Основание Трёгера: история, структура и свойства

Введение

Основание Трогера. Его химическая формула – основание Трогера, а его аналоги растворимы в различных органических растворителях и сильных кислых водных растворах благодаря протонированию. Оно названо в честь Юлиуса Трогера, впервые синтезировавшего его в 1887 году.

Структура и хиральность

Инверсия азота обычно приводит к быстрому равновесию между энантиомерами хиральных аминов, что препятствует проявлению какой-либо оптической активности. Инверсия может быть остановлена конформационным напряжением, как продемонстрировало основание Трогера, показав, что азот способен образовывать стереогенный центр в органических молекулах. В основании Трогера эта инверсия невозможна, и атомы азота являются определенными стереогенными центрами. Разделение энантиомеров основания Трогера впервые было осуществлено Владимиром Прелогом в 1944 году. Прелог проводил колоночную хроматографию с использованием хиральной стационарной фазы – относительно нового метода, который впоследствии приобрел популярность и стал стандартной процедурой. Основание Трогера и его аналоги могут быть разделены различными методами, включая хиральную ВЭЖХ, или получены в виде одного энантиомера. Почти через 30 лет после первоначального сообщения Трогера, Хюнлих описал еще один загадочный продукт, полученный при конденсации формальдегида и 2,4-диаминотолуола. Спустя почти столетие структура продукта Хюнлиха была установлена с помощью рентгеновской кристаллографии как симметричный амин, содержащий аналог основания Трогера. Основание Трогера представляет собой диамин, который исключительно проявляет хиральность благодаря предотвращенной инверсии конфигурации двух стереогенных третичных аминовых групп, расположенных в мостиковых положениях. Основание Трогера и его аналоги рацемизируются в кислых условиях через образование иминиевых интермедиатов, что можно предотвратить заменой метанового моста этановым мостом. Они функционируют как лиганды и предшественники лигандов в координационной химии. При замене метильных групп на карбоксильные кислоты или пиридиновые амидные группы возможно взаимодействие типа «хозяин-гость» между основанием Трогера и другими молекулами, включая гликозаминогликаны. Было обнаружено, что размеры полости оптимальны для включения субериновой кислоты, но взаимодействие менее благоприятно с более длинной себациновой кислотой или более короткой адипиновой кислотой. [[Файл:Azo, несущий базу Трогера. jpg|thumb|left|Аналоги бисазо-Трогера как молекулярные переключатели и могут использоваться в качестве молекулярных переключателей]]

The nitrogen inversion normally leads to a rapid equilibrium between the enantiomers of chiral amines, that prevents them showing any optical activity. The inversion can be stopped by conformational strain as Tröger's base has demonstrated that nitrogen is capable of forming a stereogenic center in organic molecules. In Tröger's base, this inversion is not possible, and the nitrogen atoms are defined stereogenic centers. The separation of the enantiomers of Tröger's base was first accomplished by Vladimir Prelog in 1944. Prelog performed column chromatography using a chiral stationary phase as a relatively new method that later on gained popularity and became a standard procedure. Tröger's base and its analogs can be resolved by various methods including chiral HPLC or be made as a single enantiomer. Almost 30 years after Tröger's initial report, Hünlich described another mysterious product obtained from the condensation of formaldehyde and 2,4 diaminotoluene. After almost a century the structure of Hünlich's product was elucidated by X ray crystallography as a symmetric amine carrying analogue of Tröger's base. Tröger's base is a diamine, which exceptionally exhibits chirality due to the prevented inversion of configuration of two bridgehead stereogenic tertiary amine groups. Tröger's base and its analogs racemize under acidic conditions through the formation of iminium intermediates, that can be prevented by the replacement of methano bridge with an ethano bridge. They function as ligands and ligand precursors in coordination chemistry. When the methyl groups are replaced by carboxylic acids or pyridine amide groups a host–guest chemistry interaction can take place between the Tröger's base and other molecules including glycosaminoglycans. It is found that the cavity dimensions are optimal for inclusion of suberic acid but that with a longer acid sebacic acid or a shorter acid adipic acid the interaction is less favorable. [[File:Azo carrying Tröger's base. jpg|thumb|left|Bisazo Tröger's base analogs as molecular switches and can be used as molecular switches

Синтез

Механизм образования основания Трогера представляет исторический интерес, поскольку впервые был синтезирован в 1887 году из п-толуидина и формальдегида в кислотном растворе Юлиусом Трогером, либо с использованием гексаметилентетраамина (HMTA) в качестве заменителя формальдегида. Механизм реакции с ДМСО в качестве донора метиленовой группы аналогичен механизму перегруппировки Пуммера. Взаимодействие ДМСО и соляной кислоты приводит к образованию электрофильного иона сульфения, который реагирует с ароматическим амином в реакции электрофильного присоединения. Метантиол элиминируется, и образовавшийся имин реагирует со вторым амином. Присоединение и элиминирование иона сульфения повторяется со второй аминогруппой, а иминная группа участвует во внутримолекулярной электрофильной ароматической реакции замещения. Образование имина повторяется в третий раз, и реакция завершается второй электрофильной заменой в другом ароматическом кольце. Также были разработаны стереоселективные и энантиоспецифические методы прямого синтеза оптически активных аналогов основания Трогера.