CC BY
24Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 24 (63). 2011. № 1. С. 207-213.
УДК 547.455.623'233.1:612.014.46
ИЗУЧЕНИЕ МЕЖФАЗНОЙ РЕАКЦИИ ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЯ ФЕНОЛА a-D-ГЛЮКОЗАМИНИЛХЛОРИДОМ ПРИ КАТАЛИЗЕ ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЕМ
Лущик А.А., Курьянов В.О.
Таврический национальный университет им. В.И.Вернадского, Симферополь, Украина
E-mail: luschtschik@mail ru
Проведенные нами исследования межфазного гликозилирования фенола a-D-глюкозаминилхлоридом в безводном ацетонитриле с использованием в качестве катализатора ПЭГ-1500 и в качестве основания безводного карбоната калия, показали, что ПЭГ на ряду с 15-краун-5 и ароматическими краун-эфирами является эффективным катализатором ß-глюкозаминилирования фенолов. Было установлено, что наилучший выход фенилгликозида достигается в случае использования 3-кратного мольного избытка фенола при 4,5-кратном мольном избытке безводного основания и 10% (мольн.) ПЭГ в безводном ацетонитриле.
Ключевые слова: межфазный катализатор, ПЭГ, краун-эфир, гликозилирование, фенол.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что наряду с другими межфазными (МФ) катализаторами - краун-эфирами (КЭ), четвертичными аммонийными солями, линейные полиэфиры -олиго- и полиэтиленгликоли, их простые моно- и диэфиры с молярной массой от 200 до 6000, неоднократно исследовались в качестве межфазных катализаторов во многих органических реакциях, в частности нуклеофильного замещения, окисления, дегалогенирования, хлорметилирования. Каталитическая активность ПЭГ изучалась как в системе «твердое основание-органический растворитель», так и «водный раствор основания-органический растворитель». Обнаружена высокая эффективность линейных полиэфиров в обеих системах. Довольно сложно сделать однозначный вывод относительно предпочтительного использования катализаторов с большей или меньшей молярной массой, хотя чаще авторами работ применялись ПЭГ с Мг в диапазоне 400-1000 [1-25].
В литературе нами найден единственный пример сравнительного использования ПЭГ как МФ катализатора в реакции гликозилирования ß-дикарбонильных соединений ацетобромглюкозой в системе твердый фосфат калия-ацетонитрил, причем конкретных данных относительно каталитических свойств ПЭГ-400 в этой реакции авторами работы [26] не приводится. Отмечено, что использование ПЭГ-400 оказалось менее эффективным, нежели тетрабутиламмонийбромида.
Близость химической природы КЭ и ПЭГ, способность последних к образованию комплексов с катионами металлов [16, 24, 25], эффективность их использования в
нуклеофильных процессах [3, 5-7, 8, 10-13, 18, 23], позволили предположить, что и в изучаемом нами межфазном процессе глюкозаминилирования каталитическая активность ПЭГ будет сравнима с таковой у КЭ. Изучение межфазной реакции гликозилирования фенола 2 хлоридом 1 с использованием в качестве катализатора ПЭГ-1500 и основания - безводного К2С03, проводилось, как описано ниже.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Смесь 300 мг хлорида 1 (0,82 ммоль), 113 мг (0,82 ммоль) или 509 мг (3,69 ммоль) безводного тонко измельченного карбоната калия (К2С03), соответствующих количеств фенола 2 и ПЭГ перемешивали в различных объемах ацетонитрила (см. таблицы 1-4) до полного превращения субстрата (по данным ТСХ, 8огЬШ-АФВ-УФ, «Сорбполимер», Россия). Реакционную смесь отфильтровывали от твердого остатка, осадок промывали на фильтре СИ3СК, растворитель удаляли досуха при пониженном давлении. Выделение индивидуальных веществ осуществляли колоночной хроматографией (КХ) на силикагеле Юе8е^е1 60 (0,063-0,200 мм), градиентное элюирование бензол ^ бензол-пропанол-2 (30:1).
РЕЗУЛЬТАТЫ И обсуждение
Полученные экспериментальные данные (табл. 1-4) позволяют выделить следующие особенности глюкозаминилирования фенола 2 в присутствии ПЭГ-1500 сравнительно с процессами, катализируемыми КЭ.
+ НО
Общая схема гликозилиролвания АсО
АсОД^Т^А \ /
АсНЧ I 4-'
а 2
1
Побочные продукты реакции
АсО АсО
АсОЛ^^
АсО АсО
О
4
у
СН,
АсО
К2СО3
ПЭГ
АсО АсО
О
]]НАс
3
АсО
О
АсО АсО
АсО
О
ОАс
]]НАс
АсО АсО
]]НАс
АсН] 7
ОАс
5
6
В отличие от процессов в присутствии КЭ, гликозилирование, катализируемое ПЭГ-1500, протекало с лучшими выходами (66-70%) в безводном ацетонитриле при эквимольном соотношении субстрата 1, фенола 2 и карбоната калия в диапазоне концентраций ПЭГ от 1 до 20% (мольн.), в то время как увеличение количества основания до 2-4,5 моль (по субстрату) не влияло на выход целевого гликозида 3 или повышало его незначительно (до 74%).
При высоких концентрациях катализатора выходы гликозида 3 понижались вследствие существенного увеличения вклада побочных процессов образования Р-ацетата 5, оксазолина 6, 1,2-гликозеена 7 (табл. 1, 2).
Таблица 1
Результаты гликозилирования фенола 2 при эквимольном соотношении хлорида 1 и основания в присутствии ПЭГ-1500*
ПЭГ, % Время, ч Выход, % Побочные продукты
мольн.
1 16,0 66 Р-ацетат 6
5 16,0 70 Р-ацетат 6
10 10,0 68 Р-ацетат 6, оксазолин 4
20 10,0 70 Р-ацетат 6, оксазолин 4
50 6,0 47 Р-ацетат 6, оксазолин 4, 1,2-гликозеен 5
100 5,0 42 Р-ацетат 6, оксазолин 4, 1,2-гликозеен 5
Примечание: *Соотношение хлорид 1:фенол 2: К2СО3 = 1:1:1 (моль); 22 оС; растворитель -СН3С1Ч, 30 мл/1 г 1.
Таблица 2
Результаты гликозилирования фенола 2 при избытке основания в присутствии
ПЭГ-1500*
ПЭГ, % К2СО3, Время, Выход, Побочные продукты
мольн. моль ч %
1 2 3 4 5
1 4,5 15,0 61 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5
5 4,5 9,5 64 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5
10 4,5 7,5 66 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5 оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
20 4,5 7,5 59 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5 оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
50 4,5 4,0 43 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5, оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
100 4,5 4,0 39 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5, оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
10 2 9,0 74 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5
10 3 7,0 69 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5
10** 4,5 11 49 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5 оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
10*** 4,5 8 69 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5, оксазолин 4, а-ацетата 7 др. продукты деструкции углеводов
Примечания:
*Соотношение хлорид 1:фенол 2 : = 1:1:(моль); при 22 оС; растворитель - СН3СМ/1, 30 мл/г; **растворитель - ацетон/1, 30 мл/г; ***растворитель - дихлорметан/1, 30 мл/г, 52 оС.
Принципиальным отличием катализа ПЭГ-1500 сравнительно с реакцией в присутствии КЭ, является значительное повышение выхода фенилгликозида 3 при использовании избытка основания (4,5 моль) и 2-4,5-кратного избытка (по субстрату) фенола 2 (табл. 3). Важно, что в этом случае Р-элиминирование, существенно понижавшее выход основного продукта реакции при катализе 15К5, не наблюдалось вообще, а вклад других побочных процессов - образование аномерных ацетатов 5 и 7, был незначительным, что и обусловило достаточно высокие (7784%), выходы глюкозаминида 3. Причем максимальный выход - 84%, наблюдался при трехкратном избытке гликозил-акцептора 2.
Таблица 3
Результаты гликозилирования избытка фенола 2 при 4,5-кратном мольном избытке основания в присутствии ПЭГ-1500*
ПЭГ, % Фенол, Время, Выход, % Побочные продукты
мольн. моль ч
10 2 6,0 77 Р-ацетат 6 и а-ацетата 7
10 3 5,5 84 а-ацетата 7
10 4,5 8 81 а-ацетата 7
Примечание: *при 22 оС; растворитель - СИ3СМ/1, 30 мл/г
Подобная разница в результатах обнаружена и при увеличении объема растворителя в присутствии 4,5 моль К2СО3 (табл. 4). При этом конверсия хлорида 1 в продукт 3 увеличивалась как при эквимольном соотношении гликозил-донора 1 и гликозил-акцептора 2, так и при мольном соотношении 1: 2 = 1:3. Степень превращения а-хлорида 1 возрастала при увеличении объема ацетонитрила в 1,5-2,5 раза, причем максимальный выход (79 и 88%) достигался в случае двукратного увеличения объема растворителя. Отметим, что в условиях стехиометрического соотношения субстрата 1 и реагента 2 единственным побочным продуктом был гликозеен 5, в то время как при избытке фенола 1 по ТСХ регистрировалось образование только а-ацетата 7 (табл. 4).
Таблица 4
Результаты гликозилирования фенола при 4,5-кратном избытке основания и разбавлении в присутствии ПЭГ-1500*
ПЭГ, % Фенол, СИ3Ш Время, Выход, % Побочные продукты
мольн. моль мл/г ч
10 1 60/1 9,0 79 1,2-гликозеен 5
10 1 75/1 14,0 74 1,2-гликозеен 5
10 3 60/1 8,0 88 а-ацетата 7
10 3 45/1 6,0 83 а-ацетата 7
10 3 75/1 9,0 84 а-ацетата 7
Примечание: * при 22 оС; растворитель - СИ3СМ/1, 30 мл/г
Таблица 5
Результат гликозилирования фенола 2 при повышенной температуре в
присутствии ПЭГ-1500*
Кат., % мольн Фенол, моль СИ3Ш мл/г г, 0с Время, мин Выход, % Побочные продукты
5 1 30 50 70 65 1,2-гликозеен 5
10 1 30 50 45 66 1,2-гликозеен 5
5 1 30 80 28 56 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5 оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
10 1 30 80 15 62 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5 оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
5 1 60 50 140 55 1,2-гликозеен 5, оксазолин 4.
10 1 60 50 155 70 1,2-гликозеен 5, оксазолин 4.
5 1 60 80 35 48 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5, оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
10 1 60 80 40 57 Р-ацетат 6, 1,2-гликозеен 5, оксазолин 4, др. продукты деструкции углеводов
5 3 60 50 160 80 1,2-гликозеен 5
10 3 60 50 180 74 1,2-гликозеен 5
5 3 60 80 50 75 1,2-гликозеен 5, р-ацетат 6, а-ацетата 7
10 3 60 80 50 76 1,2-гликозеен 5, р-ацетат 6, а-ацетата 7
Примечание: *Соотношение хлорид 1:К2СО3 = 1:4,5 (моль)
Повышение температуры реакционной смеси (табл. 5), так же как и в случае катализа КЭ 15К5, лишь ожидаемо ускоряло реакцию, однако выход целевого продукта 3 оказывался ниже, чем в этих же процессах, протекавших при 20-22 оС (табл. 1-4).
Нами исследована возможность применения в качестве растворителей в данном процессе ацетона и дихлорметана. Из Табл. 2 следует, что ацетон заметно уступает ацетонитрилу, а результаты гликозилирования фенола 2 в дихлорметане сопоставимы с результатами, полученными в ацетонитриле. Применение в качестве основания №2СОз приводило преимущественно к образованию оксазолина 5, а 100% конверсия хлорида 1 не достигалась.
Сравнение полученных данных с результатами О-р-гликозилирования фенола 2 перацетатом а-Б-глюкозаминилхлорида 1 в системе «твердый карбонат калия-ацетонитрил» с применением полиэтиленгликоля ПЭГ-4000 как межфазного катализатора, показало, что его эффективность в данном процессе оказалась ниже, чем ПЭГ-1500 что хорошо согласуется с литературными данными [27].
ВЫВОДЫ
1. В результате проведенных исследований было установлено, что ПЭГ является эффективным катализатором Р-глюкозаминилирования фенолов. Выявлены закономерности и особенности глюкозаминилирования фенола 2 в присутствии ПЭГ-1500 сравнительно с процессами, катализируемыми 15-краун-5.
2. Образование фенилгликозида 3 с лучшим выходом (88%) происходит в результате гликозилирования 3-кратного мольного избытка фенола 2, при 4,5-кратном мольном избытке основания и 10% (мольн.) ПЭГ в ацетонитриле.
Список литературы
1. Yanagida S. Metal-ion complexation of noncyclic poly(oxyethylene) derivatives. III. Complexation in aprotic solvent and isolation of their solid complexes / S. Yanagida, K. Takahashi, M. Okahara // Bull. Chem. Soc. Jpn. - 1978. - Vol. 51, № 11. - Р. 3111-3120.
2. Starks Ch.M. Phase-transfer catalysis: fundamentals, applications, and industrial / Ch.M. Starks, Ch.L. Liotta, M. Halpern. - Chapman&Hall, Inc., New-York - 1994. - P. 162-162.
3. Sukata K. N-Alkylation of pyrrole, indole, and several other nitrogen heterocycles using potassium hydroxides as a base in the presence of polyethylene glycols or their dialkyl ethers / K. Sukata // Bull. Chem. Soc. Jpn. - 1983. - Vol. 56, № 1. - P. 280-284.
4. El Massry A.M. A novel reductive dehalogenation using potassium hydroxide/polyethylene glycol (400)/xylene mixtures / A.M. El Massry, A. Amer // Synth. Comm. - 1990. - Vol. 20, № 8. - P. 1091-1094.
5. Hamaide T. Efficient N-alkylation of pyrrole under sqlid triphase transfer catalysis conditions. Application to N-oxyalkyl pyrroles/ T. Hamaide // Synth. Comm. - 1990. - Vol. 20, № 18. - P. 2913-2920.
6. Abribat B. Etherification of alcohols in the absence of solvent: catalytic function of polyethers in a solidliquid medium / B. Abribat, Y. Le Bigot, A. Gaset // Synth. Comm. - 1994. - Vol. 24, № 15. - P. 2091-2096.
7. Properties and synthetic utility of N-substituted benzotriazoles / A.R. Katritzky, X. Lan, J.Z. Yang [et al.] // Chem. Rev. - 1998. - Vol. 98. - P. 409-548.
8. Wang W.-G. Selective etherification of calixarenes / W.-G. Wang, Q.-Y. Zheng, Z.-T. Huang Synth // Comm. - 1999. - Vol. 29, № 21. - P. 3711-3718.
9. Phase transfer catalyzed syntheses of 4-carboxylphenoxyacetic acid derivatives / X. Wang, Zh. Li., Yu. Da [et al.] // Synth. Comm. - 1999. - Vol. 29, № 23. - P. 4153-4161.
10. Wei T.B. Facile and effective synthesis of N-aryl-2-furancarboxamides derivatives under the condition of phase transfer catalysis / T.-B. Wei, Y.-M. Zhang // Synth. Comm. - 1999. - Vol. 29, № 17. - P. 2943-2947.
11. Synthesis of three new macrocyclic tetraamide ligands / Z. Mo, W. Yang, J. Gao [et al.] // Synth. Comm. - 1999. - Vol. 29, № 12. - P. 2147-2153.
12. Lehmkul H. Phasentransfer-Katalyse durch offenkettige Polyathylenglykol-Derivate; I. Substitutionreaktionen von Benzylbromid mit Kaliumsazen / H. Lehmkul, F. Rabet, K. Hauschild // Synthesis. - 1977. - № 3. - P. 184-186.
13. Activation nucleophile par les polyoxydes d'ethylene / S. Slaoui, R. Le Goaller, J.L. Pierre [et al.] // Tetrahedron Lett. - 1982. - Vol. 23, № l6. - Р. 1681-1684.
14. Lee D.G. Oxidation of hydrocarbons. 8. Use of dimethyl polyethylene glycol as a phase transfer agent for the oxidation of alkenes by potassium permanganate / D.G. Lee, V.S. Chang // J. Org. Chem. - 1978. -Vol. 43, № 8. - P. 1532-1536.
15. Harris J.M. Poly(ethy1ene glycol) ethers as recoverable phase-transfer agents in permanganate oxidation / J.M. Harris, M.G. Case // J. Org. Chem. - 1983. - Vol. 48, № 26. - P. 5390-5392.
16. Gokel G.W. Binding profiles for oligoethylene glycols and oligoethylene glycol monomethyl ethers and an assessment of their abilities to catalyze phase-transfer reactions / G.W. Gokel, D.M. Goli, R.A. Schultz // J. Org. Chem. - 1983. - Vol. 48, № 17. - P. 2837-2842.
17. Kimura Y. Poly(ethy1ene glycols) and poly(ethy1ene glycol)-grafted copolymers are extraordinary catalysts for dehydrohalogenation under two-phase and three-phase conditions / Y. Kimura, S.L. Regen // J. Org. Chem. - 1983. - Vol.48, № 2. - P. 195-198.
18. Phase-transfer catalysis by poly(ethy1ene glyco1)s of P-thioethyl chloride reactions / J.M. Harris,
M.S. Paley, M.R. Sedaghat-Herati [et al.] // J. Org. Chem. - 1985. - Vol. 50, № 25. - P. 5230-5233.
19. Phase transfer catalyzed syntheses of diaryl 1,2-phenylene dioxydiacetates and N-aryl-5-(2-chlorophenyl)-2-furamides / X. Wang, Zh. Li, L. Gao [et al.] // Synth. Comm. - 2000. - Vol. 30, № 12. -P. 2083-2089.
20. An inexpensive and convenient procedure for chloromethylation of aromatic hydrocarbons by phase transfer catalysis in aqueous media / Y.L. Hu, M. Lu, Q. Ge [et al.] // J. Chil. Chem. Soc. - 2010. -Vol. 55, № 1. - P. 97-102.
21. A highly efficient synthetic method for the preparation of 3,4-dimethylbenzaldehyde from o-xylene in aqueous media / Y.L. Hu, M. Lu, Q.F. Liu [et al.] // J. Iran. Chem. Soc. - 2010. - Vol. 7, № 2. - P. 487-494.
22. Improved preparation of 3,3,4,4-tetramethyldiphenylethane by self coupling reaciton in aqueous media / Y.L. Hu, M. Lu, Q.F. Liu [et al.] // J. Chinese Chem. Soc. - 2009. - Vol. 56. - P. 1056-1063.
23. Synthesis and biological activities of O-alkylguanine derivatives / Y.L. Hu, Q. Ge, M. Lu [et al.] // Bull. Chem. Soc. Ethiop. - 2010. - Vol. 24, № 3. - P. 425-432.
24. Количественная оценка макроциклического эффекта / И.С. Зайцева, П.В. Ефимов, В.Ю. Холодова [и др.] // Вюник Харювського национального ушверситету. - 2008. - № 820. - Хiмiя. - Вип. 16. - C. 39.
25. Abribat B. Etherification of alcohols in the absence of solvent: catalytic function of polyethers in a solid/liquid medium / B. Abribat, Y. Le Bigot, A. Gaset // Synth. Comm. - 1994. - Vol. 24, № 15. -P. 2091-2096.
26. Meng-Shen C. Studies on glycosides XXI. Solid-liquid phase transfer catalyzed reaction of tetra-O-acetylglycopyranosyl bromide with active methylene compounds / C. Meng-Shen, L. Run-Tao, Q. Zhu // Synthetic Communications, Vol. 27, - № 8, - Р. 1351-1357.
27. Курьянов В.О. Межфазное глюкозаминилирование фенолов, катализируемое полиэтиленгликолем / В.О. Курьянов, У.С. Прискока, Т.А. Чупахина, В.Я. Чирва // Биоорган. химия. - 2005 - Т. 31, -№3. - С. 335-336.
Лущик О. О. Вивчення межфазноК реакцн глжозилювання фенолу а-Э-глюкозамшшхлоридом при каталiзi полiетиленглiколем / О.О. Лущик, В.О. Кур'янов // Вчет записки Тавршського нацюнального ушверситету iм. В.1. Вернадського. Серiя „Бюлопя, хiмiя". - 2011. - Т. 24 (63), № 1. -С. 207-213.
Проведет нами дослвдження тжфазного глжозилювання фенолу а-Б-глюкозамшшхлоридом у безводному ацетоттрит з використанням в якостг каталiзатора ПЕГ-1500 i як основи безводного карбоната калгю показали, що ПЕГ також як i 15-краун-5 i ароматичт краун-етери е ефективними каталiзаторами Р-глюкозамшшювання фежшв. Було встановлено, що найкращий вихвд фешлглжозида досягаеться у разi глжозилювання 3-кратного молярного надлишку фенолу, при 4,5-кратному молярному надлишку безводного карбоната калш, 10% (мольн.) ПЕГ у безводному ацетоттрит. Ключовi слова: глжозилювання, мiжфазний каталiз, ПЕГ, 15-краун-5, фенол.
Lushik A.A. Studying of interphase reaction of phenol glycosilation by a-D-glucosaminilchloride with polietilenglykol catalysis / A.A. Lushik, V.O. Kuryanov // Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2011. - Vol. 24 (63), No. 1. - P. 207-213. In the phase transfer system "solid calium carbonate-acetonitrile", peracetate a-D-glucosaminylchloride glycosilate phenol catalyzed PEG. It was set that the best yield of O-phenilglycosides arrived at in case of glycosilation of 3-multiple molar excess of phenol, at 4,5-multiple molar excess of the dry base, 10% (mol.) PEG and in dry acetonitrile.
Keywords: glycosylion, phase transfer catalysis, PEG, 15-krown-5, phenol.
Поступила в редакцию 21.03.2011 г.
