UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

MATIC HRASTAR

SELEKTIVNE REDUKCIJE

PRIPOJENIH PIRAN-2-ONOV

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2016

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

DVOPREDMETNI UČITELJ

MATIC HRASTAR

Mentor: izr. prof. dr. FRANC POŽGAN

SELEKTIVNE REDUKCIJE

PRIPOJENIH PIRAN-2-ONOV

DIPLOMSKO DELO

LJUBLJANA, 2016

IZJAVA O AVTORSTVU

Izjavljam, da sem avtor predloženega diplomskega dela.

Matic Hrastar

Zahvala

Diplomsko delo sem opravljal na Katedri za organsko kemijo, Fakultete za kemijo in

kemijsko tehnologijo, Univerze v Ljubljani.

Rad bi se zahvalil mentorju izr. prof. dr. Francu Požganu za vso pomoč, ki mi jo je nudil pri

izvedbi diplomskega dela, za nasvete in pomoč pri praktičnem delu v laboratoriju in za

strokovni pregled dela.

Zahvalil bi se tudi Giorgio Mirri za nasvete in pomoč v laboratoriju.

Zahvalil bi se staršem za vso finančno in moralno podporo v času študija.

Povzetek

Kumarini (2H-1-benzopiran-2-oni), ki jih najdemo v mnogo rastlinah, glivah in nekaterih

mikroorganizmih, so vključeni v različnih procesih, kot so obrambni mehanizmi pred

bakterijami, stresnimi dejavniki okolja in pri regulaciji hormonov. Zaradi različnih

farmakoloških lastnosti kumarini pritegnejo veliko zanimanja za sintezo njihovih derivatov,

kot novih terapevtskih sredstev. Tema moje diplome se osredotoča na redukcijo pripojenih 5-

oksopiran-2-onov. Z uporabo primernih reakcij smo uspeli selektivno reducirati pripojene 5-

oksopiran-2-one do željenih alkoholov, kjer smo kot reducent uporabljali NaBH4. Poskusili

smo tudi reducirati ketonsko skupino s hidrogeniranjem s prenosom vodika ob prisotnosti

rutenijevega katalizatorja in bioorgansko transformacijo ketona z uporabo gliv kvasovk.

Ključne besede: Kumarin, redukcija, NaBH4, hidrogeniranje s prenosom vodika, glive

kvasovke

Abstract

Coumarins (2H-1-benzopyran-2-ones) found in plants, fungi and some microorganisms are

involved in various processes, such as defense mechanisms against bacteria, abiotic stress and

hormone regulation. Due to their various pharmacological properties they attract a lot of

interest for the synthesis of their derivates. The theme of my diploma focuses on the

reduction of fused 5-oxopyran-2-ones. We used a variety of conditions for reducing fused 5-

oxopyran-2-ones to desired alcohols where NaBH4 was used as reducing agent. We tried to

reduce ketone group with asymmetric transfer hydrogenation in the presence of Ru-catalyst

and a bioorganic transformation of ketone with baker’s yeast.

Key words: Coumarin, reduction, NaBH4, asymmetric transfer hydrogenation, baker’s yeast.

Kazalo

Povzetek ..................................................................................................................................... 2

Abstract ...................................................................................................................................... 2

Kazalo ........................................................................................................................................ 3

Kazalo slik ................................................................................................................................. 4

Seznam okrajšav ........................................................................................................................ 6

1 Uvod ........................................................................................................................................ 1

1.1 Kumarini .......................................................................................................................... 1

1.2 Klasifikacija kumarinov ................................................................................................... 1

1.3 Farmakološka aktivnost kumarinov ................................................................................. 3

2 Redukcije karbonilne skupine ................................................................................................. 5

2.1 Asimetrične redukcije ketonov ........................................................................................ 7

2.2 Asimetrično hidrogeniranje in hidrogeniranje s prenosom vodika .................................. 8

3 Encimske redukcije ketonov ................................................................................................. 10

4 Namen in cilj diplomskega dela ............................................................................................ 12

5 Rezultati in razprava ............................................................................................................. 13

5.1 Izhodne spojine .............................................................................................................. 13

5.2 Redukcije pripojenih 5-oksopiran-2-onov z NaBH4 ...................................................... 14

5.3 Hidrogeniranje 3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (1) s prenosom

vodika v prisotnosti katalizatorja ......................................................................................... 19

5.4 Encimska redukcija 3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (1) ................ 19

6 Eksperimentalni del .............................................................................................................. 21

6.1 Metode in aparature ....................................................................................................... 21

6.2 Redukcije pripojenih 5-oksopiran-2-onov ..................................................................... 22

6.2.1 Sinteza 3-benzoilamino-5-hidroksi-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (4) ....................... 22

6.2.2 Sinteza 3-amino-5-hidroksi-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (5) ................................... 24

6.2.3 Sinteza 3-amino-5-hidroksi-6,7-dihidrociklopenta[b]piran-2(5H)-ona (6) ............ 25

6.2.4 Redukcija izhodne spojine 1 (3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarin) s

prenosom vodika .............................................................................................................. 26

6.2.5 Sinteza 3-benzoilamino-5-hidroksi-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (4) s suhim kvasom

.......................................................................................................................................... 26

7 Zaključek............................................................................................................................... 27

8 Literatura ............................................................................................................................... 28

Kazalo slik

Slika 1: Kumarin ........................................................................................................................ 1

Slika 2: Psoralen ........................................................................................................................ 2

Slika 3: Angelicin ...................................................................................................................... 2

Slika 4: Dihidrofurano-kumarin ................................................................................................. 2

Slika 5: Pirano-kumarin - linearni tip ........................................................................................ 3

Slika 6: Pirano-kumarin - angularni tip ..................................................................................... 3

Slika 7: Fenil kumarin ................................................................................................................ 3

Slika 8: Dikumarol ..................................................................................................................... 3

Slika 9: Ammoresionol in ostruthin ........................................................................................... 4

Slika 10: Novobiocin ................................................................................................................. 4

Slika 11: Ostol............................................................................................................................ 4

Slika 12: Fraksin ........................................................................................................................ 5

Slika 13: Fitoaleksin .................................................................................................................. 5

Slika 14: Mehanizem redukcije ketona z NaBH4 ...................................................................... 6

Slika 15: Reakcija LiAlH4 z vodo .............................................................................................. 6

Slika 16: Ru-BINAP katalizatorji .............................................................................................. 9

Slika 17: Shema sinteze 3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarina ......................... 13

Slika 18: Izhodne spojine 2 (3-amino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarin), 3 (3-amino-5-okso-

6,7-dihidrociklopenta[b]piran-2-on) in 8 (N-(2,5-diokso-2,5,6,7-tetrahidrociklopenta[b]piran-

3-il)benzamid) .......................................................................................................................... 13

Slika 19: Redukcija spojin 1 in 2 ............................................................................................. 14

Slika 20: Spojina 7 ................................................................................................................... 15

Slika 21: Redukcija spojin 3 in 8 ............................................................................................. 15

Slika 22: Prikaz signalov za 1H NMR v topilu DMSO-d6 + D2O in DMSO-d6 za spojino 5 .. 15

Slika 23: Prikaz kvarteta in tripleta za 5-CH za spojino 5 ....................................................... 16

Slika 24: TLC kromatogram za redukcijo spojine 1 do produkta 4 in stranskega produkta,

spojine 7 ................................................................................................................................... 18

Slika 25: Rutenijev katalizator ................................................................................................. 19

Slika 26: Hidrogeniranje spojine 1 s prenosom vodika v prisotnosti katalizatorja .................. 19

Slika 27: Encimska redukcija ................................................................................................... 20

Seznam okrajšav

AH - asimetrično hidrogeniranje

ATH - asimetrično hidrogeniranje s prenosom vodika (angl. Asymmetric transfer

hydrogenation)

BINAP - 2,2'-bis(difenilfosfino)-1,1'-binaftil

D - devterij

d - dublet

dabco - 1,4-diazabiciklo[2.2.2]oktan

DCM - diklorometan, CH2Cl2

DMSO-d6 - dimetil sulfoksid, (CD3)2SO

ee - enantiomerni presežek (enantiomeric exess)

EtOAc - etil acetat, C4H8O2

HRMS - masna spektrometrija visoke ločljivosti

IR - infrardeča spektroskopija

J - sklopitvena konstanta (NMR)

m - multiplet

NMR - nuklearna magnetna resonanca

ppm - delcev na milijon (parts per million)

Pe - petroleter

PYZ - pirazin

Rf - retencijski faktor

s - singlet

t - triplet

Ttal. - temperatura tališča

THF - tetrahidrofuran, C4H8O

TLC - tankoplastna kromatografija

- izkoristek

1

1 Uvod

1.1 Kumarini

Kumarin je naravni produkt rastlinskega izvora, poznan po svojih farmakoloških lastnostih,

kot so protivnetne, antibakterijske, protivirusne, protiglivične in druge lastnosti.

Izpostavljenost benzopironom v prehrani je precejšna, saj te spojine najdemo v sadju,

zelenjavi, semenih, oreščkih, kavi, čaju in vinu. Glede na njihovo nizko toksičnost, prisotnost

v hrani in različnih zeliščnih zdravilih, je smiselno ovrednotiti njihove lastnosti in nadaljnje

aplikacije (Venugopala, Rashimi in Odhav, 2013). Kumarini (2H-1-benzopiran-2-oni) so

spojine, kjer je -pironski obroč kondenziran z benzenovim (Aoyama, Katayama, Yahamoto,

Tanaka in Kon, 1992). Identificiranih je bilo več kot tisoč kumarinov kot sekundarnih

metabolitov iz rastlin, bakterij in gliv (Iranshahi, Askari, Sahebkar in Hadjipavlou-Litina,

2009). Porazdeljeni so v vseh delih rastlin, najvišje vsebnosti se pojavijo v sadežih, semenih,

sledijo jim korenine in listi (Venugopala idr., 2013).

Okoljske razmere in sezonske spremembe lahko vplivajo na pojavnost kumarinov v različnih

delih rastline. Čeprav funkcija kumarinov v organizmih ni povsem znana, raziskave

nakazujejo vplive pri rastlinskih rastnih regulatorjih in delovanje kot bakterio- in fungostatiki

(Bogdal, 1998).

1.2 Klasifikacija kumarinov

Naravni kumarini so v glavnem klasificirani na šest tipov, osnovanih glede na njihovo

kemijsko strukturo (Venugopala idr., 2013).

Preprosti kumarini so zelo razširjeni v rastlinah, opisanih je več kot 700 spojin (Bourgaud

idr., 2006).

Slika 1: Kumarin

2

Bourgaud idr. (2006) so na podlagi opažanja raziskav ugotovili, da kumarini delujejo kot

hormoni, vendar do sedaj ni dovolj trdnega dokaza za fiziološko funkcijo, niti molekulskega

načina delovanja kumarinov v rastlinskih tkivih.

Furano-kumarini

Razdelimo jih lahko na dve skupini. Linearni in angularni tip.

Linearni tip, kjer je furanski obroč pripojen na C(6) in C(7) atoma kumarinskega sistema.

Linearni tip furano-kumarinov je v glavnem razširjen v štirih družinah kritosemenk:

kobulnice (Apiaceae), Moraceae, Rutaceae, metuljnice (Leguminosae). Od linearnih furano

kumarinov je največ psoralena (Slika 2)

Slika 2: Psoralen

Pri angularnem tipu je furanov obroč pripojen na C(7) in C(8) atoma kumarinskega sistema.

Ta tip je manj razširjen kot linearni in primarno prisoten v rastlinah družin Apiaceae in

Leguminosae. Najbolj pogost angularni furano kumarin je angelicin (Slika 3) (Bourgaud idr.,

2006).

Slika 3: Angelicin

Dihidrofurano-kumarini

Slika 4: Dihidrofurano-kumarin

Pirano-kumarini

Prisotni so večinoma v rastlinah družin Rutaceae in Apiaceae. Podobno kot pri furano-

kumarinih se lahko tvori linearna (Slika 5) in angularna oblika (Slika 6). Zaradi strukturne

podobnosti s furano-kumarini jih rastline domnevno sintetizirajo za obrambo pred patogeni

(Bourgaud idr., 2006).

3

a. Linearni tip

Slika 5: Pirano-kumarin - linearni tip

b. Angularni tip

Slika 6: Pirano-kumarin - angularni tip

Fenil kumarini

Luqman idr. (2012) so ugotovili, da bi lahko neoflavonoidi (fenil kumarini) potencialno

preprečili začetno fazo karcinogeneze (nastanka rakastih celic).

Slika 7: Fenil kumarin

Biokumarini, med katere spada dikumarol (Slika 8), ki se nahaja v navadni medeni detelji

(Melilotus officinalis) ima antikoagulantne lastnosti (Poole in Poole, 1994).

Slika 8: Dikumarol

1.3 Farmakološka aktivnost kumarinov

Protivnetna aktivnost kumarinov

Protivnetne lastnosti kumarinov (Slika 1) se uporabljajo za zdravljenje edemov. Kumarin

odstrani protein in edemsko tekočino iz poškodovanega tkiva s stimulacijo fagocitoze,

encimsko produkcijo in s tem proteolizo (Piller, 1975).

4

Antibakterijska aktivnost kumarinov

Enostavni kumarini (Slika 1) imajo nizko antibakterijsko aktivnost, vendar spojine z

dolgoverižnimi ogljikovodikovimi substituenti, kot sta ammoresinol in ostruthin (Slika 9)

kažeta aktivnost širokega spektra na Gram+ bakterije (Hodák, Jakesová in Dadák, 1967).

Slika 9: Ammoresionol in ostruthin

Veliko naravnih kumarinov je bilo izoliranih iz višjih rastlin, nekateri so bili odkriti v

mikroorganizmih. Eden takšnih je novobiocin (Slika 10), izoliran kot metabolit gliv

(Streptomyces niveus in Streptomyces spheroides), ki je izkazal širok spekter antibakterijske

aktivnosti proti Gram+ in Gram- organizmom (Chain, 1958).

Slika 10: Novobiocin

Protiglivična aktivnost kumarinov

Bioaktivni kumarinski derivat ostol (Slika 11) (3-metil-2-butenil-(7-metoksi-8-)-2H-

benzopiran-2-on), ekstrahiran iz medicinskih rastlin, kot so Angleica pubens ali Cnidium

monnieri, kaže širok spekter protiglivične aktivnosti proti rastlinskim patogenom

(Rhizovtonia solani, Phytophtora capsici, Botrytis cinerea). Med najuspešnejše spadata še

psoralen (Slika 2) in ostruthin (Slika 9) (Venugopala idr., 2013).

Slika 11: Ostol

5

Ostol (slika 11) je učinkovit tudi za inhibicijo migracije in invazije rakastih celic dojk (Yang,

Gu, Wang in Ma, 2010).

Kumarini kot antioksidanti

Fraksin (Slika 12) deluje kot lovilec prostih radikalov pri visokih koncentracijah (0.5 mM) in

ščiti celice pred H2O2. Izoliran iz listov Weigela florida val. Glabra (Caprifoliaceae) ščiti

celice pred oksidativnim stresom (Venugopala idr., 2013).

Slika 12: Fraksin

Kumarini kot fitoaleksini

Fitoaleksini (Slika 13) so oksigenirani kumarinski derivati in se tvorijo v rastlinah kot

odgovor na glivične okužbe, fizične poškodbe ali patogene. Fitoaleksini pogosto inhibirajo ali

uničijo bakterije, insekte in viruse (Venugopala idr., 2013).

Slika 13: Fitoaleksin

2 Redukcije karbonilne skupine

Ketone in aldehide lahko reduciramo do alkoholov z reakcijo nukleofilne adicije s kovinskimi

hidridi. Redukcijo karbonilne skupine lahko opredelimo kot nukleofilni napad hidridnega

iona na karbonilni ogljik, čemur sledi odvzem protona iz topila, navadno vode. Čeprav se

kompleksi kovinskih hidridov štejejo za vir hidrida, pravzaprav nikoli ne tvorijo hidrida kot

nukleofila. Kovinskohidridni anion (npr. AlH4−, BH4

−) je tisti, ki je odgovoren za prenos

hidridnega iona. Hidrid iz NaH zaradi majhne velikosti in visoke gostote naboja reagira kot

baza in tako nikoli ne reagira kot nukleofil (Dewick, 2006).

Če reduciramo keton, npr. z NaBH4 v etanolu, nastane kot stranski produkt še

alkoksiborohidridni anion (EtO−BH3), ki lahko sam deluje kot nadaljnji reducent za

karbonilno skupino (Clayden, Greeves, Warren in Wothers, 2001).

6

Ker se lahko vsi štirje vodiki v kompleksu kovinskega hidrida (npr. NaBH4) uporabijo za

redukcijo, lahko 1 mol reducenta teoretično reducira 4 mole aldehida ali ketona (Slika 14).

Slika 14: Mehanizem redukcije ketona z NaBH4

Dva najbolj splošna reducenta uporabljena za redukcijo karbonilne skupine sta natrijev

borohidrid (NaBH4) in litijev aluminijev hidrid (LiAlH4). LiAlH4 močno reagira z vodo, pri

čemer se tvori vodik, ki se lahko zaradi eksotermne reakcije vžge.

Slika 15: Reakcija LiAlH4 z vodo

Zato se mora LiAlH4 uporabljati pod strogo brezvodnimi pogoji (npr. v raztopini suhega

etra). Je močan reducent in bo reduciral tudi druge funkcionalne skupin, kot so estrska,

amidna in karboksilna. Natrijev borohidrid je šibkejši reducent kot litijev aluminijev hidrid.

Ta razlika v reaktivnosti reducentov je lahko zelo uporabna, saj omogoča selektivnost in

redukcijo ene skupine v prisotnosti druge za redukcijo prav tako dovzetne skupine. NaBH4 se

lahko uporablja v alkoholni ali celo vodni raztopini. V primeru uporabe natrijevega

borohidrida se bo reducirala bolj reaktivna ketonska ali aldehidna skupina, ne bo pa se

reducirala manj reaktivna estrska skupina (Dewick, 2006).

Od odkritja NaBH4 leta 1943 je veliko raziskovalnih skupin začelo modificirati borohidridne

reducente, da bi bili bolj kemo-, regio- in stereoselektivni z namenom povečanja stopnje

reaktivnosti in vsestranskosti v primerjavi z NaBH4. Ena od takšnih modifikacij je priprava

borohidrida [L—M(BH4)n]. Uporaba liganda (L) lahko poveča relativno stabilnost in v

nekaterih primerih vpliva na spremembo v reaktivnosti B—H vezi v primerjavi z osnovnim

kovinskim borohidridom. [Cu(BH4)(Ph3P)2] je primer, kjer se BH4− del deaktivira do te mere,

da lahko reducira acil kloride samo do aldehidov, NaBH4 pa bi jih reduciral do alkoholov

(Firouzabadi, Adibi in Ghadami, 1998).

7

Li(BH4), K(BH4), Cu(BH4)2, Ti(BH4)3, Zr(BH4)4, Ca(BH4)2 in Zn(BH4)2 so s kovinskimi

kationi substituirani borohidridi, uporabni zaradi boljše topnosti v aprotičnih topilih.

Zn(BH4)2 je izjema, saj je Zn2+

ion šibka Lewisova kislina v primerjavi z alkalijskimi in

zemljoalkalijskimi kovinami (Ca2+

, Li+ in Na

+). Boljša je tudi koordinacijska sposobnost pri

selektivnem prenosu hidrida (Setamdideh, Khezri in Rahmatollahzadeh, 2012). Cinkov

borohidrid [Zn(BH4)2] je reducent, ki je temperaturno nestabilen in ga je treba zato sveže

pripraviti. Znani so tudi derivati cinkovega tetrahidroborata: [Zn(BH4)2(PYZ)]n,

[Zn(BH4)2(dabco)] in [Zn(BH4)2(dabco)2] (Firouzabadi, Adibi in Ghadami, 1998).

Kot primer redukcije brez uporabe topila je navedena uporaba NaBH4-Al2O3 za redukcijo do

ustreznega alkohola ob mikrovalovnem obsevanju, ki je pokazala dober izkoristek reakcije

(Setamdideh, Khezri in Rahmatollahzadeh, 2012).

Redukcija ketonov v aprotičnih topilih lahko zahteva aktivacijo s kovinskimi kompleksi, ki

vsebujejo Al, Ca, Co, Fe, Li, Mg, Ni, U, Zn, Zr in nekatere lantanoide. CeCl3 in UCl4 spadata

med učinkovitejša kompleksa za aktivacijo borohidrida (Barden in Schwartz, 1995). Gemal

in Luche (1981) sta ugotovila, da so lantanoidni kloridi (LnCl3) učinkoviti katalizatorji za

regioselektivno 1,2-redukcijo -enonov z NaBH4 v raztopini metanola. Glavni vpliv Ln3+

je

kataliza razpada BH4− s hidroksilnim topilom, da dobimo alkoksiborohidride, ki bi lahko bili

odgovorni za regioselektivnost reakcije.

2.1 Asimetrične redukcije ketonov

Hidrogeniranje prokiralnih ketonov z uporabo kiralnih katalizatorjev prehodnih kovin

predstavlja najboljši način za pridobivanje enantiomerno obogatenih sekundarnih alkoholov,

ki predstavljajo pomembne gradnike v sintezni kemiji. Kljub odlični aktivnosti, selektivnosti

in kompatibilnosti kovinskih kompleksov z različnimi funkcionalnimi skupinami, ni

univerzalnega katalizatorja (Požgan in Štefane, 2014).

Kiralni alkoholi so pomembni gradniki in intermediati za sintezo faramcevtskih izdelkov,

agrokemikalij in dišav (Blaser idr., 2003). Ker ketoni predstavljajo najbolj pogosto skupino

nenasičenih spojin, je katalitsko asimetrično hidrogeniranje (angl. AH - asymmetric

hydrogenation) najpreprostejša in najučinkovitejša metoda za pripravo enantiomerno

8

obogatenih sekundarnih alkoholov na laboratorijski in industrijski ravni (Arai idr., 2011;

Noyori idr., 2001; Klingler 2007). Poleg tega je molekularni vodik najčistejši reducent s

popolno atomsko učinkovitostjo.

Asimetrično hidrogeniranje s prenosom vodika (angl. ATH - asymmetric transfer

hydrogenation) predstavlja alternativo ali dopolnilo katalitskemu hidrogeniranju in je

enostavno za izvedbo, omogoča uporabo cenejših kemikalij kot donorjev vodika, ni potrebe

po visokih pritiskih in posebnih tlačnih posodah (Ikariya in Blacker, 2007).

Visoko stereo- in kemoselektivnost je mogoče doseči le s kombinacijo dobro definiranih

kovinskih katalizatorjev s primerni reakcijskimi pogoji. Ustrezno selektivnost in reaktivnost

lahko dosežemo s spremembo kiralnosti, steričnih ovir in elektronskih lastnosti ligandov na

kovinskem centru katalizatorja (Požgan in Štefane, 2014).

2.2 Asimetrično hidrogeniranje in hidrogeniranje s prenosom vodika

Med najpogosteje uporabljenimi katalizatorji za AH in ATH pod homogenimi pogoji so

kompleksi, ki vključujejo prehodne kovine kot so Ru, Rh, Ir in v manjši meri Pd, ki nosijo

kiralne ligande. V zadnjih letih so prišli v ospredje tudi drugi prehodni elementi, kot so Fe,

Cu in Os.

Rutenijevi kompleksi se pogosto uporabljajo za AH zaradi svoje odlične selektivnosti, kot

tudi prednosti v ceni v primerjavi z rodijem (Požgan in Štefane, 2014). Velik preboj v AH

ketonov je bil narejen z zelo učinkovitim rutenijevim bifunkcionalnim katalizatorjem.

Ugotovili so, da lahko preproste ketone enantioselektivno reduciramo z H2 v i-PrOH z

uporabo katalitskega sistema, ki vsebuje kiralni prekurzor BINAP-RuCl2, kiralni aminski

ligand (npr. 1,2-diamin) in bazo (npr. KOH) v molskem razmerju 1 : 1 : 2 (Ohkuma, Ooka,

Hashiguchi, Ikariya in Noyori, 1995).

9

Slika 16: Ru-BINAP katalizatorji

Reaktivnost Ru-BINAP katalizatorjev so izboljšali s sterično bolj oviranimi ligandi (Doucet

idr., 1998).

Z direktnim hidrogeniranjem enostavnih ketonov z uporabo in situ pripravljenega

katalizatorja iz [Rh(COD)Cl]2 in rigidnega kiralnega bifosfinskega liganda, aktiviranega z

2,6-dimetilpiridinom in/ali KBr lahko dosežemo visoko enantioselektivnost (Jiang, Jiang,

Xiao, Cao in Zhang, 1998).

Iridijevi kompleksi so v primerjavi z rodijevimi cenejši in zato tudi zaželjeni za katalitsko AH

različnih aromatskih ketonov (Malacea, Poli in Manoury, 2010).

Pri ATH je katalizator zmožen iz donorja vodika odstraniti hidridni ion in proton in ga

prenesti na karbonilni del ketona. Primerni katalizatorji za ATH so navadno kompleksi

kiralnih ligandov z Rh, Ru ali Ir. Najpogosteje uporabljena donorja vodika sta

HCOOH/trietilamin in i-PrOH/baza, ki sta obenem tudi topilo. Reakcijska reverzibilnost i-

PrOH je glavna pomankljivost, ki daje omejene pretvorbe in vpliva na enantiomerno čistost

produktov po daljšem času trajanja reakcije. Uporaba HCOOH lahko odpravi te

pomankljivosti, čeprav je izbira katalizatorjev, ki lahko tolerirajo HCOOH, omejena

(Maytum, Tavassoli in Williams, 2007).

Uporaba in razvoj katalizatorjev drugih prehodnih kovin se nista začela samo zaradi

okoljskih, vendar tudi ekonomskih razlogov. Pogosto uporabljeno železo je poceni in njegovi

sledovi v končnih produktih niso tako problematični kot ostanki rutenija (Bauer in Kirchner,

2011).

V primerjavi z rutenijevi kompleksi imajo osmijevi kompleksi povečano termično in

oksidativno stabilnost. Dobro so se izkazali tudi pri AH in ATH (Požgan in Štefane, 2014).

10

Bakrovi kompleksi so tudi bili uporabljeni kot katalizatorji za enantioselektivno

hidrogeneiranje ketonov. Shimizu je s sodelavci uporabil na bakru osnovan katalizator za

hidrogeniranje arilnih ketonov (Shimizu idr., 2007; Shimizu idr., 2009).

3 Encimske redukcije ketonov

Redukcijo karbonilnih skupin zelo pogosto srečamo v encimskih sistemih mikrobnega in

človeškega izvora (Fogliato idr., 1995). Biokataliza dobro dopolnjuje kemijsko sintezo v

farmacevtski industriji. Veliko zdravil ima vsaj en kiralni center, zato sinteza le-teh zahteva

enantio- in regioselektivne katalizatorje. Encimi so najboljši selektivni katalizatorji na voljo.

Tisti, ki katalizirajo redukcije ketonov, so poznani kot ketoreduktaze in dajejo kiralne

alkohole z visoko ee vrednostjo (Moore, Pollard, Kosjek in Devine, 2007). Uporaba

biokatalizatrjev za asimetrično redukcijo ima prednost v primerjavi s kemijskimi katalizatorji,

saj ni potrebe po visokih tlakih vodika in poteka lahko pri nižjih temperaturah (Nakamura,

Yamanaka, Matsuda in Harada, 2003).

V navadnem kvasu se nahajajo encimi, ki omogočajo bioorgansko transformacijo aldehidov

in ketonov do alkoholov in dajejo pod določenimi pogoji produkte z visoko

enantioselektivnostjo (Fogliato idr., 1995). Kvas vsebuje encim imenovan YADH (kvasova

alkoholna dehidrogenaza), ki reducira samo aldehide in kratkoverižne ketone (Jones, Sih in

Perlman, 1976).

Uporaba celotnih celic navadnega kvasa (Saccharomyces cerevisiae) za kiralno redukcijo je

boljša zaradi nizke cene, večje prijaznosti okolju in enostavne izvedbe (Rodríguez, Kayser in

Stewart, 2001). Na težavo pri izvedbi bioorganskih transformacij lahko naletimo pri izbiri

topila. Čeprav je voda navadno prva izbira topila za izvedbo takšnih reakcij, je topnost

mnogih organskih molekul v vodi slaba. Naletimo lahko na težave zaradi nezaželjenih

stranskih reakcij, prav tako je lahko težavna tudi ločba. Uporabimo lahko tudi druga topila

kot so etil acetat, heksan ali toluen, vendar ta topila nimajo negativih posledic le na okolje,

ampak vplivajo tudi na zmožnost delovanja celic (Qun, Shanjing in Lehe, 2002). Čeprav se

glukoza dodaja kot vir vodika in ogljika ter kot donor elektronov pri regeneraciji kofaktorjev

pri redukcijah z navadnim kvasom, ima glukoza zanemarljivo topnost v organskih topilih.

11

V literaturi navajajo uspešno uporabo navadnega kvasa za asimetrično redukcijo prokiralnih

ketonov v glicerolu kot topilu. Glicerol je netoksično, polarno, biorazgradljivo topilo, ki ga je

možno proizvajati iz obnovljivih virov. Uporabi se lahko kot alternativno, okolju prijazno

topilo, katerega visoka polarnost omogoča raztapljanje glukoze ali saharoze (Wolfson,

Haddad, Dlugy, Tavor in Shotland, 2008).

Yadav, Reddy, Sreelakshmi, Kumar in Rao (2008) so za redukcijo ketona uporabili

biokatalizatorje iz celic korenja, Daucus carota in vodo kot topilo za stereoselektivne

redukcije ketonov. Yadav, Nanda, Reddy in Rao (2002) so ugotovili, da uporaba koreninskih

celic Daucus carota za redukcijo različnih prokiralnih ketonov omogoča pretvorbo v optično

aktivne sekundarne alkohole z odlično enantioselektivnostjo in dobrimi izkoristki.

12

4 Namen in cilj diplomskega dela

Namen diplomskega dela je bila selektivna redukcija pripojenih 5-oksopiran-2-onov (I) do

alkoholov (II) z uporabo:

· reducenta NaBH4,

· hidrogeniranjem s prenosom vodika v prisotnosti katalizatorja,

· bioorganske transformacije z uporabo gliv kvasovk.

Ker na redukcijo različnih pripojenih 5-oksopiran-2-onov vpliva uporaba različnih pogojev,

bomo te optimizirali tako, da bo pretvorba do željenih alkoholov čim boljša. Pogoje bomo

skušali optimizirati tako, da se ne bo reduciral laktonski obroč.

I II I

13

5 Rezultati in razprava

Piran-2-onski obroč je močno dovzeten za nukleofilni napad na elektrofilnih centrih C2, C4

in C6. Iz piran-2-onov so se razvili različni sintetzni pristopi za pripravo arenov in

heteroarenov. Prisotnost 3-aminske skupine na 2H-piran-2-onu ali pripojenem piran-2-onu

odpre dodatne možnosti za njihovo uporabo kot gradnike v heterociklični kemiji (Požgan,

Kranjc, Kepe, Polanc in Kočevar, 2007).

Izhodnih spojin nismo pripravljali, so pa bile pripravljene po postopkih, ki so navedeni

spodaj.

5.1 Izhodne spojine

Sinteza 3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (1) po postopku, opisanem v: »An

“One-pot” Synthesis of Substituted 3-Benzoylamino-5-oxo-5,6,7,8-Tetrahydrocoumarins«

(Kočevar, Polanc, Tišler in Verček, 1989).

Slika 17: Shema sinteze 3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarina

Spojine 2 (3-amino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarin), 3 (3-amino-5-okso-6,7-

dihidrociklopenta[b]piran-2-on) in 8 (N-(2,5-diokso-2,5,6,7-tetrahidrociklopenta[b]piran-3-

il)benzamid) so bile narejene po postopku opisanem v Acta Chimica Slovenica (Kočevar,

1996).

Slika 18: Izhodne spojine 2 (3-amino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarin), 3 (3-amino-5-okso-

6,7-dihidrociklopenta[b]piran-2-on) in 8 (N-(2,5-diokso-2,5,6,7-tetrahidrociklopenta[b]piran-

3-il)benzamid)

14

5.2 Redukcije pripojenih 5-oksopiran-2-onov z NaBH4

Z reducentom NaBH4 smo ob različnih reakcijskih pogojih reducirali derivate 5-oksopiran-2-

ona do željenih alkoholov.

Pri redukciji spojin 1 in 2 smo uporabili 2.5 molska ekvivalenta NaBH4 glede na izbrani 5-

oksopiran-2-on. Reakciji smo izvajali pri sobni temperaturi. NaBH4 smo pred dodatkom v

reakcijsko zmes raztopili v destilirani vodi. Kot topilo za spojini 1 in 2 smo uporabili MeOH,

v katerem sta bili izhodni spojini slabo topni. Spojino 4 smo izolirali s slabim 19 %

izkoristkom, medtem, ko je spojina 5 nastala z odličnim 92 % izkoristkom. Pri redukciji

spojine 1 do spojine 4 je nastal še stranski produkt, spojina 7, katerega domnevna struktura je

narisana na sliki 16. Za dokončno potrditev te strukture bi potrebovali dodatne NMR in ostale

analizne tehnike.

Za redukcijo spojine 3 smo uporabili 2 molska ekvivalenta NaBH4, ki ga predhodno nismo

raztopili v vodi kot pri redukciji spojine 1 in 2. Reakcijo smo izvajali pri sobni temperaturi.

Kot topilo za spojino 3 smo uporabili MeOH, v katerem se je izhodna spojina slabo topila.

Ob dodajanju trdnega NaBH4 se je izhodna spojina 3 pričela postopoma raztapljati. Spojina 6

je nastala s 15 % izkoristkom, kar nakazuje na to, da najverjetneje večina produkta razpade

oz. bolj ostaja v vodi. Na težave smo naleteli pri ekstrakciji produktov 5 in 6, saj sta se oba

zelo dobro topila v vodi in je bilo zato potrebno večkratno ekstrahiranje kot pri ekstrakciji

produkta 4, ki je bil v vodi slabo topen. Pri redukciji spojine 8 (N-(2,5-diokso-2,5,6,7-

tetrahidrociklopenta[b]piran-3-il)benzamid) smo uporabili 3 molske ekvivalente NaBH4,

vendar se je izkazalo, da je bilo to premalo, saj je po 30 minutah reakcije še vedno bila

prisotna izhodna spojina 8. Pri naslednjem poskusu smo spojino 8 reducirali s 4 ekvivalenti

NaBH4 vendar tudi ta redukcija po 18 urah ni dala željenih sprememb, kar smo potrdili z 1H

NMR spektroskopijo.

Slika 19: Redukcija spojin 1 in 2

15

Slika 20: Spojina 7

Slika 21: Redukcija spojin 3 in 8

Pri produktu 5 smo aminske in hidroksilne vodike (dva na dušiku in en na kisiku) potrdili z

1H NMR v topilu DMSO-d6 + D2O, kjer so signali za te tri vodike izginili, kar je prikazano na

sliki 22. Prav tako je signal za 5-CH v samem DMSO-d6 dublet dubleta (kvartet), v DMSO-d6

+ D2O pa triplet, saj tako ni več sklopljen z vodikom iz hidroksilne skupine (Slika 23).

Slika 22: Prikaz signalov za 1H NMR v topilu DMSO-d6 + D2O in DMSO-d6 za spojino 5

DMSO-d6 + D2O

DMSO-d6

16

Slika 23: Prikaz kvarteta in tripleta za 5-CH za spojino 5

Spojino 1 smo do spojine 4 reducirali pod različnimi pogoji:

Spojino 1 smo reducirali s 4 molskimi ekvivalenti NaBH4 v MeOH/DCM (1:1) kot topilu.

Reakcijo smo ves čas izvajali na ledu. Na začetku reakcije smo dodali 1 mmol NaBH4,

raztopljenega v manjši količini MeOH. TLC smo izvajali na 20 min. Po 150 min smo s TLC

še vedno opazili prisotnost izhodne spojine in zato dodali še 1 mmol NaBH4, raztopljenega v

manjši količini H2O. Po 30 min (skupno 180 min) na TLC ni bilo več prisotne izhodne

spojine, vendar je bilo opaziti še dve manj intenzivni lisi. Z 1H NMR smo potrdili, da smo

dobili zmes produktov.

Podobno smo izvedli naslednjo redukcijo spojine 1, le da smo reakcijo izvajali na ledu samo

ob dodajanju NaBH4 (3 ekvivalentov), raztopljenega v manjši količini H2O. Po 48 urah smo

reakcijo prekinili z razredčeno HCl (1M, 5 mL). Zmes produktov smo ločili z radialno

kromatografijo ter z analiznimi tehnikami potrdili strukturi 4 in 7, vendar še vedno nista bili

dovolj čisti za 13

C NMR.

DMSO-d6 + D2O

DMSO-d6

17

Redukcijo spojine 1 smo vzporedno izvajali pod tremi različnimi pogoji, da bi videli ali lahko

spojino 1 pretvorimo do spojine 4 tako, da zraven ne bi nastajal stranski produkt 7. Vse tri

smo izvajali na sobni temperaturi.

1. Pri prvi smo reducirali spojino 1 v dvofaznem sistemu. Raztopili smo jo v THF/H2O

(10:1). Dodali smo 1.5 ekvivalenta NaBH4. Po dodatku celotnega NaBH4 smo dodali

(NH4)2SO4.

2. Pri drugi reakciji smo za topilo spojine 1 uporabili MeOH in toliko DCM, da se je

vzorec raztopil. NaBH4, raztopljen v manjši količini H2O, smo dodajali po kapljicah.

3. Postopek je bil enak kot pri drugi reakciji. Po 150 min smo zmes produktov

ekstrahirali, posušili in nato skušali z dodatkom HCl (1M, 5 mL) in DCM (10 mL)

zmes produktov pretvoriti do spojine 7. Reakcijo smo 160 min spremljali s TLC,

vendar ni dala željenih pretvorb, saj so lise na TLC ostale enake. Reakcijo smo pustili

mešati čez noč, vendar tudi ta ni pokazala sprememb glede na TLC in 1H NMR.

Vse tri reakcije smo vzporedno spremljali s TLC. Po 150 min je izhodna spojina 1 pri vseh

treh primerih zreagirala. Glede na TLC so vse reakcije potekale bolj ali manj enako hitro.

Podobnost zmesi produktov smo dokazali z 1H NMR. Pri vseh treh sta nastala produkta 4 in 7

zato smo se odločili zmesi vseh treh produktov združiti in jih skušati pretvoriti do produkta 7.

S tem smo skušali ugotoviti ali spojina 7 nastaja preko spojine 4. Zmesi produktov 4 in 7 smo

dodali HCl (1M, 5 mL) in THF (3 mL). Reakcijsko zmes smo mešali na sobni temperaturi 3

dni. TLC smo naredili vsakih 24 ur. Po 24 urah še ni bilo opaznih sprememb. Po 48 urah so

se lise spojin 4 in 7 pričele ločiti oz. “vleči” skozi celotni kromatogram. To bi lahko

pomenilo, da se je laktonski obroč pričel odpirati. Kromatogrami so prikazani na Sliki 24.

18

Slika 24: TLC kromatogram za redukcijo spojine 1 do produkta 4 in stranskega produkta,

spojine 7

19

5.3 Hidrogeniranje 3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (1) s

prenosom vodika v prisotnosti katalizatorja

Spojino 1 smo želeli selektivno reducirati do spojine 4 v prisotnosti 1 mol% rutenijevega

katalizatorja, RuCl2(PPh3)3. Dodali smo bazo t-BuOK (4 mol%), kot topilo pa smo uporabili

i-PrOH, ki je obenem tudi služil kot donor vodika. Reakcija je potekala 2 uri pod refluksom v

inertni atmosferi argona pri temperaturi vrelišča reakcijske zmesi. Z 1H NMR spektroskopijo

smo potrdili, da pod temi pogoji nismo uspeli reducirati spojine 1 do željenega alkohola 4.

Slika 25: Rutenijev katalizator

Slika 26: Hidrogeniranje spojine 1 s prenosom vodika v prisotnosti katalizatorja

5.4 Encimska redukcija 3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (1)

Za bioorgansko transformacijo spojine 1 do spojine 4 smo uporabili suh kvas

(Saccharomyces cerevisiae). Reakcijo smo izvedeli po postopku opisanem v: »Baker’s yeast

catalyzed asymmetric reduction of methyl acetoacetate in glycerol containing systems.«

(Wolfson idr. 2008). Wolfson idr. 2008 so ugotovili, da je dodatku sladkorja (saharoze ali

glukoze) mogoče pripisati minimalno povečanje pretvorbe hidrogeniranja in rahlo povečanje

regeneracije kofaktorjev navadnega kvasa. V literaturi je navedena primerjava med uporabo

glicerola in vode kot topila. Enantioselektivnost je bila v glicerolu boljša, vendar aktivnost

manjša kot v vodi.

20

Kot topilo smo uporabili vodo z dodatkom D-glukoze. Spojino 1 smo predhodno raztopili v

minimalni količini etanola (nismo uporabili metanola, saj ta negativno vpliva na kvasovke).

Zmes smo inkubirali 10 dni na vodni kopeli pri 37–38 ºC. Kljub ugodnim pogojem, reakcija

ni dala željene pretvorbe spojine 1 do spojine 4, kar smo potrdili s 1H NMR. Možno je, da je

bila inkubacijska doba desetih dni predolga, saj bi lahko produkt 4 v tem času razpadel.

Slika 27: Encimska redukcija

21

6 Eksperimentalni del

6.1 Metode in aparature

Za tehtanje vseh reagentov in produktov smo uporabljali tehtnico proizvajalca METTLER

TOLEDO, model AB204-S.

Pri delu v laboratoriju smo uporabljali topila in reagente proizvajalcev Aldrich in Fluka.

Topil nismo dodatno sušili.

IR spektri so bili posneti na spektrometru proizvajalca Bruker, ALPHA FTIR.

HRMS meritve so bile opravljene z napravo Agilent 6224 Accurate Mass TOF LC/MS.

1H in

13C NMR spektri so bili posneti z Bruker Avance III 500 in Bruker Avance DPX 300

spektrometrom. 13

C NMR spektri so bili posneti pri 75,5 MHz in 125,7 MHz. 1H NMR

spektri so bili posneti pri 300 MHz in 500 MHz. Za topilo smo uporabili CDCl3 (za spojini 1

in 4) in DMSO-d6 (za spojine 2, 3, 5, 6). 13

C NMR spektre smo kalibrirali na sredinski signal

topil: 39,5 ppm za DMSO-d6 in 77,0 ppm za CDCl3.

TLC (tankoplastna kromatografija) smo uporabljali za spremljanje poteka reakcij. Za

detekcijo lis sta bili uporabljeni dve valovni dolžini UV svetlobe, 254 nm in 365 nm. Ploščice

uporabljene za TLC so bile Fluka Silica gel 60 na aluminijastih nosilcih, s fluorescenčnim

indikatorjem (254 nm).

Radialna kromatografija je bila uporabljena za ločevanje produktov. Plošče smo pripravili z

Merck Kieselgel 60 PF254 silikagelom. Uporabili smo kromatotron 7924T, proizvajalca

Harrison Research.

Tališča končnih produktov smo določevali z uporabo Koflerjevega mikroskopa z ogrevalno

mizico, Leica Galen III. Tališča so nekorigirana.

22

6.2 Redukcije pripojenih 5-oksopiran-2-onov

6.2.1 Sinteza 3-benzoilamino-5-hidroksi-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (4)

3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarin (1) (283 mg, 1 mmol) in MeOH (5 mL)

smo v bučki z magnetnim mešalom mešali 5 min pri sobni temperaturi. Med tem smo v čaši

zatehtali NaBH4 (94 mg, 2.48 mmol) in ga raztopili v H2O (2.5 mL) in nato raztopino po

kapljicah dodajali v bučko k spojini 1 (10 min). Po dodatku vse raztopine NaBH4 smo pustili

mešati raztopino še 10 min. S TLC smo preverili, če je izhodna spojina zreagirala, in nato

topilo (MeOH) uparili pri znižanem tlaku. Preostalo zmes smo ekstrahirali z DCM (3×10 mL)

in vodo. Organske faze smo združili in jih sušili z brezvodnim natrijevim sulfatom in filtrirali

skozi filter papir. Topilo smo nato uparili na rotavaporju. Dobili smo 120 mg nečistega

produkta ( = 42 %, oranžno-rumene barve). Tega smo ločili z radialno kromatografijo

(SiO2). Za mobilno fazo smo uporabili etil acetat : petroleter (1:5). Topilo smo uparili na

rotavaporju. Dobili smo 53 mg svetlo oranžnega trdnega produkta 4 ( = 19 %) in 4 mg

belega penastega produkta 7 ( = 2 %).

Spojina 4 (3-benzoilamino-5-hidroksi-5,6,7,8-tetrahidrokumarin)

TLC (EtOAc : Pe = 1:3); Rf = 0,05. Ttal.: 155–157 ºC. IR (cm–1

): 3394, 2929, 2869, 1712,

1663, 1515, 1488, 1358, 1244, 1155, 1062, 770, 706. HRMS: izmerjena za C16H16NO4

(M+H)+: 286.1067, izračunana: 286.1074.

1H NMR (500 MHz, CDCl3): (ppm) = 1.73–1.83

(m, 1H, -CH2), 1.84–1.93 (m, 2H, -CH2), 1.95–2.06 (m, 1H, -CH2), 2.42–2.58 (m, 2H, -CH2),

3.13 (širok s, 1H, -OH), 4.63 (t, J = 4.5 Hz, 1H, 5-CH), 7.48 (m, 2H, Ph), 7.56 (m, 1H, Ph),

7.85 (m, 2H, Ph), 8.49 (s, 1H, 4-CH), 8.62 (s, 1H, -NH). 13

C NMR (125 MHz, CDCl3):

(ppm) = 166.0, 159.8, 154.5, 133.4, 132.3, 128.8, 127.1, 125.8, 123.2, 116.1, 65.6, 31.0,

26.9, 17.1.

Spojina 7 (N-(2-okso-6,7,8,8a-tetrahidro-2H-1-cikloheksapiran-3-il)benzamid)

TLC (EtOAc : Pe = 3:1); Rf = 0,39. Ttal.: 141–145 ºC. IR (cm–1

): 3398, 2945, 2869, 2820,

1708, 1668, 1518, 1489, 1400, 1355, 1186, 707. HRMS: izmerjena za C16H16NO3 (M+H)+:

23

270.1124, izračunana: 270.1125. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): (ppm) = 1.59–1.67 (m, 1H,

-CH2), 1.70–1.78 (m, 1H, -CH2), 1.82–1.89 (m, 1H, -CH2), 2.18 (m, 1H, -CH2), 2.24 (m, 2H,

-CH2), 5.22 (m, 1H, 8a-CH), 6.18 (širok t, J = 4 Hz, 1H, 5-CH), 7.53 (m, 2H, Ph), 7.60 (m,

1H, Ph), 7.72 (s, 1H, 4-CH), 7.89 (m, 2H, Ph), 9.27 (s, 1H, -NH).

24

6.2.2 Sinteza 3-amino-5-hidroksi-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (5)

3-amino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarin (2) (89 mg, 0,5 mmol) smo raztopili v MeOH (5

mL) in mešali 5 min pri sobni temperaturi. Med tem smo zatehtali NaBH4 (37 mg, 1 mmol)

in ga raztopili v H2O (2.5 mL) in nato raztopino po kapljicah dodajali v bučko k spojini 1 (10

min). Topilo (MeOH) smo odparili na rotavaporju. Nato smo dodali toliko NaHCO3, da ga je

ostala manjša količina neraztopljenega, in zmes ekstrahirali z EtOAc (10×5 mL). Organsko

fazo smo nato sušili z brezvodnim natrijevim sulfatom in filtrirali skozi filter papir. Topilo

smo uparili na rotavaporju. Dobili smo 83 mg belega trdnega produkta 5 ( = 93 %). Spojino

5 smo za namen 13

C NMR analize prekristalizirali v EtOAc.

TLC (EtOAc : MeOH = 19:1); Rf = 0,40. Ttal.: 149–153 ºC. IR (cm–1

): 3414, 3322, 2946,

1696, 1638, 1619, 1562, 1391, 1066, 994, 767. HRMS: izmerjena za C9H12NO3 (M+H)+:

182.0806, izračunana: 182.0812. 1H NMR (300 MHz, DMSO): (ppm) = 1.53–1.66 (m, 2H,

-CH2), 1.68–1.91 (m, 2H, -CH2), 2.32–2.42 (m, 2H, -CH2), 4.27 (m, 1H, 5-CH), 5.03 (d, J =

6.3 Hz, 1H, -OH), 5.09 (s, 2H, NH2), 6.39 (s, 1H, 4-CH). 13

C NMR (125 MHz, DMSO):

(ppm) = 159.9, 146.6, 132.0, 116.8, 112.1, 64.4, 31.4, 26.0, 17.6.

25

6.2.3 Sinteza 3-amino-5-hidroksi-6,7-dihidrociklopenta[b]piran-2(5H)-ona (6)

3-amino-6,7,-dihidrociklopenta[b]piran-2,5-dion (3) (165 mg, 1 mmol) smo raztopili v

MeOH (5 mL) in pri sobni temperaturi pustili mešati 5 min. Trden NaBH4 (75 mg, 2 mmol)

smo s spatulo počasi dodajali (5 min). Nato smo dodali H2O (5 mL) in ekstrahirali z EtOAc

(10×5 mL). Organske faze smo združili, jih sušili z brezvodnim natrijevim sulfatom in

filtrirali skozi filter papir. Zmes produktov smo nato ločili z radialno kromatografijo na 1 mm

plošči SiO2 (mobilna faza: EtOAc : Pe = 4:1 na začetku, nato povečevanje polarnosti z

dodajanjem EtOAc in nato še acetona). Dobili smo 25 mg svetlo rjavega trdnega produkta 6

( = 15 %).

TLC (EtOAc : Pe = 5:1); Rf = 0,16. Ttal.:136–140 ºC. IR (cm–1

): 3416, 3323, 2921, 2852,

1687, 1633, 1605, 1552, 1393, 1145, 1031, 1016, 954, 857, 769. HRMS: izmerjena za

C8H10NO3 (M+H)+: 168.0655, izračunana 168.0655.

1H NMR (300 MHz, DMSO): (ppm)

= 1.71 (m, 1H, -CH2), 2.33 (m, 1H, -CH2), 2.52 (m, 1H, -CH2), 2.72 (m, 1H, -CH2), 4.79 (m,

1H, 5-CH), 5.13 (d, J = 3 Hz, 1H, -OH), 5.17 (s, 2H, -NH2), 6.42 (s, 1H, 4-CH). 13

C NMR

(75 MHz, DMSO): (ppm) = 161.3, 149.6, 132.6, 120.5, 109.1, 71.9, 32.2, 28.0.

26

6.2.4 Redukcija izhodne spojine 1 (3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-

tetrahidrokumarin) s prenosom vodika

V degaziran i-PrOH smo dodali RuCl2(PPh3)3 (5 mg, 0.005 mmol), t-BuOK (2.2 mg, 0.0196

mmol) in mešali 30 min. Nato smo dodali substrat 1 (141 mg, 0.498 mmol) in reakcijsko

zmes mešali pod refluksom v inertni atmosferi (argon) pri vrelišču reakcijske zmesi 2 uri.

Reakcijsko zmes smo uparili in analizirali z 1H NMR. Ugotovili smo, da nismo uspeli dobiti

alkohola 4.

6.2.5 Sinteza 3-benzoilamino-5-hidroksi-5,6,7,8-tetrahidrokumarina (4) s suhim

kvasom

D-glukozo (5 g, 27.75 mmol), 28 g suhega kvasa in 100 mL vode smo zmešali in nato dodali

3-benzoilamino-5-okso-5,6,7,8-tetrahidrokumarin (1) (708 mg, 2.5 mmol), ki smo ga

predhodmo raztopili v EtOH (2.5 mL). Zmes smo inkubirali 10 dni na vodni kopeli pri 37–38

ºC. S 1H NMR smo potrdili, da nismo uspeli dobiti alkohola 4.

27

7 Zaključek

Diplomska naloga vsebuje raziskave selektivne redukcije različnih pripojenih 5-oksopiran-2-

onov. Da bi ugotovili kako učinkovito reducirati izbrane pripojene 5-oksopiran-2-one s čim

višjim izkoristkom, smo poskusili več različnih pogojev pri redukciji z reducentom NaBH4.

Ugotovili smo, da se je za najboljšo možnost izvedbe reakcije izkazal NaBH4 raztopljen v

H2O in MeOH kot topilo. Pri redukciji 5-oksopiran-2-onskega derivata 1 z benzoilaminsko

skupino na mestu 3 smo ustrezni alkohol 4, izolirali s slabim 19 % izkoristkom, medtem ko je

redukcija 3-amino analoga 2 vodila do nastanka alkohola 5 z odličnim 92 % izkoristkom. Pri

redukciji spojine 1 smo poleg željenega produkta 4 izolirali tudi manjšo količino spojine 7,

vendar bi bilo za popolno potrditev njene strukture potrebno opraviti še druge NMR študije.

Redukcija piran-2-on analoga derivata 3 s trdnim NaBH4 je dala ustrezen alkohol 6 s slabim

15 % izkoristkom. Pretvorbo pripojenega 5-oksopiran-2-ona 1 do alkohola 4 smo poskusili s

hidrogeniranjem s prenosom vodika v prisotnosti rutenijevega katalizatorja, vendar dani

pogoji niso vodili do ustreznega alkohola. Prav tako pri poskusu bioorganske transformacije

spojine 1 z uporabo gliv kvasovk nismo uspeli potrditi pretvorbe do alkohola. Vse produkte

smo okarakterizirali z 1H NMR,

13C NMR, IR in HRMS.

28

8 Literatura

Arai, N., in Ohkuma, T. (2011). Science of Synthesis: Stereoselective Synthesis. Thieme:

Stuttgart, 2, 9–57.

Aoyama, Y., Katayama, T., Yahamoto, M., Tanaka, H. in Kon K. (1992). A new antitumor

antibiotic product, demethylchartreusin. Isolation and biological activities. The Journal of

Antibiotics, 45(6), 875–878.

Barden, M. C. in Schwartz, J. (1995). Ketone Reduction by Titanocene Borohydride. The

Journal of Organic Chemistry, 60, 5963–5965. doi: 10.1021/jo00123a039

Bauer, G. in Kirchner, K. A. (2011). Well-Defined Bifunctional Iron Catalysts for the

Hydrogenation of Ketones: Iron, the New Ruthenium. Angewandte Chemie International

Edition, 50(26), 5798–5800. doi: 10.1002/anie.201101579

Blaser, H.-U., Malan, C., Pugin, B., Spindler, F., Steiner, H. in Studer, M. (2003). Selective

hydrogenation for fine chemicals: recent trends and new developments, Advanced

Synthesis & Catalysis, 345(1–2), 103–151. doi: 10.1002/adsc.200390000

Bogdal, D. (1998). Coumarins: fast synthesis by Knoevenagel condensation under microwave

irradiation. Journal of Chemical Research, Synopses, (8), 468–469. ISSN 0308-2342

Bourgaud, F., Hehn, A., Larbat, R., Doerper, S., Gontier, E., Kellner, S. in Matern, U. (2006).

Biosynthesis of coumarins in plants: a major pathway still to be unravelled for cytochrome

P450 enzymes. Phytochemistry Reviews, 5, 293–308. doi: 10.1007/s11101-006-9040-2

Chain, E. B., (1958). Chemistry and biochemistry of antibiotics. Annual Review of

Biochemistry, 27(3), 167–222.

Clayden, J., Greeves, N., Warren, S. in Wothers, P. (2001). Organic chemistry. Oxford:

Oxford University Press.

Dewick, P. M. (2006). Essentials of Organic Chemistry. England: John Wiley & Sons Ltd.

Doucet, H., Ohkuma, T., Murata, K., Yokozawa, T., Kozawa, M., Katayama, E., England, A.

F., Ikariya, T. in Noyori, R. (1998). trans‐[RuCl2 (phosphane) 2 (1, 2‐diamine)] and Chiral

trans‐[RuCl2 (diphosphane)(1, 2‐diamine)]: Shelf‐Stable Precatalysts for the Rapid,

Productive, and Stereoselective Hydrogenation of Ketones. Angewandte Chemie

International Edition, 37(12), 1703-1707. doi: 10.1002/(SICI)1521-

3773(19980703)37:12<1703::AID-ANIE1703>3.0.CO;2-I

Firouzabadi, H., Adibi, M., in Ghadami, M. (1998). Modified Borohydride Agents, bis

(triphenylphosphine) (tetra-hydroborato)zinc complex [Zn(BH4)2(PPh3)2] and

(triphenylphosphine) (tetrahydroborato)zinc complex [Zn(BH4)2(PPh3)]. A New Ligand

29

Metal Borohydride as a Stable, Efficient, and Versatile Reducing Agent. Phosphorus,

Sulfur, and Silicon and the Related Elements, 142(1), 191–220. doi:

10.1080/10426509808029675

Fogliato, G., Fronza, G., Fuganti, C., Lanati, S., Rallo, R., Rigoni, R. in Servi, S. (1995).

Baker's Yeast Reduction of Arylidenecycloalkanones. Tetrahedron, 51(37), 10231–10240.

Gemal, A. L. in Luche, J. (1981). Lanthanoids in Organic Synthesis. 6. The Reduction of -

Enones by Sodium Borohydride in the Presence of Lanthanoid Chlorides: Synthetic and

Mechanistic Aspects. Journal of the American Chemical Society, 103(18), 5454–5459. doi:

0002-7863/81/1503-5454$01.25/0

Hodák, K., Jakesová, V. in Dadák,V. (1967). On the antibiotic effect of natural coumarins.

VI. The relation of structure to the antibacterial effects of some natural coumarins and the

neutralization of such effects. Česko-Slovenska Farmacie, 16(2), 86–91.

Ikariya, T., in Blacker, A. J. (2007). Asymmetric Transfer Hydrogenation of Ketones with

Bifunctional Transition Metal-Based Molecular Catalysts. Accounts of Chemical Research,

40(12), 1300–1308. doi: 10.1021/ar700134q

Iranshahi, M., Askari, M., Sahebkar, A. in Hadjipavlou-Litina, D. (2009). Evaluation of

antioxidant, anti-inflammatory and lipoxygenase inhibitory activities of the prenylated

coumarin umbelliprenin. DARU Journal of Pharmaceutical Sciences, 17(2), 99–103.

Pridobljeno s strani: http://ikee.lib.auth.gr/record/226183/files/Litina.pdf

Jiang, Q., Jiang, Y., Xiao, D., Cao, P., in Zhang, X. (1998). Highly enantioselective

hydrogenation of simple ketones catalyzed by a Rh-PennPhos complex. Angewandte

Chemie International Edition, 37(8), 1100–1103. Pridobljeno s strani:

http://research.chem.psu.edu/xzgroup/Assets/publicatioin/ANGEW-1998-1110.pdf

Jones, J. B., Sih, C. J., in Perlman, D. (1976). Applications of biochemical systems in organic

chemistry. Part 2. New York: John Wiley & Sons Ltd.

Kepe, V., Kočevar, M., Polanc, S., Verček, B., in Tišler, M. (1990). A simple and general

one-pot synthesis of some 2H-pyran-2-ones and fused piran-2-ones. Tetrahedron, 46(6),

2081–2088.

Klingler, F. D. (2007). Asymmetric hydrogenation of prochiral amino ketones to amino

alcohols for pharmaceutical use. Accounts of Chemical Research, 40(12), 1367–1376. doi:

10.1021/ar700100e

Kočevar, M. (1996). Acta Chimica Slovenica, 43, 143–152.

Kočevar, M., Polanc, S., Tišler, M. in Verček, B. (1989). An “One-pot” Synthesis of

Substituted 3-Benzoylamino-5-oxo-5,6,7,8-Tetrahydrocoumarins. Synthetic

30

Communications, 19(9-10), 1713–1719. Pridobljeno s strani:

http://dx.doi.org/10.1080/00397918908051070

Luqman, S., Meena, A., Singh, P., Kondratyuk, T. P., Marler, L. E., Pezzuto, J. M. in Negi,

A. S. (2012). Neoflavonoids and Tetrahydroquinolones as Possible Cancer

Chemopreventive Agents. Chemical Biology & Drug Design, 80, 616–24. doi:

10.1111/j.1747-0285.2012.01439.x

Maytum, H. C., Tavassoli, B. in Williams, J. M. (2007). Reduction of aldehydes and ketones

by transfer hydrogenation with 1, 4-butanediol. Organic Letters, 9(21), 4387–4389. doi:

10.1021/ol702029n

Malacea, R., Poli, R., in Manoury, E. (2010). Asymmetric hydrosilylation, transfer

hydrogenation and hydrogenation of ketones catalyzed by iridium complexes.

Coordination Chemistry Reviews, 254(5), 729–752. doi:10.1016/j.ccr.2009.09.033

Moore, C. J., Pollard, D. J., Kosjek, B. in Devine, P. (2007). Advances in the enzymatic

reduction of ketones. Accounts of Chemical Research, 40, 1412–1419. Pridobljeno s

strani: http://anothersample.net/advances-in-the-enzymatic-reduction-of-ketones

Nakamura, K., Yamanaka, R., Matsuda, T. in Harada, T. (2003). Recent developments in

asymmetric reduction of ketones with biocatalysts. Tetrahedron: Asymmetry, 14(18),

2659–2681. doi: 10.1016/S0957-4166(03)00526-3

Noyori, R. in Ohkuma, T. (2001). Asymmetric Catalysis by Architectural and Functional

Molecular Engineering: Practical Chemo-and Stereoselective Hydrogenation of Ketones.

Angewandte Chemie International Edition, 40(1), 40–73.

Ohkuma, T., Ooka, H., Hashiguchi, S., Ikariya, T. in Noyori, R. (1995). Practical

enantioselective hydrogenation of aromatic ketones. Journal of the American Chemical

Society, 117(9), 2675–2676. doi: 10.1021/ja00114a043

Piller, N. B. (1975). A comparison of effectiveness of some anti inflammatory drugs on

thermal oedema. Journal of Experimental Pathology, 56(6), 554–560.

Poole, S. K. in Poole, C.F. (1994). Thin-layer chromatographic method for determination of

the principal polar aromatic flavour compound of the cinnamons of commerce. The

Analyst, 199(1), 113–120.

Požgan, F., Kranjc, K., Kepe, V., Polanc, S. in Kočevar, M. (2007). Synthesis of 2H-pyran-2-

ones and fused pyran-2-ones as useful building blocks. ARKIVOC, viii, 97–111. ISSN

1424–6376

31

Požgan, F. in Štefane, B. (2014). Advances in catalyst system for the asymmetric

hydrogenation and transfer hydrogenation of ketones. Catalysis reviews: Science and

engineering, 56(1), 82–174, doi:10.1080/ 01614940.2013.869461

Qun, J., Shanjing, Y. in Lehe, M. (2002). Tolerance of immobilized baker’s yeast in organic

solvents. Enzyme and microbial technology, 30(6), 721–725. doi: 10.1016/S0141-

0229(02)00048-0

Rodríguez, S., Kayser, M. M. in Stewart, J. D. (2001). Highly stereoselective reagents for β-

keto ester reductions by genetic engineering of baker's yeast. Journal of the American

Chemical Society, 123(8), 1547–1555. doi: 10.1021/ja0027968

Setamdideh, D., Khezri, B. in Rahmatollahzadeh, M. (2012). Zn(BH4)2/Al2O3: A new

synthetic method for the efficient and convenient reduction of organic carbonyl

compounds to their corresponding alcohols. Journal of the Serbian Chemical Society,

78(1), 1–13. Pridobljeno s strani: http://www.doiserbia.nb.rs/img/doi/0352-

5139/2013/0352-51391200044S.pdf

Shimizu, H., Igarashi, D., Kuriyama, W., Yusa, Y., Sayo, N. in Saito, T. (2007). Asymmetric

hydrogenation of aryl ketones mediated by a copper catalyst. Organic Letters, 9(9), 1655–

1657. doi: 10.1021/ol070289q

Shimizu, H., Nagano, T., Sayo, N., Saito, T., Ohshima, T. in Mashima, K. (2009).

Asymmetric hydrogenation of heteroaromatic ketones and cyclic and acyclic enones

mediated by Cu(I)-chiral diphosphine catalysts. Synlett, 2009(19), 3143–3146. doi:

10.1055/s-0029-1218347

Venugopala, K. N., Rashmi, V. in Odhav, B. (2013). Review on natural coumarin lead

compounds for their pharmacological activity. BioMed Research International, 2013, 1–

14. doi:10.1155/2013/963248

Yadav, J. S., Nanda, S., Reddy, P. T. in Rao, A. B. (2002). Efficient enantioselective

reduction of ketones with Daucus carota root. Journal of Organic Chemistry, 67(11),

3900–3903. doi: 10.1021/jo010399p

Yadav, J. S., Reddy, P. T., Sreelakshmi, C., Kumar, G. G. K. S. N. in Rao, A. B. (2008).

Enantioselective reduction of 2-substituted tetrahydropyran-4-ones using Daucus carota

plant cells. Tetrahedron Letters, 49, 2768–2771. doi: 10.1016/j.tetlet.2008.02.131

Yang, D., Gu, T., Wang, T. in Ma, C. (2010). Effects of osthole on migration and invasion in

breast cancer cells. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry, 74(7), 1430–1434.

Pridobljeno s strani: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4515521/

32

Wolfson, A., Haddad, N., Dlugy, C., Tavor, D. in Shotland, Y. (2008). Baker’s yeast

catalyzed asymmetric reduction of methyl acetoacetate in glycerol containing systems.

Organic communications, 1(2), 9–16. Pridobljeno s strani:

www.acgpubs.org/OC/index.htm