Новости химической науки > Органический дайджест 84

В этом выпуске дайджеста: новый способ синтеза оксииндолов; антибиотики карбапенемого ряда с помощью реакций кросс-сочетания; удлинение полимеров с помощью функционального инициатора; факторы, управляющие атакой с тылу и атакой с фронта в нуклеофильных реакциях S_N2 и бесферментный процесс конверсии целлюлозы в производные фурана.

Международная группа исследователей из Университетов Женевы и Лидса под руководством Питера Кюндига (Peter Kündig) разработали метод асимметрического внутримолекулярного α-арилирования енолятов амидов, содержащих гетероатомные заместители, катализируемого карбеновыми комплексами палладия [1].

Рисунок из Chem. Commun., 2008, DOI: 10.1039/b810858g

Предложенный метод может быть использован для синтеза биологически активных хиральных оксиндоров. Работа весьма важна, так как оксиндолы могут заменить много природных продуктов и биологических соединений, на базе которых могут быть получены лекарственные препараты.

Оптически активные оксиндолы демонстрируют фармацевтическую активность в различных областях, в особенности нейрологических, что приводит к интенсивным исследованиям в области асимметрического синтеза этих соединений.

Новый этап работы исследователей будет заключаться в изучении причины каталитической активности нового типа комплексов палладия, а также распространение метода на синтез других, боле сложных биологически активных молекул.

Новейшие представители семейства антибиотиков на основе β-лактамов представляют собой производные бициклических карбапенемовых структур, эти соединения демонстрируют широкую антибактериальную активность. В отличие от других лекарств на основе β-лактамов, как, например, пенициллин, исходные для синтеза карбапенема могут быть получены только с помощью промышленных процессов ферментации, хотя фармацевтические компании предпочитают полностью полагаться лишь на синтетические методы, которые могут быть легко масштабированы до промышленных объемов.

Рисунок из Org. Lett. 2008, 10, 2737

Жанг (B. Jiang) с соавторами из Академии Наук Китая (Шанхай) разработали подход к синтезу карбапенемовых структур с помощью двух катализируемых комплексами Cu(I) процессов кросс-сочетания в режиме one pot [2].

Авторы работы [2] йодировали производное 4-пропаргил-2-азетидинона 1, получив эфир (E)-α,β-дийодакриловой кислоты 2. Первая реакция, катализируемая Cu(I), представляет собой внутримолекулярное кросс-сочетание, формирующее связь C–N, необходимую для формирования карбапенемевого скелета (3). Вторая, катализируемая комплексами меди(I), реакция приводит к образованию связи C–S в положении C-2 и формированию целевого соединения 4.

Водородное связывание играет существенную роль в стабилизации биомакромолекул за счет образования внутри- и межмолекулярных связей. Достаточно часто водородное связывание реализуется между повторяющимися структурными звеньями полимеров, однако о образовании водородных связей лишь за счет одного структурного звена ранее не сообщалось.

Селиц (A. D. Celiz) и Шерман (O. A. Scherman) из Университета Кембриджа использовали функциональный инициатор для удвоения длины поли-ε-капролактоновых цепей [3].

Рисунок из Macromolecules 2008, 41, 4115

Инициатор (1 или 2) содержит 2-уреидо-4[1H]-пиримидиноновый фрагмент, способный к множественному водородному связыванию. По механизму полимеризации с раскрытием цикла структурные звенья полимера (3 или 4) начинают свой рост, начиная от этих функционализированных фрагментов. В сравнении с 1большие по размеру алкильные заместители 2 способствуют увеличению растворимости молекулы в органических растворителях. В CHCl₃ две функционализированных полимерной цепи ассоциируются друг с другом, в результате чего молекулярная масса полимера удваивается, что приводит к увеличению стабильности высокомолекулярного соединения и улучшению его механических свойств.

Патриция Бенто (A. Patrícia Bento) и Матиас Бикельгаупт (F. Matthias Bickelhaupt) из Университета Врие (Бельгия) изучили факторы, управляющие атакой с тылу и атакой с фронта в нуклеофильных реакциях S_N2 [4].

Рисунок из J. Org. Chem., 2008, 10.1021/jo801215z

Нуклеофильное замещение является весьма важным для органической химии и хорошо изучено. Нуклеофильность и активность уходящей группы долгое время ассоциировали со многими свойствами, такими как электроотрицательность, размер, поляризуемость и другие.

Авторы работы [4] пытаются обнаружить прямое соотношение между электронным строением реагентов и их реакционной способностью в реакции S_N2. Для этого были изучены потенциальные поверхности как фронтальной, так и боковой реакций S_N2 X⁻ + CH₃Y, где X, Y = F, Cl, Br и I с помощью теории DFT (ZORA-OLYP/TZ2P).

Исследования позволили определить ряд зависимостей, которые были проанализированы далее. Анализ показывает, что нуклеофильность определяется донорной способностью нуклеофила (например, энергией и формой атомной орбитали X⁻ np) и прочностью связи между атомом углерода и уходящей группой (C−Y).

Исследователи из Университета Калифорнии разработали простой метод, позволяющий просто осуществлять прямую конверсию очищенной целлюлозы в биотопливо. Новый метод позволяет превратить целлюлозу в 5-хлорметилфурфураль (CMF), а затем в 5-этоксиметилфурфураль (EMF), который является многообещающим альтернативным топливом.

Эффективный процесс позволяет превратить очищенную целлюлозу в 5-этоксиметилфурфураль (EMF), который является многообещающим альтернативным топливом. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie200801594)

Наиболее популярное в настоящее время биотопливо – этанол получают с помощью сравнительно дорогого и медленного процесса ферментации,для которого требуются моносахариды, нерациональное использование которых может привести к продовольственному кризису. Использование целлюлозы в качестве исходного сырья для производства топлива требует создания метода ее эффективной конверсии.

Ранее другие исследователи получали производные фурана, потенциально полезные в качестве биотоплива, из моногликанов, полученных в результате каталитической конверсии биомассы. Марк Маскал (Mark Mascal) и Эдвард Никитин (Edward B. Nikitin) оптимизировали этот процесс, избавившись от отдельной стадии разрушения целлюлозы [5].

Для расщепления чистой целлюлозы исследователи использовали раствор HCl и LiCl. Они осуществляли непрерывное экстрагирование продуктов распада дихлорэтаном, получая CMF с 85% выходом. Далее реакционную смесь обрабатывали этанолом, получая EMF.

Маскал и Никитин уверяют, что исходным сырьем для нового процесса может являться сахароза, глюкоза или лигноцеллюлозная биомасса, такая как хлопок, солома и древесина.

Источники: [1] Chem. Commun., 2008, DOI: 10.1039/b810858g; [2] Org. Lett. 2008, 10, 2737; [3] Macromolecules 2008, 41, 4115; [4] J. Org. Chem., 2008, 10.1021/jo801215z; [5] Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie200801594

метки статьи: #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез, #химия полимеров, #элементоорганическая химия