Препаративные методы синтеза циклических кетодиолов LII и енкетолов LIII, являющихся ключевыми соединениями в полном синтезе стероидов, простаноидов и других биологически активных молекул, представляют собой пример изоксазольного метода функционализации циклоалканов.

В изоксазольных схемах синтеза простаноидных предшественников — метиленциклопентанонов ключевой стадией является расщепление из-оксазолинов LIV и LV гидрированием над Ni-Ra в мягких условиях с образованием оксикетонов и последующей дегидратацией их в α,β-не-предельные кетоны LVIa, LVI6.

Разработана схема синтеза функционализированных предшественников простаноидов LIX, LXII, в которой ключевыми реакциями являются образование и расщепление изоксазолинов LVII, LX и конденсация γ-кетоальдегидов LVIII или дикетонов LXI.

Аналогичный подход был применен для синтеза простаноидных синтонов исходя из диэтилацеталя акролеина. Изоксазольный метод генерирования оксикетонного фрагмента широко используется в синтезе других природных соединений и их аналогов. Образцовым примером использования всех этапов изоксазольной стратегии в. синтезе природных соединений является полный синтез бластмицинона, когда подбор субстратов и реагентов обеспечил проведение реакций в условиях стереоконтроля. При использовании нитрилоксида с α-асимметрическим центром и алкена с алкоксизаместителем в аллильном положении осуществлен стереоселективный синтез изо-сазолина, который после алкилирования был гидрогенолизом превращен в оксикетон с заданной стереохимией в α'-, α-, β- и -γ-центрах.

2.3.4. Восстановительное расщепление 2-изоксазолинов в γ-аминоспирты.

Гидрогенолиз изоксазолинов в аминоспирты — ключевая стадия синтеза многих природных соединений, таких, как оксиаминокислоты, моносахара и другие. Предполагают, что в зависимости от природы Восстанавливающего агента расщепление изоксазолина в аминоспирт может идти через оксиимин или изоксазолидин LXIII. Первый путь представляет собой гидрогенолиз цикла в оксиимин, дальнейшее восстановление которого приводит к аминоспирту XXXV. Второй путь предусматривает предварительное полное насыщение цикла, которое практически может быть осуществлено через его метилирование с образованием изоксазолиниевой соли и восстановлением в изоксазолидин LXIII гидридом металла. Для расщепления изоксазолидина используют амальгаму алюминия в водных растворах.

Подробно исследована стереохимия превращений замещенных изоксазолинов в аминоспирты, стереоселективность различных восстанав­ливающих агентов и другие факторы стереоконтроля реакции. Наилучшим восстановителем, как с точки зрения выхода аминоспирта, так и селективности, оказался алюмогидрид лития, способствующий «эритро»-селективности реакции.

Стереоселективность литийалюмогидридного восстановления заметно снижается при взаимном 4,5-грсшс-р'асположении заместителей в гетероцикле и увеличивается при наличии алкоксизаместителей при атоме С(5). При переходе от гидрокси- к алкоксизаместителю стереоселективность заметно возрастает (ср. LXVIII и LXXII; LXX и LXXI). Для алкильных и арильных заместителей при С(5) обнаружен анти-ориентирующий эффект, заместители с гидроксигруппой являются син-ориентантами. Маленький по объему реакционноспособный алюмогидрид лития чувствителен к строению и объему заместителей гетероцикла потому, что координируется за счет хелатирования лития и кислорода цикла, при этом алюминий и водород размещаются над связью С—N с наиболее доступной стороны и увеличивается общая анти-стереоселективность процесса восстановления. В субстратах, имеющих алкильные и фенильные заместители, анти-направление контролируется размером заместителя и можно предположить переходное -остояние (Е) для переноса водорода из алюминат-аниона. В случае субстратов с гидроксифункциями возникает дополнительный координационный комплекс, и гидридный перенос предпочтительнее из алкокси-алюминатного комплекса (F), поэтому заместители такого рода являются син-ориентантами.

Высокая диастереоселективность наблюдается при восстановлении изоксазолинов, имеющих при атоме С(5) диоксолановую группировку, а также фуро- и дигидрофуроизоксазолинов, в которых кисло­родсодержащий заместитель жестко закреплен в [3.3.0] бициклической системе. Исследована также степень асимметрической индукции заместителей цикла в условиях литийалюмогидридного восстановления и установлено, что гидроксиметильные заместители при атомах С(3) и С(5) уменьшают степень асимметрической индукции, при этом наибольшее влияние оказывает заместитель при С(5) [86, 90]. Сравнением эффектов заместителей при С(4) и С(5) также выявлено преобладающее влияние заместителя при С(5): 1,3-индукция преобладает над 1,2-индукцией. Диоксолановый заместитель, способствуя стереоселективному раскрытию цикла, вызывает уменьшение степени асимметрической индукции.

Исследование процесса последовательного восстановления через изоксазолидин показало, что восстанавливающие агенты средней силы (NaBH4) или очень реакционноспособные объемные агенты (L-селектрид) нечувствительны к заместителям цикла, но при этом подходят к молекуле изоксазолина с наиболее доступной стороны. Восстановление изоксазолинов водородом в присутствии амальгам происходит нестереоспецифично — по-видимому, из-за первоначального разрыва цикла по связи N—О с последующим восстановлением связи C—N. Такое же нестереоспецифическое раскрытие, приводящее к стерео-изомерной смеси аминоспиртов (3:2), наблюдается и при гидрировании над катализатором Адамса.

2.3.5. Восстановительное расщепление изоксазолов

Раскрытие изоксазольного цикла происходит при каталитическом гидрировании, обычно используемые катализаторы — палладий на носителях, Ni-Ra, окись платины; выходы препаративные. В зависимости от условий восстановления образуются β-енаминокетоны XXX или р-дикетоны XXXII.

Синтез полифункциональных енаминокетонов LXXVI и β-дикетонов LXXVII осуществлен из изоксазолов LXXVIII путем последовательной модификации заместителей и восстановительного расщепления цикла в производных LXXIX; дикетоны получали кислотным гидролизом енаминокетонов.

Превращение изоксазолов через енаминокетоны в непредельные кетоны LXXXI и LXXXII путем расщепления по Берчу с последующим дезаминированием либо каталитическим гидрогенолизом цикла и последующим восстановлением ацилированного производного LXXXIII успешно применено в синтезе простагландинов. Использование изоксазольной стратегии для конструирования цепи простаноидов основано на синтезе изоксазолзамещенных циклопентанонов LXXX, расщепление гетероцикла в которых дает природную цепь простагландина.

Рециклизация енаминокетонов или их производных по карбонильной группе открывает возможности синтеза других азотсодержащих гетероциклов. Такой путь использован для разработки синтеза 8-азапростаноидов.

Аналогичным процессом рециклизации α-гидроксикетоенаминс LXXXVII из изоксазольных производных стероидов LXXXVIII является одностадийное каталитическое восстановление последних над Ni-Ra уксусной кислоте. В последние годы и основе этой реакции разработаны методы синтеза дигидрофуранонов LXXXIX, являющихся центральными структурными фрагментами целого ряда природных соединений.

Результаты исследований последних лет в достаточно полной мере отражают и достоинства, и проблемы изоксазольной стратегии синтеза функционализированных органических молекул. Выявлены различные структурные факторы стереоконтроля процессов образования, модификации и раскрытия изоксазольного цикла, найдены селективные реагенты, разработана методология выбора защитных групп при синтезе полифункциональных соединений, в ряде случаев удалось осуществить стереоселективный препаративный синтез. Для тех молекул, у которых удельный вес изоксазольного фрагмента существен, есть опыт по предсказанию стереонаправленности реакций, причем электронное и пространственное усложнение молекулы до определенного предела повышает стереоселективность всех этапов синтеза. Такую ситуацию мы как раз имеем при синтезе природных соединений, когда довольно большие объемы всей молекулы и заместителей гетероцикла являются факторами стереоконтроля, — до тех пор, однако, пока эти факторы не препятствуют возможности самой реакции. Стереохимические проблемы изоксазольного метода связаны в основном с разработкой новых селективных реагентов и техники селективных реакций. В настоящее время реализация задачи полного синтеза природных соединений и синтеза аналогов обеспечивает бурный прогресс в этой области циональных групп либо в цикл, либо в экзоциклическое положение; раскрытие цикла, приводящее к бифункциональному производному

Список литературы

1. Лахвич Ф.А., Е.В. Королева, А.А. Ахрем. Синтез, химические трансформации и проблемы применения производных изоксазола в полном химическом синтезе природных соединений // Химия гетероциклических соединений. 1989, №4, СС. 435-453

2. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. – М.: Высш. шк., 1973. - 623 с.

3. Десенко С.М. Азагетероциклы на основе ароматических непредельных кетонов. Харьков: Фолио, 1998, 148с.

4. В. Ф. Травень. Органическая химия. Том 1. – М.: Академкнига, 2004, - 708 с.

5. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2-х кн. - М.:Химия, 1994.- 848 с.

6. Джилкрист Т. Химия гетероциклических соединений. М.: Мир, 1996, 464с.

7. Терней А. Современная органическая химия: В 2 т. - М.: Мир, 1981. - Т.1 - 670 с; Т.2 - 615 с.

8. Лернер И.М.. Указатель препаративных синтезов органических соединений. Л.: Химия, 1982, 280с.