CC BY
29
УДК 547.268.14
А.Ш. Сунагатуллина (асп.), А.У. Ишбаева (асп.), Р. Н. Шахмаев (к.х.н., доц.), В. В. Зорин (чл.-корр. АН РБ, д.х.н., проф., зав. каф.)
Хемоэнзиматический синтез (5")- ундекан-2-ола
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431935, e-mail: biochem@rusoil.net
A. Sh. Sunagatullina, А. U. Ishbaeva, R. N. Shakhmaev, V. V. Zorin
Chemoenzymatic synthesis of (5)-undecan-2-ol
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062 Ufa, Russia; ph. (347) 2431935, e-mail: biochem@rusoil.net
С использованием энантиоселективного биокаталитического ацилирования (±)-ундекан-2-ола винилбутиратом в присутствии липазы Candida аntarctica (CAL-B) разработан хемоэнзиматический метод синтеза (5)-ундекан-2-ола — компонента ряда феромонов насекомых. Исследование оптических свойств не вступившего в реакцию парциального ацилирования (±)-унде-кан-2-ола при 62% конверсии спирта показало, что остаточный спирт представляет собой (5)-энантиомер с оптической чистотой ~ 98 ee %. Метод базируется на доступном сырье и обеспечивает высокую оптическую чистоту целевого продукта.
Ключевые слова: ацилирование; биокатализ; (5)-ундекан-2-ол; хемоэнзиматический синтез; энантиомер.
Оптически чистые 2-алканолы часто являются природными биологически активными веществами и широко используются в органическом синтезе. Так, (5)-ундекан-2-ол, (S)-тридекан-2-ол и ^)-пентадекан-2-ол являются компонентами феромонов Megarhyssa nortoni, Drosophila mulleri и D. Buscrii 1-3. Оба энан-тиомера сулкатола входят в состав феромонов некоторых опасных вредителей 4-6. (2S,6Z)-нона-6,8-диен-2-ол является феромоном минера Nepticula malella 7. ^)-5-гексен-2-ол применяется в синтезе противоопухолевого препарата спонгодипсина 8, полового феромона Sitodiplosis mosellana 9 и агониста дезоксимус-карина 10.
MeMgl
OH
C9H19 CH3
A chemoenzymatic synthesis of (S)-undecan-2-ol, a component of a number of insect sex pheromones, was developed using the biocatalytic acylation of (±)-undecan-2-ol by vinylbutyrate in presence Candida аntarctica (CAL-B) lipase. The investigation of optical properties of (±)-undecan-2-ol not involved in the reaction of partial acylation with conversion of alcohol 62% had shown that residual alcohol is an (S)-enantiomer with 98% optical purity. The advantages of this method included readily available starting material and high optical purity of target product.
Key words: acylation; biocatalysis; (S)-undecan-2-ol; chemoenzymatic synthesis; enantiomer.
Известные методы получения (5)-унде-
кан-2-ола (S-1) основаны на взаимодействии н-
октилмагнийбромида с ^)-пропиленоксидом и
энантиоселективном восстановлении 2-ундека-
11
нона клеточными катализаторами .
Нами проведены исследования по созданию хемоэнзиматического метода синтеза ^)-унде-кан-2-ола (S-1) с использованием энантиоселективного ацилирования рацемического унде-кан-2-ола винилбутиратом в присутствии некоторых промышленных липаз (Penicillium camemberti, Mucor javanicus, Aspergillus niger, Candida antarctica).
В качестве исходного сырья был использован доступный деканаль, взаимодействие
Pr
Lipase
O II
ViO—C—Pr
OH
C9H19 CH3
C^ I
O
+
C9H
9 19
CH3
S-1
R-3
Дата поступления 07.06.11
которого с метилмагнийиодидом по Гриньяру приводит к (±)-ундекан-2-олу (1) с хорошим выходом. При исследовании кинетики биокаталитического ацилирования спирта (1) винил-бутиратом в пентане было установлено, что липазы Pénicillium camemberti и Mucor javanicus обладают низкой активностью по отношению к данному субстрату. За 24 ч конверсия исходного спирта не превысила 10%. Высокая активность и кинетика, характерная для энантиоселективных процессов, были установлены при использовании липазы Candida antarctica (CAL-B) (после достижения 50% конверсии субстрата по истечении 3 ч скорость ацилирования резко уменьшилась). Исследование оптических свойств не вступившего в реакцию парциального ацилирования (±)-ун-декан-2-ола при 62% конверсии спирта показало, что остаточный спирт представляет собой (5)-энантиомер с оптической чистотой ~ 98 ee %.
Экспериментальная часть
ИК спектры соединений записаны в тонком слое на ИК Фурье-спектрофотометре IRPrestige-21 SHIMADZU. Спектры ЯМР 1Н и 13С записаны в CDCl3 на приборе Bruker АМ-300 (рабочая частота 300 и 75.47 МГц соответственно), внутренний стандарт — ТМС. Хроматографический и масс-спектральный анализ проводили на хроматомасс-спектромет-ре GCMS-QP2010S SHIMADZU (электронная ионизация при 70 эВ). Использовали капиллярную колонку HP-1MS (30 м, 0.25 мм, 0.25 um), температура испарителя 280 oC, температура ионизационной камеры 250 oC. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 280 oC со скоростью 10 ^/мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин).
Удельное вращение полученных продуктов ([a]D продукта) измеряли на автоматическом поляриметре «Perkin Elmer» Model 341 Polaгimеteг при À=589 нм.
Расчет оптической чистоты (Р, % ее) осуществляли по формуле:
P =
[а] продукта
[а] чистого энантиомвра
(+)-2-Ундеканол (1). К реактиву Гринья-ра, полученному из 7.1 г (0.05 моль) иодистого метила и 1.22 г (0.05 моль) магниевой стружки в 50 мл абсолютного диэтилового эфира, медленно при интенсивном перемешивании и охлаждении (0.5 ч, 0 °С) добавляли раствор 7.81 г (0.05 моль) 1-деканаля (2) в 20 мл абсолютного
диэтилового эфира. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре 1 ч, охлаждали до 0 °С и осторожно приливали 30 мл воды. Органический слой отделяли, водный экстрагировали эфиром (3x30 мл). Объединенные органические слои сушили Na2SO4, упаривали, остаток перегоняли под вакуумом. Выход 7.09 г (82%), т. кип. 90-92 оС (4 мм рт. ст.). ИК спектр, V, см-1: 3341 ш (OH), 2957, 2922, 2853, 1468, 1375, 1138, 1117, 1061, 937, 721. Спектр ЯМР *Н, 8, м. д.: 0.88 т (3H, СИН3), 1.17 д (3Н, С*Н3), 1.23-1.49 м (16Н, 8СН2), 1.91 уш. с (1Н, ОН), 3.72-3.82 м (1Н, СНОН). Спектр ЯМР 13С, 8, м.д.: 13.99 (С11), 22.59 (С10), 23.31 (С1), 25.71 (С4), 29.24 (СН2), 29.51 (СН2), 29.60 (2СН2), 31.82 (С9), 39.28 (С3), 67.98 (С2). Масс-спектр, m/z (1отн, %): 97 (12), 83 (18), 70 (12), 69 (16), 57 (18), 56 (11), 55 (21), 45 (100), 43 (22), 41 (19).
(5)-Ундекан-2-ол (5-1). Смесь 1 г (5.8 ммоль) (±)-ундекан-2-ола, 0.66 г (5.8 моль) ви-нилбутирата и 40 мг липазы Candida antarctica (САЬ-B) в 20 мл пентана перемешивали в течение 6 ч при комнатной температуре. Реакционную смесь фильтровали и раствор концентрировали. Остаток хроматографирова-ли (SiO2, гексан:эфир, 15:1 —> 1:1). Получили
0.83.г (59%) ундекан-2-илбутирата (3) и 0.35 г (35%) (5)-ундекан-2-ола (5-1) c оптической чистотой 98% ee, ([a]D20 +7.31, лит. 11 [ a]D21 +7.44, ЕЮН). Спектральные данные идентичны (±)-(1).
Литература
1. Schwartz B. D., Moore С. J., Rahm F., Науе8 P. Y., Kitching W., De Voss J. J. // J. Am. ^em. Soc.- 2008.- V. 130.- P.14853.
2. Kamezawa M., Tachibana Н., Ohtani T., Naoshi-ma Y. J. // aem. Ecol.- 1994. V.20.- P. 1057
3. Mori K. // Tetrahedron.- 1989.- V.45.- P. 3233
4. Naoshima Y., Kamezawa M., Tachibana Н. Munakata Y., Fujita T., Kihara K., Raku T. // J. ^em. Soc., Perkin Trans. 1.- 1993.- P. 557
5. Belan A, Bolte J., Fa uve A., Gourcy J. G. Veschambre Н. // J. Org. ^em.- 1987.-V. 52.- P. 256.
6. Bovara R., Carrea G., Ottolina G., Riva S. // Biotechnol. Lett.- 1993.- V.15.- P.169.
7.
Mori K., Ogita H. 1994.- P.1065.
Liebigs Ann. Chem.-
8. Grassia A., Bruno I., Debitus C., Marzocco S., Pinto A., Gomez- Paloma L., Riccio R. // Tetrahedron.- 2001.- V. 57.- P. 6257.
9. Hooper A. M., Dufour S., Willaert S. P., Pickett J. A. // Tetrahedron Lett.- 2007.- V.48.- P. 5991.
10. Conti P., Dallanoce C., Amici M., Micheli C., Carrea G., Zambianchi F. // Tetrahedron: Asymmetry.- 1998.- V.9.- P.657.
11. Nakamura K., Matsuda T. // J. Org. Chem.-1998.- V.63.- P. 8957.
