CC BY
7УДК 547.541.2.
Алиева А.А., канд.техн.наук, вед.науч.сотр., лаборатории «Исследование проблем катализа
спектроскопическими методами» Института Нефтехимических процессов Национальной Академии Наук Азербайджана
(Баку, Азербайджан)
ДИЕН РАВАЛА В РЕАКЦИЯХ ДИЛЬСА-АЛЬДЕРА
Аннотация. В данной статье представлены исследования в области применения диена Равала в реакциях Дильса-Альдера. Показаны основные закономерности протекания реакции с участием выоскореакционноспособного и электронообогащенного диена Равала, а также особенности энантиоселективности и диастереоселективности в этих реакциях. Показаны основные биологически активные продукты, синтез которых протекает через стадию реакции диенового синтеза с участием диена Равала.
Ключевые слова: диеновый синтез, реакция Дильса-Альдера, диен Равала, энантиоселективность, гетеродиеновый синтез
При исследованиях в области реакции Дильса-Альдера особое место занимают синтезы с участием электронообогащенных диенов, отличающихся своей высокой реакционной способностью. Среди таких диенов особо следует отметить диены Данишефского, Равала и Брассара. Получивших свое название в честь авторов-первооткрывателей этих соединений:
В данной работе представлены результаты исследований в области применения диена Равала в реакциях Дильса-Альдера.
Первый пример катализируемой хиральной кислотой Льюиса- энантиоселективной гетеро-реакция Дильса-Альдера (Д-А) между 1-диметиламино-3-силилокси-1,3-бутадиеном (диеном Равала) с альдегидами описан в работе [1]. Эта реакция циклоприсоединения под действием 1 мол.% диродия ( II ) тетракис[#-бензол-конденсированный фталоил-(^)-пиперидинонат], Rh2(S' -ВРТР1)4, протекает гладко и после обработки ацетилхлоридом приводит к образованию соответствующих дигидропиранонов с энантиоселективностью до
ОМе
О TMS
NR?
Danishefsky's diene Brassard diene Rauval diene
99% е.е.
о
MhhN
1. RJi^&BPTPIh, H (1 md Crtpj
up:o 99^ да /| /I
fih^i-apTPi^
Аза-реакция Д-А оптически активных сульфиниминов с диеном Равала приводит к энантиомерно обогащенным дигидропиридонам с е.е. до 90% [2]. Реакцию катализировали ТМБ0Т£ Наилучшие результаты были получены при использовании 10-изоборнилсульфиниминов. Удаление вспомогательного сульфинила происходило во время обработки реакционной смеси. Скорее всего, реакция протекает по ступенчатому механизму. Добавление 4-К,К'-диметиламино-1,3-бутен-2-олата лития к сульфиниминам с последующим гидролизом давало дигидропиридоны с более низкими выходами и с противоположной стереохимией.
Сообщается о практическом и свободном от хроматографии синтезе солей винамидиния и их использовании в качестве диеновых предшественников в реакциях Д-А [3]. Кроме того, в конкурентном эксперименте было показано, что 1,3-дипирролидино-1,3-бутадиен значительно более реакционноспособен, чем диен Равала.
Транс-3 -(трет-бутилдиметилсилилокси)-Ы,Ы-диметил- 1,3-бутадиен-1 -амин, также известный как диен Равала, является строительным блоком, используемым в (гетеро)-реакциях Дильса-Альдера [4]. Сообщается, что реакционная способность диена Равала в тысячу раз больше по сравнению с иеном Данишефского из-за более высокого уровня HOMO. Кроме того, данный эфир силиленола гидролизуется кислотой с образованием а,Р-ненасыщенного кетона. Было много сообщений об общем синтезе натуральных продуктов с использованием диена Равала , что предполагает полезность этого метода.
^ R2
prepared in 3 steps
твэо-
СН3
В5597 (1)
ТВБО
тпеп
1)
О
сно
3)
1-Амино-3-силокси-1,3-бутадиены представляют собой новый класс
гетероатомсодержащих диенов с несколькими полезными свойствами. Эти диены могут быть эффективно получены депротонированием легкодоступных винилогистых амидов гексаметилсилазидом калия с последующим силилированием соответствующих енолятов калия. Обнаружено, что этот метод является довольно общим для получения различных диенов, содержащих разные силильные и аминогруппы. Аминосилоксидиены легко подвергаются [4+2]-циклоприсоединениям с широким спектром электронодефицитных диенофилов. Реакции обычно протекают в очень мягких условиях с получением соответствующих [4+2]-аддуктов с высокими выходами и с полной региоселективностью. Высокая эндоселективность наблюдается в случае ^фенилмалеимида и метакролеина. Другие циклоаддукты обычно получают в виде смесей эндо/экзо-диастереомеров [5].
Сообщается, что в последние годы платенцин, недавно открытый антибиотик, стал высококонкурентной синтетической мишенью из-за его многообещающей биоактивности и необычной сложной молекулярной архитектуры. В работе [6] кратко описан полный синтез платенцина, исходя из недорогого периллальдегида. Ключевыми особенностями этого подхода являются: (1) высокодиастереоселективная реакция Дильса-Альдера с диеном Равала, образующая первый полностью углеродный четвертичный центр, (2) метатезис с замыканием кольца с образованием напряженного трициклического скелета, (3) гидратация/дегидратация для эффективного сдвига эндо-циклического алкена в экзопозицию и (4) 1,4-присоединение енолята затрудненного кетона к метилакрилату для создания второго полностью углеродного четвертичного центра. Общую схему получения платенцина можно представить в виде:
ОН ОН н чл):/ платенцимицин - антибиотик группы 8&вр^тусе$рЫет1$
Подобно молекулам жизни (например, белкам и ДНК), многие фармацевтические препараты также асимметричны (хиральны); они не накладываются на свои зеркальные изображения. Одна зеркальная форма (энантиомер) лекарственного средства может иметь желаемую активность, а другая - нет. Следовательно, разработка методов селективного синтеза одного энантиомера имеет большое научное и экономическое значение. В работе [7] авторы сообщают, что простой коммерчески доступный хиральный спирт, а,а,а',а'-тетраарил-1,3-диоксолан-4,5-диметанол (TADDOL), катализирует все-углеродные реакции ДА аминосилоксидиенов и замещенных акролеинов с получением продуктов с хорошими выходами и высокими энантиоселективностями (до 92% энантиомерного избытка).
Отмечается, что диены, богатые электронами, произвели революцию в синтезе сложных соединений с момента открытия легендарной реакции циклоприсоединения ДА. Этот высокоэффективный процесс образования связей послужил фундаментальной стратегией для сборки многих структурно сложных молекул. Аминосилилокси-бутадиены, возможно, являются наиболее реакционноспособными диенами, которые можно выделить в органическом синтезе. С момента новаторского открытия Равалом было обнаружено, что 1-амино-3-силилоксибутадиены подвергаются реакциям циклоприсоединения с беспрецедентной мягкостью, что привело к значительным достижениям как в асимметричном катализе, так и в полном синтезе биологически активных природных продуктов. В отличие от этого, этот класс сопряженных олефинов с высоким содержанием электронов не изучался в других типах реакций. В работе [8] авторы сообщают о простом синтезе тетразамещенных 1-силилокси-3-аминобутадиенов, комплементарно замещенного диена Равала. Обнаружено, что это семейство молекул претерпевает серию интригующих химических превращений, ортогональных реакциям циклоприсоединения.
В работе [9] авторы описывают полный синтез фомактина А, биологически интересного и уникального по своей структуре природного продукта из фильтрата культуры паразитического гриба Ркоша на основе реакции гетеро-Д-А на основе диена Равала.
Семейство дитерпенов клеродана обладает впечатляющим диапазоном биоактивности и высокой синтетической проблемой благодаря уникальному слиянию колец, стереоцентров и оксигенации. В работе [10] авторы описывают первые полные синтезы трех членов, скапарвинов В, С и D, посредством маршрута, подпитываемого несколькими хемоселективными и тщательно организованными этапами. Одной из таких операций является специализированная поздняя стадия С-Н-функционализации, превращающая карбоновую кислоту в лактон посредством окисления третичной связи С-Н в условиях, которые сводят к минимуму эпоксидирование алкена. Этот шаг, среди прочего, предоставил
критически важные функции для достижения целей. Кроме того, использование подходящего хирального катализатора с диеном Равала делает последовательность энантиоселективной.
Описано исследование получения, реакционной способности и диастереоселективности хиральных 1-амино-3-силокси-1,3-бутадиенов, в частности диена Равала в реакции Дильса-Альдера [11]. Эти диены легко получить с хорошим выходом из соответствующих энантиомерно чистых замещенных пирролидинов. Они легко подвергаются циклоприсоединению с некоторыми активированными диенофилами в мягких условиях реакции. Было обнаружено, что аминосилоксидиен, содержащий С2-симметричный 2,5-дифенилпирролидиновый вспомогательный компонент, обеспечивает высокий диастереофациальный контроль даже при комнатной температуре или выше. При гидролизе циклоаддуктов были получены 4-замещенные и 4,5-дизамещенные циклогексеноны с е.е.. в диапазоне от 85% до> 98%. Простая модель, основанная главным образом на стерических аргументах, была разработана для рационализации и предсказания абсолютных конфигураций конечных продуктов, полученных с помощью этой последовательности. Синтетическая полезность методологии была проиллюстрирована посредством краткого энантиоселективного синтеза (-)-а-элемена. Синтез также служил для установления абсолютной стереохимии продукта Дильса-Альдера хирального аминосилокси-диена и метакролеина.
а-элемен ч Р-элемен
Хиральный карбоксамидатный комплекс диродия (II), катализируемый гетеро-реакцию Д-А между диеном Равала и альдегидами, развивается с высокими выходами и энантиоселективностью [12]. По сравнению с предыдущим уровнем техники, реакциями, катализируемыми ТАДДОЛом, этот новый метод очень привлекателен из-за низкой загрузки катализатора и короткого времени реакции.
Применение диена Равала в реакциях Д-А также описано в работах [13- ].
17
ЛИТЕРАТУРА
1. Watanabe, Y. Highly enantioselective hetero-Diels-Alder reactions between Rawal's diene and aldehydes catalyzed by chiral dirhodium(ii) carboxamidates / Y. Watanabe, T. Washio, N. Shimada, M. Anada // Chem. Communication. - 2010. - N 47. - pp. 7294-7296.
2. Kawecki, R. Aza Diels-Alder reactions of sulfinimines with the Rawal diene / R. Kawecki // Tetrahedron Asymmetry. - 2006. - Vol. 17. - N 9 . - pp. 1420-1423.
3. Zhou, S. Scalable Synthesis of Highly Reactive 1,3-Diamino Dienes from Vinamidinium Salts and Their Use in Diels-Alder Reactions / S. Zhou, E. Sanchez, M. Gravel // J. Org. Chem. -2012. - Vol. 77. - N 7. - pp. 3576-3582.
4. Kozmin, S.A. On the Reactivity of 1-Amino-3-siloxy-1,3-dienes: Kinetics Investigation and Theoretical Interpretation / S.A.Kozmin, M.A. Green, V.H.Rawal // J. Org. Chem. - 1999. -Vol. 64. - pp. 8045-8052.
5. Kozmin, S.A. 1-Amino-3-siloxy-1,3-butadienes: Highly Reactive Dienes for the Diels-Alder Reaction / S.A.Kozmin, J. Janey, V.H.Rawal // J. Org. Chem. - 1999. - Vol. 64. - N 9. - pp. 3039-3052.
6. Tiefenbacher, K.A Nine-Step Total Synthesis of (-)-Platencin / K.Tiefenbacher, J. Mulzer // J. Org. Chem. - 2009. - Vol. 74. - N 8. - pp. 2937-2941.
7. Thadani, A. Enantioselective Diels-Alder reactions catalyzed by hydrogen bonding / A. Thadani, A. Stankovic, V. Rawal // Proceedings of the National Academy of Sciences of USA. -2004. - Vol. 101. - N 16. - pp. 5846-5850.
8. Xijian, L. Synthesis of tetrasubstituted 1-silyloxy-3-aminobutadienes and chemistry beyond Diels-Alder reactions / L. Xijian, S. Peng, L. Li, Y. Huang // Nature Communications. -2015. - Vol. 6. - pp. 6913-6921.
9. Ling-Feng, Y. An Enantioselective Synthesis of the ABD Tricycle for (-)-Phomactin A Featuring Rawal's Asymmetric Diels-Alder Cycloaddition / Y. Ling-Feng, R. Hsung, A.Bedermann, A.V.Kurdyumov // Adv. Synth. Catal. - 2008. - Vol. 350. N 18. - pp. 1002-1008.
10. Qinda, Y. Total Syntheses of Scaparvins B, C, and D Enabled by a Key C-H Functionalization. / Y. Qinda, Q. Pei, S. Snyder // J. Amer. Chem. Soc. - 2017. - Vol. 139. - N 51. - pp. 18428-18431.
11. Kozmin, S.A. Chiral Amino Siloxy Dienes in the Diels-Alder Reaction: Applications to the Asymmetric Synthesis of 4-Substituted and 4,5-Disubstituted Cyclohexenones and the Total Synthesis of (-)-a-Elemene / S.A.Kozmin, V.H.Rawal // J. Amer. Chem. Soc. - 1999. - Vol. 121. -N 41. - pp. 9562-9573.
12. Watanabe, Y. Rhodium(II) Carboxamidate Catalyzed Hetero-Diels-Alder Reaction of Rawal's Diene / Y. Watanabe, T. Washio, N. Shimada, M. Anada // Synfacts. - 2010. - N 3. - pp. 323-324.
13. Ahrendt, K. New Strategies for Organic Catalysis: The First Highly Enantioselective Organocatalytic Diels-Alder Reaction / K.Ahrendt, C. Borths, D. MacMillan // J. Amer. Chem. Soc. - 2000. - Vol. 122. - pp. 4243-4244.
14. Abbasov, M. Stereodivergent, Diels-Alder-initiated organocascades employing a,P-unsaturated acylammonium salts: scope, mechanism, and application / M.E.Abbasov, B.Hudson, D.Tantilio, D.Romo // Chem. Sci. - 2017. - N 8. - pp. 1511-1524.
15. Della Rosa, C. 2-nitrobenzofuran as dienophile in Diels-Alder reactions A simple dibenzofurans synthesis / C. Della Rosa, M. Kneetemann, P. Mancini // 13-rd International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry. - 2009. - pp. 1-4.
16. Yang, Y. Unusual KIE and dynamics effects in the Fe-catalyzed hetero-Diels-Alder reaction of unactivated aldehydes and dienes / Y. Yang, X. Zhang, L. Ping, J. Lan // Nature Communications. - 2020. - N 1. - pp 1-10.
17. Doyle, M.P. Asymmetric hetero-Diels-Alder reaction catalyzed by dirhodium(II) carboxamidates / M.P. Doyle, M. Valensuela, P. Huang // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2004. - Vol. 101. - N 15. - pp. 5391-5395.
18. Yeung, C. Catalytic asymmetric oxo-Diels-Alder reactions with chiral atropisomeric biphenyl diols / C. Yeung, W. Chan, W-S. Lo, G. Law // Belstein Journal of Organic Chemistry. -2019. - Vol. 15. - pp. 955-962.
19. Guin, J. Highly enantioselective hetero-Diels-Alder reaction of 1,3-bis(silyloxy)-1,3-dienes with aldehydes catalyzed by chiral disulfonimide. / J. Guin, C.Rabalakos, B. List // Angewandte Chemie International Edition. - 2012. - N 3. - pp. 1534-1541.
20.Ormachea, C. Pseudo-pericyclic reactions - aromatic compound derivatives as electrophiles in polar Diels-Alder reactions. An experimental and theoretical study / C. Ormachea, M. Kneetmann, P. Mancini // Trends in Organic Chemistry. - 2014. - Vol. 17. - pp. 73-91.
