Metalkatalyseret tilsætning af mættet kulstof til C-C bindinger:En relevant reaktion for syntese type II polyketiderne

(Phys.org) - Type II polyketider er en klasse af forbindelser, der findes i naturen som sekundære metabolitter afledt af mikroorganismer. Deres komplekse strukturer er kendetegnet ved fusionerede polycykliske aromatiske ringe dekoreret med et væld af ketoner og hydroxylgrupper. Mange almindelige antibiotika, anti-svampe, og anti-cancer lægemidler er type II polyketider eller er derivater af disse naturligt forekommende forbindelser. Imidlertid er "laboratoriesyntesen" af type II polyketider ofte udfordrende; som i levende systemer, det er en meget selektiv flertrins enzymatisk proces.

Forskere fra University of Texas ledet af professor Michael J. Krische har udviklet en ruthenium-katalyseret cycloaddition af benzocyclobutenoner og dioler, der direkte leverer understrukturer fundet i forskellige type II polyketider. Deres katalytiske reaktioner involverer successiv indsættelse af mættede diol carbon-hydrogen (C-H) bindinger i en carbon-carbon (C-C) binding ved hjælp af et ruthenacycle mellemprodukt. Deres rapport vises i Videnskab .

Denne forskning bygger på tidligere undersøgelser fra denne gruppe af metalkatalyserede C-C-bindingsdannende reaktioner af alkoholer via hydrogenoverførsel - et moderne twist på carbonyladditionskemi. Hvorimod klassiske carbonyladditioner typisk involverer reaktionen af ​​foruddannede organometalliske reagenser med et aldehyd eller keton (f. en Grignard-reaktion), i det aktuelle papir genereres disse reaktive arter forbigående og i to eksemplarer. Rutheniumkatalysatoren indsættes i en farvet C-C-binding for at danne en ruthenacyklus, der bærer TO kulstof-rutheniumbindinger, og katalysatoren omdanner diolen til en forbigående diketon. Disse arter indgår i dobbeltcarbonyladdition, hvilket resulterer i cycloaddition. Nettoresultatet er den formelle indsættelse af to mættede diol-CH-bindinger i en mættet C-C-binding.

Som en modelreaktion for at teste deres koncept, forfatterne reagerede benzocyclobutenon med trans -cyclohexan 1, 2-diol i nærværelse af deres rutheniumkatalysator. Efter at have justeret reaktionsbetingelserne, de opnåede et 88% udbytte af det tricykliske produkt, der bærer en brohoveddiol, som udelukkende dannedes som syn -stereoisomer.

For at undersøge alsidigheden af ​​deres betingelser, de reagerede en række benzocyclobutenoner med en række af 1, 2-dioler. Flere af de testede dioler havde fusionerede ringe. Dette resulterede i dannelsen af ​​cycloaddukter med tetracykliske substrater fundet i flere type II polyketider, herunder angucyklin-naturprodukter med overbelastede "bay-region"-arkitekturer. Især hver af reaktionerne viste fuldstændig regio- og stereoselektivitet. Derudover reaktionen tolererede halogenidsubstitution på benzenringen, hvilket muliggjorde yderligere funktionalisering.

Undersøgelser for at belyse reaktionsmekanismen viste, at cycloadditionen kan udføres på en redox-uafhængig måde. Det er, benzocyclobutenonen kan reagere med en diol, en ketol, eller en dion, der producerer det samme produkt som en enkelt regio- og stereoisomer. Mens reaktionen af ​​diolen er oxidativ og kræver et lille overskud af benzocyclobutenon, ketolens reaktion er redoxneutral og kan udføres med lige store mængder benzocyclobutenon og ketol. Dionens reduktive reaktion kræver tilsætning af 2-propanol for at fungere som et reduktionsmiddel

Ud over at udvide adgangen til type II polyketider, den reaktivitet, der er inkorporeret i disse undersøgelser, har bredere implikationer inden for kemisk syntese.

Dr. Michael Krische fortalte PhysOrg, "I modsætning til fremskridt for nylig inden for C-H-aktivering, udviklingen af ​​katalysatorer, der modificerer C-C sigma-bindinger, er haltet bagefter, og er stort set begrænset til intramolekylære reaktioner, der indsætter forbundne π-bindinger, kræver ofte instruktørgrupper. Brintoverførsel tilbyder en bred, ny tilgang til funktionalisering af C-C-bindinger ved hjælp af rigelige, vedvarende alkoholer som koblingspartnere."

© 2017 Phys.org