Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
1994 жылы Флорида мемлекеттік университетінде Роберт А. Холтон және оның тобы жариялаған Холтон Таксолының толық синтезі – Таксолды (жалпы атауы: паклитаксел) алғашқы толық синтездеу болып табылады. Холтон Таксолының толық синтезі – сызықтық синтездің көрнекті мысалы. Синтез коммерциялық түрде қолжетімді табиғи қосылыс – пачулен оксидінен басталады. Бұл эпоксид терпен пачулолынан және борнеолдан екі қадамда алынуы мүмкін. Реакция тізбегі де энантиоселективті, (−) пачулен оксидінен (+) Таксол немесе (−) борнеолдан (−) Таксол +47° (c=0,19 / MeOH) нақты бұрылумен синтездейді. Таксолға Холтон тізбегі басқа топтарға қарағанда салыстырмалы түрде қысқа (пачулен оксидінен бастап 46 сызықтық қадам). Бұған себебі, пачулен оксидінде Таксол ABCD сақиналық жүйесі үшін қажетті 20 көміртек атомының 15-і бар. Бұл синтез үшін қажетті басқа шикізаттарға 4-пентенал, m-хлорпероксибензой қышқылы, метилмагний бромиді және фосген жатады. Бұл тізбектегі екі маңызды химиялық өзгеріс – Чан қайта құрылуы және сульфонилоксазиридин энолатының тотығуы.
The Holton Taxol total synthesis, published by Robert A. Holton and his group at Florida State University in 1994, was the first total synthesis of Taxol (generic name: paclitaxel). The Holton Taxol total synthesis is a good example of a linear synthesis. The synthesis starts from patchoulene oxide, a commercially available natural compound This epoxide can be obtained in two steps from the terpene patchoulol and also from borneol. The reaction sequence is also enantioselective, synthesizing (+) Taxol from (−) patchoulene oxide or (−) Taxol from (−) borneol with a reported specific rotation of + 47° (c=0.19 / MeOH). The Holton sequence to Taxol is relatively short compared to that of the other groups (46 linear steps from patchoulene oxide). One of the reasons is that patchoulene oxide already contains 15 of the 20 carbon atoms required for the Taxol ABCD ring framework. Other raw materials required for this synthesis include 4 pentenal, m chloroperoxybenzoic acid, methyl magnesium bromide and phosgene. Two key chemical transformations in this sequence are a Chan rearrangement and a sulfonyloxaziridine enolate oxidation.
Ретросинтез
Taxol (51) Ojima лактамы 48-ді спирт 47-ге қосып алу арқылы қолжеткізуге болады деп жоспарланған. Таксольдің төрт сақинасының ішінде D сақинасы соңғы болып қалыптасты, бұл гидрокситосилат 38-дің қарапайым ішкімолекулалық SN2 реакциясының нәтижесі болды, оны гидроксикетон 27-ден синтездеуге болады. Алты мүшелі C сақинасы лактон 23-тің Дикман конденсациясы арқылы пайда болды, оны 15-карбонат эфирінің Чан қайта құрылуы арқылы алуға болады. 15-субстратты 6-кетоннан алуға болады, ал ол бірнеше тотығу және қайта құрылулардан кейін коммерциялық түрде қолжетімді 1-пачулен оксидінен алынуы мүмкін.
It was envisaged that Taxol (51) could be accessed through tail addition of the Ojima lactam 48 to alcohol 47. Of the four rings of Taxol, the D ring was formed last, the result of a simple intramolecular SN2 reaction of hydroxytosylate 38, which could be synthesized from hydroxyketone 27. Formation of the six membered C ring took place through a Dieckmann condensation of lactone 23, which could be obtained through a Chan rearrangement of carbonate ester 15. Substrate 15 could be derived from ketone 6, which, after several oxidations and rearrangements, could be furnished from commercially available patchoulene oxide 1.
АВ сақина синтезі
1-схемада көрсетілгендей, синтездің алғашқы қадамдары Таксолдың бицикло[5.3.1]ундекандық AB сақина жүйесін жасады. Эпоксид 1-дің терт-бутил литиймен реакциясы қышқыл α-эпоксид протонын жойды, нәтижесінде жою реакциясы және эпоксид сақинасының бір мезгілде ашылуы арқылы аллиль спирті 2 алынды. Аллиль спирті терт-бутил гидропероксиді мен титан(IV) тетраизопропоксидін қолдану арқылы эпоксиалкоголь 3-ке дейін эпоксидтелді. Келесі реакцияда Льюис қышқылы – бор трифториді эпоксид сақинасының ашылуын катализдеді, содан кейін қаңқа қайта құрылды және қанықпаған диол 4 алу үшін жою реакциясы жүзеге асырылды. Жаңадан пайда болған гидроксил тобы триэтилсилил эфирі ретінде қорғалды (5). Метахлорпербензой қышқылымен және Льюис қышқылымен катализделген Гроб фрагментациясымен тандемдік эпоксидтеу кетон 6-ны берді, ол кейіннен үш қадамда 94% өнімділікпен терт-бутилдиметилсилил эфирі 7 ретінде қорғалды.
As shown in Scheme 1, the first steps in the synthesis created the bicyclo[5.3.1]undecane AB ring system of Taxol. Reaction of epoxide 1 with tert butyllithium removed the acidic α epoxide proton, leading to an elimination reaction and simultaneous ring opening of the epoxide to give allylic alcohol 2. The allylic alcohol was epoxidized to epoxyalcohol 3 using tert butyl hydroperoxide and titanium(IV)tetraisopropoxide. In the subsequent reaction, the Lewis acid boron trifluoride catalyzed the ring opening of the epoxide followed by skeletal rearrangement and an elimination reaction to give unsaturated diol 4. The newly created hydroxyl group was protected as the triethylsilyl ether (5). A tandem epoxidation with meta chloroperbenzoic acid and Lewis acid catalyzed Grob fragmentation gave ketone 6, which was then protected as the tert butyldimethylsilyl ether 7 in 94% yield over three steps.
C сақинаны дайындау
2-схемада көрсетілгендей, келесі кезең С сақинасының қалыптасуына қажетті көміртек атомдарын қосуды қамтиды. Кетон 7 магний бромиді диизопропиламидімен өңделіп, 4-пентаналмен (8) альдольдық реакцияға түсті, нәтижесінде β-гидроксикетон 9 пайда болды. Гидроксил тобы асимметриялық карбонат эфирі ретінде қорғалды (10). Кетон 10 энолатының () камфорсульфонил оксазиридинмен (11) окистенуі α-гидроксикетон 12-ні берді. Кетондық топты 20 эквивалент натрий бис(2-метоксиэтокси)алюминий гидридімен (Қызыл АЛ) азайту триол 13-ті берді, ол дереу фосгенмен өңдеу арқылы карбонат 14-ке айналдырылды. 14 спиртінің Сверн окистенуі 15 кетонын берді. Келесі қадамда B және C сақиналары арасындағы соңғы көміртекті-көміртекті байланыс орнатылды. Бұл 15-тің литий тетраметилпиперидидін көмегімен Чан реорганизациясы арқылы α-гидроксилактон 16-ны 90% өнімділікпен алу арқылы жүзеге асырылды. Гидроксил тобын редуктивті түрде жою үшін самарий(II) йодиді қолданылды, нәтижесінде энол алынды, ал осы энолдың кремний диоксидіндегі хроматографиясы бөлінетін цис-17c (77%) және транс-17t (15%) диастереомерлерін берді, оларды калий трет-бутоксидімен өңдеу арқылы 17c-ге қайта айналдыруға болады. Таза 17c-ті литий тетраметилпиперидидімен және (±) камфорсульфонил оксазиридинмен өңдеуден бөлінетін α-гидроксикетондар 18c (88%) және 18t (8%) және қалпына келтірілген бастапқы материалдың бір бөлігі (3%) пайда болды. Таза кетон 18c-ті Қызыл АЛ-ді қолдану арқылы азайту, содан кейін сілтілік өңдеу эпимеризацияға алып келді, нәтижесінде қажетті транс-фузияланған диол 19 88% өнімділікпен алынды.
As shown in Scheme 2, the next phase involved addition of the carbon atoms required for the formation of the C ring. Ketone 7 was treated with magnesium bromide diisopropylamide and underwent an aldol reaction with 4 pentanal (8) to give β hydroxyketone 9. The hydroxyl group was protected as the asymmetric carbonate ester (10). Oxidation of the enolate of ketone 10 with ( ) camphorsulfonyl oxaziridine (11) gave α hydroxyketone 12. Reduction of the ketone group with 20 equivalents of sodium bis(2 methoxyethoxy)aluminumhydride (Red Al) gave triol 13, which was immediately converted to carbonate 14 by treatment with phosgene. Swern oxidation of alcohol 14 gave ketone 15. The next step set the final carbon carbon bond between the B and C rings. This was achieved through a Chan rearrangement of 15 using lithium tetramethylpiperidide to give α hydroxylactone 16 in 90% yield. The hydroxyl group was reductively removed using samarium(II) iodide to give an enol, and chromatography of this enol on silica gel gave the separable diastereomers cis 17c (77%) and trans 17t (15%), which could be recycled to 17c through treatment with potassium tert butoxide. Treatment of pure 17c with lithium tetramethylpiperidide and (±) camphorsulfonyl oxaziridine gave separable α hydroxyketones 18c (88%) and 18t (8%) in addition to some recovered starting material (3%). Reduction of pure ketone 18c using Red Al followed by basic work up resulted in epimerization to give the required trans fused diol 19 in 88% yield.
С сақинасының синтезі
3-схемада көрсетілгендей, 19 диол карбонат эфирі ретінде фосгенмен қорғалды (20). 20-ның терминалды алкен тобы озонды түсіру арқылы метил эфиріне айналдырылды, содан кейін калий перманганатымен тотықтырылды және диазометанмен этерификацияланды. Циклогексан С сақинасы 24 алу үшін лактон 23-тің литий диизопропиламидімен 78 °C температурада негіз ретінде Дикман конденсациясын қолдану арқылы сақина кеңейту жүзеге асырылды. 24-тің декарбоксилдеуі үшін гидроксил тобын 2-метокси-2-пропил (MOP) эфирі (25) ретінде қорғау қажет болды. Қорғаушы топ орналасқаннан кейін, диметилформамидтегі калий тиофенолатымен декарбоксилдеу арқылы қорғалған гидроксикетон 26 алынды. Келесі екі қадамда MOP қорғаушы тобы қышқыл жағдайында алынып тасталды және 27 спирті 28 бензилоксиметил эфирі ретінде қайта қорғалды. Кетон триметилсилил энол эфиріне 29 түрлендірілді, содан кейін ол хлорпербензой қышқылының көмегімен Руботтом тотығуында тотықтырылып, триметилсилил қорғалған ацилоин 30 алынды. Бұл кезеңде Таксол сақинасының соңғы жетіспейтін көміртек атомы кетон 30-ның Гринард реакциясында, метилмагний бромидінің 10 есе артығын қолдану арқылы енгізілді, нәтижесінде үшінші спирт 31 пайда болды. Бұл үшінші спиртті Burgess реагентімен (32) өңдеу 33 экзоциклді алкенді берді.
As shown in Scheme 3, diol 19 was protected with phosgene as a carbonate ester (20). The terminal alkene group of 20 was next converted to a methyl ester using ozonolysis followed by oxidation with potassium permanganate and esterification with diazomethane. Ring expansion to give the cyclohexane C ring 24 was achieved using a Dieckman condensation of lactone 23 with lithium diisopropylamide as a base at 78 °C. Decarboxylation of 24 required protection of the hydroxyl group as the 2 methoxy 2 propyl (MOP) ether (25). With the protecting group in place, decarboxylation was effected with potassium thiophenolate in dimethylformamide to give protected hydroxy ketone 26. In the next two steps the MOP protecting group was removed under acidic conditions, and alcohol 27 was reprotected as the more robust benzyloxymethyl ether 28. The ketone was converted to the trimethylsilyl enol ether 29, which was subsequently oxidized in a Rubottom oxidation using m chloroperbezoic acid to give the trimethylsilyl protected acyloin 30. At this stage the final missing carbon atom in the Taxol ring framework was introduced in a Grignard reaction of ketone 30 using a 10 fold excess of methylmagnesium bromide to give tertiary alcohol 31. Treatment of this tertiary alcohol with the Burgess reagent (32) gave exocyclic alkene 33.
D сақинасын синтездеу және AB сақинасын өңдеу
Холтон таксолын синтездеудің осы бөлімінде (Схема 4) оксетан D сақинасы толықталды, ал B сақинасы қажетті топтармен функционалдыланды. Силил энол эфирі 33-тің фторсутек қышқылымен депротекциялаудан алынған 34-аллиль спирті пиридинде осмий тетроксидімен тотықтырылып, триол 35 алынды. Бастапқы гидроксил тобын қорғағаннан кейін, 36-дағы екінші гидроксил тобы p-толуолсульфонилхлоридті пайдалану арқылы жақсы кететін топқа айналдырылды. Триметилсилил эфирін депротекциялаудан кейін 37, тосилат 38-ге айналды, ол тосилаттың нуклеофилдік орынбасуы арқылы конфигурацияның инверсиясымен 39-оксетанға циклденді. Қалған қорғалмаған үшінші спирт ацилдендіріліп, триэтилсилил тобы алынып, аллиль спирті 41 алынды. Карбонат эфирі 78 °C температурада тетрагидрофурандағы фениллитиймен реакцияластырылып, 42-спиртіне дейін ыдыратылды. Қорғалмаған екінші спирт тетрапропиламмоний перрутенеті (TPAP) және N-метилморфолин N-оксиді (NMO) қолданылып кетон 43-қа тотықтырылды. Бұл кетон тетрагидрофурандағы калий трет-бутоксидімен төмен температурада депротондылып, одан әрі бензенселенин ангидридімен реакцияластырылып α-гидроксикетон 44 алынды. 44-ті калий трет-бутоксидімен өңдеу Lobry de Bruyn van Ekenstein қайта реттелуі арқылы α-гидроксикетон 45-тің түзілуіне әкелді. 45 субстраты кейіннен ацилденіп α-ацетоксикетон 46 алынды.
In this section of the Holton Taxol synthesis (Scheme 4), the oxetane D ring was completed and ring B was functionalized with the correct substituents. Allylic alcohol 34, obtained from deprotection of silyl enol ether 33 with hydrofluoric acid, was oxidized with osmium tetroxide in pyridine to give triol 35. After protection of the primary hydroxyl group, the secondary hydroxyl group in 36 was converted to a good leaving group using p toluenesulfonyl chloride. Subsequent deprotection of the trimethylsilyl ether 37 gave tosylate 38, which underwent cyclization to give oxetane 39 by nucleophilic displacement of the tosylate that occurred with inversion of configuration. The remaining unprotected tertiary alcohol was acylated, and the triethylsilyl group was removed to give allylic alcohol 41. The carbonate ester was cleaved by reaction with phenyllithium in tetrahydrofuran at 78 °C to give alcohol 42. The unprotected secondary alcohol was oxidized to ketone 43 using tetrapropylammonium perruthenate (TPAP) and N methylmorpholine N oxide (NMO). This ketone was deprotonated with potassium tert butoxide in tetrahydrofuran at low temperature and further oxidized by reaction with benzeneseleninic anhydride to give α hydroxyketone 44. Further treatment of 44 with potassium tert butoxide furnished α hydroxyketone 45 through a Lobry de Bruyn van Ekenstein Rearrangement. Substrate 45 was subsequently acylated to give α acetoxyketone 46.
Құйрықты қосу
Синтездің соңғы кезеңдерінде (5-суреттеме) 46-дағы гидроксил тобынан қорғаныш алынып, 47-спирті алынды. 47-нің литий алкоксидінің Ожима лактамы 48-бен реакциясы 49-дағы тізбекті қосады. Фторсутек қышқылымен триэтилсилил эфирін депротекциялау және редукциялық жағдайда BOM тобын жою 46 қадамда (−) Таксоль 51-ді береді.
In the final stages of the synthesis (Scheme 5), the hydroxyl group in 46 was deprotected to give alcohol 47. Reaction of the lithium alkoxide of 47 with the Ojima lactam 48 adds the tail in 49. Deprotection of the triethylsilyl ether with hydrofluoric acid and removal of the BOM group under reductive conditions gave (−) Taxol 51 in 46 steps.
Прекурсор синтезі
Пачулен оксидін (1) терпен пачулолынан (52) қышқыл катализінде карбокациялардың тізбектелген қайта орналасуы арқылы, одан кейін Зайцев ережесі бойынша жою реакциясы нәтижесінде пачулен (53) алуға болады. Бұл қайта орналасудың қозғаушы күші – циклдық кернеуді азайту. 53-ті пероксиуксус қышқылымен эпоксидтеу пачулен оксидін (1) береді.
Patchoulene oxide (1) could be accessed from terpene patchoulol (52) through a series of acid catalyzed carbocation rearrangements proceeded by an elimination following Zaitzev's rule to give pathoulene (53). The driving force for the rearrangement is relief of ring strain. Epoxidation of 53 with peracetic acid gave patchoulene oxide 1.