CC BY
16УДК 547.541.2.
Джафаров И.А,. докторант лаборатории «Исследование антимикробных свойств и биоповреждений» Института Нефтехимических процессов Национальной Академии Наук Азербайджана
(Баку, Азербайджан)
ПРИМЕНЕНИЕ СПИРТОВЫХ КОМПОНЕНТОВ В РЕАКЦИЯХ АМИНОМЕТИЛИРОВАНИЯ
Аннотация. В представленной статье описано применение спиртов и их производных в качестве компонентов реакции аминометилирования. Показаны факторы. Оказывающие влияние на выход и энантиоселективность синтезированных аддуктов. Рассмотрены основные направления применения полученных оснований Манниха. Показаны перспективы использования спиртов и их производных в реакцуиях аминометилирования.
Ключевые слова, гидроксильная группа, реакция Манниха, трехкомпонентная реакция, аминометилирование, энантиоселективность
Известно, что реакция Манниха представляет собой реакцию аминометилирования енолизирующихся карбонильных соединений с образованием 2-аминокарбонильных соединений. называемых основаниями Манниха. В своем классическом варианте в этой трехкомпонентной реакции использовали кетоны (реже альдегиды), формальдегид (бензальдегид) и вторичные амины. В настоящее время реакция Манниха используется для аминометилирования не только карбонильных соединений, но и различных C-нуклеофилов -алифатических нитросоединений, ацетиленов, а-алкилпиридинов, фенолов, электронизбыточных гетероциклических соединений. Перспективным оказалось использование в качестве одного из компонентов реакции Манниха различных спиртов, фенолов, а также соединений, содержащих гидроксильную группу, способную участвовать в реакции аминометилирования. В этой работе показаны результаты исследований в области применения спиртовых компонентов в реакции аминометилирования, а также показаны основные области их применения.
Энантиоселективное а- аминометилирование карбонильных соединений представляет собой мощный метод введения аминометильных групп в простые органические молекулы. Однако современные стратегии полагаются на основанную на нуклеофилах энантиоселективную активацию только с изначально активированными субстратами, а энантиоселективный метод, основанный на активации генерируемых in situ нестабильных формдиминов, остается труднодостижимым, вероятно, из-за их нестабильной природы и отсутствия стерической среды для эффективного стереоконтроля. В работе [1] на основе кооперативного катализа родий/хиральная фосфорная кислота, авторы достигли энантиоселективной трехкомпонентной реакции а-диазокетонов со спиртами и 1,3,5-триазинами. Было предложено, что двойная водородная связь между хиральным катализатором на основе фосфорной кислоты и двумя различными активными промежуточными продуктами имеет решающее значение для эффективного электрофильного энантиоконтроля. Показано, что ряд хиральных в- амино- а -гидроксикетонов, включая производные простых алифатических спиртов, аллилового спирта, пропаргилового спирта, сложных природных спиртов и воды, может быть получен с высокой эффективностью и энантиоселективностью. Реакция протекает по следующей схеме:
Сообщается [2], что тандемная реакция изомеризации-Манниха октен-3-ола и бензилиден-Ы-сульфонилимина дает соответствующие Р-аминокетоны с хорошими выходами. Диастереоселективное восстановление с последующим снятием защиты с первичного амина дает ожидаемые производные 1-амино-2-метил-1-фенилоктан-3-ола с превосходными выходами и в диастереомерно чистых формах.
Серия первичных аминокислот, полученные из полистирола в присутствии органокатализаторов была испытана в анти -селективной реакции Манниха. Производное треонина с иммобилизованным полистиролом показало лучшие характеристики в трехкомпонентных (гидроксиацетон, анилины и альдегиды) реакциях Манниха для получения анти- Р-амино-а-гидроксикарбонильных соединений (до 95% ее), Высокая активность катализатора позволила реализовать его в непрерывном потоке. В этом режиме работы треониновый катализатор на носителе дает аддукты анти- Манниха с обычно более высокой диастерео- и энантиоселективностью [3].
Описано первое исследование бороно-маннихских реакций пинакола алленилбороната [4]. Реакции салицилальдегида, первичных и вторичных аминов очень региоселективны и дают продукты гомопропаргиламина и а-аллениламина соответственно. Напротив, гликоальдегид и хиральные а-гидроксиальдегиды дают продукты исключительно анти-Р-амино-Р-алленилового спирта, независимо от природы аминного компонента. Эти реакции являются высоко регио- и диастереоселективными и могут быть использованы с использованием энантиомерно обогащенного а-гидроксиальдегида без обнаруживаемой рацемизации.
Хиральные аминоспирты являются ценными строительными блоками в синтезе лекарств, природных продуктов и хиральных лигандов, используемых в энантиоселективном катализе [5]. Реакция Петасиса бороно-Манниха - это многокомпонентная реакция конденсации альдегидов, аминов и бороновых кислот с образованием хиральных аминов. В этой работе описывается практическая, легко масштабируемая, энантиоселективная реакция Петасиса бороно-Манниха гликолевого альдегида с первичными или вторичными аминами и боронатами, катализируемая катализаторами на основе BINOL, с получением хиральных 1,2-аминоспиртов с высокими выходами и энантиоселективностью. Реакции проводят при комнатной температуре в этаноле или трифтортолуоле с использованием коммерчески доступных реагентов и усиливают привлекательную особенность многокомпонентной реакции; возможность использования аминов и боронатов, обладающих широким спектром структурных и электронных свойств. Вычислительное моделирование диастереомерных переходных состояний с использованием вычислений DFT выявило нетрадиционное взаимодействие СН...0 как ключевую особенность, которая избирательно стабилизирует переходное состояние, ведущее к основному энантиомеру. Энантиоселективная каталитическая реакция является примером действительно практичной многокомпонентной конденсации с получением 1,2-аминоспиртов в высокоэнантиообогащенной форме.
Лавсон (2-гидроксинафталин-1,4-дион) - это натуральный продукт, который проявляет значительную биологическую активность. Основания Манниха, полученные из лавсона, составляют интересный класс нафтохинонов, и/или их комплексы с металлами продемонстрировали ряд важных биологических свойств. Таким образом, целью настоящего обзора являлось документирование публикаций, касающихся синтеза аминометилнафтохиноновых оснований Манниха из лаусона, альдегидов и аминов и их комплексов с металлами в различных условиях, а также исследование их применения [6].
Сообщается, что особым случаем является трехкомпонентная модифицированная реакция Манниха, в которой формальдегид заменяется ароматическим альдегидом, вторичный амин - аммиаком, а также участвует обогащенное электронами ароматическое соединение, содержащее гидрокси-группу, таким как 1 - или 2-нафтол, хинолинол или изохинолинол [7]. Исходя из этого, ее можно интерпретировать как формальную реакцию Манниха. На основе аммиака, бензальдегида и 2-нафтола в этой реакции, 100 лет назад Марио Бетти сообщил о прямом синтезе 1,3-дифенилнафтоксазина в метаноле. Кислотный гидролиз полученного кольцевого соединения привел к 1 -аминобензил-2-нафтолу. Продукт аминонафтол стал известен в литературе как основание Бетти, а предложенный метод - как реакция Бетти.
хинолинол
Исследование [8] представляет собой первый пример катализируемого марганцем экологически безопасного, практического трехкомпонентного аминометилирования активированных ароматических соединений, включая нафтолы, фенолы, пиридины, индолы, карбазолы и тиофены в сочетании с аминами и МеОН в качестве источника С1. Эти реакции протекают с высокой атомной эффективностью через последовательность стадий дегидрирования и конденсации, которые приводят к селективному образованию связей С-С и С-№, тем самым высвобождая водород и воду. Четко выраженный клещевой комплекс с гидридом Мп (I) РКР, недавно разработанный, очень эффективно катализирует этот процесс. Всего было синтезировано 28 различных аминометилированных продуктов, и их выходы достигли 91%.
-ОН
£
г сн,он г = м,сн
/-••-т <вг
У
У » МН. МИа. 3_
Используя метанол в качестве устойчивого источника С1, было разработано катализируемое кобальтом а-метоксиметилирование и а-аминометилирование кетонов. [9]. При использовании дешевого СоС126Н20 в качестве катализатора и ТВНР в качестве окислителя продукты метоксиметилирования были получены за короткое время реакции с выходом до 91%. Основываясь на наблюдаемой обратимости метокси-аддукта к енону, а-аминометилирование кетонов затем достигалось с помощью последовательности метиленирования/аза-Михаэля в одном реакторе. Кроме того, был обнаружен простой способ превратить а-метоксиметилкетоны в а-аминометилкетоны.
О 1) CoCI£'6H£0 о
VR2 COCI2'6H20 О ТВНР JJ Н2
ТВНР ■^^R2 2} N-nucleophiles R1 ^
Nu
МеОН R ~ МеОН
ОМе
тethoxymethylation "one-pot" а-aminomethylation
• precious metal-free ♦ methanol as C1 source * 44 examples
Моноаминометилированные фенолы и симметрично диаминометилированные фенолы были приготовлены по одностадийной методике из пара-крезола, формальдегида и различных вторичных аминов с использованием ароматической реакции Манниха [10]. Несимметричные диаминометилированные фенолы были получены последовательной ароматической реакцией Манниха с использованием пара-крезола, формальдегида и двух различные вторичные амины. Альтернативно, несимметричные диаминометилированные фенолы были получены аминометилированием 5-метилсалицилальдегида с последующей (а) конденсацией с первичными аминами и последующеим восстановлением или (Ь) восстановительным аминированием вторичным амином. Моноаминометилированные и (не)симметричные диаминометилированные фенолы являются отличными лигандами для синтеза моно- и биядерных комплексов переходных металлов.
Графит вызывает быструю реакцию Манниха с рядом активированных и неактивированных фенольных соединений, таких как п-крезол и п-нитрофенол. Реакции проводят с азакраун-эфиром и параформальдегидом в условиях отсутствия растворителей при 100°С в течение 20-30 мин. Графитовый порошок можно повторно использовать до трех раз после простой промывки ацетоном [11].
В работе [12] региоселективное аминометилирование 2,4-дигидроксибензоильных соединений в положении С(3) осуществлялось посредством реакции Манниха фенольных субстратов с формальдегидом и вторичными аминами в метаноле, тогда как реакция с первичными аминами включала последующую стадию циклизации с получением производных 1,3-бензоксазина. Эта последовательность была успешно применена для введения ^бензильных боковых цепей в хитозан, природный полиаминосахарид, в одном реакторе, чтобы получить новое производное хитозана с улучшенной растворимостью в органическом растворителе.
Описано высокоселективное катализированное Си кросс-дегидрированное ортоаминометилирование фенолов производными анилина. Соответствующие продукты
2 3
сочетания С(Бр ) -С(Бр ) были получены с выходами от умеренных до превосходных в мягких условиях реакции и с широким спектром субстратов. Предлагается радикальный механизм и схема протекания реакции [13]:
(a) Traditional Mannich reactions Г73-711! OH
r2
1"it i t h2c0 + hn.„, rj
(b) Wang 2017 I7')
OH
■¿nf
substrates limitations complicated conditions ;
OH R2 OH
, kf3Bv^N-R3 CuCat. + R -
он
r3
pre-activated
(c) This work: Cu(ll)-catalyzed cross-dehydrogenative ortho-aminomethylation of phenols
OH
r2
r3
Си Са1.
ОН
rAtn-r2
и Л r3 broad scope dehydrogenative
Ряд метилпиперидинилфенолов, метилфенилморфолинилфенолов и
метилтиофенилморфолинилфенолов был синтезирован в однореакторном превращении по реакциям Манниха с использованием инфракрасного излучения в условиях отсутствия растворителя. Химическая структура соединений подтверждена данными спектроскопии ИК, ЯМР 1Н, ЯМР 13С и МС [14].
Сообщается что 4'-гидроксихалконы обладают несколькими полезными биологическими эффектами [15]. Исследования показывают, что эти соединения демонстрируют повышенную биологическую активность производных оснований Манниха исходных 4'-гидроксихалконов. Биоактивность халконов и родственных а, в-ненасыщенных кетонов часто связана с их реакционной способностью с клеточными тиолами, такими как GSH. Для сравнения реакционной способности GSH были синтезированы и прореагировали два бисоснования Манниха двух 4'-гидроксихалконов:
гидроксихалкон
Разработан диастереоселективный трехкомпонентный синтез хиральных о -1,2-диаминоалкилфенолов из электронно-богатого фенола, амина и хирального а- NN дибензиламиноальдегида. Диастереоселективность этой фенольной реакции Маннихи зависит от температуры, и либо анти или син диастереомер может быть получен путем регулирования условий реакции. Низкая температура реакции (-20°С) способствует образованию анти аддукта 1, тогда как более высокой температуре (60°С), при прочих равных условиях производит главным образом син-изомер [16].
В работе [17] найдены конкурентные маршруты трехкомпонентной циклизации полифторалкил-3-оксоэфиров, метилкетонов с 3-аминоспиртами. Показано, что реакции с 3-аминопропанолом в 1,4-диоксане преимущественно приводят к гексагидропиридо [2,1 -Ь] [1,3]-оксазин-6-онам, а в этаноле - к 3-гидроксипропиламиноциклогексенонам. Напротив, циклизация с 2-аминоэтанолом и его аналогами, независимо от условий реакции, дает гексагидрооксазоло[3,2-а]пиридин-5-оны в качестве основных продуктов. Транс- и цис-диастереомерная структура гетероциклов была установлена с помощью рентгеновской спектроскопии и спектроскопии ЯМР. Предложен механизм конкурентных превращений полифторалкил-3-оксоэфиров, метилкетонов с 3-аминоспиртами.
Авторы работы [18] разработали катализируемую кислотой Бренстеда высоко орто-селективную функционализацию свободных фенолов с помощью легко доступных N,0-ацеталей в мягких условиях, образуя различные соответствующие аминометилированные фенольные продукты с выходами от умеренных до превосходных. Отличительные особенности этого преобразования включают мягкие условия, хороший объем субстрата, отличную орто-селективность, высокую эффективность и простоту дальнейшего преобразования.
r3
* metal-fiee
ОН он ^ ^ HjflHly OtllU> SClCiHYO
ritild г-onrliTinn
Wli operalion broad к Libs [i Jilti SLO[Kf
—:E
ЛИТЕРАТУРА
1. Jiuwei C. Enantioselective three-component aminomethylation of a-diazo ketones with alcohols and 1,3,5-triazines / C.Jiuwei, L. Niu, J.Shikun, X. Dong //Nature Communications. -2020. - Vol. 11. - pp. 1511-1519.
2. Hai C. Tandem Isomerization-Mannich Reactions from Allylic Alcohols and their Use for the Preparation of Four Diastereoisomers of 1-Amino-2-Methyl-1- Phenyloctan-3-ol / C. Hai, T. Roisnel, R. Gree // Letters in Organic Chemistry. - 2009. - Vol. 6. - N 6. - pp. 507-510.
3. Ayats C. Continuous Flow Enantioselective Three-Component аий-Mannich Reactions Catalyzed by a Polymer-Supported Threonine Derivative / C. Ayats, A. Henseler, E. Dibello, M. Pericas // ACS Catalysis. - 2014. - Vol. 4, N 9. - pp 3027-3033.
4. Thaima T. Regioselective and Diastereoselective Borono-Mannich Reactions with Pinacol Allenylboronate / T. Thaima, S. Pyne // Org. Lett. - 2015. - Vol. 17, N 4. - pp. 778-781.
5. Kavouris J. Chiral Amino Alcohols via Catalytic Enantioselective Petasis BoronoMannich Reactions / J. Kavouris, V. Wambua, R. Dernerzhan, P. Moquist // Catalysis. - 2020. - N 1. - pp. 1-17.
6. Olyael A. Mannich bases derived from lawsone and their metal complexes: synthetic strategies and biological properties / A. Olyael, M. Sadeohpour, M. Khalaj // RSC Advances. - 2020. -Vol. 10, N 51. - pp. 30265-20281.
7. Szatm I. Syntheses, transformations and applications of aminonaphthol derivatives prepared via modified Mannich reactions / I. Szatm, F.Filop // Tetrahedron. - 2011. - Vol. 69. - pp. 1255-1278.
8. Mastalir M. Manganese-Catalyzed Aminomethylation of Aromatic Compounds with Methanol as a Sustainable C1 Building Block / M. Mastalir, E. Pitternauer, G. Allmaier, K. Kirchner // J. Amer. Chem. Soc. - 2017. - Vol. 139, N 26. - pp. 8812-8815.
9. Yang J. Cobalt-Catalyzed a-Methoxymethylation and Aminomethylation of Ketones with Methanol as a C1 Source / J. Yang, C. Shuwen, Z. Hongyan, C. Wu // Org. Lett. - 2018. - Vol. 20, N 21. - pp. 6774-6779.
10. Lubben M. A New Method for the Synthesis of Nonsymmetric Dinucleating Ligands by Aminomethylation of Phenols and Salicylaldehydes // M. Lubben, B. Feringa // J. Org .Chem. -1994. - Vol. 59. - pp. 2227-2233.
11. Sharghi H. Reaction on a solid surface - A simple, economical, and efficient Mannich reaction of azacrown ethers over graphite / h. Sharghi, R. Khalifeh // Canadian Journal of Chemistry. - 2011. - Vol. 86, N 5. - pp. 426-434.
12. Omura Y. Regioselective Mannich reaction of phenolic compounds and its application to the synthesis of new chitosan derivatives / Y. Omura, Taruno Y., I. Yasuhiro, M. Monimoto // Tetrahedron Letters. - 2001. - Vol. 42, N 41. - pp. 7273-7275.
13. Conguin M. Cu-Catalyzed Cross-Dehydrogenative ortho-Aminomethylation of Phenols / M. Conguin, F. Patureau // Angewandte Chemie International Edition. - 2018. - Vol. 57, N 36. -pp. 11807-11811.
14.Velazquez A. A novel one pot, solvent-free Mannich synthesis of methylpiperidinyl phenols, methylphenylmorpholinyl phenols and methylthiophenylmorpholinyl phenols using infrared light irradiation / A. Velazqurz, L. Torres, G. Diaz, A. Ramirez // ARKIVOC. - 2006. - N 2. - pp. 150-161.
15. Bernarders A. Study of Reactions of Two Mannich Bases Derived of 4'-Hydroxychalcones with Glutathione by RP-TLC, RP-HPLC and RP-HPLC-ESI-MS Analysis / A. Berenarders, C. Perez, P. Peries // J. Braz. Chem. Soc. - 2017. - Vol. 28, N 6. - pp. 346-352.
16. Rondot C. Synthesis of Chiral Vicinal Diamines by Highly Diastereoselective Three-Component Phenolic Mannich Reaction: Temperature-Dependent Stereodivergency / c. Rondot, Z. Jieping // Org. Lett. - 2005. - Vol. 7, N 8. - pp. 1641-1644.
17. Saloutin V. Competitive ways for three-component cyclization of polyfluoroalkyl-3-oxo esters, methyl ketones and amino alcohols / V. Saloutin, M. Garyaeva, S. Kushch, O. Khudina // Pure and Applied Chemistry.- 2019. - Vol. 92, N 8. - pp. 612-724.
18. Tang Z. Br0nsted acid catalysed chemo- and ortho-selective aminomethylation of phenol / Z. Tang, L. Dongdong, Y. Yidi, D. Peng // Organic and Biomolecular Chemistry.- 2021. - Vol. 19, N 26. -pp. 577-5781.
