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【经典化学反应】大环内酯化反应

来源:化学加      2017-05-17
导读:大环内酯是天然产物和药物分子中一类非常重要的结构,许多大环内酯抗生素都具有显著的疗效。大环内酯类药物(MA)属于快速抑菌剂,抗菌谱主要为革兰氏阳性菌、厌氧菌、部分革兰氏阴性菌及非典型病原体。就化学结构而言,红霉素(Erythromycin)、竹桃霉素、克拉霉素等含有14元大环内酯,阿奇霉素具有15元环大环内酯,麦迪霉素、乙酰麦迪霉素、吉他霉素、乙酰吉他霉素等具有16元环大环内酯结构。在有机合成中,大环内酯化反应通常需要在较低的浓度下进行,否则容易发生分子间的反应。大环内酯的合成中常常会用到的反应包括Aldol反应、RCM反应、过渡金属催化的偶联反应等用于碳碳键的形成,再就是各种形成酯键的反应,有一些经典的人名反应和方法(推荐一篇2013年的综述: DOI:org/10.1021/cr300129n),这里向大家简单介绍几种常用的反应。

一 、Yamaguchi大环内酯化

Yamaguchi大环内酯化是用2,4,6-三氯苯甲酰氯先和底物中的羧酸反应,通过形成混合酸酐的方式活化羧基端,进而在碱性条件下关环构建内酯环的,该反应产率高,操作简便,副反应少,普适性好,是最常用的大环内酯化方法。操作过程一般是先形成混合酸酐,再将混合酸酐的溶液慢慢加入到4-N,N-二甲基氨基吡啶DMAP的甲苯或者苯的回流溶液中。

图 1 Yamaguchi大环内酯化及机理

2001年,James D. White在埃坡霉素系列的合成中就采用了Yamaguchi大环内酯化构建了16元环内酯,产率优良,官能团容忍性好,更重要的是手性中心都能够保持。

J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 5407-5413

图 2 Yamaguchi大环内酯化构建16元环内酯

北京大学深圳研究生院的叶涛、许正双课题组在新型大环内酯类海洋天然产物callyspongiolide全合成中也采用了Yamaguchi大环内酯化构建了14元环内酯,甲苯作溶剂,在零度到室温的条件下就能反应,且产率优良。(【今日化学前沿】JACS报道:北大深圳研究生院大环内酯类海洋天然产物全合成新进展)

J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6948−6951

图 3 Yamaguchi大环内酯化构建14元环内酯

二、Keck大环内酯化

Keck大环内酯化是在Steglich酯化(DCC、DMAP)中加入DMAP-HCl盐,提高了质子转移效率,从而提高了酯化反应的收率。

图 4 Keck大环内酯化及机理

反应的机理就是羧基先和碳二亚胺反应形成活性酯,对羧基端进行了活化,使其成为易离去基团,然后在4-N,N-二甲氨基吡啶(DMAP)盐酸盐的活化下,分子内羟基进攻酯羰基,形成内酯,并产生了脲。可以看出,DMAP-HCl中的质子对于酯羰基和亚胺都有活化作用,因而会促进反应。但如果用二环己基碳二亚胺(DCC),反应的副产物二环己基脲(DCU)不易除去,因此,常用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC-HCl)去活化羧基端,其副产物可以水洗除去。

S. Hanessian在(–)-bafilomycin A的合成中,就采用了Keck大环内酯化关上16元环内酯,他采用EDCI替换了DCC,这样使得反应的后处理简便。整体来说,Keck大环内酯化产率中等到良好,官能团容忍性也比较好。

J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10200-10206

图 5 Keck大环内酯化构建16元环内酯

近期,德国应化一篇关于大环内酯的天然产物全合成中,就在合成的后期使用了Keck大环内酯化构建了14元环内酯,氯仿作溶剂室温反应,产率非常优秀。

Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 5909-5911

图 6 Keck大环内酯化构建14元环内酯

三、Corey-Nicolaou酯化

Corey-Nicolaou酯化是有机合成大师E. J. Corey和K. C. Nicolaou发展的酯化方法,通过形成硫酯活化羧基端,该反应及其改进版条件温和,操作简便,产率良好,而且可以通过加入Lewis酸来提高反应产率,缺点在于硫酯有较难闻的味道,反应后产生过多的三苯氧磷不利于纯化,现在采用的较少。

图 7 Corey-Nicolaou酯化及其机理

Nicolaou教授在复杂天然产物Brevetoxin A的BCD环合成中,就使用了Corey-Nicolaou酯化,在较稀的浓度(0.013M)下,二羟基二酸底物通过形成硫酯进而内酯化,一步关上两个内酯环,产率优良,非常高效。

Chem. Eur. J. 1999, 5, 599-617

图 8 Corey-Nicolaou酯化的应用

总结

大环内酯化的方法有很多,实际合成中都是根据具体底物选择适合的方法,虽然也有先分子间酯化后通过碳碳键形成关环的策略,或者活化羟基端再关环(如Mitsunobu反应,化学加后期还会解读),但更多的都是将羧基端活化形成酸酐、硫酯等,羟基端再去进攻活化的羧基端,易离去基团离去,进而关环形成内酯的。但整体来说,Yamaguchi大环内酯化和Keck大环内酯化还是用的最多的,条件温和,操作简便,产率优良,是大环内酯合成中首选的方法。


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