvedenej

hodnote.

IČ spektroskopia

Infračervené spektrá sa merali na spektrometri NICOLET 5700 FT-IR s

diamantovou sondou SMART ORBIT-ATR.

1H NMR spektroskopia

1H NMR, HSQC a 1-D NOESY spektrá sa merali na spektrometroch Varian

VXR-300 (300 MHz) a Varian Inova-AS600 (600 MHz) s interným štandardom

tetrametylsilánom (TMS) pri 25°C v CDCl3. Chemický posun (δ) udávaný v

hodnotách „ppm“ (parts per million) predstavuje pre TMS (δMe = 0.00 ppm (s)) a pre

reziduálny CHCl3 v CDCl3 (δH = 7.26 ppm (s)). Interakčné konštanty J sú uvádzané v

Hz. Skratky použité pri identifikácii multiplicity signálov: s (singlet), d (dublet), t

(triplet), m (multiplet), brs (široký signál). 1D technika NOESY bola využitá pre

určenie relatívnej konfigurácie. 2D technika HSQC bola využitá na identifikáciu 1H - 1H interakcií. Prídavok D2O sa použil pri izotopovej výmene 1H → 2H za účelom

identifikácie protónov na heteroatómoch.

13C NMR spektroskopia

13C NMR, APT, HMBC a HMQC spektrá sa merali na spektrometroch Varian

VXR-300 (75 MHz) a Varian Inova-AS600 (150 MHz) s interným štandardom

tetrametylsilánom (TMS) pri 25°C v CDCl3. Chemický posun (δ) udávaný v

hodnotách „ppm“ (parts per million) predstavuje pre TMS (δMe = 0.00 ppm (s)) a pre

reziduálny CHCl3 nachádzajúci sa v CDCl3 (δH = 77.0 ppm (t)), ktorý bol použitý ako

referenčná hodnota. Skratky použité pri identifikácii multiplicity signálov: s (singlet), d

42

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– (dublet), t (triplet), q (kvartet). Multiplicita signálov sa určila pomocou techniky APT.

2D techniky HMBC a HMQC boli využité na identifikáciu interakcií 1H - 13C.

Hmotnostná spektroskopia a plynová chromatografia

Hmotnostné spektrá boli merané technikou MALDI (Matrix-Assisted Laser

Desorption/Ionization). GC merania sa uskutočnili na plynovom chromatografe

Hewlett-Packard HP-5890 vybaveného FID detektorom s pracovnou s teplotou

250°C a split-dávkovačom s teplotou 220°C. Analýza prebiehala izotermicky pri

180°C na chromatografickej kolóne HP-5 (50 mm x 0.32 mm x 0.52 μm) so

stacionárnou fázou na báze zosieťovaného 5% PhMe silikónu.

43

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

5.2 Príprava substrátu Syntéza A 1. krok - príprava imínu

NH2 O CH2Cl2

3A MSN

49 48 44a

Do suchej 25-ml banky s okrúhlym dnom sa vložili 3Å molekulové sitá (1.05 g,

aktivované pri 200°C počas 20 min.), pridal sa suchý CH2Cl2 (30 ml) a po ochladení

suspenzie na 0°C (ľad+NaCl) sa pridal benzylamín (685 mg, 6.39 mmol, 1 ekv.)

a acetaldehyd (282 mg, 6.39 mmol, 1 ekv.) naraz. Reakčná zmes sa miešala 1 h pri

lab. teplote. Následne sa prefiltrovala cez celit, ktorý sa premyl CH2Cl2 (10 ml) a

zahustil na RVO. Získal sa surový imín (44a) vo forme žltého viskózneho oleja (727

mg, 72%), ktorého čistota bola dostatočná pre priame použitie v ďalšom syntetickom

kroku

N-Benzyl-etylidénamín14 (44a)

C9H11N (133.19); Rf=0.28 (IH/AcOEt=1:1)

N1

2

1H NMR (80 MHz):

δ=2.06 (m, 3H, H-2)

4.55 (s,2H, CH2Ph)

7.34 (m, 5H, Ph)

7.83 (m,1H, N=CH)

44

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2. krok – transmetalácia

Br MgBr1.05 ekv. Mg

THF

CeCl3

THFCeCl2

47 46 45

Do 100-ml trojhrdlej banky opatrenej miešadlom a prikvapkávacím lievikom sa

vložil Mg (163 mg, 6.71 mmol, 1.05 ekv.), po vysušení (400°C, 0.1 Torr, 20 min.) a

ochladení pod suchám Ar sa pridal suchý THF (5 ml) a 1,2-dibrómetán (4 kvapky). Za

stáleho miešania sa pri lab. teplote kontinuálne prikvapkal pentenylbromid (1g, 6.71

mmol, 1.05 ekv.) v suchom THF (10 ml). Reakčná zmes sa miešala pri lab. t. 30 min.,

kým nezreagoval takmer všetok Mg a následne sa kvantitatívne preniesla pri 0°C na

transmetaláciu do 250-ml banky obsahujúcej suspenziu bezvodého* CeCl3 (1.65 g,

6.71 mmol, 1.05 ekv.) a 20 ml THF. Zmes miešala pri lab. teplote 2 hod.

*Pozn.: V 250-ml trojhrdlej banke sa CeCl3.7H2O (2.5 g) dehydratoval v teplotnom

intervale od 50°C do 140°C (0.1 Torr, olejový kúpeľ) počas 6 hod.

3. krok – nukleofilná adícia

CeCl2NTHF

NH44a 45 5a

K in situ pripravenému organoceritému činidlu bol pri 0°C pridaný N-benzyl-

etylidénamín rozpustený v THF (12 ml). Reakcia sa miešala pri lab. t. 16 hod. Po

pridaní nasýteného vodného roztoku K2CO3 (10 ml) vypadla biela zrazenina, ktorá sa

odfiltrovala na celite a zahustila na RVO. Získalo sa 884 mg červeno-hnedého

viskózneho oleja, ktorý sa ďalej čistil pomocou FLC (30 ekv. silikagélu,

EA/IH/NH4OH=3:1:1%). Získal sa aminoalkén (5a) v 11% výťažku.

45

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– N-benzyl-2-(hept-6-én)amín14 (5a)

NH12

34

56

7

C14H21N (203.32), Rf=0.76 (EA/IH/NH4OH=3:1:1%) 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ=1.09 (d, 3H, J1,2 = 6.3 Hz, H-1)

1.3 – 1.55 (m, 4H, H-3, H-4)

2.00 – 2.08 ( m, 2H, H-5)

2.32 ( brs, 1H, výmena s D2O, NH)

2.69 (m, 1H, H-2)

3.74 (d, 1H, J = 13.0 Hz, Bn)

3.83 (d, 1H, J = 13.0 Hz, Bn)

4.92 – 5.02 (m, 2H, H-7)

5.79 (tdd, 1H, J5,6 = 6.7, J6,7A = 10.3, J6,7B = 16.8 Hz, H-6)

7.2 – 7.34 (m, 5H, Ph)

13C NMR (75 MHz, CDCl3):

δ=20.1 (q, C-7), 25.2 (t, C-4), 33.9 (t, C-3), 36.3 (t, C-5), 51.2 (t, CH2Ph), 52.3 (d, C-

6), 114.5 (t, C-1), 126.9 (d, Cp-Ph), 128.2 (2xd, Cm,o-Ph), 138.8 (d, C-2), 140.5 (s, Cq-

Ph)

46

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Syntéza B 1. krok- príprava imínu

NH2 O NMgSO4

Et2O

4849 44a

Do suchej 25 ml-banky s okrúhlym dnom sa vložil síran horečnatý (1 g, sušený pri

200°C počas 24 hod.), pridal sa suchý Et2O (15 ml) a po ochladení suspenzie na 0°C

(ľad+NaCl) sa pridal benzylamín (360 mg, 3.36 mmol, 1 ekv.) a acetaldehyd (177 mg,

4.03 mmol, 1.2 ekv.) naraz. Reakčná zmes sa miešala 1 h pri lab. teplote. Následne

sa prefiltrovala cez filtračný papier, ktorý sa premyl Et2O (5 ml) a filtrát zahustil na

RVO. Získal sa surový imín (44a) vo forme žltého viskózneho oleja (365 mg, 85%),

ktorého čistota bola dostatočná pre priame použitie v ďalšom syntetickom kroku.

N-benzyl-etylidénamín15 (44a)

C9H11N (133.19); Rf=0.28 (IH/AcOEt=1:1)

2. krok - transmetalácia

Br MgBr2 ekv. Mg

THF

CeCl3

THF

CeCl22 2 2

47 46 45

Do 100-ml trojhrdlej banky opatrenej miešadlom a prikvapkávacím lievikom sa

vložil Mg (163 mg, 6.71 mmol, 2 ekv.) a po vysušení (400°C, 0.1 Torr, 20 min.) sa

pridal suchý THF (5 ml) a 1,2-dibrómetán (4 kvapky). Za stáleho miešania pri lab.

teplote sa kontinuálne prikvapkal pentenylbromid (1 g, 6.71 mmol, 2 ekv.) v THF (10

ml). Reakčná zmes sa pri lab. t. miešala 30 min., kým nezreagoval takmer celé

47

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– množstvo Mg a následne sa kvantitatívne preniesla pri 0°C na transmetaláciu do

250-ml banky obsahujúcej suspenziu bezvodého* CeCl3 (1.65g, 6.71 mmol, 2 ekv.) v

20 ml THF. Zmes miešala pri lab. teplote 2 hod.

*Pozn.: Sušenie CeCl3 bolo prevedené rovnako ako v syntéze A.

3. krok – nukleofilná adícia

CeCl2NTHF

NH44a 45

5a

K in situ pripravenému organoceritému činidlu bol pri 0°C pridaný N-benzyl-

etylidénamín rozpustený v THF (12 ml). Po pridaní imínu došlo ku zmene farby zo

žltej na tmavočervenú. Reakcia sa miešala pri lab. t. 18 hod. Po pridaní nasýteného

roztoku NaF (40 ml) sa reakčná zmes odfiltrovala na frite a premyla 3x30 ml Et2O.

Organická vrstva sa vysušila s MgSO4 a zahustila na RVO. Získalo sa 223 mg

červenohnedého viskózneho oleja, ktorý sa ďalej čistil pomocou FLC (30 ekv.

silikagélu, EA/IH/NH4OH=3:1:1%). Získal sa aminoalkén (5a) v 8% výťažku.*

(R)-N-benzyl-2-(hept-6-én)amín14 (5a)

C14H21N (203.32), Rf=0.76 (EA/IH/NH4OH=3:1:1%) NH12

34

56

7

*Pozn.: 1H NMR (300 MHz, CDCl3) a 13C NMR (75 MHz, CDCl3) spektrá sa zhodujú s

nameranými údajmi izolovaného aminoalkénu (5a) v predošlej syntéze.

48

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Syntéza C

1. krok- príprava imínu

NH2 O NMgSO4

Et2O

49 48 44a

Do suchej 25-ml banky s okrúhlym dnom sa vložil síran horečnatý (1 g, sušený pri

200°C počas 24 hod.), pridal sa suchý Et2O (6 ml) a po ochladení suspenzie na 0°C

(ľad+NaCl) sa pridal benzylamín (360 mg, 3.36 mmol, 1 ekv.) a acetaldehyd (176 mg,

4.03 mmol, 1.2 ekv.) naraz. Reakčná zmes sa miešala 1 h pri lab. teplote. Následne

sa prefiltrovala cez filtračný papier, ktorý sa premyl Et2O (5 ml) a zahustil na RVO.

Získal sa surový imín (44a) vo forme žltého viskózneho oleja (426 mg, 95%).

N-benzyl-etylidénamín14 (44a)

C9H11N (133.19); Rf=0.28 (IH/AcOEt=1:1)

2. krok – transmetalácia (Gilmanov kuprát)

2 Br 2 ekv. Mg

THF2 MgBr 1 ekv. CuI

-30°C, 10 minCuMgBr

2

BF3.Et2O 1 ekv.-70°C, 5 min

CuMgBr.BF3

2

47 46 50

51

49

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Do 100 ml-trojhrdlej banky opatrenej miešadlom a prikvapkávacím lievikom sa

vložil Mg (163 mg, 6.71 mmol, 2 ekv.) a po vysušení (400°C, 0.1 Torr, 20 min.)

a ochladení pod Ar sa pridal suchý THF (5 ml) a 1,2-dibrómetán (4 kvapky). Za

stáleho miešania sa pri lab. teplote kontinuálne prikvapkal pentenylbromid (1g, 6.71

mmol, 2 ekv.) v THF (10 ml). Reakčná zmes sa miešala pri lab. t. 30 min., kým

nezreagoval takmer všetok Mg. Reakčná zmes sa ochladila na -30°C (acetón +

tekutý N2), pridal sa čistený* CuI (640 mg, 3.36 mmol, 1 ekv.) a celé sa to miešalo 10

min. Teplota sa znížila na -80°C, po uplynutí ďalších 10 min. sa pridal BF3.Et2O (477

mg, 3.36 mmol, 1 ekv.) a zmes sa miešala 5 minút.

*Pozn.: Do 250-ml kadičky sa vložil CuI (2.476 g) a KI (25.4 g) a za stáleho miešania

sa pridala H2O (20 ml). Vzniknutý hnedý roztok sa spolu s pridaným aktívnym uhlím

prefiltroval cez celit. Biela suspenzia sa ochladila na 0°C a pridala sa H2O (56 ml). Po

odsatí sa biela tuhá látka zachytená na frite premyla H2O (4x20 ml H2O), acetónom

(4x15 ml) a Et2O (4x15 ml). Biela tuhá látka bola vysušená pri 90°C (0.1 Torr, olejový

kúpeľ) a uchovaná v tme pod Ar pri lab. teplote.22,23

3. krok – nukleofilná adícia

CuMgBr.BF3

2

N THF

NH

.xH2O51 44a

5b

Do in situ pripraveného Gilmanovho kuprátu bol pri -70°C pridaný N-benzyl-

etylidénamín (44a) v suchom THF (5 ml) a zmes sa miešala pri lab. teplote 6 hodín.

Po pridaní H2O (2x6 ml) sa reakčná zmes extrahovala Et2O (2x20 ml). Organické

vrstvy sa vysušili MgSO4 a zahustili sa na RVO. Získal sa tmavočervený viskózny

22 Kaufman, G. B.; Tetev, L. A.: Inorg. Synth. 1963, 7, 9. 23 Linstrumelle, G.; Krieger, J. K.; Whitesides, G. M.: Org. Synth. 1976, 55, 103.

50

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– olej (0.711 g), ktorý bol následne čistený pomocou FLC (IH/EA/NH4OH=3:1:1%).

Získal sa hydrát aminoalkénu (5a) v 10% výťažku.

N-benzyl-2-(hept-6-én)amín . xH2O16,17 (5b)

NH12

34

56

7

. x H2O

C14H21N.xH2O (203.32.xH2O),

Rf=0.78 (EA/IH/NH4OH=3:1:1%)

51

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Syntéza D 1. krok

Br1 ekv. Mg

THFMgBr O

0.1 ekv. Li2CuCl4

-30°C, THF OH52 53 54 55

Do 500-ml suchej trojhrdlej banky sa dalo 60 ml suchého THF, ktorý sa

ochladil na -30°C, následne sa pridal S-propylénoxid (2 g, 34.43 mmol, 1 ekv.),

katalytický roztok* Li2CuCl4 (34.5 ml, 3.44 mmol, 0.1 ekv.) a kvantitatívne bol pridaný

butenylmagnézium bromid (80 ml). Za stáleho miešania sa teplota reakčnej zmesi

udržovala na -30°C. Po 35 min. bol do reakčnej zmesi prikvapkaný nasýtený vodný

roztok NH4Cl (10 ml) a H2O (10 ml). Po zohriatí na lab. teplotu sa oddelila vodná

vrstva, ktorá bola následne extrahovaná Et2O (2x50 ml). Spojené organické extrakty

boli po premytí nasýteným roztokom NaCl zahustené na RVO. Žltý viskózny olej

(82%) bol predestilovaný na Kugelrohre (18 Torr, 90°C).18

*Pozn.: Príprava katalytického roztoku Li2CuCl4: do 100-ml banky opatrenej

miešadlom bol prenesený LiCl (424 mg, 10 mmol, 2 ekv.) a CuCl2 (672 mg, 5 mmol,

1 ekv.). Po pridaní suchého THF (50 ml) sa zmes miešala až do vzniku

homogénneho roztoku.

(S)-Hept-6-én-2-ol18 (55)

OH12

34

56

7C9H14O (114.19); Rf=0.22 (Et2O/IH=1:2)

[ Lit.7 : [α]31=+6.5 (c 1.60, CHCl3)]

IČ:

52

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ν/cm-I: 3354 (br, OH), 3077, 2971, 2930, 2860, 1641, 1460, 1374, 1324, 1122.

1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ=1.15 (d, 3H, J1,2=6.3 Hz, H-1)

1.41 –1.43 (m, 4H, H-3, H-4)

1.95 (brs, 1H, OH→ výmena s D2O)

2.04 – 2.3 (m, 2H, H-5)

3.75 – 3.8 (m, 1H, H-2)

4.91 – 5.00 (m, 2H, H-7)

5.79 (m, 1H, H-6)

13C NMR (75 MHz, CDCl3): δ=23.3 (q, C-1), 24.9 (t, C-4), 33.6 (t, C-5), 38.6 (t, C-3), 67.8 (d, CHOH), 114.4 (t, C-

7), 138.6 (d, C-6)

2. krok

OH2 ekv. TosCl

Py, CH2Cl2, 0°COSO O

55 56

Do 250-ml banky s okrúhlym dnom a (S)-hept-6-én-2-olom (55) (2.97 g, 0.026

mol, 1 ekv.) sa pridal sušený CH2Cl2 (90 ml) a zmes sa ochladila na 0°C (ľad+NaCl).

Za stáleho miešania bol pridaný pyridín (40 ml, 0.491 mol, 19 ekv.) a po častiach p-

toluénsulfonylchlorid (9.85 g, 0.052 mol, 2 ekv.). Reakčná zmes sa pri laboratórnej

teplote miešala 18 hodín, následne sa pridala H2O (65 ml), vodná vrstva bola

preextrahovaná CH2Cl2 (3x50 ml), organické vrstvy boli premyté CuSO4 (2x40 ml),

vysušené pridaním bezvodého MgSO4 a zahustené na RVO. Získal sa tozylovaný

alkohol (55) ako žltý viskózny olej (90%), ktorý bol bez čistenia použitý do ďalšej

reakcie.

53

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

(S)-2-(hept-6-enyl)-ester kyseliny p-toluénsulfónovej (56)

OSO O

12

34 5 6

7C14H20O3S (268.37); Rf=0.21 (IH/AcOEt=15:1)

[α]25=+2.7 (c 0.26, CHCl3)

IČ: ν/cm-I: 1352, 1188, 1174 (SO2), 1096, 896 (Ar), 814, 662, 576,

555.

1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ=1.25 (d, 3H, J1,2=6.3 Hz, H-1)

1.29 -1.70 (m, 4H, H-3, H-4)

1.90 – 1.99 (m, 2H, H-5)

2.44 (s, 3H, Me)

4.55 – 4.66 (m,1H, H-2)

4.88 – 4.97 (m, 2H, H-7)

5.61 - 5.76 (m, 1H, H-6)

7.33 (d, 2H, J=8.0 Hz, Hm-Ph)

7.79 (d, 2H, J=8.3 Hz, Ho-Ph)

13C NMR (75 MHz, CDCl3): δ=20.8 (q, C-1), 23.9 (t, C-4), 33.1 (t, C-5), 35.8 (t, C-3), 80.4 (C-2), 114.8 (t, C-7),

127.6 (d, Co-Ph), 129.7 (d, Cm-Ph), 134.4 (q, CCH3), 137.9 (d, C-6), 144.4 (q, CSO2)

54

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 3. krok – nukleofilná substitúcia

OSO O

NH3 ekv. BnNH2

THF, reflux

56 5

Do 100-ml banky s okrúhlym dnom sa dal tozylovaný alkohol (56) (6.23 g,

0.023 mol, 1 ekv.) a po pridaní THF (15 ml) sa prikvapkal benzylamín (7.47 g, 0.069

mol, 3 ekv.). Reakčná zmes sa miešala 36 hodín pri teplote olejového kúpeľa 85°C.

Následne bol pridaný Et2O (2x40 ml) a H2O (2x40 ml). Spojené organické extrakty sa

premyli nasýteným vodným roztokom NaCl (2x30 ml), vysušili nad bezvodým MgSO4

a zahustili na RVO. Hnedý viskózny olej sa čistil pomocou FLC (30 ekv. silikagélu,

EA:IH:NH4OH=3:1:1%). Získalo sa 7.07 g aminoalkénu (5), čo predstavuje 86%

výťažok.

(R)-N-benzyl-2-(hept-6-én)amín (5) C14H21N (203.32), Rf=0.76 (EA/IH/NH4OH=3:1:1%),

NH12

34

56

7[α]25 = -6.9 (c1, CHCl3)

IČ: ν/cm-I: 3049 (brs NH), 2928 (C-H), 1641 (C=C), 1452, 1373,

1028, 696 (Ar, C-H).

1H NMR (300 MHz, CDCl3):

δ=1.08 (d, 3H, J1,2=6.3 Hz, H-1)

1.30 – 1.55 (m, 4H, H-3, H-4)

2.00 – 2.08 (m, 2H, H-5)

55

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2.35 (brs, 1H, NH)

2.68 (m, 1H, H-2)

3.73 (d, 1H, J=13.0 Hz, CH2Ph)

3.83 (d, 1H, J=13.0 Hz, CH2Ph)

4.91 – 5.03 (m, 2H, H-7)

5.80 (tdd, J5,6=6.7, J6,7A=10.2, J6,7B=16.9 Hz)

7.2 – 7.34 (m, 5H, Ph) 13C NMR (75 MHz, CDCl3):

δ=20.1 (q, C-7), 25.2 (t, C-4), 33.9 (t, C-3), 36.3 (t, C-5), 51.2 (t, CH2Ph), 52.3 (d, C-

6), 114.5 (t, C-1), 126.9 (d, Cp-Ph), 128.2 (2xd, Cm,o-Ph), 138.8 (d, C-2), 140.5 (s, Cq-

Ph)

5.3 Intramolekulová Pd(II)-katalyzovaná metoxykarbonylácia

NH PdII, CO, MeOH N OMe

O

N OMe

O

5 7 6

Všeobecný postup aminokarbonylácie*

Do suchej, 50-ml jednohrdlej banky sa okrúhlym dnom, bočným ventilom a

opatrenej magnetickým miešadlom sa navážil aminoalkén (5) (1 ekv.), príslušná

paládnatá soľ (0.1 ekv.), reoxidant (3 ekv.), báza (3ekv.) a MeOH (na 0.1M roztok).

Na záver bol pridaný ventil a balón s CO. Aparatúra sa naplnila oxidom uhoľnatým

opakovaným odsatím (vodná výveva) a naplnením CO (balón). Celý proces sa

zopakoval 3-krát. Výsledná zmes sa miešala pri indikovanej teplote (lab.t. → max

60°C). Priebeh reakcie bol kontrolovaný TLC (IH/EA/NH4OH=1:2:1% a/alebo

Tol/EA/NH4OH=8:1:1%). Po zreagovaní substrátu sa reakčná zmes preniesla do

destilačnej banky a zahustila do sucha na RVO. Následne bola rozpustená v EA (20

ml) a 2% roztoku NH4OH (20 ml). Vodná vrstva bola preextrahovaná EA (3x20 ml) a

spojené organické vrstvy sa premyli nasýteným vodným roztokom NaCl (2x30 ml),

56

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– vysušili nad MgSO4 a zahustili na RVO. Výsledný tmavohnedý olej sa čistil pomocou

FLC (50 ekv. silikagélu, Tol/EA/NH4OH=40:1:1%).

*Reakčné podmienky, návažky aminoalkénu (5) ako výťažky jednotlivých frakcií

produktov (7) a 6) sú uvedené v Tabuľke.

Pd(II)-soľ (0.1 ekv.)

Reoxid. (3 ekv.)

Báza (3 ekv.)

Reakč. podm.

Farba zmesi

Návažok substrátu

Trans-7 /6+7/ cis-6

1 PdCl2 CuCl2 AcONa 3 dni 30°C

tyrkys – zelená

90 mg

trans 12 mg zmes 0 mg

cis 0 mg

2 Pd(OAc)2 BQ - 53 hod. 36°C

hnedá- čierna 90 mg -

3 PdCl2 CuCl2 Et3N 2 dni 21°C

tyrkys – zelená 170 mg

trans 80 mg zmes 15 mg

cis 14 mg

4 Pd(OAc)2 Cu(OAc)2 - 2 dni 50°C

tyrkys – hnedá 170 mg komplexná

zmes

5 PdCl2 CuCl2 AcONa 4 dni 22°C

tyrkys – zelená 200 mg

trans 100 mg zmes 24 mg

cis 10 mg

6 PdCl2 CuCl2 K2CO34 dni 22°C

tmavá hnedá

200 mg

trans 40 mg zmes 40 mg

cis 0 mg

7 PdCl2 BQ AcONa 17 dní 60°C

hnedá - čierna 200 mg -

8 PdCl2* CuCl2 - 2 dni 40 °C

okrová – hnedá 200 mg

trans 54 mg zmes 27 mg

cis 7 mg

9 Pd(OAc)2 CuCl2 AcONa 2 dni 21°C

tyrkys – zelená 200 mg

trans 66 mg zmes 8 mg cis 20 mg

10 Pd(OTFA)2 CuCl2 AcONa 2 dni 21°C

tyrkys – zelená 200 mg

trans 42 mg zmes 21 mg

cis 24 mg * Reakcia uskutočnená v trimetylortoformáte.

57

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Metylester kyseliny (N-benzyl-(2S, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7)

N OMe

O1 2

36

71´ 2´

45C15H23O2N (261.36), Rf=0.73 (Tol/EA/NH4OH=8:1:1%),

[α]24=-3.9 (c 0.62, CHCl3)

IČ: ν/cm-I: 2929 (C-H), 1733 (C=O), 1435, 1217, 1157, 1026, 736, 696 (Ar, C).

1H NMR (600 MHz, CDCl3):

δ=1.03 (d, 3H, J6,7=6.5 Hz, H-7)

1.25 – 1.35 (m, 1H, H-5A)

1.38 – 1.44 (m, 1H, H-3A)

1.56 – 1.63 (m, 2H, H-4, H-5B)

1.66 – 1.7 (m, 1H, H-3B)

2.43 (dd, 1H, J2,1´A=8.6, J1´A,1´B=14.2 Hz, H-1´A)

2.63 (dd, 1H, J2,1´B=5.5, J1´A,1´B=14.2 Hz, H-1´B)

2.81 – 2.87 (m, 1H, H-6)

3.25 – 3.30 (m, 1H, H-2)

3.55 (d, 1H, J=14.4 Hz, CH2Ph)

3.60 (s, 3H, OMe)

3.81 (d, 1H, J=14.4 Hz, CH2Ph)

7.18 – 7.35 (m, 5H, Ph)

13C NMR (150 MHz, CDCl3):

δ=18.9 (q, C-7), 19.6 (t, C-4), 28.0 (t, C-3), 31.6 (t, C-5), 34.2 (t, C-1´), 50.2 (d, C-6),

51.4 (q, OMe), 52.7 (t, CH2Ph), 53.1 (d, C-2), 126.5 (d, Cp-Ph), 128.1 (d, Co,m-Ph),

141.2 (s, Cq-Ph), 173.4 (s, C=O)

58

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Metylester kyseliny (N-benzyl-(2R, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (6) C15H23O2N (261.36), Rf=0.63 (Tol/EA/NH4OH=8:1:1%)

N OMe

O1 2

36

71´ 2´

45 IČ: ν/cm-I: 2927 (C-H), 1735 (C=O), 1435, 1243, 1159, 1111,

727, 696 (Ar, C-H)

1H NMR (300 MHz, CDCl3):

δ=1.02 (d, 3H, J6,7=6.4 Hz, H-7)

1.23 – 1.52 (m, 4H, H-3, H-5)

1.54 – 1.62 (m, 2H, H-4)

2.17 (dd, 1H, J2,1´A=9.5, J1´A,1´B=15.1 Hz, H-1´A)

2.59 (dd, 1H, J2,1´B=3.9, J1´A,1´B=15.1 Hz, H-1´B)

2.68 – 2.72 (m, 1H, H-6)

2.95 – 3.09 (m, 1H, H-2)

3.58 (s, 3H, OCH3)

3.71 (d, 1H, JA,B=17.0 Hz, CH2Ph)

3.78 (d, 1H, JA,B= 16.9 Hz, CH2Ph)

7.12 – 7.42 (m, 5H, Ph)

13C NMR (75 MHz, CDCl3):

δ=21.4 (q, C-7), 22.9 (t, C-4), 30.4 (t, C-3), 32.6 (t, C-5), 40.3 (t, C-1´), 51.4 (d, C-6),

53.7 (q, OMe), 57.5 (t, CH2Ph), 59.6 (d, C-2), 126. 2 (d, Cp-Ph), 127.9 (d, Co,m-Ph),

142.3 (s, Cq-Ph), 172.9 (s, C=O)

59

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

5.4 Epimerizácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu v MeOH

N OMe

O

N OM

O

7 6

e

a) Vplyv protického rozpúšťadla Do 50-ml banky s okrúhlym dnom opatrenej septom a magnetickým miešadlom

sa vložil čistý trans-piperidín (7) (0.062 g, 0.237 mmol, 1 ekv.) a pridal sa MeOH (2.5

ml). Reakčná zmes sa začala miešať pri lab.t. a postupne bola teplota zvyšovaná po

10°C/deň až na maximálnych 60°C počas siedmich dní. Reakcia bola vizuálne

kontrolovaná TLC (Tol/EA/NH4OH=8:1:1%) a východzí pomer oboch diastereomérov

sa po celý čas nezmenil.

b) Vplyv kyseliny Do 50-ml banky s okrúhlym dnom opatrenej septom a magnetickým miešadlom

sa preniesol čistý trans-piperidín (7) (0.3 g, 1.2 mol, 1 ekv.) a pridal sa MeOH (11.9

ml) a HCl (vodný 34% roztok, 1 kvapka). Zmes sa miešala 24 hodín pri lab. teplote.

Pri kontrole pomocou TLC (Tol/EA/NH4OH=8:1:1%) nenastala žiadna vizuálna

zmena. Preto bola reakcia zahrievaná na max. 60°C. Epimerizácia začala prebiehať

pri 50°C. Reakcia sa miešala 10 dní a po zahustení na RVO bola čistená pomocou

FLC (50 ekv. silikagélu, Tol/EA/NH4OH=40:1:1%). Okrem trans-piperidínu (7) bol

izolovaný aj cis-derivát (7) v 20% výťažku.

c) Vplyv karbonylačných podmienok Do suchej 25-ml jednohrdlej banky s okrúhlym dnom, bočným ventilom a

opatrenej magnetickým miešadlom sa navážil trans-piperidín (7) (0.03 g, 0.147 mmol,

1 ekv.), PdCl2 (0.003 g, 0.0147 mmol, 0.1 ekv.), CuCl2 (0.06 g, 0.441 mmol, 3 ekv.),

AcONa (0.036 g, 0.441 mmol, 3 ekv.) a MeOH (1ml). Nasadil sa balón s CO a po

výmene plynov sa reakcia miešala dva dni pri lab. teplote. Kontrola pomocou TLC

(Tol/EA/NH4OH=8:1:1%) nezaznamenala žiadnu zmenu pomeru diastereoizomérov.

60

Experimentálna časť –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

5.5 Katalytická debenzylácia 2,6-trans-disubstituovaného piperidínu

N OMe

OH2/Pd(OH)2

MeOH N OM

O

H7 7a

e

Do suchej 50-ml jednohrdlej banky s okrúhlym dnom, bočným ventilom a

opatrenej magnetickým miešadlom sa navážil trans-2,6-disubstituovaný piperidín (7) (0.100 g, 0.38 mmol, 1 ekv.), Pd(OH)2 (0.015 g, 0.052 mmol) a bol pridaný MeOH

(3.8 ml). Po výmene plynov sa reakčná zmes miešala v atmosfére vodíka po dobu 18

hodín.20 Zmes sa prefiltrovala, filtračný papier sa premyl MeOH (20 ml) a filtrát bol

zahustený na RVO. Získaný žltý viskózny olej bol čistený pomocou FLC (50 ekv.

silikagélu, CHCl3/i-PrOH/NH4OH=25:1:1%) za vzniku esteru (7a) v 62% výťažku.

Metylester kyseliny ((2S, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7a)

N OMe

O

H

1 23

67

1´ 2´

45C9H15O2N (171.24), Rf=0.52 (CHCl3/i-PrOH/NH3=25:1:1%). [α]25=+12.9 (c 0.29, CHCl3)

IČ: ν/cm-I: 3125 (brs, NH), 2927 (C-H), 1731, (C=O), 1436, 1281, 1164, 1021, 748.

1H NMR (600 MHz, CDCl3):

δ=1.08 (d, 3H, J6,7=6.4 Hz, H-7)

1.18 – 1.23 (m, 1H, H-5A)

1.26 – 1.35 (m, 1H, H-3A)

1.49 – 1.56 (m, 1H, H-4A)

1.59 – 1.65 (m, 2H, H-4B, H-5B)

1.66 – 1.73 (m, 1H, H-3B)

61

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1.85 (brs, 1H, NH)

2.39 (dd, 1H, J2,1´A=5.1, J1´A,1´B=15.5 Hz, H-1´A)

2.64 (dd, 1H, J2,1´B=8.8, J1´A,1´B=15.5 Hz, H-1´B)

3.02 – 3.07 (m, 1H, H-6)

3.44 (dt, 1H, J2,1´=5.1, J2,3A=J2,3B=9.5 Hz, H-2)

3.69 (s, 3H, OMe)

13C NMR (75 MHz, CDCl3):

δ=19.5 (t, C-4), 21.3 (q, C-7), 30.5 (t, C-3), 32.8 (t, C-5), 38.2 (t, C-1´), 45.6 (d, C-6),

48.1 (d, C-2), 51.5 (q, OMe), 173.1 (s, C-2´)

4.5 Príprava Weinrebovho amidu a N-benzyl -2-epi-pinidinónu6

N

O

b) MeMgBr

a)MeNHOMe.HClAlMe3

N OMe

O

N

O

7 58 59

N,O-dimetylhydroxylamín hydrochlorid (0.1 g, 1 mmol, 3 ekv.) bol rozpustený v

THF (2 ml) a roztok bol ochladený na 0°C. Následne bol prikvapkaný trimetylhliník

(2.0M v Et2O, 0.255 ml, 0.56 mmol, 1.6 ekv.), teplota sa zvýšila na laboratórnu

a zmes sa miešala 2 hod. Substrát (7) (0.09 g, 0.34 mmol, 1 ekv.) bol rozpustený v 1

ml THF a prikvapkaný do roztoku amínu. Zmes sa miešala pri lab. t. 18 hodín. Do

reakčnej zmesi bol prikvapkaný nasýtený vodný roztok NH4Cl (5 ml). Vodná fáza bola

po oddelení preextrahovaná CH2Cl2 (4x5 ml). Kombinované organické extrakty boli

premyté nasýteným vodným roztokom NaCl (10 ml) a zahustené na RVO. Surový N-

metoxyamid (57) bol rozpustený v THF (1.6 ml) a ochladený na -78°C. Následne bol

prikvapkaný roztok metylmagnézium bromidu (3.0M v Et2O, 0.263 ml, 0.55 mmol, 2.3

ekv.). Po pridaní sa reakčná zmes opäť zohriala na lab. t. Po 1 hod. bol do zmesi

pridaný nasýtený vodný roztok NH4Cl (7 ml). Vodná vrstva bola premytá CH2Cl2

(3x10 ml), spojené extrakty sa premyli nasýteným vodným roztokom NaCl (20 ml) a

zahustili na RVO. Hnedý olej bol čistený pomocou FLC (50 ekv. silikagélu,

Tol/EA=8:1). Získala sa zmes oboch diastereomérov (58) a (59) v 30%

62

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– kombinovanom výťažku v pomere 2/1 v prospech 2,6-trans-disubstituovaného

piperidínu (58).

N-benzyl-(2S,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (majoritný) (58) N-benzyl-(2R,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (minoritný) (59)

N

O1 2

36

71´ 2´

45

N

O1 2

36

71´ 2´

45

majoritný minoritný

C16H23NO (245.36) Rf=0.35 (Tol/EA/NH4OH=8:1:1%).

1H NMR (600 MHz, CDCl3):

δ=1.02 (d, 3H, J6,7=6.4 Hz, H-7, major.)

1.07 (d, 3H, J6,7=6.5 Hz, H-7, minor.)

1.21 – 1.68 (m, 2x6H, H-3, H-4, H-5, major.+minor.)

1.93 (s, 3H, COMe, minor.)

1.99 (s, 3H, COMe, major.)

2.29 (dd, 1H, J2,1´A=8.3, J1´A,1´B=16.6 Hz, H-1´A, minor.)

2.49 (dd, 1H, J2,1´A=8.1, J1´A,1´B=15.0 Hz, H-1´A, major.)

2.66 (dd, 1H, J2,1´B=3.9, J1´A,1´B=16.8 Hz, H-1´B, minor.)

2.68 – 2.72 (m, 1H, H-6, minor.)

2.71 – 2.78 (m, 1H, H-1´B, major.)

2.84 – 2.90 (m, 1H, H-6, major.)

3.07 – 3.13 (m, 1H, H-2, minor.)

3.32 – 3.37 (m, 1H, H-2, major.)

3.55 (d, 1H, JA,B=14.2 Hz, CH2Ph, major.)

3.66 (d, 1H, JA,B=17.1 Hz, CH2Ph, minor.)

3.74 (d, 1H, JA,B=16.9 Hz, CH2Ph, minor.)

3.78 (d, 1H, JA,B=14.2 Hz, CH2Ph, major.)

7.12 – 7.45 (m, 2x5H, Ph, major+minor.)

13C NMR (75 MHz, CDCl3):

δ=19.5 (q, C-7, major.), 21.8 (q, C-7, minor.), 23.4 (t, C-4, major.), 27.6 (t, C-4,

minor.), 30.0 (t, C-3, major.), 30.3 (t, C-5, major.), 30.7 (t, C-3, minor.), 32.3 (t, C-5,

minor.), 43.8 (t, C-1´, major.), 49.5 (t, C-1´, minor.), 50.05 (d, C-6, major.), 51.7 (d, C-

63

Experimentálna časť ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2, major.), 52.2 (t, CH2Ph, major.), 53.2 (t, CH2Ph, minor.), 57.8 (d, C-6, minor.), 58.4

(d, C-2, minor.), 126.2 (d, Cq-Ph, major.), 126.6 (d, Cp-Ph, minor.),128.2 (d, Co,m-Ph,

major.),128.4 (d, Co,m-Ph, minor.), 128.6 (2xs, Cq-Ph, major.+minor.), 207.5 (s, C=O,

major.), 207.9 (s, C=O, major.).

64

Záver –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

6. Záver 6.1 Prehľad zosyntetizovaných zlúčenín

N

44aNHNH

5a 5

OH

55

OSO O

56

N OMe

O

6

N OMe

O

7

NH

OMe

O

7a

N NO O

58 59

65

Záver –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

5.2 Zhrnutie

Za účelom uskutočnenia totálnej syntézy obranných alkaloidov (-)-pinidinónu

(1) a (+)-2-epi-pinidinónu (2) bol zosyntetizovaný východiskový aminoalkén –

substrát (5) s elektrónovo-donornou N-benzylovou skupinou.

Najefektívnejšou metódou jeho prípravy sa ukázala byť „stepwise“ syntéza

vychádzajúca z (S)-propylén oxidu (54) a butenylbromidu (52).

Kľúčovým krokom novej totálnej syntézy je diastereoselektívna

intramolekulová Pd(II)-katalyzovaná metoxyaminokarbonylácia, ktorá poskytuje

príslušné piperidíny (6) a (7). Následnou transformáciou s použitím Weinrebovho

amidu a metylmagnézium bromidu boli pripravené N-benzyl-(-)-pinidinón (59) a N-

benzyl-(+)-2-epi-pinidinón (58) ako zmes diastereomérov v pomere 1:2.

Z nami získaných výsledkov vyplývajú nasledovné nové poznatky:

a) Na základe výsledkov skríningu reakčných podmienok metoxykarbonylácie

aminoalkénu (5) možno povedať, že najlepšie výsledky z hľadiska ako výťažkov

produktov (7) a (6), tak aj diastereoselektivity sa dosiahli pri použití klasických

podmienok a to: CO (1 atm.), 0.1 ekv. PdCl2, 3 ekv. CuCl2, 3 ekv. AcONa v MeOH.

Podobne to bolo aj v prípade, kedy sa ako báza použili 3 ekv. Et3N. Pri zmene typu

paládnatej soli pri použití Pd(OAc)2 a Pd(OTFA)2 boli výsledky porovnateľné s PdCl2,

len s nižšími výťažkami produktov. Vplyv rozpúšťadla bol otestovaný použitím

trimetylortoformátu ako zdroja MeOH, ale pozorovali sme drastické zníženie

diastereoselektivity. Rovnaké výsledky sme pozorovali aj pri použití benzochinónu

ako reoxidantu namiesto chloridu meďnatého.

b) Preferenčne vzniká 2,6-trans-konfigurovaný piperidín (7) ako majoritný (kinetický)

produkt za každých reakčných podmienok, pričom kvantovo-chemické výpočty

naznačujú prednostný vznik termodynamicky výhodnejšieho 2,6-cis-

disubstituovaného diastereoméru v 1C4 konformácii v diekvatoriálnom usporiadaní.

c) Uskutočnili sme sériu kontrolných experimentov overujúcich vplyv teploty,

minerálnej kyseliny a karbonylačných podmienok na priebeh epimerizácie

66

Záver –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

metylesteru kyseliny (N-benzyl-(2S,6R)-6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7). Zistili sme,

že potenciálna epimerizácia neovplyvňuje diastereoselektivitu Pd(II)-katalyzovanej

aminokarbonylácie, nakoľko k nej dochádzalo až pri t>60°C.

d) Finálnou transformáciou bola príprava N-metoxyamidu (57) a následná redukcia

esteru (7) na ketóny (58) a (59), ktoré z dôvodu neočakávanej epimerizácie vznikajú

v pomere 2:1 v prospech N-benzyl-(2S,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidínu (58).

67

Záver –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

5.3 Summary

Behind the purpose to pursue the total synthesis of defensive alkaloids (-)-

pinidinone (1) and (+)-2-epipinidinone (2), the crucial aminoalkene (5) with

electron-donating Bn-protecting group was devised and synthesized.

Starting from (S)-propylene oxide (54) and butenylbromide (52), the stepwise

synthesis of (5) has turned out to be the most efficient.

The key step of our total synthesis features highly diastereoselective

intramolecular Pd(II)-catalyzed aminocarbonylation, which provides desired

methylesters of piperidines (6) and (7). The final transformation using the Weinreb

amide and methylmagnesium bromide led unexpectedly to both N-benzyl-(-)-

pinidinone (59) and N-benzyl-(+)-2-epi-pinidinone (58) as a diastereomeric

mixture in a ratio 1:2.

We can draw following conclusions from the results obtained:

a) Screening of the methoxycarbonylation conditions of aminoalkene (5) identified

the most effective reaction parameters from the point of view of yield of (7) and (6) as well as the diastereoselectivity: CO (1 atm.), 0.1 eq. PdCl2, 3 eq. CuCl2 and 3

eq. AcONa in MeOH. In the case of 3 eq. Et3N the result was almost the same.

The change of the of Pd(II)-salt to Pd(OAc)2 and Pd(OTFA)2 gave results

comparable to PdCl2, but lower yields. The effect of solvent was tested using the

trimethylortoformate as a source of MeOH, but the diastereoselectivity was much

lower. The same result was obtained using benzoquinone instead of copper(II)

chloride as reoxidant.

b) The 2,6-trans-configured piperidine (7) was always obtained as a major

(though kinetic) product under any of the reaction conditions tested. Interestingly,

the quantum-chemical calculations rather suggest, that 2,6-cis-disubstited

diastereoisomer (6) in 1C4 conformation is energetically more favoured.

68

Záver –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

c) Set of control experiments was performed to verify the influence of

temperature, mineral acid and metoxyaminocarbonylation conditions on possible

epimerization of (N-benzyl-(2S,6R)-6-methyl-piperidin-2-yl)acetate (7). We found,

that diastereoselectivity of Pd(II)-catalyzed aminocarbonylation is not affected by

epimerization.

d) The final transformation of total synthesis was the preparation of N-

methoxyamide (57). The subsequent reduction of ester (7) unexpectedly gave rise to both ketones (58) and (59) as a diastereomeric mixture in ratio 2:1 in favour of

N-benzyl-(2R,6R)-6-methyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidine (58).

69

Príloha č.1: Plynový chromatogram surovej reakčnej zmesi 2, 6-trans (7)a 2,6-cis (6) piperidínov

0 5 10 15 20 25 30 35 402000

3000

4000

5000

Sign

al

Time, min

cis

trans

28 29 30 31 32 332000

2500

3000

3500

4000

Sig

nal

Time, min

cis

trans

Príloha č.2: Tranzitné stavy a energie vypočítané semiempirickou PM5

metódou, DFT metódami B3LYP/LANL2DZ (Gaussian) a B3LYP/DZVP (CACHE)

Tranzitné štruktúry boli vizuálne lokalizované na reakčnej hyperploche získanej výpočtom

energie systému v závislosti na dvoch premenných (vzdialenosť C→N a C8→Pd++).

Štruktúra bola potom optimalizovaná postupom minimalizácie gradientu nasledovaným

vibračnou analýzou. Tranzitné stavy boli potom overené IRC výpočtom. Nižšie uvedená je

štruktúra kandidátskeho tranzitného stavu pred optimalizáciou.

B3LYP, implementovaná v programe Gaussian 03, basis set LANL2DZ Gaussian 03, Revision D01.1, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, and J. A. Pople, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003. B3LYP, implementovaná v programe CACHE 6.0, basis set DZVP N. Godbout, D.R. Salahub, J. Andzelm and E. Wimmer, Can. J. Chem. 70, 560 (1992); C. Sosa, J. Andzelm, B.C. Elkin, E. Wimmer, K.D. Dobbs and D.A. Dixon, J. Phys. Chem. 96, 6630 (1992). J. Andzelm and E. Wimmer, J. Chem. Phy. 96, 1290 (1992). J. Andzelm in 'Density Functional Methods in Chemistry" J.

Labanowski and J. Andzelm, eds., Springer Verlag, New York, 1991. A. Komornicki and G. Fitzgerald, J. Chem. Phys. 98, 1398 (1993).

Tranzitný stav vedúci k cis-metylesteru (6) v 1C4 konformácii

Energia PM5 (kcal/mol)

Energia B3LYP [Hartree] LANL2DZ Triplet

Energia B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE PM5 (kcal/mol)

ΔE B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE B3LYP LANL2 (kcal/mol)

-46,240 -988,852694804 -4199824,420 0 0,0 0,0

Tranzitný stav vedúci k trans-metylesteru (7) v 1C4 konformácii

Energia PM5 (kcal/mol)

Energia B3LYP [Hartree] LANL2DZ Triplet

Energia B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE PM5 (kcal/mol)

ΔE B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE B3LYP LANL2 (kcal/mol)

-45,582 -988.847983346 -4199824,670 0,658 0,25 2,956

Tranzitný stav vedúci k cis-metylesteru (6) v 4C1 konformácii

Energia PM5 (kcal/mol)

Energia B3LYP [Hartree] LANL2DZ Triplet

Energia B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE PM5 (kcal/mol)

ΔE B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE B3LYP LANL2 (kcal/mol)

-0,319 -988.814887757 -4199390,830 45,921 433,59 23,7243

Tranzitný stav vedúci k trans-metylesteru (7) v 4C1 konformácii

Energia PM5 (kcal/mol)

Energia B3LYP [Hartree] LANL2DZ Triplet

Energia B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE PM5 (kcal/mol)

ΔE B3LYP DZVP (kcal/mol)

ΔE B3LYP LANL2 (kcal/mol)

-8,104 -988.846449533 -4199405,640 38,136 418,78 3,91896

(S)-2-(hept-6-enyl)-ester kyseliny p-toluénsulfónovej (56)

0.00.00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.05.55.56.06.06.56.57.07.07.57.5

H(o)-Ph H(m)-Ph

H-6

H-7

H-2

CH3Ph

H-5

H-4

H-3

H-1

OSO O

12

34 5 6

7

(S)-2-(hept-6-enyl)-ester kyseliny p-toluénsulfónovej (56)

00101020203030404050506060707080809090100100110110120120130130140140

C-1

C-3C-4

C-5

C-2C-7

C-6

C(o)-Ph

C(m)-Ph

C-SO2

CCH3

OSO O

12

34 5 6

7

(R)-N-benzyl-2-(hept-6-én)amín (5)

NH12

34

56

7

H-6

Ph

H-7

Bn

H-2

N-H

H-5

H-2

H-4

H-1

7.57.5 7.07.0 6.56.5 6.06.0 5.55.5 5.05.0 4.54.5 4.04.0 3.53.5 3.03.0 2.52.5 2.02.0 1.51.5 1.01.0 0.50.5 0.00.0

Metylester kyseliny (N-benzyl-(2S, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7)

0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.05.55.56.06.06.56.57.07.0

Ph

OMe

Bn Bn

H-2 H-6H-1´H-1´

H-3´

H-4H-5´

H-3H-5

H-7

N OMe

O1 2

36

71´ 2´

45

UMetylester kyseliny (N-benzyl-(2S, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7)

00101020203030404050506060707080809090100100110110120120130130140140150150160160170170180180

C-7

C-4

C-3

C-5C-1´

C-6

OMe

Bn

C-2C(p)-Ph

C(o,m)-Ph

C(q)-PhC=O

N OMe

O1 2

36

71´ 2´

45

Metylester kyseliny (N-benzyl-(2R, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (6)

0.00.00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.05.55.56.06.06.56.57.07.07.57.5

PhBn

OMe

H-2 H-6H-1´ H-1´H-4

H-5

H-3

H-7

N O M e

O1 2

36

71´ 2´

45

Metylester kyseliny (N-benzyl-(2R, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (6)

00101020203030404050506060707080809090100100110110120120130130140140150150160160170170180180

C-7

C-4

C-3C-5

C-1´

C-6

OMe

BnC-2

C(p)-Ph

C(o,m)-Ph

C(q)-Ph

C=O

N OMe

O1 2

36

71´ 2´

45

Metylester kyseliny ((2S, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7a)

0.00.00.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.21.41.41.61.61.81.82.02.02.22.22.42.42.62.62.82.83.03.03.23.23.43.43.63.63.83.8

H-2 H-6H-1´ H-1´

OMe

N-H H-3´

H-5´

H-4 H-3 H-5

H-7

N OMe

O

H

1 23

67

1´ 2´

45

Metylester kyseliny ((2S, 6R)- 6-metyl-piperidín-2-yl) octovej (7a)

00101020203030404050506060707080809090100100110110120120130130140140150150160160170170180180

C-4

C-7C-3C-5

C-1´

C-6

C-2OMe

C=O

N OMe

O

H

1 23

67

1´ 2´

45

N-benzyl-(2S,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (majoritný) (58) a N-benzyl-(2R,6R)-6-metyl-2-(2´-oxo-propyl)piperidín (minoritný) (59)

0.0

0.00.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.21.41.41.61.61.81.82.02.02.22.22.42.42.62.62.82.83.03.03.23.23.43.43.63.63.83.8

Bn BnBn

H-2 H-2 H-6H-1´

H-6H-1´

H-1´H-1´

MeCO

MeCO

H-7

H-7

N

O1 2

36

71´ 2´

45

N

O1 2

36

71´ 2´

45

2:1