UNIVERZITET U BEOGRADU HEMIJSKI FAKULTET Vesna D. Vitnik EKSPERIMENTALNO I RAČUNARSKO PROUČAVANJE MEHANIZMA REAKCIJE KETONA SA BROMOFORMOM -doktorska disertacija- Beograd, 2009. HEMIJSKI FAKULTET UNIVERZITET U BEOGRADU Mentor: dr Ivan O. Juranić, redovni profesor Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu Komentor: dr Milovan D. Ivanović, docent Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu Članovi komisije: dr Vladimir D. Pavlović, redovni profesor Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu dr Mira Bjelaković, naučni savetnik Centra za hemiju-IHTM u Beogradu Datum odbrane: ________________________ Ova doktorska disertacija urađena je na Katedri za organsku hemiju Hemijskog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Temu disertacije predložili su dr Ivan O. Juranić, redovni profesor Hemijskog fakulteta i dr Milovan D. Ivanović, docent Hemijskog fakulteta, koji su i rukovodili radom. Koristim i ovu priliku da im se najiskrenije zahvalim na izuzetnoj podršci koju su mi pružili, na prenetom znanju i iskustvu i na ukazanom poverenju. Posebno se zahvaljujem dr Vladimiru Pavloviću, redovnom profesoru Hemijskog fakulteta i dr Miri Bjelaković, naučnom savetniku IHTM-a na stalnom interesovanju, korisnim savetima i sugestijama kojima su mi pružili dragocenu pomoć tokom pisanja ovog rada. Naročito se zahvaljujem dr Zorici Juranić, naučnom savetniku Instituta za onkologiju i radiologiju Srbije, na izuzetnoj pomoći koju mi je pružila pri određivanju antiproliferativne aktivnosti ispitivanih jedinjenja i tumačenju dobijenih rezultata. Zahvaljujem se mr Željku Vitniku, asistentu Hemijskog fakulteta, na korisnim sugestijama i na nesebičnoj podršci koju mi je pružio tokom izrade i pisanja ovog rada. Zahvaljujem se koleginicama i kolegama iz odeljenja za instrumentalnu analizu na urađenim analizama i snimljenim spektrima. Takođe se zahvaljujem i koleginicama i kolegama iz Centra za hemiju, IHTM, na pomoći i podršci koju su mi pružili tokom izrade ovog rada. Zahvaljujem se mojoj porodici koja mi je pružila nesebičnu podršku u toku rada. Vesna D. Vitnik Mariji i Savi, za sve sate koje nismo proveli zajedno iv SADRŽAJ Lista skraćenica .................................................................................................... vii 1. UVOD .................................................................................................................1 2. OPŠTI DEO ........................................................................................................3 2.1. SINTEZE KONJUGOVANIH KISELINA........................................................4 2.1.1. Sinteze konjugovanih kiselina iz ketona.................................................4 2.1.2. Sinteze konjugovanih kiselina - ostale metode ....................................10 2.2. SINTEZA I PRIMENA α,β-NEZASIĆENIH ESTARA ..................................27 2.3. REAKCIJE ALDEHIDA I KETONA SA TRIHALOGENMETANIMA - DOBIJANJE α-TRIHALOGENMETILKARBINOLA I NJIHOVA UPOTREBA U SINTEZAMA..............................................................................36 2.3.1. Dobijanje aril α-trihlormetilkarbinola.....................................................36 2.3.2. Reakcije aril α-trihlormetilkarbinola sa nukleofilima .............................37 2.3.3. Novije sinteze α-trihalogenmetilkarbinola ............................................40 2.3.4. α-Trihalogenmetilkarbinoli kao reaktanti ..............................................43 2.4. TEORIJSKO PROUČAVANJE MEHANIZMA ADICIJE DIHALOGENKARBENA ILI TRIHALOGENMETILKARBANJONA NA KARBONILNU GRUPU KETONA I NA ALKENE ..............................................52 2.4.1. Karbonilni ilidi kao intermedijeri u reakciji ketona i aldehida sa dihalogenkarbenima ......................................................................................52 2.4.2. Adicija dihlorkarbena na metanal.........................................................55 2.4.3. Adicija dihlorkarbena na metanal, etanal i benzaldehid .......................57 2.4.4. Adicija dihlorkarbena na alkine ............................................................59 2.4.5. Adicija dihlorkarbena na ciklopropen ...................................................60 2.4.6. Reakcije karbena sa etrima .................................................................62 2.4.7. Mehanizam reakcije adicije CH(4-n)Cln sa hidroksidnim jonom .............62 2.4.8. Mehanizam reakcije prenosa elektrona sa atoma K na trihalogenmetane ...........................................................................................63 2.5. MOPAC-SEMIEMPIRIJSKI MOLEKULSKO-ORBITALNI PROGRAM .......64 v 2.5.1. Semiempirijske metode u MOPAC-u ...................................................64 2.5.2. Mogućnosti MOPAC-a .........................................................................66 3. NAŠI RADOVI...................................................................................................67 3.1. EKSPERIMENTALNO PROUČAVANJE REAKCIJE KETONA SA BROMOFORMOM ............................................................................................68 3.1.1. Uticaj baze na reakciju cikloheksanona sa bromoformom ...................71 3.1.2. Uticaj rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom ..........75 3.1.3. Uticaj temperature, reakcionog vremena i katalizatora na brzinu reakcije cikloheksanona sa bromoformom.....................................................79 3.1.4. Ketoni kao reaktanti u reakciji sa bromoformom pod baznim uslovima.........................................................................................................81 3.2. ISPITIVANJE REAKCIONIH PUTEVA REAKCIJE KETONA SA BROMOFORMOM NA MOLEKULSKO-ORBITALNOM NIVOU........................93 3.2.1. Model cikloheksanon-bromoform i mehanizmi otvaranja epoksidnog intermedijera...............................................................................93 3.2.2. Diskusija rezultata................................................................................95 3.3. ISPITIVANJE ANTIPROLIFERATIVNE AKTIVNOSTI SINTETIZOVANIH KISELINA..........................................................................104 4. EKSPERIMENTALNI DEO..............................................................................106 4.1. Uticaj baza na reakciju cikloheksanona sa bromoformom........................108 4.1.1. Uticaj natrijum-hidroksida...................................................................108 4.1.2. Uticaj kalijum-hidroksida ....................................................................110 4.1.3. Uticaj litijum-hidroksida ......................................................................111 4.1.4. Uticaj DBU .........................................................................................113 4.1.5. Uticaj t-BuOK .....................................................................................114 4.2. Uticaj rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom...............115 4.2.1. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom u toluenu........................115 4.2.2. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom u dihlormetanu...............115 4.2.3. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom koji ima ulogu i rastvarača..... ...............................................................................................115 4.2.4. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom u dimetil-sulfoksidu ........116 4.3. Uticaj vode kao ko-rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom.... ..............................................................................................117 vi 4.4. Uticaj temperature i dužine reakcionog vremena na reakciju cikloheksanona sa bromoformom....................................................................118 4.5. Reakcije ketona sa bromoformom u baznoj sredini..................................119 5. ZAKLJUČAK ...................................................................................................148 6. CONCLUSION................................................................................................151 7. LITERATURA..................................................................................................154 8. BIOGRAFIJA...................................................................................................162 vii Lista skraćenica AIBN Azobisizobutironitril AM1 Austin Model 1-semiempirijska metoda za kvantne proračune molekulske elektronske strukture AMP 2-Amino-2-metilpropanol BFGS Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno-ova metoda za optimizaciju geometrije (Varijanta metode spregnutih gradijenata) B3LYP Adijabatska korekciona metoda koja koristi Becke-ov funkcional izmene i Lee-Yang-Parr-ove korelacione funkcije, hibridni funkcional (hibridni funkcionali su klasa aproksimacija na funkcional energije izmene/korelacije u okviru DFT, koje uključuju deo tačne izmene u Hartree-Fock-ovoj teoriji kao i izmenu i korelaciju iz drugih izvora) B3LYP/6-31G* B3LYP metoda sa 6-31G* osnovnim setom CASSCF Complete active space self-consisted field - samosaglasno polje kompletnog aktivnog prostora CBS (Corey, Bakshi, and Shibata) - hiralni oksazoborolidini CCA Cyclopropyl cationic allyl - ciklopropil katjonsko alilno premeštanje CI Configuration interaction - interakcija konfiguracija CCSD Coupled cluster with single and double substitution operators - metoda izračunavanja u kvantnoj hemiji DBU 1,8-Diazabiciklo[5.4.0]undec-7-en DBN 1,5-Diazabiciklo[4.3.0]non-5-en DFP Davidon-Fletcher-Powell-ova metoda za optimizaciju geometrije DFT Density functional theory - Teorija funkcionala gustine DMAP 4-Dimetilaminopiridin DME 1,2-Dimetoksietan DMF N,N-Dimetilformamid dppb 1,4-bis(Difenilfosfino)butan viii EDSA Etil-(dimetilsulfuraniliden)-acetat EF Egenvector folowing - metoda optimizacije geometrije FBS Fetalni serum govečeta HeLa Ćelijska linija karcinoma grlića materice HF Hartree–Fock-ova metoda HOMO Highest Occupied Molecular Orbital - najviša popunjena molekulska orbitala HOMO-1 Pretposlednja najviša popunjena molekulska orbitala HPLC High-Performance Liquid Chromatography - Tečna hromatografija visokih performansi IC50 Citotoksičnost: IC50 vrednosti su definisane kao koncentracije pri kojima je inhibirano preživljavanje 50% ispitivanih ćelija u odnosu na kontrolni uzorak LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital - najniža nepopunjena molekulska orbitala m-CPBA m-Hlorperbenzoeva kiselina MINDO/3 Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap - semiempirijska metoda za kvantne proračune molekulskih elektronskih struktura u kompjuterskoj hemiji MMX polje sila Jednostavna shema parametara u molekulskoj mehanici MNDO Semiempirijska metoda za kvantne proračune molekulske elektronske strukture MOPAC Molecular Orbital PACkage - kompjuterski program dizajniran da implementira semiempirijske algoritme kvantne mehanike kao što su AM1, PM3, MINDO, MNDO i drugi MPn Møller–Plesset perturbation theory of order n - Møller–Plesset- ova perturbaciona teorija n-tog reda MTT 3-(4,5-Dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolijum-bromid NBS N-Bromsukcinimid PBMC Peripheral Blood Mononuclear Cells. Ćelije limfocita PBMC+PHA PBMC ćelije koje su stimulisane fitohemaglutininom (PHA) PDE-4 Fosfodiesteraza 4 PM3 Parameterized Model number 3 - semiempirijska metoda za kvantne proračune molekulske elektronske strukture ix PPE Površina potencijalne energije PTC Phase Transfer Catalyst - Katalizator za prenos između faza SADDLE Prevojna tačka na površini potencijalne energije st Sobna temperatura TBAB Tetrabutilamonijum-bromid TEBA Trietilbenzilamonijum-hlorid TLC Tankoslojna hromatografija TMSCN Trimetilsilil-cijanid (Me3SiCN) TS Transition state - Prelazno stanje VPA Valproična kiselina 1. UVOD 2 Cilj ovog rada je bio da se eksperimentalnim i računarskim putem prouči mehanizam reakcije ketona sa bromoformom, pri čemu je kao model-jedinjenje odabran cikloheksanon. Utvrđivanje mehanizma ove reakcije od posebnog je značaja za sintezu α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina i njihovih estara, zatim α-amino-kiselina, kao i α-bromkarboksilnih kiselina, koje, kao biološki aktivna jedinjenja, imaju značajnu ulogu u najrazličitijim biološkim procesima. Iz toga sledi da bi sinteza ovih jedinjenja bila od interesa ne samo sa sintetičkog stanovišta, već i radi njihove potencijalne antiproliferativne aktivnosti. Ovaj rad se sastoji iz tri dela: - U Opštem delu dat je pregled literature koja se odnosi na reakcije ketona sa trihalogenmetanima i ispitivanja mehanizma ovih reakcija. Predstavljene su i sinteze α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina kao i α-supstituisanih karboksilnih kiselina. - U Našim radovima detaljno su prikazani rezultati našeg istraživanja: eksperimentalno proučavanje reakcije ketona (cikloheksanona) i bromoforma i računarsko ispitivanje mehanizma ove reakcije. Eksperimentalnim proučavanjem mehanizma reakcije ketona sa bromoformom pod različitim reakcionim uslovima, razvijena je i optimizovana nova metoda za sintezu α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina. Izvršena su i ispitivanja biološke aktivnosti (antiproliferativne i citotoksične) nekih sintetizovanih kiselina. - U Eksperimentalnom delu detaljno su opisani propisi za sintezu svih dobijenih jedinjenja, a ukratko su dati i opšti postupci za izvođenje relevantnih testiranja biološke aktivnosti. 2. OPŠTI DEO 4 2.1. SINTEZE KONJUGOVANIH KISELINA 2.1.1. Sinteze konjugovanih kiselina iz ketona Zbog široke primene α,β-nezasićenih konjugovanih kiselina kao prekursora biološki aktivnih jedinjenja, razvijene su njihove brojne sinteze. Tako se, na primer, horizmat 26, upotrebljava u sintezi aromatičnih aminokiselina.1 Naproksen je poznati antiinflamatorni lek koji se dobija redukcijom 2-arilpropenske kiseline.2 U ovom poglavlju biće prikazane sinteze u kojima α,β-nezasićene karboksilne kiseline nastaju dehidratacijom cijanohidrina. Jedinjenje SB-207499 5,3 koji je inhibitor fosfodiesteraze (PDE-4) (shema I- 1), koristi se u lečenju astme i hronične opstruktivne bolesti pluća (COPD).4 Njegova sinteza je izvršena polazeći iz ketona koji se može sintetizovati u šest faza.5 Tretiranjem ketona 1 natrijum-cijanidom u acetonu, dobijen je cijanohidrin 2 u prinosu od 93%. Posle dehidratacije sa tionil-hloridom i piridinom u toluenu kao rastvaraču, dobijen je odgovarajući nezasićeni nitril 3 u prinosu od 92%. Baznom hidrolizom nitrila 3 sa barijum-hidroksidom dobijena je konjugovana kiselina 4 u prinosu od svega 21%, koja je odmah hidrogenizovana u prisustvu Pd/C sa amonijum-formijatom. Posle hromatografskog razdvajanja dobijen je cis-izomer kiseline, proizvod 5. Reakciona smesa je prečišćena (RP-HPLC), pri čemu je kiselina 4 odvojena od amida nastalog baznom hidrolizom tercijarnog nitrila (shema I-1). U shemi I-2 prikazana je sinteza analoga inhibitora fosfodiesteraze 4. Ariflo (cilomilast, 5), preregistrovani je lek SB-207499, čija je sinteza već objašnjena u shemi I-1. Zbog neželjenih dejstava u terapiji, kao što su mučnina i povraćanje, razvijena je sinteza piperidinskih analoga,6 kao i biciklo[3.3.0]oktanskih analoga.7 Piperidinski analozi smanjuju prolaz molekula u centralni nervni sistem (CNS), a biciklični analozi leka treba da su u stanju da očuvaju tri farmakofore (karboksilnu, nitrilnu i 3-ciklopentiloksi-4-metoksifenilnu) od molekulskog premeštanja. 5 O CN MeO O O CN MeO OH CN O CN MeO CN O CN MeO COOH O CN MeO COOH NaCN Me2CO 93% SOCl2, piridin toluen 92% Ba(OH)2 × 8 H2O H2O, 21% HCO2NH4, 68% Pd/C 2 54 3 1 SHEMA I-1 Shema I-2 prikazuje sintezu konjugovane kiseline 10 iz koje se redukcijom dobija odgovarajuća zasićena kiselina 11, analog leka Ariflo.8 U prvoj fazi, nukleofilnom adicijom odgovarajuće supstituisanog fenillitijuma na monozaštićeni keton, biciklo[3.3.0]oktan-3,7-dion 6,7 dobijen je intermedijer, čijom dehidratacijom, posle metansulfonovanja u prisustvu Et3N, nastaje zaštićeni keton 7. Katalitičkom redukcijom u prisustvu Pd/C u dioksanu, a zatim kiselom hidrolizom pomoću p-TsOH, čime je uklonjena zaštita keto-grupe, dobijen je endo- proizvod 8. Ukupan prinos u obe faze skoro je kvantitativan. Nukleofilnom adicijom trimetilsilil-cijanida na keton 8 u prisustvu ZnI2 dobijen je cijanohidrin, čijom dehidratacijom sa POCl3 nastaje odgovarajući konjugovani nitril 9. Baznom hidrolizom nitrila 9 pomoću KOH u 1,2-etandiolu, dobijena je konjugovana kiselina 10 u prinosu od 64%. Redukcijom ove kiseline, dobijena je kiselina 11, biciklični analog leka 5. 6 O O H H O O MeO Br O O H H O MeO H H O MeO O H H O MeO CN H H O MeO COOH H H O MeO COOH 1) n-BuLi , CeCl3, THF 2) MsCl, Et3N, CH2Cl2, 56% 6 7 1) H2, 10% Pd/C 2) p-TsOH, 100% 1) KOH, HO(CH2)2OH, 64% 1) TMSCN, ZnI2, CH2Cl2 2) POCl3, piridin, rfl, 91% H2, Pd/C 8 9 10 11 MeOH 2) HCl SHEMA I-2 Sinteza jedinjenja 15 (bicikličnog analoga sa cijano-grupom) prikazana je u shemi I-3.8 U prvoj fazi se, iz enolatnog anjona ketona 12 sa N,N-bis- (trifluormetilsulfonil)-anilinom, dobija enol-triflat 13. U reakciji umetanja CO u jedinjenje 13, u prisustvu paladijumovog katalizatora u MeOH, dobijen je α,β- nezasićeni estar 14, čijom alkalnom hidrolizom nastaje α,β-nezasićena kiselina 15, biciklični analog leka Ariflo. Analozi sa cijano-grupom pokazali su veću aktivnost od samog osnovnog leka.8 Sinteza konjugovanih cikličnih kiselina izvedena je iz ketona 16 i NaCN sa NaHSO3, gde u prvoj fazi nastaju odgovarajući cijanohidrini 17 (shema I-4). Dehidratacijom cijanohidrina sa fosfor-oksihloridom a zatim kiselom hidrolizom, nastaju α,β-nezasićene ciklične karboksilne kiseline 19-22. Na slici 1 prikazane su 7 sintetizovane α,β-nezasićene kiseline 19-25. Ispitivana je jačina ovih kiselina a upoređivanje je vršeno sa cikloalkankarboksilnim kiselinama.9 O MeO H H O NC O MeO H H OTf NC O MeO H H COOMe NC O MeO H H COOH NC LiHMDS Tf2NPh 12 13 14 15 Pd(OAc)2,Et3N PPh3, CO, MeOH 94% 1) NaOH, MeOH, THF, 85% 2) HCl SHEMA I-3 (CH2)n O (CH2)n OH CN (CH2)n CN (CH2)n COOH NaCN NaHSO3 POCl3 piridin H3PO4 16 17 18 19-22 n = 1-4 SHEMA I-4 Tako se došlo do podatka da je 1-ciklobutenkarboksilna kiselina 19 dvanaest puta jača od ciklobutankarboksilne kiseline. Ovo se može objasniti 8 velikim naponom prstena i uslovom da ove kiseline budu u planarnoj konformaciji. Oba ova efekta povećavaju -I efekat dvostruke veze a samim tim povećavaju i jačinu karboksilnih kiselina. 1-Ciklobutenkarboksilna 19 i 1-ciklopentenkarboksilna kiselina 20, zbog planarnosti prstena, jače su od 1-cikloheksenkarboksilne kiseline 21. Poznato je da manji prstenovi imaju -I efekat, što ubrzava jonizaciju i povećava jačinu ovih kiselina. 1-Cikloheksenkarboksilna kiselina ima najmanji napon prstena i zbog toga što ona može da zauzme konformaciju polustolice.10 CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H 19 20 21 22 23 24 25 SLIKA 1. Kiseline 19-22 sintetizovane dehidratacijom cijanohidrina i kiseline 23- 25, dobijene reakcijom po Reformatskom Takođe je utvrđeno da je 1-cikloheksenkarboksilna kiselina jača od cikloheksankarboksilne kiseline. Kod 1-cikloheptenkarboksilne kiseline 22 napon u prstenu je najmanji, te je ona slabija od 1-cikloheksenkarboksilne kiseline. α,β-Nezasićene kiseline sa egzocikličnom dvostrukom vezom kao, na primer, ciklopentilidensirćetna kiselina 23, cikloheksilidensirćetna 24 i cikloheptiliden- sirćetna kiselina 25, slične su po jačini sa cikličnim α,β-nezasićenim kiselinama. Ove kiseline sintetizovane su iz ketona i brometil-acetata reakcijom po Reformatskom. U biosintezi aromatičnih jedinjenja obuhvaćen je ciklus šikiminske kiseline.1 Horizmat 26 (slika 2), uključen je u sintezi fenilalanina, tirozina, antranilnih 9 kiselina, triptofana, folata i aromatičnih aminokiselina. Sintetizovani sedmočlani analog horizmata11 pruža podatke o mehanizmu transformacije horizmata u aromatične aminokiseline. OH O CH2 OO O O O CH2 CO2Na CO2Na horizmat 26 sedmočlani analog horizmata 39 SLIKA 2. Horizmat 26 i njegov sedmočlani analog 39 Sedmočlani analog jedinjenja 26, dinatrijum 3-[(1-karboksilatoetenil)oksi]- ciklohepta-1,6-dien-1-karboksilat 39, dobijen je iz cikloheptanona 27 (shema I-5). Adicijom HCN na cikloheptanon nastaje cijanohidrin 28 čijom se dehidratacijom sa tionil-hloridom u ključalom benzenu dobija α,β-nezasićeni nitril 29. Kiselo katalizovanom metanolizom nitrila 29 nastaje nezasićeni metil-estar 30. Bis-alilnim bromovanjem sa NBS u ključalom CCl4 nastaje smesa epimernih dibromida, koji se dehalogenuju sa NaI u acetonu, dajući dien 31 u prinosu od 40%. Selektivnom epoksidacijom sa m-CPBA u dihlormetanu nastaje epoksid 32, koji se katalitički otvara sa DBU, dajući dienol 33. Kuplovanjem 33 sa dimetil-diazomalonatom u prisustvu rodijum-acetata kao katalizatora, nastaje malonat 34 u prinosu 28%. Malonat 34 sa Eschenmoser-ovom solju i Et3N u CH2Cl2 daje Mannich-ovu bazu 35. Posle kvaternizacije sa MeI, dobijena je so 36, koja je fragmentovana sa NaOH u THF, pri čemu je dobijen enol-piruvat 37. Saponifikacijom sa NaOH u THF/H2O i zakišeljavanjem sa smolom tipa Amberlite IR-120, dobijena je dikiselina 38 u prinosu od 87%. Tretiranjem ove dikiseline katjonskom smolom nastaje dinatrijumova so 39 u prinosu od 71%. 10 O OH CN CN CO2Me CO2Me CO2Me O CO2Me OH CO2Me O R CO2Me CO2Me CO2R O CH2 CO2R NaCN/NaHSO3 SOCl2, C6H6 MeOH H2SO4, Δ 2) NaI, Me2CO m-CPBA K2CO3, CH2Cl2 DBU, THF 1) MeO2CC(N2)CO2Me, Rh(OAc)2, C6H6 2) CH2NMe2I, Et3N, CH2Cl2 3) MeI, CH2Cl2 34 R = H 35 R = CH2NMe2 36 R = CH2NMe3I 1) NaOH, THF/H2O 3) Na+ smola 27 28 29 30 31 32 33 37 R = CH3 38 R = H 39 R = Na 1) NBS, CCl4, AIBN, Δ H2O Δ 2) NaOH, THF/H2O SHEMA I-5 2.1.2. Sinteze konjugovanih kiselina - ostale metode U poglavlju 2.1.2. prikazane su novije metode za sintezu α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina. Najpoznatija metoda je elektrohemijska karboksilacija kojom se može dobiti 2-(p-izobutilfenil)-propenska kiselina, prekursor Ibuprofena.12 Elektrohemijskom karboksilacijom alkil-stupstituisanih vinil-bromida 40 (tabela 1), u prisustvu 20 mol% NiBr2-2,2'-bipiridil kompleksa (NiBr2 × bpy) sa CO2 (na atmosferskom pritisku), dobijaju se α,β-nezasićene karboksilne kiseline 49 u 11 prinosu od 53-82% (shema I-6). U reakciji se koristi magnezijumova anoda i katoda od platine.13 R1 R2 R3 Br CO2 Pt Mg + R1 R2 R3 CO2H + 3 F/mol 10 mA/cm2 0,1 M Bu4NBF4, DMF, -10 °C 20 mol% NiBr2 × bpy R1, R2, R3 = H ili alkil 40 49 SHEMA I-6 TABELA 1. Elektrohemijska karboksilacija vinil-bromida Supstrat 40 (a-g) Proizvod Prinos (%) Br CO2H 20 73 Br CO2H 21 58 Br CO2H 22 80 Br CO2H 41 82 Br CO2H 24 58 BrTMS CO2HTMS 42 53 Br CO2H 43 64 12 Elektrohemijskom karboksilacijom moguće je dobiti odgovarajuće 2-alken- karboksilne kiseline iz aril-supstituisanih vinil-bromida.12 Takođe je moguće dobiti 2-(p-izobutilfenil)-propensku kiselinu u prinosu od 93%.12 Ovako visoki prinosi potiču usled pogodnog izabranog katalizatora, NiBr2-2,2'-bipiridil kompleksa. Na platinskoj katodi dolazi do redukcije kompleksa NiBr2 × bpy do elementarnog nikla Ni(0), koji sa vinilinim-bromidom daje kompleks 44. Na katodi se kompleks 44 redukuje do karbanjona 45, koji sa CO2 daje alkenoat 46. Na anodi nastaju Mg- karboksilati 47 i 48, čijom kiselom hidrolizom postaje α,β-nezasićena karboksilna kiselina 49 (shema I-6). R1 R2 Br R3 R1 R2 NiBr R3 R1 R2 R3 - CO2 R1 R2 NiBr R3 R1 R2 COO- R3 R1 R2 COO- R3 R1 R2 COO R3 R1 R2 COOMgBr R3 NiBr2 × bpy +2 e− Na katodi Pt : Ni(0) -Ni(0) Na anodi Mg : Mg Mg2+ + 2 e− Mg2+ + 2 Mg 44 + 44 45 46 46 47 48 +2 e− SHEMA I-7 Elektrokarboksilovanjem vinil-triflata 50 sa CO2 i PdCl2(PPh3)2 51 (shema I-8) dobijaju se α,β-nezasićene kiseline.14 U tabeli 2 prikazane su kiseline sintetizovane ovom metodom kao i njihovi prinosi. 13 R2 OTf R1 R2 R1 O O + CO2 + 2 e− + TfO− 50 DMF, st PdCl2(PPh3)2 51, 10% 53 SHEMA I-8 TABELA 2. Elektrokarboksilacija vinil-triflata katalizovana PdCl2(PPh3)2 Vinil-OTf 50 (a-g) Vinil-COOH Prinos ( % ) OTfPh Ph CO2H 54 85 OTf CO2H 55 60 OTfMe3C Me3C CO2H 56 80 OTf CO2H 57 86 CH2 OTf CH2 CO2H 58 70 OTf CH2 Ph CH2 Ph CO2H 59 32 U shemi I-9 prikazan je mehanizam karboksilacije. Reaktivnost vinil-triflata je izmenjena, jer oni u ovoj reakciji ne reaguju sa nukleofilima već sa CO2 kao elektrofilom. Ovo se postiže aktivacijom C–O grupe vinil-triflata sa Pd(0)- kompleksom, i praćeno je prenosom elektrona na vinil paladijum(II)-kompleks, kao i oksidativnom adicijom CO2. 14 R2 PdCl(PPh3)2 R1 R2 OTf R1 R2 R1 O O PdCl2(PPh3)2 + 2e− -Cl− Pd(0)(PPh3)2Cl− -OTf + 2e− + CO2 + Pd(0)(PPh3)2Cl− 51 50 52 53 SHEMA I-9 Karboksilovanje vinil-triflata vrši se elektrohemijskom redukcijom u prisustvu PdCl2(PPh3)2 i CO2 i dobijaju se α,β-nezasićene karboksilne kiseline 53. U reakciji su korišćeni ciklični i aciklični triflati a reakcija je regiospecifična. Pošto su vinil-triflati reaktivniji od aril-triflata, reakcija se izvodi na sobnoj temperaturi. Hidrokarboksilacijom alkina i alkena pomoću CO i metanske ili oksalne kiseline, u prisustvu katalizatora 10% Pd/C sa fosfornim ligandima, sintetizovane su α,β-nezasićene i aciklične zasićene karboksilne kiseline.15 Alkini reaguju sa metanskom ili oksalnom kiselinom, u prisustvu katalitičke količine Pd/C, PPh3 i 1,4-bis-(difenilfosfino)-butanom (dppb), u 1,2-dimetoksietanu (DME) i daju odgova- rajuće α,β-nezasićene karboksilne kiseline 61 i 62 (shema I-10, A). Pod istim reakcionim uslovima alkeni daju odgovarajuće zasićene karboksilne kiseline 64 i 65 (shema I-10, B). R1 R1 H HHO2C R1 H H CO2H R1 R1 CO2H R1 CO2H + ACOOH + CO + 10% Pd/C, dppb, PPh3 DME, 6,8 atm (A = H) ili 40 atm (A = COOH) 110 °C, 24 hA = H, COOH60 61 62 + ACOOH A = H, COOH + CO 10% Pd/C, dppb DME, 6,8 atm (A = H) ili 40 atm (A = COOH) 110 °C, 24 h + 63 64 65 A. B. SHEMA I-10 15 TABELA 3. Kiseline sintetizovane hidrokarboksilacijom alkina sa CO, mravljom ili oksalnom kiselinom u prisustvu Pd/C-dppb Relativni odnos proizvoda 61 i 62* Alkini Prinosi sa HCOOH (oksalnom kis.)% HCOOH (oksalna kis.) HCOOH (oksalna kis.) 75(59) 96(90) 4(10) 80(82) 96(96) 4(4) 76(61) 94(90) 6(10) 71(60) 40(45) 60(55) Cl 55(55) 75(82) 25(8) NC 60(65) 95(86) 5(14) 82(78) 92(92) 8(8) 67(61) 85(83) 15(17) * Određen na osnovu NMR podataka Adicijom CF2Br2 na cikloheksen 66 u prisustvu CuCl kao katalizatora u t-BuOH nastaju dibromidi 67a i 67b (shema I-11, A). Kada se ova dva jedinjenja zagrevaju u vodenom rastvoru KOH, na 150-170 °C u toku 5 h, ne dobija se konjugovani dien 70, kao očekivani proizvod duplog dehidrohalogenovanja.16 Neočekivani proizvod ove reakcije je 1-cikloheksenkarboksilna kiselina. Kada se reakcija izvodi u aparaturi za destilaciju, dobijaju se i proizvodi 69 (39%), 70 (9%) i 72 (17%), tek pošto se 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 21 ukloni iz reakcione smese. Ovo i potvrđuje pretpostavljeni mehanizam prikazan u shemi I-11, B. 16 CF2Br Br CF2Br Br H Br CF2BrH H H CF2BrBr CF2 Br CF2Br CF2 CF2OH CF2OH FO O CO2H + CF2Br2 CuCl HOCH2CH2NH2 t-BuOH + 66 67a 67b 67a 67b 68 69 70 71 71 72 73 21 A. B. KOH KOH 1) KOH 2) HCl SHEMA I-11 U pokušaju sinteze 3-(difluormetilen)cikloheksena 70 iz 1-(bromdifluor- metil)-2-bromcikloheksana 67a i 67b i KOH, sintetizovana je 1-cikloheksen- karboksilna kiselina 21. U tabeli 4 prikazane su α,β-nezasićene karboksilne kiseline sintetizovane ovom metodom.17 Mono-, di- i trisupstituisani alkeni daju proizvode slobodno-radikalske adicije CF2Br2, koja je katalizovana bakar(I)- hloridom, CuCl.18 Kada se ovi proizvodi adicije podvrgnu hidrolizi pomoću KOH, dobijaju se α,β-nezasićene karboksilne kiseline u dobrim prinosima (53-93%). Jedini izuzetak je 1,3-dibrom-1,1-difluor-4-fenilbutan koji daje 4-fenilalken-3- 17 butensku kiselinu 75. Razlog leži u tome što alken radije ulazi u konjugaciju sa aromatičnim prstenom nego sa karboksilnom grupom. TABELA 4. Nezasićene kiseline dobijene alkalnom hidrolizom CF2Br2-alken adukata CF2Br2- alken adukti Nezasićene kiseline Prinos (%) CF2Br Br CO2H 74 93 Br CF2Br CO2H 20 69 CF2Br Br CO2H 55 53 CF2Br Br CO2H 81 73 CF2BrPh Br Ph CO2H 75 72 Mehanizam transformacije dibromida 76 u nezasićenu kiselinu 81 odvija se alternativnim putem preko dibromida 78 i ne obuhvata nestabilni dienski intermedijer 7719 (shema I-12). Posle SN2 reakcije u kojoj hidroksidni jon napada alken 78 nastaje nestabilan difluoro-alkohol 79, koji spontanim dehidro- fluorovanjem daje fluorid 80. Hidrolizom kiselinskog fluorida 80 nastaje konjugovana kiselina 81. Već je rečeno da veoma važnu klasu nesteroidnih antiinflamatornih lekova čine analozi 2-arilpropenske kiseline,2 Ibuprofen 82 i Naproksen 83. Ovi lekovi otklanjaju inflamaciju, inhibirajući ciklooksigenazu i tako utiču na ciklus arahidonske kiseline.20 18 CF2Br Br CF2 CF2 Br CF2OH F O CO2H 76 78 77 79 80 81 X SHEMA I-12 CO2H CO2H Ibuprofen 82 Naproksen 83 SLIKA 3. Strukture poznatih antiinflamatornih lekova, Ibuprofena 82 i Naproksena 83 Naproksen 83 se dobija hidrogenizacijom odgovarajuće konjugovane kiseline u prisustvu hiralnog katalizatora (BINAP-rutenijum(II)-kompleks).21 Prekursori ova dva leka su odgovarajuće 2-arilpropenske kiseline koje se mogu dobiti kuplovanjem vinil-stanata 85 sa aril-jodidima 84.22 Upotrebljavani su različiti p-supstituisani aril-jodidi (NO2-, CF3-, Ac-, H-, Me-, Br-, MeO-), a prinosi dobijenih akrilnih estara kreću se u opsegu od 42-92% (shema I-13, A). Za sintezu prekursora Naproksena upotrebljeni su 2-brom-6-metoksi- naftalen 87 i 6-metoksi-2-naftol, iz koga je dobijen triflat 88 (shema I-13, B). U pokušaju sinteze iz 2-brom-6-metoksinaftalena 87, proizvod nije dobijen čak ni u tragovima, dok je iz triflata 88 u reakciji kuplovanja sa 85 u prisustvu LiCl, Pd(PPh3)4, CuI u DMF, dobijen estar 89 u prinosu od 72%. 19 R I CH2 SnBu3MeO2C R CH2 CO2Me X MeO CH2 SnBu3MeO2C MeO CH2 CO2Me + (Ph3P)4Pd CuI, DMF (Ph3P)4Pd, LiCl, CuI, DMF 84 85 86 89 85 87 X = Br 88 X = OSO2CF3 A. B. R = H, Me, Br, MeO, NO2, CF3, CO2Me SHEMA I-13 Ključni biosintetički intermedijer u sintezi aromatičnih aminokiselina je (−)-šikiminska kiselina 108. Veliki broj metabolita stvara se iz ove kiseline u živim sistemima.23 (−)-Šikiminska kiselina se može sintetizovati iz raznih prekursora D-šećera.24,25,26 U shemi I-14 prikazana je sinteza (−)-5-epi-šikiminske kiseline 100 iz 2,3-O- -izopropiliden-D-riboze 90.27 U prvoj fazi vrši se adicija dialilcinka i dobija se D-alo- triol 91. U reakciji sa perjodatom triol 91 daje jedinjenje 92, koje sa MeNHOH × HCl u piridinu daje nitron 93. Termolizom nitrona 93 dobija se cikloadukt 94, iz koga se, posle O-acetilovanja, dobija derivat 95. Nakon hidrogenizacije adukta 95 sa Pd(OH)2/C, dobija se amino-alkohol 96. Kvaternizacijom amino-alkohola 96 sa metil-jodidom i K2CO3 u THF dobija se kvaternarna amonijumova so 97. U toku oksidacije soli spontanom β-eliminacijom dobija se enal 98, koji oksidacijom daje kiselinu 99. Posle deacetilovanja i kisele hidrolize acetala dobija se (−)-5-epi- šikiminska kiselina 100. U shemi I-15 prikazana je optimizovana sinteza (−)-šikiminske kiseline 108.27 Derivat laktona riboze 101, koji se može dobiti iz jedinjenja 90 sililovanjem i oksidacijom, u reakciji sa alilmagnezijum-hloridom na niskoj temperaturi daje laktol 102 (80%). Redukcijom 102 sa DIBAL-om dobija se diol 103. Desililovanjem diola 103 i njegove reakcije sa perjodatom, dobija se hemiacetal 104. Jedinjenje 104 u reakciji sa MeNHOH × HCl daje nitron, čijom termičkom cikloadicijom postaje izooksazolidin 105. Posle acetilovanja, redukcije, kvater- 20 nizacije sa MeI i oksidacije, dobija se enal 107. Oksidacijom enala 107, deacetilovanjem i kiselom hidrolizom acetala dobija se (−)-šikiminska kiselina 108. O OH OH O Me Me O OH OH OH O O Me Me OOH O Me Me O OH N O Me O O Me Me OH O MeN O O Me Me OAc O MeN O O Me Me OAc MeHN CH2OH O O Me Me OAc CH2OH (CH3)3N + O O Me Me OAc CHO O O Me Me OAc CO2H O O Me Me OH OH OH CO2H Zn Et2O, 0 °C NaIO4 MeNHOH × HCl C5H5N PhMe, rfl, 17 h Ac2O, DMAP C5H5N Pd(OH)2/C, H2 MeOH MeI, K2CO3 THF, st, 30 h I− DMSO, (COCl)2 NaClO2, H2O2 NaH2PO4, MeCN 1) K2CO3, st, MeOH/H2O 2) TFA, H2O, st 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 CH2Cl2, Et3N 2 st, 2 h st, 17 h + st, 1 h SHEMA I-14 21 O TBDPSO O O Me Me O O TBDPSO OH O Me Me O OSPDBT OH OH O O Me Me OOH O Me Me O OH O MeN O O Me Me OAc O MeN O O Me Me OAc CHO O O Me Me OH OH OH CO2H MgCl THF, -78 °C 3 h DIBAL, PhMe 1) TBAF, THF 2) NaIO4, H2O, st, 2 h 2) PhMe, rfl,18 h Ac2O, DMAP piridin 1) Pd(OH)2/C, H2, MeOH 2) MeI, K2CO3, THF, st, 30 h 3) DMSO, (COCl)2, CH2Cl2, -78 °C 1) NaClO2, H2O2, NaH2PO4, MeCN, st, 1 h 2) K2CO3, MeOH, H2O, st 3) TFA, H2O, st 101 102 103 104 105 106 107 108 1) MeNHOH × HCl, piridin, st, 20 h -78 °C, 3 h SHEMA I-15 Veliki broj germakranolida poseduje cikličnu α,β-nezasićenu karboksilnu ili estarsku grupu.28 Njihova sinteza, tj., sinteza osnovnog skeleta, 1,5-ciklodeka- diena, započinje iz cikloheksenkarboksilata 112 (shema I-16). Pretvaranje cikloheksankarboksilne kiseline 109 u metil-1-bromcikloheksankarboksilat 110 vrši se Hell-Volhard-Zelinsky reakcijom, koja je praćena esterifikacijom sa metanolom. Dehidrobromovanjem estra 110 sa hinolinom dobijen je metilcikloheksen- karboksilat 111, koji alilnom oksidacijom sa CrO3 daje cikoloheksenon 112. Fotoadicijom enona 112 i 1-ciklobutenkarboksilne kiseline dobijen je adukt 114, 22 koji esterifikacijom sa diazometanom daje diestar 115. Redukcijom adukta 114 sa NaCNBH3 dobija se lakton 117. Termolizom laktona 117 nastaje (E)-1(10)- ciklodekadien 118, dok se termolizom jedinjenja 115 dobija ciklodekadien 116 sa (Z)-konfiguracijom 1(10)-dvostruke veze. CO2H CO2Me Br CO2Me CO2Me O CO2H O CO2R CO2Me CO2Me OO O CO2Me MeO2C C1 C10 C5 O O CO2Me R-H, 114 R-Me, 115 109 110 111 112 113 116 (Z) 1) Br2, P 2) MeOH hinolin, 120 °C CrO3, AcOH Ac2O hν NaCNBH3 CH2N2 117 118 (E) 114 Δ 164 °C Δ, 164 °C SHEMA I-16 Adicijom raznih 2-metil-supstituisanih aromatičnih jedinjenja na hloral (trihloretanal) u baznoj sredini dobijene su 2-arilakrilne kiseline u dobrim prinosima (60-88%).29 Reakcijom 2-metilhinolina 119 sa hloralom i NaOH dobijena je 2- hinolilakrilna kiselina 121 (shema I-17).30 Od ostalih heterocikličnih jedinjenja sinteza je izvedena sa α-pikolinom,31 2-metiltiazolom,32 2-metildiazinom32, kao i sa 2-metilbenzotiazolom. Sintetizovane kiseline su prekursori β-aminokiselina, pošto u reakciji sa amonijakom daju aromatične aminokiseline. 23 N Me N CCl3 OH N CO2H H CCl3 O + 119 120 121 NaOH 1) NaOH 2) H3O+ SHEMA I-17 Valproična kiselina (VPA) (2-propilpentanska kiselina) 122, ima jednostavnu hemijsku strukturu a širok spektar dejstava.33 Upotrebljava se i u lečenju epilepsije. Međutim, ovaj lek ima i neželjenih dejstava, kao što su hepatotoksičnost i teratogenost. Ova dva dejstva, međutim, ne ispoljava (E)-2- propil-2-pentenska kiselina (2-en VPA, 127).34 Osim toga, zbog antikonvulzivnih dejstava ove kiseline, sintetizovana je čitava serija konjugovanih kiselina (slika 4).35 CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H CO2H 122 123 124 43 125 126 127 128 129 130 81 20 21 23 24 25 131 SLIKA 4. Sintetizovane kiseline sa potencijalnim antikonvulzivnim dejstvom 24 Sinteza (E)-2-alkil-2-pentenskih kiselina zasniva se na visoko stereo- selektivnoj adiciji dibutilboril-enolata na propanal. Ovi enolati dobijaju se iz N-acil- izopropil-oksazolidinona 133 (shema I-18).36 Hidrolizom adukta 134 sa litijum hidroperoksidom37 a zatim reakcijom sa diazometanom, dobijaju se metil-hidroksi estri 135. Pošto je, usled sternih smetnji, hidroliza amida znatno otežana, to se izopropil- i ciklopentil-supstituisani adukti dobijaju iz samog 2-oksazolidinona 132 (X = H). Dehidratacija estara tipa 135 otežana je, zbog čega se upotrebljavaju po 4 ekvivalenta svih reagenasa, i to: Et3N, metansulfonil-hlorida i DBU. Hidrolizom estara tipa 136 sa KOH, dobijene su α,β-nezasićene kiseline 137 u prinosima od 46-96%. U shemi I-19 prikazana je sinteza nezasićene kiseline norkamfora 81. Ova kiselina sintetizovana je metoksikarbonilovanjem (±)-norkamfora 138, koje je praćeno redukcijom sa NaBH4, dehidratacijom i hidrolizom estara.38 ONH O R1 ON O R1 O R2 ON O R1 O R2 OH OH R2 CO2Me R2 CO2Me R2 CO2H BuLi R2CH2COCl 1) Bu2BOTf, Et3N 2) EtCHO 3) H2O2, H2O 1) LiOOH 2) CH2N2 1) MsCl, Et3N 2) DBU 1) KOH R1 = H, i-Pr R2 = Me, Et, Pr, i-Pr, Bu, ciklopentil 132 133 134 135 136 137 2) H3O+ SHEMA I-18 Jedinjenja sa egzocikličnom dvostrukom vezom sintetizovana su reakcijom odgovarajućih polaznih ketona i ilida trietil-fosfonoacetata.39 Kiseline su dobijene hidrolizom estara sa KOH. 25 Inače, jačina antikonvulzivnog dejstva proporcionalno raste sa povećanjem alkil-ostatka u bočnom nizu (primer su kiseline 125-128), kao i sa veličinom prstena u slučaju cikloalkilidenkarboksilnih kiselina (24, 25 i 131). O O CO2Me CO2Me CO2H 1) LDA, THF 2) NCCO2Me, HMPA 1) NaBH4 2) MsCl, Et3N 3) DBU 1) KOH 138 139 140 81 2) H3O+ SHEMA I-19 U shemi I-20 prikazana je sinteza 1-cikloalkenkarboksilnih kiselina 145-148 u četiri faze polazeći od odgovarajućih cikloalkanona 141 (C9-C12).40 Ova metoda pogodna je za sintezu nestabilnih (Z)-α,β-cikloalkenkarboksilnih kiselina41, kao i (E)-izomera u cikličnoj seriji od C6-C8.42 1-Ciklononenkarboksilna 145 i 1-ciklo- decenkarboksilna kiselina 146 dobijene su kao (E)-izomeri. Kod 1-cikloun- decenkarboksilne 147 i 1-ciklododecenkarboksilne kiseline 148 dobijene su smese izomera u relativnom odnosu (Z)/(E) 3:1 odnosno 4:1. Ispitivanjem stabilnosti utvrđeno je da je (E)-izomer 1-ciklodecenkarboksilne kiseline 146 stabilniji od njegovog (Z)-izomera. Soli 1-cikloalkenkarboksilnih kiselina koriste se u lečenju hepatovaskularnih bolesti, kao i lečenju hepatoinsuficijencije.43 U prvoj fazi sinteze iz ketona 141 (n = 1-4) nastaje β-keto-estar 142 u reakciji sa NaH i dietil-karbonatom. Na β-keto-estar 142 adira se hidrazin-hidrat i dobijaju se odgovarajući 3,4-poli(metilen)-2-pirazolin-5-oni 143. Hlorovanjem ovih jedinjenja dobijaju se 4-hlor-pirazoloni 144, čijom se baznom hidrolizom i zakišeljavanjem dobijaju (Z)- i (E)-1-cikloalkenkarboksilne kiseline u prinosima od 52-67%. 26 (H2C)n O (H2C)n O CO2Et (H2C)n N NH OH (H2C)n N NH OCl (H2C)n CO2H n=1-4 141 142 143 144 145 n = 1 146 n = 2 147 n = 3 148 n = 4 1) NaH 2) Et2CO3 3) H3O+ NH2-NH2 Cl2 1) KOH 2) H3O+ SHEMA I-20 U sintezi iz karboksilnih kiselina i oksazolina kao intermedijera, prikazanoj u shemi I-21,44 dobijaju se odgovarajuće α-alkilakrilne kiseline. Oksazolin tipa 131 dobija se polazeći iz karboksilnih kiselina reakcijom sa 2-amino-2-metil propanolom (AMP),45 preko amida 130, kao intermedijera. Ciklizacija amida vrši se na atmosferskom pritisku i temperaturi od 180 °C. Oksazolin 131 sa paraform- aldehidom daje monometilol 132a i dimetilol 132b. Dehidratacijom ovih inter- medijera dobija se oksazolin tipa 133, čijom kiselom hidrolizom nastaju kiseline 134, u prinosu od 65-80%. O CMe2NR HOH2C O CMe2N HOH2C HOH2C R O CMe2NR O CMe2NR CH2 R CH2 COOH RCH2COOH + H2NCMe2CH2OH 150 °C RCH2CONHCMe2CH2OH + H2O RCH2CONHCMe2CH2OH 180 °C + + HCHO 180 °C H+/H2O + AMP+ 130 131 132a 132b 133 134 SHEMA I-21 27 2.2. SINTEZA I PRIMENA α,β-NEZASIĆENIH ESTARA Poznato je da α,β-nezasićeni estri mogu biti prekursori u sintezama mnogih biološki aktivnih jedinjenja46 i da se nalaze u mnogim prirodnim proizvodima od farmaceutskog ineteresa, kao što su terpeni, alkaloidi, peptidi, β-laktamski antibiotici. U ovom poglavlju biće prikazane sinteze α,β-nezasićenih estara, kao i reakcije adicije raznih jedinjenja (amina, tiola, litijum-amida, kao i dialkil-kuprata) na α,β-nezasićene estre. Za razliku od klasične Claisen-ove kondenzacije, kod koje su potrebni neenolizabilni aldehidi, Wittig-ova reakcija sa karbalkoksimetilentrifenil- fosforanima 135 daje isključivo α,β-nezasićene estre 138 (shema I-22, A). Za dobijanje ovih jedinjenja može se primeniti i Horner-Wadsworth-Emmons-ova reakcija sa trialkilfosfonoacetatima 136 (shema I-22, B) u kojoj se kao baza upotrebljava NaH. U Knoevenagel-ovoj sintezi upotrebljava se poluestar malonske kiseline 137 i dobijaju se α,β-nezasićeni estri 138 (shema I-22, C). CO2R2Ph3P CO2R2 R1 CO2R2(RO)2OP CO2R2 R1 CO2R2HO2C CO2R2 R1 R1CHO + + PPh3O R1CHO + + PO(OR)2ONa R1CHO + + CO2 + H2O 135 136 137 138 138 138 A. B. C. NaH SHEMA I-22 28 U shemi I-23, A, prikazana je nova regio- i (E)-stereoselektivna sinteza α,β-nezasićenih estara iz alifatičnih aldehida 139, a iz aromatičnih aldehida 144 i 147 (shema I-23, C i D), upotrebljavajući poluestar malonske kiseline, DMAP kao katalizator u DMF, na sobnoj temperaturi.47 Prinosi sintetizovanih estara su iznad 90%. Kada se za sintezu upotrebi dialdehid 142, dobijaju se hidroksiestri 143 kao proizvodi tandemske olefinacije i Morita-Baylis-Hilmann-ove reakcije (shema I-23, B). HO2C CO2Et CO2Et R CHO CHO HO2C CO2Et OH CO2Et HO2C CO2R1 CO2R1 Ar MeO CHO KO2C CO2Et MeO CO2Et RCHO + DMAP 10 mol% DMF, 10-25 °C 5-48 h + DMAP 20 mol% DMF, 25 °C 48 h, 72% ArCHO + DMAP 10 mol% piperidin 10 mol% DMF, 25 °C, 48 h + DMAP 10 mol% piperidin 10 mol% DMF, AcOH, 140139 141 142 140 143 144 145 146 147 148 149 A. B. C. D. 25 °C, 72 h R = C4H9, C6H13, i-Bu, i-Pr, cikloheksil Ar = Ph, naftil, furil, 4-HO-C6H4, 4-CN-C6H4, 4-MeO2C-C6H4 SHEMA I-23 U shemi I-24 prikazana je sinteza 1-funkcionalizovanih 5-ciklopentenola 151a i 6-cikloheksenola 151b iz sukcinaldehida i glutaraldehida Wittig-Horner- -ovom reakcijom. Reakcija se vrši na sobnoj temperaturi u vodenom rastvoru sa kalijum-karbonatom kao bazom.48 29 (H2C)n CHO CHO (H2C)n OH A P(O)(OEt)2 OH (H2C)n OH A + (EtO)2P(O)-CH2-A K2CO3 (EtO)2P(O)-CH2(A)-CHOH-(CH2)n-CHO A = COOEt, COMe, CN 150a (n = 2) 150b (n = 3) K2CO3 151a (n = 2) 151b (n = 3) SHEMA I-24 Sinteza metilciklopentenkarboksilata 154 [3+2] cikloadicijom prikazana je u shemi I-25, A.49 U sintezi je primenjeno raspadanje vinil-diazokarbonilnih derivata 153 katalizovano metalima u prisustvu vinil-etara 152. Katalizator je tetrakis[(S)- (−)-N-(p-dodecilfenilsulfonil)prolinato]dirodijum(II), Rh2(S-DOSP)4, koji je posebno efikasan za asimetrične transformacije aril- i vinil-diazo-acetata.50 Sinteza jedinjenja 155 (prinos 79%), sa 98% optičke čistoće diastereoizomera kod koga su sva tri supstituenta međusobno u cis-rasporedu, prikazana je u shemi I-25, B. Konfiguracija dvostruke veze polaznih vinil-etara nije od važnosti. R2 MeO R1 CO2Me N2 R2 R1 MeO CO2Me MeO Ph Me CO2Me N2 MeO CO2Me Ph Ph N O O Rh SO2Ar Rh4 + Ar = p-C12H25C6H4 Rh2(S-DOSP)4 + Rh2(S-DOSP)4, 1 mol% st 152 153 154 155 A. B. R1 = H, Me, n-Bu R2 = Ph, 4-Br-C6H4, vinil SHEMA I-25 30 Prekursor Naproksena, 2-(6-metoksi-2-naftil)propenska kiselina 159, sinteti- zovana je u tri faze (shema I-26) polazeći od komercijalnog 6-metoksi- -naftaldehida.51 U prvoj fazi, aldehid 156 reaguje sa etil-diazoacetatom u prisustvu ciklopentadienildikarbonil gvožđa kao Lewis-ove kiseline i dobija se estar akrilne kiseline 157, koji redukcijom sa diboranom u prisustvu 20 mol% piperidina daje estar 158. Njegovom hidrolizom dobija se kiselina 159 u prinosu od 91%. U shemi I-27 prikazan je mehanizam redukcije jedinjenja 157 do jedinjenja 158. MeO CHO MeO H OH COOEt MeO H H COOEt MeO H H COOH + N2CHCOOEt [CpFe(CO)2(THF)]+ 0 °C, CH2Cl2 BH3 × THF, 0°C piperidin 20 mol% 75% 65% 1) KOH, H2O 2) H3O+ 91% 156 157 158 159 SHEMA I-26 MeO H OH COOEt NH MeO H O COOEt H2N MeO H H COOEt HN MeO H O O B H H OEt H NH H MeO H O B H H H O OEt BH3 + BH2(OH) + 157 158 + + − : :.. SHEMA I-27 Michael-ova adicija litijum-amida, dobijenog iz (R)-N-(α-metilbenzil)- benzilamina 160, na benzil-(E)-krotonoat 159, gde se uz visoku stereoselektivnost 31 (95%) dobija (R)-β-aminobutanska kiselina 162, prikazana je u shemi I-28, A. Sličnom adicijom na metil-(E)-(p-benziloksi)-cinamat 163 dobija se (S)-β-tirozin 165 u obliku soli sa HCl, posle debenzilovanja i kisele hidrolize (shema I-28, B).52 OCH2Ph O PhCH2O O OMe OH ONH2 OCH2Ph ONPh Ph PhCH2O O OMe NPh Ph NPh Li Ph OH O OH +NH3 NPh Li Ph + THF, -78 °C 1) Pd(OH)2/C, H2, EtOH + THF, -78 °C 1) Pd(OH)2/C, H2 159 160 161 162 163 164 165 A. B. R R R S R R S 2) HCl R 2) HCl Cl− SHEMA I-28 Adicijom hiralnih litijum-amida na α,β-nezasićene terc-butil-estre po Davies- u53 dobijaju se sin-α,β-dialkil β-aminokiseline koje su značajne jer se nalaze u mnogim biološki aktivnim jedinjenjima.54 U shemi I-29 prikazana je sinteza α,β-nezasićenog estra 168; terc-butil- estar 166 pretvoren je u litijum-enolat pomoću LDA, a odmah zatim dodat je aldehid. Nagrađeni aldol tozilovan je do tozil-estara tipa 167, koji u reakciji sa kalijum-terc-butoksidom daju odgovarajuće α,β-nezasićene estre 168 (prinos 48-82%). Posle adicije (R)-N-benzil-(α-metilbenzil)litijum-amida dobijeni su amino- estri 169, iz kojih su, nakon katalitičkog debenzilovanja, uklonjene obe benzil- grupe, a hidroliza estara izvršena je sa trifluorsirćetnom kiselinom. Nagrađene kiseline tretirane su sa 9-fluorenilmetoksikarbonil-N-hidroksisukcinimidom (Fmoc-OSu) i dobijene su sin-α,β-dialkil-β-aminokiseline 170a-e visoke diastereo- izomerne i enantiomerne optičke čistoće. 32 R1 OtBu O R OtBu O R1 OTs R OtBu O R1 R OtBu O R1 NPh Ph Li NPh Ph R OtBu O R1 FmocHN R OH O R1 1) LDA, RCHO 2) TsCl, Et3N, DMAP t-BuOK 1) 2) THF 3) 2,6-di-terc-butil-fenol 1) 10% Pd/C, HCOONH4 3) FmocOSu 166 167 168 168 169 170 170a : R = Me2CHCH2 R1 = H 170b : R = (c-C6H11)CH2 R1 = H 170c : R = Me R1 = Ph 170d : R = Me R1 = 4-(CH3O)-C6H4 170e : R = Me R1 = 3,4,5-trimetoksifenil 2) TFA, CH2Cl2 SHEMA I-29 Asimetričnom konjugovanom adicijom azotovih nukleofila na alkenoate dobijaju se hiralne β-aminokiseline. Ovu adiciju mogu da kontrolišu hiralni amini,55 hiralni akceptori56 i hiralni katalizatori57. U shemi I-30, A, prikazana je konjugovana adicija litijum N-benziltrimetilsilil-amida 171 na terc-butil-cinamat 172, koja je katalizovana hiralnim ligandom 173. Tako nastaje β-amino-estar 174 sa visokom enantioselektivnošću 68-97% (prinos 45-97%) u zavisnosti od reakcionih uslova. U shemi I-30, B., prikazana je adicija amida 171 na različite α,β-nezasićene estre 175 a-e.58 Shema I-31, A, prikazuje efikasniju Michael-ovu adiciju primarnih i sekundarnih amina na α,β-nezasićene estre 178 uz prisustvo čvrstog LiClO4 bez rastvarača.59 Od amina upotrebljeni su: pirolidin, piperidin, n-butilamin, dietilamin, benzilamin, m-metilfenilamin a od estara metil-akrilat, 2-metil-metakrilat i 3-fenil- metakrilat. Prinosi dobijenih β-aminoestara su visoki (80-90%). Poznato je da se β-aminoestri nalaze u mnogim biološki važnim molekulima,60 a da funkcio- nalizovane β-aminokiseline ulaze u sastav taksola, najpoznatijeg antitumornog 33 agensa. Aromatični amini se ne adiraju pod ovim uslovima (shema I-31, B), čime je pokazana i hemoselektivnost Michael-ove adicije. Li N CH2Ph TMS Ph CO2tBu Ph CO2tBu N TMS CH2Ph Ph Ph MeO OMe Li N CH2Ph TMS R CO2tBu Ph Ph MeO OMe R NHBn CO2tBu CO2tBu 171 + 172 173 174 + 173 toluen, -78 °C toluen, -20 do -78 °C 175 176 R = Me, i-Pr, 1-naftil, 2-naftil, ili 175e A. B. 171 SHEMA I-30 X R1R2N R R3R R3 X O OMe N H N O OMe + R1R2NH LiClO4 st, 1-4 h R = H, Ph; R3 = H, Me; X = CN, CONH2, COOMe, COMe + PhNH2 + LiClO4 st, 1 h 177 178 179 180 181 100% A. B. SHEMA I-31 Enantioselektivnost pri asimetričnoj adiciji tiola na konjugovane estre postiže se upotrebom hiralnih amina kao katalizatora.61 Adicija litijum-tiofenolata 182 na metil-krotonat, katalizovana hiralnim ligandom 183, kao i efekat 34 supstituenta u položaju 2 kod jedinjenja 182 na reaktivnosti i enantioselektivnost, prikazani su u shemi I-32, A. Prinosi se kreću od 93-97% a optička čistoća od 71- 90%. U shemi I-32, B, prikazana je asimetrična adicija 2-(trimetilsilil)-tiofenola 182e na razne (E)-metil-alkenoate 159 kao i na 1-metilciklopentenilkarboksilat i 1-metilcikloheksenilkarboksilat, uz hiralni ligand 185. I pored sternih smetnji, adicija je izvršena u prinosu od 80-90%.62 CO2Me SH R1 S R1 CO2Me R2 CO2Me SH TMS R2 S CO2Me TMS O PhPh Me2N MeO Me N Me O PhPh O Li 2-TMSC6H4S + 2-R1C6H4SLi 0,08 ekv 159a 182 183 184 R1 = H, Me, i-Pr, t-Bu, TMS + 159 182e 185 186 R2 = Me, Et, Pr, i-Pr, Bu, i-Bu, Ph, PhCH2 toluen-heksan (1:1), -60 °C A. B. 0,1 ekv. toluen, -20 °C * SHEMA I-32 Asimetrična konjugovana adicija organolitijumovih jedinjenja na BHA- -krotonate, tj. 2,6-di-terc-butil-4-metoksifenil-krotonate (R1 = Me; R2 = H) 188, može biti katalizovana hiralnim ligandima 173 ili 187 (shema I-33).63 Posle adicije, protonovanja sa MeOH i tretiranja estara sa cerijum-amonijum-nitratom, dobijaju se odgovarajuće kiseline visoke optičke čistoće. Adiciju vinillitijuma i fenillitijuma još uspešnije katalizuje 173, a adiciju etillitijuma i butillitijuma, katalizuje hiralni ligand 187 (91-99% ee). 35 CO2BHA R1 R2 CO2BHA R1 R2 R Ph Ph MeO OMe N N H H RLi, 173 ili 187 toluen, -78 °C 188 189 173 187 R = Et, Bu, Ph, vinil R1 = Me, Et, Bu; R2 = H R1/R2 = -[CH2]3-, -[CH2]4- SHEMA I-33 Konjugovana adicija organokuprata na α,β-enone može se katalizovati trimetilsilil-hloridom (TMSCl).64 U shemi I-34, A, prikazana je adicija organokuprata na α,β-enone koji poseduju zaštićeni γ-kiseonik.65 Adicija se odvija na β- ugljenikovom atomu u anti-položaju u odnosu na heteroatom. Adicija organokuprata na α,β-nezasićene estre prikazana je u shemi I-34, B. I u ovom slučaju kao proizvod preovlađuje cis-izomer 193. O CO2Me OR O CO2Me OR Et O O O OR O O R 1) R2CuLi, TMSCl 2) H+/H2O R2CuLi trans cis 190 191a 191b Et2CuMgBr, TMSCl 192 193 A. B. R = Me, Pr, TBDPS, TMS, CF3CH2 THF, -78 °C SHEMA I-34 36 2.3. REAKCIJE ALDEHIDA I KETONA SA TRIHALOGENMETANIMA - DOBIJANJE α-TRIHALOGENMETILKARBINOLA I NJIHOVA UPOTREBA U SINTEZAMA Trihalogenmetani sa aldehidima i ketonima u baznoj sredini daju α- trihalogenmetilkarbinole.66 Ova jedinjenja su prekursori mnogih biološki aktivnih molekula kao što su α-metoksikiseline,67 α-hidroksikiseline,68 α-aminokiseline,69 i mnogi drugi. 2.3.1. Dobijanje aril α-trihlormetilkarbinola Aril-trihlormetilkarbinoli se lako sintetizuju. Veoma su reaktivni i reaguju sa velikim brojem nukleofila pod baznim uslovima. Intermedijer je dihlorepoksid (2,2- dihloroksiran) a otvaranje epoksidnog prstena vrši se SN2-napadom nukleofila.70 1) Reakcija aromatičnih ugljovodonika sa hloralom pod uslovima Friedel- -Crafts-ove sinteze (shema I-35, A).71 2) Reakcija aromatičnih aldehida sa hloroformom i KOH.72 U modifikaciji ove sinteze kao baza upotrebljava se t-BuOK u terc-butil-alkoholu a prinosi aril- trihlormetilkarbinola 194 iznose oko 75% (shema I-35, B).73 Kondenzacija ketona sa CHCl3 i KOH daje dialkil-trihlormetilkarbinole a kao rastvarači se upotrebljavaju acetali.74 Pod ovim reakcionim uslovima alifatični aldehidi daju proizvode aldolne kondenzacije. 3) Reakcija arilmagnezijum-bromida sa hloralom (shema I-35, C).75 37 H CCl3 O H CCl3 O CCl3Ar OH CCl3Ar OH CCl3Ar OH + + CHCl3 AlCl3 KOH + Et2O 194 194 194 ArCHO ArMgBr A. B. C. ArH SHEMA I-35 2.3.2. Reakcije aril α-trihlormetilkarbinola sa nukleofilima Ove reakcije se vrše po mehanizmu predstavljenom u shemi I-36 i obuhvataju nastajanje dihlorepoksida kao intermedijera. Potvrda SN2 mehanizma je reakcija L-(+)-feniltrihlormetil-karbinola sa kalijum-metoksidom u metanolu, kada se kao proizvod dobija D-(−)-α-metoksifenilsirćetna kiselina. Ar CCl3 OH O Ar Cl Cl Nu− Ar Nu KOH O Cl −Cl− SHEMA I-36 1) Dobijanje α-alkoksikiselina α-Etoksifenilsirćetna kiselina može se dobiti tretiranjem karbinola sa etanolnim rastvorom KOH,76 a α-metoksi-fenilsirćetna kiselina, sa metanolnim rastvorom KOH (shema I-37).67 Direktna sinteza α-metoksi-arilsirćetnih kiselina 199 moguća je iz aromatičnih aldehida, trihlormetana i KOH u metanolu (shema I-38).77 38 CCl3 OH Ph O Cl Cl Ph OR COClPh OR CO2HPh ROH/KOH ROH/KOH 195 196 197 198 1) KOH 2) HCl R = Me, Et SHEMA I-37 H OR OMe CO2H R + CHCl3 1) MeOH, 3 KOH + 3 KCl 199 R = H, 2-Me,3-Me, 4-Me, 2-Cl, 3-Cl, 4-Cl, 3,4-di-Cl, 4-CN, 4-EtO, 2-F, 3-F, 4-F, 2-MeO, 3-NO2, 4-NO2 2) H3O+ SHEMA I-38 2) Sinteza α-hidroksifenilsirćetnih kiselina Aromatični aldehidi u reakciji sa CHBr3 i KOH u rastvaraču H2O/dioksan (1:1), daju supstituisane α-hidroksiarilsirćetne kiseline 198, kada se kao katalizator upotrebi čvrst litijum-hlorid (shema I-39).68 H O R OH COOH R CHBr3/KOH H2O/dioksan LiCl 2 ekv. 198 R = H, 2-Cl, 3-Cl, 4-Cl, 4-MeO SHEMA I-39 3) Reakcijom α-trihlormetilkarbinola sa KNH2 u tečnom amonijaku mogu se dobiti i α-aminokiseline 200 (shema I-40).73 39 CCl3 OH Ph 195 KNH2/NH3 O Cl Cl Ph 196 Ph NH3 CO2H 1) KNH2/NH3 2) HCl 200 Cl− SHEMA I-40 4) Poznato je da fenil-α-trihlormetilkarbinol sa KOH na nižim temperaturama (0 °C) daje α-hlorfenilsirćetnu kiselinu 201 (shema I-41).66 Mehanizam verovatno obuhvata hipohlorit kao intermedijer. CCl3 OH Ph O Cl Cl Ph CCl3 O Ph OCl Ph Cl Cl Ph O Cl OH Ph O Cl 195 196 KOH spora faza 1) KOH 2) HCl 201 SHEMA I-41 5) Kada se u jednoj SN2-reakciji sa fenil-α-trihlormetilkarbinolom 195 kao nukleofil upotrebi tiourea, dobija se 2-imino-5-fenil-1,3-tiazolidin-4-on 202 u (prinos 55%, shema I-42). Pod analognim uslovima, tioacetamid daje 4-hidroksi-2-metil-5- fenil-1,3-tiazol.78 CCl3 OH Ph O Cl Cl Ph NH2 NH2 S NHS Ph NH O 195 196 KOH 202 MeOH SHEMA I-42 40 2.3.3. Novije sinteze α-trihalogenmetilkarbinola Reakcijom aldehida i ketona sa hloroformom i 50% vodenim rastvorom NaOH, uz fazni katalizator (TEBA) na 0 °C, dobijaju se α-trihlormetilkarbinoli. Ukoliko se reakcija vrši u prisustvu dimetil-sulfata, dobijaju se metil-etri. Na temperaturi višoj od 56 °C, nastaje smesa α-hidroksi-, α-hlor- i α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina. Pod ovim uslovima aromatični aldehidi daju isključivo α-hidroksikiseline (shema I-43).66 R1 R2 O R1 R2 OH CCl3 R1 R2 CCl3MeO R3 CH2R4 O R3 CH2R4 OH CO2H R3 CH2R4 Cl CO2H R3 R4 CO2H Ar H O Ar OH CO2H NaOH, TEBA CHCl3, 0 °C NaOH Me2SO4, TEBA + + A. B. C. R1 = Me, Et, Ph, 4-MeC6H4, 4-MeOC6H4, i-C3H7, -[CH2]4-, -[CH2]5- R2 = H, Me R3/R4 = Me/H; -[CH2]3-; -[CH2]4-; -[CH2]5- Ar = Ph, 4-MeC6H4, 4-MeOC6H4 NaOH, TEBA NaOH, TEBA CHCl3, 56 °C CHCl3, 56 °C SHEMA I-43 Izobutir-aldehid, aceton i cikloheksanon, sa hloroformom i etilen-oksidom u prisustvu baze, daju odgovarajuće α-hlor-(2-hloretil) estre 203 (shema I-44, A).79 Reakcija se izvodi na 80 °C uz tetraetilamonijum-bromid. Pretpostavljeni mehanizam prikazan je u shemi I-44, B. Alkoholat 204 SN1-mehanizmom daje 2,2-dihloro-3-cikloheksiloksiran 205, koji se izomerizuje u hlorid α-hlorcikloheksan- 41 karboksilne kiseline 206.80 Sinteza α-hlor-(2-hloretil) estra 208 iz odgovarajućeg karbinola 207 prikazana je u shemi I-44, C. CHO O Br OCH2CH2Cl O Cl O O CCl3 Cl COCl OH CCl3 Br CO2C2H4Cl Cl O Cl Cl O + CHCl3 + CCl3− + + CH2OHCH2Cl 203 204 205 206 207 208 A. B. C. −Cl− SHEMA I-44 Dobri prinosi acetonhloroforma dobijeni su kondenzacijom acetona sa hloroformom u acetalima kao rastvaračima.81 Od ketona su u ovoj sintezi upotrebljeni 2-butanon i cikloheksanon, a od aldehida, α-supstituisani aldehidi i benzaldehid. Benzofenon ne reaguje pod ovim uslovima. Alifatični aldehidi daju proizvode aldolne kondenzacije. Pri dobijanju α-trihlormetilkarbinola iz aromatičnih aldehida često dolazi do neželjene Canizzaro-ve reakcije. U cilju njenog sprečavanja, razvijena je sinteza α-trihlormetilkarbinola iz aromatičnih aldehida koja se izvodi na –5 °C u DMF kao rastvaraču i metanolom kao ko-rastvaračem.82 Sinteza α-trihlormetil-3-nitrobenzil- alkohola prikazana je u shemi I-45. Od aldehida su upotrebljeni 3-nitrobenz- aldehid, benzaldehid i 4-metoksibenzaldehid. CHO O2N O2N OH CCl3 + CHCl3 KOH/MeOH DMF, −5 °C SHEMA I-45 42 Iz ciklopentanona i cikloheksanona moguće je dobiti odgovarajuće α-trihlor- metilkarbinole u reakciji ovih ketona sa hloroformom i sa litijum-dicikloheksil- amidom, kao bazom, na –78 °C (prinos od 90%). Kada se kao rastvarač upotrebi dihlormetan, dobijaju se 1-(dihlormetil)-cikloheksanoli.83 Nukleofilno trifluormetilovanje važna je sintetička reakcija za dobijanje trifluormetil-jedinjenja koja su biološki aktivna.84 Iz 2-pirolidona, elektrohemijskom redukcijom može se generisati baza (EGB – elektrogenerisana baza), koja depro- tonuje CF3H (shema I-46, A i B). Fenil-trifluormetilmetanol se može dobiti upotrebljavajući t-BuOK kao bazu i DMF kao rastvarač (shema I-46, B).85 N H O DMF/R4NX + e− Pt anoda i katoda R = Et, Bu, C8H17 + 1) DMF, −50 °C 2) EGB (a-c) 1,5 ekv. 3) -50°C do −10 °C + 1) DMF, 0 °C 2) t-BuOK, 60 min. 3) AcOH, 0 °C do 20 °C 209 (19-67%) A. B. N O +NR4− EGB (a-c) 1/2 H2 + (2-3%) PhCHO CF3H PhCH(OH)CF3 PhCHO CF3H PhCH(OH)CF3 PhCH2OH + 209 (34-80%) SHEMA I-46 Fenil-trifluormetilmetanol se može sintetizovati iz benzaldehida i trifluor- metana upotrebljavajući KH u dimetil-sulfoksidu kao rastvaraču (shema I-47, A). Mehanizam ove reakcije prikazan je u shemi I-47, B.86 43 S K O CF3 OH Ph S K O H NMe2 O O F3C H K NMe2 H O Ph CF3 OH Ph KH + DMSO st Dimzil-K CF3H, DMF -40 °C PhCHO -40 °C do st Dimzil-K CF3H 209 (65%) 209 A. B. CF3− SHEMA I-47 2.3.4. α-Trihalogenmetilkarbinoli kao reaktanti Reakciju između CHCl3 i benzaldehida katalizuju ciklični amidini kao baze (shema I-48).87 Od baza se upotrebljavaju 1,8-diazabiciklo[5.4.0]undec-7-en (DBU) 210, 1,5-diazabiciklo[4.3.0]non-5-en (DBN) 211 i 7-metil-1,5,7-triaza- biciklo[4.4.0]dec-5-en 212. Optimalna količina baze je 1 ekvivalent. Reakcija se odvija bez prisustva rastvarača i nema proizvoda Canizzaro-ve reakcije. Karbinoli su dobijeni iz alifatičnih i aromatičnih aldehida, kao i iz ketona (aceton, cikloheksanon), u prinosima od 25-98%. CCl3 OH Ph N N N N N N N PhCHO + CHCl3 Baza 1 ekv. 195 210 211 212 SHEMA I-48 44 Sinteza tozilata 213 i acetata 215, acetilena tipa 214 i vinil-dihlorida 216 iz njih, u reakciji aromatičnih aldehida i trihlormetana sa DBU kao bazom, prikazana je u shemi I-49. CCl3 OTs Ph Ph CCl3 OAc Ph Cl Cl Ph PhCHO 1) DBU, CHCl3 2) TsCl, Et3N, CHCl3 MeLi PhCHO 1) DBU, CHCl3 2) Ac2O Zn, AcOH 213 214 215 216 SHEMA I-49 Dva reakciona puta prikazana jednačinama A i B predstavljaju mehanizam konverzije feniltrihlormetilkarbinola 195 u metanolu sa kalijum-metoksidom do α-metoksifeniletanske kiseline 199 (shema I-50).88 U jednačini A, prikazan je mehanizam preko 2,2-dihlor-3-feniloksirana 196 kao intermedijera. Metoksidni jon u jednoj SN2-reakciji napada epoksidni prsten i tako postaje α-metoksifeniletanska kiselina 199, uz jednu stereohemijsku inverziju. U drugom reakcionom putu, u 2,2-dihloroksiranu dolazi do intramolekulskog premeštanja hloridnog jona i nastanka α-hlorfenilacetatnog jona 218 (jednačina B). Dobijanje acetatnog anjona 219 iz jedinjenja 217 uslovljava 96% racemizacije. Racemizacija molekula 218 dvostruko je brža od dobijanja jedinjenja 219. Drugi reakcioni put objašnjava dobijanje α-hlorfeniletanske kiseline u ovoj sintezi. Aromatični aldehidi i ketoni reaguju sa CHCl3 i vodenim rastvorom NaOH u prisustvu faznog katalizatora (TEBA) i daju α-hidroksikiseline.89 Pretpostavljeni mehanizam prikazan u shemi I-51, B, obuhvata napad dihlorkarbena, zatvaranje 2,2-dihloroksiranskog prstena, migraciju hloridnog jona i otvaranje oksiranskog prstena do hlorida α-hlorkiseline. Supstitucija hlora odvija se pomoću NaOH. Mehanizam u kome trihlormetilkarbanjon napada karbonilni ugljenik aldehidne grupe nije prihvatljiv, jer pod ovim uslovima iz karbinola nije moguće dobiti α- hidroksikiselinu. 45 OH CCl3 Ph H O Cl Cl Ph OMe Ph COCl OMe Ph CO2H OH CCl3 Ph H O Cl Cl Ph Cl Ph COCl Cl Ph COO- OMe Ph COO- OMe Ph CO2H KOH/MeOH MeO− 9% inv. KOH/MeOH MeO− 96% racem. u 2 h MeO− 195 195 196 50% racem. u 3 h 199 217 218 219 199 A. B. SHEMA I-50 R CHO R OH CO2H Ar COCl Cl Ar CCl3 OHCCl3 Ar OH CO2H Ar H O O Ar Cl Cl CHCl3/NaOH TEBA R = H, Me, MeO NaOH/TEBA // NaOH // NaOH TEBA A. B. Ar = Ph, 4-MeC6H4, 4-MeOC6H4 :CCl2 − SHEMA I-51 Iz cikloheksanona, hloroforma i NaOH, uz TEBU kao katalizator, na temperaturi od 20 °C, dobijena je 1-hlorcikloheksankarboksilna kiselina 221 u prinosu od 45% (shema I-52, A).90 Međutim, na višoj temperaturi (50-55 °C) dobija se smesa 1-hlorcikloheksankarboksilne kiseline 221 (42%) i 1-hidroksiciklo- heksankarboksilne kiseline 222 (6-10%). Na 20 °C se iz 1-trihlormetilciklo- heksanola 207 dobija 1-hidroksicikloheksankarboksilna kiselina (prinos 68%) (shema I-52, B). Mehanizam ovih reakcije prikazan je u shemi I-52, C. 46 O Cl CO2H Cl CO2H OH CO2H CCl3 OH OH CO2H O CCl3 O O Cl Cl Cl COCl OH COCl Cl CO2H OH CO2H O Cl Cl + CHCl3/NaOH H2O/TEBA 20 °C 50 °C CCl3− :CCl2 -Cl− +OH− -Cl H2O H2O 205 206 207 220 221 222 221 222221 222 (68%) 205 A. B. C. 20 °C CH2Cl2/NaOH/H2O/TEBA -HCl -HCl SHEMA I-52 Neki β-aminoetildiazini 225 pokazuju aktivnost sličnu histaminima.91 Njihova sinteza počinje iz α-metildiazina 223 (2-metilpirazina, 2-metilpiridazina, 2- i 4-metilpirimidina). Adicijom karbanjona iz 223 na hloral dobijaju se odgovarajući β-aril-trihlormetilkarbinoli koji u reakciji sa NaOH daju α,β-nezasićene kiseline 224.92 Redukcijom ovih kiselina dobijaju se zasićene kiseline koje se esterifikuju, a 47 estri aminolizom daju amide (shema I-53). Hofmann-ovom degradacijom ovih amida dobijaju se amini 225. H CCl3 O CCl3 OH Ar Ar CO2H Ar CO2H Ar CO2H Ar NH2 ArCH3 + piridin, rfl NaOH H2/Ni 1) NH3 2) NaOCl 223 224 225 Ar = 2-pirazinil, 2-piridazinil, 2- i 4-pirimidinil SHEMA I-53 Trihlormetilketoni se mogu dobiti iz aldehida i trihlormetidnih reagenasa,93 posle oksidacije proizvoda adicije sa Na2Cr2O7, H2SO4 i AcOH. Ovi ketoni mogu da se redukuju sa kateholboranima u prisustvu (S)-oksazaborolidinskog katalizatora 227 dajući (R)-sekundarne alkohole 228 (shema I-54, A). Tretiranjem trihlormetilkarbinola 228 sa NaOH i NaN3 i redukcijom dobijenih azida 229, sintetizovana je serija (S)-α-aminokiselina 230.69 Mehanizam sinteze prikazan je u shemi I-54, B. R CCl3 O + O O BH R CCl3 H OH R CCl3 H OH N3− R HN3 1) OH− 2) H3O+ R HN3 CO2H H2/Pd R HH2N CO2H 228 228 229 230 227 226 N B O Ph Ph H Bu A. B. R = t-C4H9, C5H11, C6H5(CH2)2, C6H11 O Cl ClR H N3− +OH − Cl− COCl SHEMA I-54 48 (1S,2S,5R,6S)-2-Aminobiciklo[3.1.0]heksan-2,6-dikarboksilna kiselina 231 agonist je za receptore glutamata. Ovi receptori i njihovi agonisti uključeni su u mnoge bolesti centralnog nervnog sistema.94 Sinteza jedinjenja 231 prikazana je u shemi I-55.95 Ciklopropanovanjem zaštićenog dihidroksiciklopentenona 232 sa etil-(dimetilsulfuraniliden)-acetatom (EDSA) nastaje keton 233 koji sa LiHMDS i hloroformom u THF daje trihlormetilkarbinol 234. Iz karbinola 234, sa natrijum- azidom, DBU u anhidrovanom MeOH i 18-kruna-6 kao katalizatorom, nastaje dimetil-diestar 236. Redukcijom azida nastaje aminodiestar 237. Posle njegovog acetilovanja sa acetil-hloridom i hidrolize ketala sa trifluorsirćetnom kiselinom, nastaje diol 239. Diol 239 sa trietil-ortoformijatom 240 daje ciklični ortoformijat koji, posle deoksigenacije, daje ciklopentenski derivat 241. Redukcijom dvostruke veze u jedinjenju 241 sa vodonikom na Pd/C kao katalizatoru dobija se N-acetamido- diestar 242, čijom se hidrolizom sa HCl dobija kiselina 231. O O O O O O H CO2Et O O H CO2Et CCl3 OH O O H N3 CO2Me CO2Me O O H NH2 CO2Me CO2Me O O H AcHN CO2Me CO2Me OH OH H AcHN CO2Me CO2Me O O H AcHN CO2Me CO2Me EtO H AcHN CO2Me CO2Me H AcHN CO2Me CO2Me H NH2 CO2H CO2H O O H CO2Et O Cl Cl Br-Me2S+CH2CO2Et DBU/CHCl3/st CHCl3 LiHMDS DBU/18-crown-6 NaN3/MeOH H2/Pd-C AcOEt CH3COCl TFA HC(OEt)3 170 °C H2/Pd-C 1) HCl 2) Dowex 50WX8 232 233 234 236235 237 238 239 240 241 242 231 N3 − TEA SHEMA I-55 49 U shemi I-56 prikazana je hiralna sinteza 2-fluorkarboksilne kiseline 245 (ee ≥ 92%, prinos 50-60%) putem stereoselektivne konverzije enantiomera trihlormetilkarbinola 228. Fluorkarboksilne kiseline se dobijaju iz trihlormetil- karbinola 228 sa tetrabutilamonijum-fluoridom.96 Ove kiseline su poznate kao analozi feromona.97 Racemski trihlormetil-alkohol 243 Swern-ovom oksidacijom daje keton 244. Enantioselektivnom redukcijom ovog jedinjenja sa kateholboranom 226 i CBS, (S) ili (R) katalizatorom 227, dobijaju se (R)- ili (S)-karbinoli. Tretiranjem (R)-228 karbinola sa Bu4NF×3H2O u THF i sa cezijum-fluoridom dobija se smesa kiselina 245 i 246 u odnosu 2:1 (prinos 60%). R CCl3 OH R CCl3 O R CCl3 OH OR Cl Cl R F CO2H O O BH N B O Ph Ph H Bu R Cl CO2HR CCl3 OH R = C9H19, C4H9, 9-dodecinil, 7-dodecinil (COCl)2 DMSO + 1) Bu4NF × 3H2O/CsF 2) H2O 226 227 243 244 228 (R) 245 (S) 246 (S) SHEMA I-56 Iz karbinola 228 mogu se dobiti i hiralni terminalni epoksidi selektivnim dehlorovanjem sa Bu3SnH (dobijen iz Bu3SnCl i NaCNBH3) i AIBN kao inicijatorom (shema I-57).98 Ovom reakcijom dobijaju se hiralni hlorhidrini 247 bez racemizacije, koji se ovom prilikom ne izoluju. Iz hlorhidrina 247, oksirani 248 se dobijaju u reakciji sa NaOH u etru ili sa DBU u hinolinu, u prinosima 59-75% (ee 96%). R CCl3 OH R CH2Cl OH O R 228 Bu3SnCl/NaCNBH3 AIBN/EtOH NaOH/Et2O ili DBU/hinolin 247 248 R = t-Bu, c-C6H11, C6H5, C6H4(CH2)2 ne izoluje se SHEMA I-57 50 Imini se mogu sintetizovati iz ketona, hloroforma, NaOH i 2,6-dialkilanilina sa faznim-katalizatorom Alikvatom 336 (shema I-58, C).99 Ovo je primer ketoformne reakcije u kojoj iz ketona, hloroforma i NaOH nastaju oksirani 196 (shema I-58, A). Uobičajeno ove oksirane otvaraju nukleofili raskidajući vezu C–O (put a); a alkilanilini raskidaju vezu C–C (put b) (shema I-58, B) i kao proizvodi nastaju isključivo imini 249. O R1 R2 OR1 R2 Cl Cl X R2 R1 COCl X R2 R1 COY NH2 R OR3 R4 Cl Cl N H R3 R4 COCl R N H R3 R4 OCHCl2 R N H R3 R4 O R N H R N R3 R4 R R2 NH2 R1 OR3 R4 Cl Cl N H R3 OCHCl2 R4 R1 R2 N R3 R4 R2 R1 CHCl3 NaOH Na+CCl3− XH NaOH YH X = RO, ArO, RNH, ArNH, Cl, OH Y = RNH, ArNH, O− a b NaOH 196 249 R1, R2, R3, R4 = Me, Et, i-Pr, i-Bu A. B. C. NaOH a b SHEMA I-58 Sinteza 2-imino-4-tiazolidinona 202 iz aldehida, hloroforma i tiouree, prikazana je u shemi I-59.100 Ova jedinjenja imaju antiinflamatorno101 i antivirusno dejstvo.102 U shemi I-59, A, prikazana je sinteza 202 iz trihlormetilkarbinola, tiouree, NaOH kao baze u dimetoksietanu i H2O kao rastvaraču. Trihlormetil- 51 karbinoli 195 mogu se dobiti i Corey-ovom metodom, iz aldehida, CCl3CO2H i CCl3CO2Na u DMF (shema I-59, B). CCl3 OH Ph O Cl Cl Ph NH2 NH2 S NHS Ph NH O CCl3 OH R PhCHO NaOH/CHCl3 195 196 202 NaOH/DME RCHO CCl3CO2H, CCl3CO2Na DMF, st 195 A. B. H2O SHEMA I-59 52 2.4. TEORIJSKO PROUČAVANJE MEHANIZMA ADICIJE DIHALOGENKARBENA ILI TRIHALOGENMETILKARBANJONA NA KARBONILNU GRUPU KETONA I NA ALKENE U ovom poglavlju dat je pregled radova u kojima je objašnjen mehanizam reakcije ketona i aldehida sa trihalogenmetanima103 preko nastajanja ilida iz karbonila i dihalogenkarbena, ili cikloadicijom ovih reagenasa.104 Predstavljeni su i radovi u kojima se ispituju reakcije dihalogenkarbena sa alkenima105 i sa etrima.106 Teorijsko proučavanje interakcije trihalogenmetana sa hidroksidnim jonom na MP2/6-31+G(d,p) nivou,107 kao i proučavanje prenosa elektrona sa atoma kalijuma na trihalogenmetane,108 deo su novih saznanja u ovoj oblasti. 2.4.1. Karbonilni ilidi kao intermedijeri u reakciji ketona i aldehida sa dihalogenkarbenima Termičkim razlaganjem feniltribrommetilžive nastaje dibromkarben, koji u reakciji sa alifatičnim aldehidima i ketonima daje ilid 251. U ilidu dolazi do premeštanja bromidnog jona preko jonskog para 252 i nastaje alkoksibromkarben 253. Iz alkoksibromkarbena 253 nastaje dibromid 256 (shema I-60).107 RR1CH O R2 (RR1CH)R2C CBr2 O + (RR1CH)R2C CBr O + Br RR1CH O CBr R2 Br RR1CH C + Br R2 Br RR1C CBrR2 :CBr2 + -CO (RR1CH)R2CBr2 R, R1, R2 = Me, Et, Pr, PhCH2, cikloheksil, ciklopentil 250 251 252 253 254 255 256 .. .. − SHEMA I-60 53 Poznato je da alkoholizom haloforma u baznoj sredini nastaje ugljen- monoksid (shema I-61, A).109 Po analogiji, alkoksihalogenkarben 258 nastaje iz feniltrihalogenmetilžive sa benzofenonom ali i sa drugim alifatičnim i aromatičnim aldehidima i ketonima. Iz alkoksihalogenkarbena 258 nastaje CO.110 U shemi I-61, B, prikazani su proizvodi koji nastaju ovom reakcijom, kao i mehanizmi njihovog nastajanja. Za aromatične aldehide, podjednako su važni put A i put C, a proizvodi reakcije su 261 i 263. Kod ketona (put B), glavni proizvod je 259 a ne gradi se proizvod 263. RO C X R + X ArRC O + CX2 OAr R X X X O Ar R X O O Ar Ar X X Ar O X COX ArXOAr R X C :CX2 + + CO + RO− put C R = HR = H put A put B -CO ArRCX2 260 257 262 258 261 259 263 Ar = Ph; R = Me, Et, i-Pr, Bu; X = Br, Cl; A. B. -X− − .. .. SHEMA I-61 Mehanizam nastajanja CO sa karben-oksonijum jonom 264, kao intermedijerom, prikazan je u shemi I-62. ArRC O + CBr2 ArRC O + CBr Br ArRBrC O CBr+ CO + proizvodi 257 264 258 Ar = Ph; R = Me, Et, i-Pr, Bu − .... SHEMA I-62 54 Termičkim razlaganjem fenilbromdihlormetilžive 265 u prisustvu benzo- fenona dobijaju se α-hlordifenilacetil-hlorid 267, kao glavni proizvod, dihlor- difenilmetan 266 i ugljen-monoksid (shema I-63, A).111 Razlika u reakcijama benzaldehida (B) i diaril-ketona (C) objašnjava se nastankom ilida iz ketona, zbog endo-endo interakcija hlora i aromatičnog jezgra, kao i lakšeg nastajanja oksirana 274. Iz oksirana 274, premeštanjem nastaje hlorid 267. PhHC CCl2 O + C OCl Ph H Cl Ph2C CCl2 O + Cl2C CPh2 O COCl Cl Ph Ph C OCl Ph Cl Ph Ph2CO + PhHgCBrCl2 C6H6 PhHgBr + CO + Ph2CCl2 + Ph2CClCOCl NaOMe Ph2C(OMe)CO2Me+Ph2C(OMe)2 + Ph2CClCO2Me 265 266 267 268 269 270 PhCHCl2 + CO 257 271 272 273 274 267 275 A. B. C. − − Δ MeOH, Δ .. .. SHEMA I-63 Postojanje karbonilnih ilida teorijski je dokazano.112 Ilidi, kao intermedijeri u otvaranju oksiranskih prstenova, dokazani su u sintezi dideuteroformaldehida. Ukoliko se ozrači smesa dideuterodiazometana i formaldehida u dimetil-etru, kao proizvod se dobija dideuteroformaldehid (shema I-64, A).113 Sinteza je izvedena i bez svetlosti i ponovo je dobijen dideuteroformaldehid u prinosu od svega 6%, ali oksiran nije nagrađen (shema I-64, B). Ovi rezultati mogu biti dokaz da formaldehid-O-metilid 276 nastaje u reakciji fotohemijskim ili termičkim putem (preko oksadiazolina 277). Rezultati ab initio, MCSCF i CI proračuna ukazuju da su obe C–O veze iste dužine i da je ovaj molekul stabilizovan rezonancijom alilnog tipa.114 55 CH2 O D2C CH2 O + D2C CH2 O + D2C O CH2 O N N CH2 O D2C D2C CH2 O + D2C CH2 O + CH2 O D2C O :CD2 + :CH2 + 276 CD2N2 + -N2 :CD2 + 277 A. B. − − ili + −− :CH2 SHEMA I-64 2.4.2. Adicija dihlorkarbena na metanal Karbeni su veoma važna klasa reakcionih intermedijera.115 Najpoznatija njihova reakcija je cikloadicija na C=C vezu.116 Za reakciju adicije karbena :CCl2 na eten utvrđeno je da se odvija veoma brzo u jednom koraku i da ima negativnu aktivacionu energiju. Mehanizam adicije karbena na C=O vezu ispitivan je i obuhvata dva moguća intermedijera: ilid 251 i cikloadukt (dihloroksiran) 260 (shema I-65).117 Smatra se da ilid uvek nastaje interakcijom karbena sa heteroatomom koji ima nevezivni elektronski par.116 R1R2C CX2 O + H2C CCl2 O CH2 CCl2 O251 HCHO + :CCl2 260 278 1 2 3− .. SHEMA I-65 Da bi se odredio mehanizam razgradnje :CCl2 u bazno-vodenim uslovima izvršena su kvantnohemijska ispitivanja kompleksa H2O···CCl2 na MP2/3-21G nivou (second order Moller-Plesset perturbation theory - MP2) sa 3-21G baznim (osnovnim) setom i nađeno je da ilid ima R(C–O) = 1,68 Å i energiju disocijacije 23 kcal/mol, dok MP2/DZP nivo ne nalazi stabilan ilid. Ovim ispitivanjima nađeno je da se u prvoj fazi vrši umetanje :CCl2 u O–H vezu vode i da pri tome nastaje dihlormetanol CHCl2OH.118 56 OPTIMIZACIJA GEOMETRIJE U reakciji HCHO + :CCl2, karbonilni ilid nije izolovan. Poznato je da je metilen, :CH2, najreaktivniji karben, zbog svojih slobodnih p-orbitala. U slučaju dihlorkarbena, :CCl2, hlor može dati elektrone iz svojih p-orbitala i smanjiti reaktivnost ovog karbena. Na slici 5 prikazani su minimumi (MS) i prelazna stanja (TS) za reakcije 1 i 2 koje su prikazane u shemi I-65. Može se smatrati da je CH2- O–CCl2 biradikal 278, te se koristi CASSCF(2,2)/6-21G* talasna funkcija (complete active space self-consistent field with two electrons in two active orbitals). Posle optimizacije na CASSF(2,2)/6-31G* nivou, gde su HOMO i LUMO u korelaciji, dobijena je MS1 struktura. Vidi se da molekul nije planaran, a ugljenikovi atomi su sp3-hibridizovani; postoji biradikal i popunjene orbitale su u obrnutom smeru. Analiza aktivnih orbitala pokazuje da se one nalaze na C- atomima a optimizacija na SCF nivou (self-consistent-field) sa 6-31G* osnovnim setom, vodi disocijaciji molekula na HCHO i :CCl2 fragmente. SLIKA 5 Reakcije dihlorkarbena sa metanalom119 57 ANALIZA REAKCIONIH PUTEVA Za 6-31G* osnovni set, CASSCF proračun pokazuje da je ilid 251 stabilan i da ima aktivacionu energiju za zatvaranje prstena od 9,7 kcal/mol. Reakcije 1 i 2 su kompetitivne (shema I-65); reakcija 2, ima za 3 kcal/mol nižu energetsku barijeru. Hartree-Fock-ov (HF) proračun ne pokazuje postojanje ilida. Rezultati teorijskih proračuna pokazuju da ilid 251 postoji kao intermedijer ali je brzina njegovog formiranja manja nego brzina cikloadicije.119 Aktivaciona energija za ciklizaciju ilida je 13,78 kcal/mol, a za fragmentaciju 14,49 kcal/mol, što znači da se 25% ilida fragmentuje. U proseku, ilid može da postoji 1 ms na sobnoj temperaturi. 2.4.3. Adicija dihlorkarbena na metanal, etanal i benzaldehid Ispitivanja reakcije adicije dihlorkarbena na HF nivou, ukazuju da se prvo formira kompleks, koji se, zatim, izomerizuje u dihloroksiran. Pošto elektronska korelacija nije uključena u HF, rezultati nisu kvantitativni. Ukoliko se uključi teorija funkcionala elektronske gustine i primeni na cikloadicije :CCl2 sa metanalom, etanalom i benzaldehidom, dobijaju se relevantnija objašnjenja ovog mehanizma.103 Na slici 6 prikazani su modeli reaktanata i proizvoda, kao i prelaznih stanja TS1, TS2 i intermedijera IM. U prvom prelaznom stanju TS1, formiraju se parcijalno veze C(1)–C(4) i C(1)–O(5) (malo duža veza). Geometrija prelaznog stanja slična je geometriji reaktanata (Hammond-ov postulat).120 U TS1 strukturi dolazi do preklapanja orbitala :CCl2 sa H2CO, prazna 2p-orbitala :CCl2 (LUMO) preklapa se sa π-orbitalom C=O veze (HOMO-1); preklapaju se i σ (C) sa elektronskim parom iz :CCl2 i π*-orbitala C=O veze (LUMO). Račun B3LYP i MP2 pokazuje da je σ-π*-interakcija orbitala dominantna. Račun HF/6-31G* daje za barijeru potencijalne energije 81,3 kJ/mol, a za cikloadiciju singleta :CCl2 na HCHO, energiju od 14,1 kJ/mol. Cikloadicijom se dobija intermedijer, 2,2-dihloroksiran, a posle premeštanja hlora dobija se hlorid hloretanske kiseline (P, na slici 6). Premeštanje Cl(2) sa C(1) na C(4) prati raskidanje C–O veze. Ova reakcija ima energetsku barijeru od 165,5 kJ/mol. 58 Reakcije :CCl2 ca etanalom i benzaldehidom odvijaju se po istom mehanizmu, uz određene razlike u geometriji molekula (slika 6). Razlike su sledeće: dužine veza C(1)–C(4) i C(1)–O(5) u TS1 su kraće, TS1 strukture su sličnije reaktantima, singlet :CCl2 prilazi asimetrično C preko O atoma, barijere za TS1 su veće, 21,9 i 28,2 kJ/mol za reakcije dihlorkarbena sa CH3CHO i C6H5CHO. Ova barijera je veća kod CH3CHO, usled hiperkonjugacije σ (C–H, veze CH3 grupe) sa π* (C=O orbitalom), što smanjuje učešće 2pz-orbitale C(4) u vezi sa karbenom (σ-π*). Kod benzaldehida, barijera je veća usled konjugovane interakcije fenil-grupe i C=O grupe. SLIKA 6. Reakcije dihlorkarbena sa metanalom, etanalom i benzaldehidom103 Stabilnost intermedijera izražena je stabilizacionim energijama od 219,3 kJ/mol na B3LYP/6-31G* nivou, dok su cikloadicije :CCl2 sa CH3CHO i C6H5CHO, egzotermne, sa 204,9 i 187,9 kJ/mol. Zbog toga, kod 2,2-dihlor-3- feniloksirana veoma lako dolazi do premeštanja hlora sa C(1) na C(4) na sobnoj temperaturi (barijere za premeštanje hlora su 165,5 kJ/mol, 138,8 kJ/mol i 59 88,6 kJ/mol za sva tri aldehida redom). Uticaj rastvarača najjači je u fazi premeštanja; dužine C(1)–Cl(2) i C(4)–O(5) povećane su pod ovim uticajem. Barijere za premeštanje hlora smanjene su na 6,5, 12,1 i 28,3 kJ/mol u reakciji sa HCHO, CH3CHO, C6H5CHO (premeštanje u CHCl3 vrši se veoma lako, čak i na sobnoj temperaturi). 2.4.4. Adicija dihlorkarbena na alkine Mehanizam adicije dihlorkarbena na alkine može da se odvija cikloadicijom ili insercijom. Radikal :CCl2 dobija se laserskom fotolizom iz CCl4 na 213 nm. Eksperimentalni i teorijski proračun pokazuje da se ova reakcija adicije vrši brzinom 3,3 × 10–13 cm3molekula–1s–1.105 Na osnovu ab initio proučavanja može se zaključiti da mehanizam cikloadicije, sa barijerom od 5,7 kcal/mol, ima važnu ulogu u ovoj reakciji. Intermedijeri IM1 i IM2 (slika 7), dominantni su u ovom mehanizmu. Oni su stabilizovani sa trećim molekulom, pošto im je reakciona brzina drugog reda i zavisi od pritiska. SLIKA 7 Mehanizam adicije dihlorkarbena na alkine105 60 Za reakciju :CCl2 + H2O, konstanta brzine je 4,8 × 10–14 cm3molekula–1s–1 i nije zavisna od pritiska. Ovaj mehanizam je insercioni i proizvodi su HCl i HCOCl, sa energetskom barijerom od 16,5 kcal/mol. 2.4.5. Adicija dihlorkarbena na ciklopropen Dalja ispitivanja reakcije adicije :CCl2 na disupstituisane ciklopropene 279 pokazuju da se kao intermedijer u ovoj reakciji javlja cviterjon 280 koji dovodi do nastajanja diena 281 (shema I-66).121 Put B u mehanizmu adicije vodi preko bicikličnog intermedijera 282 do dihlorciklobutena 284 nastalog nakon CCA, (cyclopropyl cationic allyl) ciklopropil-katjon alilnog premeštanja. Butadien 281 jedini je proizvod kada se geometrija karben-ciklopropen sistema optimizuje smanjivanjem rastojanja između ova dva reaktanta, dok IRC (račun svojstvene reakcione koordinate) izračunavanja pokazuju da je to biciklobutan 282 (shema I-66). Tumačenjem površine potencijalne energije za nastajanje butadiena 281, energija nastajanja je niža ali je linija strmija i bez intermedijera. Površina potencijalne energije za formiranje [1.1.0]-biciklobutanskog intermedijera 282 i njegovo premeštanje do 284 rađena je na B3LYP/6-31G* nivou u gasnoj fazi (slika 8). Rezultati pokazuju da iz biciklobutana 282 nastaje isključivo ciklobuten 284, preko jonskog para 283 kao prelaznog stanja (ne intermedijera) i da je biciklobutan 282 stabiliniji za 65-78 kcal/mol, od odvojenih čestica.122 Mehanizam adicije :CCl2 na 1,2-disupstituisane ciklopropene ispitivan je DFT (B3LYP/6-31G*) metodom. Reakcija se izvodi u gasnoj fazi i u rastvoru acetonitrila; dobijaju se 1,3-dieni ili ciklobuteni. Raspodela proizvoda zavisi od dinamike reakcije. Na sadašnjem nivou teorijskog proučavanja, nema minimuma na površini potencijalne energije koji odgovara dipolarnom intermedijeru. Proračun na B3LYP/6-31G* za svojstvenu reakcionu koordinatu (IRC), za adiciju :CCl2 na propen i 1-buten pokazuje ravan deo na PPE-u (Potential Energy Surface - PES) na udaljenosti većoj od 2,6 Å za karben-alken.123 Reakcija se dalje nastavlja kao cikloadicija. 61 Neka eksperimentalna proučavanja reakcije dihalogenkarbena sa nesupstituisanim ciklopropenom i ciklobutenom pokazuju da nastaju 2,3-dihalo- genciklobuteni i ciklopenteni, dok biciklični intermedijeri nisu izolovani. Isto je i u slučaju benzociklopropena. R R R R CCl2 Cl R R Cl R R Cl Cl R Cl R Cl R Cl R Cl− 279 280 281 282 283 284 − +CCA + :CCl2 SHEMA I-66 SLIKA 8 PPE za reakciju adicije dihlorkarbena na ciklopropen122 62 2.4.6. Reakcije karbena sa etrima Uticaj etara na dihlorkarbene proučavan je računski na B3LYP, MP2 i MPWB1K nivou. Formiranje ilida vrši se samo sa reaktivnim elektrofilnim karbenima, kao što su ciklopentadieniliden-karben, dok se nukleofilniji karbeni, kao ciklopent-2-eniliden, povezuju interakcijom slobodnih elektronskih parova ugljenika iz karbena i kiseonika iz etara sa C–H vezom u etrima.109 Formira se vrlo slab kompleks između elektrofilnog dihlorkarbena i elektronskog para kiseonika. Pretpostavku da dolazi do umetanja karbena u α-položaj prema kiseoniku, u sekundarnim bicikličnim etrima, potvrđuje ispitani mehanizam insercije. Kod metil- etara ne dolazi do insercije dihlorkarbena u C–H vezu metoksi-grupe, već u C–H vezu koja je susedna etarskom kiseoniku. 2.4.7. Mehanizam reakcije adicije CH(4-n)Cln sa hidroksidnim jonom Reakciju CH(4-n)Cln za n = 1–4, sa OH– jonom moguće je pratiti kroz dva mehanizma: SN2-nukleofilnu supstituciju, kao reakciju drugog reda, i migraciju protona (PT) na hidroksidni jon (proton transfer). Metode za ispitivanje ovih mehanizama su: MP2, MP3, MP4, kao i CCSD (coupled cluster theory with single, and double excitations).124 Izračunata je energija kompleksa i prelaznih stanja, kompeticija između SN2 i PT, kao i brzine hemijskih reakcija.125 PT-Mehanizam je povoljniji kod CH2Cl2 i CHCl3 nego kod CH3Cl, (energije redom –62 kJ/mol, –137 kJ/mol, +24 kJ/mol). Za CH2Cl2, relativna energija za SN2 iznosi –61 kJ/mol („Saddle point“) i identična je energiji za PT proizvode. Brzine hemijske reakcija za PT-reakcije su mnogo manje nego za SN2-reakcije. Interakcija CHX3 (X = F, Cl) i hidroksidnog jona takođe je teorijski ispitivana na MP2/6-31+G(d,p) nivou. Proton-transfer kompleks CX3–···H2O stabilniji je kod 63 CHF3 za 1,1 kcal/mol, a kod CHCl3 za 7,1 kcal/mol u odnosu na kompleks X3CH···OH–. U X3CH···OH– kompleksu, koji je favorizovan u odnosu na polazne reaktante, nastaje jaka CH...OH– vodonična veza, energije od 25,7 kcal/mol za CHF3 i 31,8 kcal/mol za CHCl3. Analiza orbitala pokazuje da se prenos elektrona vrši u nevezivnu σ* (CH) orbitalu. Kompleks CX3–···H2O ima nižu energiju od odvojenih čestica CX3− i H2O za 17,3 kcal/mol.110 2.4.8. Mehanizam reakcije prenosa elektrona sa atoma K na trihalogenmetane Hipertermički mlazevi kalijumovih atoma, prelazeći preko CHCl3 i CHBr3, predaju elektron i nastaju K+ i X− joni (Cl−, Br–). Kao što se i može očekivati, sterne asimetrije CHCl3 i CHBr3 su male, tako da je halogenski deo („halogen end“) znatno reaktivniji.111 U CHCl3 i CHBr3, σ*C–H orbitala nije aktivirana. Elektronski transfer vrši se u σ*C–X orbitalu, a pretpostavlja se da je to LUMO orbitala.126 Na veoma niskim energijama stvara se so, KX. Pošto se prenos elektrona vrši u σ*C–X „režnju“-u (ili σ*C–X delu molekula), dolazi do raskidanja C–X veze. U CHBr3, raskidanje C–Br veze može dovesti i do nastanka CBr2H− jona. 64 2.5. MOPAC-SEMIEMPIRIJSKI MOLEKULSKO-ORBITALNI PROGRAM MOPAC je univerzalni, semiempirijski molekulsko-orbitalni program namenjen za proučavanje hemijskih struktura i reakcija koje mogu da uključuju molekule, jone i linearne polimere.127 Program koristi semiempirijske Hamiltonijane MNDO, MINDO/32,128 AM1, PM3 i PM6 u elektronskom delu proračuna za dobijanje molekulskih orbitala, energije nastajanja i vrednosti koje se mogu izvesti iz njih, uzimajući u obzir geometriju. Koristeći ove rezultate, MOPAC izračunava vibracione spektre, termodinamičke veličine, izotopske supstitucione efekte, konstante sila za molekule, jone, radikale i polimere. Unutar elektronskog dela proračuna moguće je računati molekulske i lokalizovane orbitale, ekscitovana stanja do seksteta, indekse hemijskih veza, šarže, itd. Moguće je računati i svojstvene i dinamičke reakcione koordinate. Za proučavanje hemijskih reakcija na raspolaganju su rutine za lokalizovanje prelaznog stanja i dve rutine za optimizaciju prelaznih stanja. MOPAC je jedinstven program koji inkorporira mnogo odvojenih funkcija, od kojih je većina razvijena pre nego što je napisan MOPAC. Kao rezultat toga, iako je sadašnja formulacija napisana isključivo od strane J. J. P. Stewart-a, MOPAC u stvari predstavlja kumulativni napor velikog broja pojedinaca. Mada je napisan za upotrebu na VAX računarima, naknadno je prepravljen za upotrebu i na drugim računarima. Osnovni kod je napisan u FORTRANU-77. MOPAC je "public domain" program, koji se zajedno sa izvornim kodom i dokumentacijom može dobiti od Quantum Chemistry Program Exchange. 2.5.1. Semiempirijske metode u MOPAC-u U MOPAC-u su na raspolaganju četiri zasebne metode: MINDO/3, MNDO, AM1 i PM3. Sve su semiempirijske i približno iste strukture. Ove metode su na 65 bazi samosaglasnog polja (Self-Consistent Field, SCF) i uzimaju u obzir elektrostatičke odbojne sile i stabilizacionu razmenu, a vrednosti integrala se procenjuju upotrebom aproksimacija. Dalje, sve koriste minimalni osnovni set valentnih orbitala atoma i zanemaruju dvoatomsko diferencijalno preklapanje (dvoelektronski integrali odbijanja) u sekularnim jednačinama. Ove aproksimacije znatno pojednostavljuju kvantnomehaničke proračune na ispitivanim sistemima. Kao rezultat toga, moguće je izučavati veće sisteme. Sve četiri semiempirijske metode sadrže skupove parametara. Za MINDO/3 postoje atomski i diatomski parametri, dok MNDO, AM1 i PM3 upotrebljavaju samo jednoatomske parametre. Elementi parametrizovani za MNDO nivo su: H, Li, B, C, N, O, F, Na, Al, Si, P, S, Cl, K, Zn, Ge, Br, Rb, Sn, I, Hg i Pb; za AM1 nivo: H, B, C, N, O, F, Na, Al, Si, P, S, Cl, K, Zn, Ge, Br, Rb, Sn, I i Hg; i za PM3 nivo: H, Be, C, N, O, F, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Hg, Tl, Pb i Bi. Geometrija molekula se može definisati na dva načina. Najčešće se za definisanje upotrebljavaju interne koordinate u kojima je svaki atom definisan u odnosu na prethodni, preko dužina veza, uglova i torzionih uglova, kao i preko sheme vezivanja. Drugi način je definisanje geometrije preko Kartezijanskih koordinata (pravouglih, Dekartovih) gde je svaki atom definisan sa tri Kartezijanske koordinate. To su x, y i z vrednosti položaja atoma u odnosu na neku referentnu tačku. Kartezijanske koordinate su nezavisne u odnosu na shemu vezivanja. Bez obzira na metodu definisanja geometrije, MOPAC u toku računa uobičajeno koristi interne koordinate. Najčešća računarska operacija je optimizacija geometrije. Uobičajeno se koristi Davidon-Fletcher-Powell-ova metoda129 za optimizaciju. Za sisteme kod kojih DFP metoda ne daje dobre geometrije, može se upotrebiti Broyden-Fletcher- -Goldfarb-Shanno (BFGS) metoda.130 Najnovije verzije imaju kao osnovnu EF (’egenvector folowing’) metodu optimizacije. Ova metoda je brža i ređe daje pogrešne rezultate. Sve metode upotrebljavaju isti opšti pristup. Koristeći izvode 66 energije po koordinatama, geometrija se menja dokle god se smanjuje energija nastajanja. Optimizacija se zaustavlja kada dalje promene nisu u stanju da znatnije smanje energiju. Dobijena geometrija tada odgovara stacionarnoj tački na površini potencijalne energije. Izuzev za male sisteme, ovo će biti jedna od mnogih mogućih geometrija konformera ili izomera. 2.5.2. Mogućnosti MOPAC-a MNDO, MINDO/3, AM1 i PM3 Hamiltonijani. Restricted Hartree-Fock (RHF) i Unrestricted Hartree-Fock (UHF) metode. Ekstenzivna konfiguracija interakcija: 100 konfiguracija: Singletna, Dubletna, Tripletna, Kvartetna, Kvintetna, i Sekstetna ekscitovana stanja. Geometrijska optimizacija, za specifično elektronsko stanje. Jedan SCF ciklus proračuna. Geometrijska optimizacija. Gradijentna minimizacija. Lociranje prelaznog stanja. Izračunavanje koordinata prelaznog puta. Izračunavanje konstanti sila. Vibraciona analiza. Izračunavanje prelaznog dipola. Izračunavanje termodinamičkih osobina. Lokalizovane orbitale. Kovalentni red veza. Analiza veza po σ- i π-doprinosima. Jedno- i dvocentarski doprinosi ukupnoj energiji molekula. Izračunavanje jednodimenzionih polimera. Izračunavanje dinamičkih reakcionih koordinata. Izračunavanje svojstvenih reakcionih koordinata. 3. NAŠI RADOVI 68 3.1. EKSPERIMENTALNO PROUČAVANJE REAKCIJE KETONA SA BROMOFORMOM Kao što je u Uvodu već napomenuto, α,β-nezasićene-, kao i α-supstituisane karboksilne kiseline, poznate su po svojoj biološkoj aktivnosti.2,8 Stoga je potreba za sintezom ovih jedinjenja još uvek predmet proučavanja organskih hemičara. Naši preliminarni rezultati dobijeni reakcijom cikloheksanona sa bromoformom, koja je predstavljala modifikaciju reakcije tog ketona sa hloroformom,90 predstavljeni su u shemi II-1. Reakcijom cikloheksanona sa hloroformom dobijaju se: 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2, 1-hidroksiciklo- heksankarboksilna kiseline 3 i 1-hlorcikloheksankarboksilna kiselina 4 (shema II-1, A). Ukupan prinos reakcije je 55% (udeo kiselina redom je 2:2:1, odnos proizvoda reakcije određen je posle frakcione destilacije reakcione smese, kao i na osnovu NMR spektroskopskih podataka). Kada se umesto hloroforma upotrebi bromoformom, pod istim reakcionim uslovima, iz cikloheksanona se dobijaju sledeći proizvodi: 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2, 1-hidroksicikloheksan- karboksilna kiselina 3 i 1-bromcikloheksankarboksilna kiselina 5, (shema II-1, B). Prinos reakcije je 65% (udeo kiselina 2, 3 i 5 je 75:25:5, odnos proizvoda reakcije određen je posle frakcione destilacije reakcione smese, kao i na osnovu NMR spektroskopskih podataka). Ovi rezultati ukazivali su na mogućnost da se detaljnijim ispitivanjem njenog mehanističkog toka može doći do postupka koji je, u sintetičkom pogledu, znatno povoljniji u odnosu na postojeći, i da se, na osnovu dobijenih rezultata takvih istraživanja razvije i, po mogućstvu optimizuje, nova metoda za sintezu gore pomenutih karboksilnih kiselina. 69 O COOHClCOOH O COOH OH COOH COOHBrOH COOH + + A. B. 1 2 3 1 2 4 + 3 5 55% (2:2:1) 65% (75:20:5) 20 °C, 24 h CHCl3 4 ekv. t-BuOH, H2O, NaOH 20 ekv. TEBA 0,1 ekv. 20 °C, 24 h CHBr3 4 ekv. t-BuOH, H2O, NaOH 20 ekv. TEBA 0,1 ekv. + SHEMA II-1 Stoga je cilj ovog rada bio da se mehanizam reakcije ketona sa bromoformom prouči ne samo eksperimentalnim, već i računarskim putem. Predmet ovih istraživanja bili su i drugi različito supstituisani cikloheksanoni, kao na primer, 2-metilcikloheksanon 8, 3-metilcikloheksanon 11, 4-etil- i 4-terc-butil- cikloheksanon 14 i 17, tetralon 42, ali i ciklopentanon 25, cikloheptanon 27, ciklo- oktanon 29, ciklododekanon 32, 1-fenilpropanon 36, 1-fenilheksan-2-on 45, 1,5-difenilpentan-3-on 49, acetofenon 34, p-nitroacetofenon 38 i dr (slika 9). Kako se reakcija ketona sa bromoformom odvija u jako baznoj sredini, za ispitivanje mehanizma reakcije eksperimentalnim putem primenjene su različite baze i to: litijum-hidroksid, natrijum-hidroksid i kalijum-hidroksid, zatim 1,8-diazabiciklo- [5.4.0]undec-7-en (DBU) i kalijum-terc-butoksid u količini od 10-30 ekvivalenata u odnosu na cikloheksanon. Količina bromoforma u ovim reakcijama kretala se u opsegu od 2-20 ekvivalenata u odnosu na cikloheksanon. Reakcija je katalizovana trietilbenzilamonijum-hloridom (TEBA), tetrabutilamonijum-bromidom (TBAB), metiltrioktilamonijum-hloridom (Alikvat 336), kao i 18-kruna-6 etrom faznim katalizatorima, a od rastvarača su upotrebljavani smese toluen/voda, dimetil- -sulfoksid/voda, dihlormetan/voda, izopropil-alkohol/voda, terc-butil-alkohol/voda, terc-pentil-alkohol/voda u različitim odnosima i drugi. Reakcije su izvođene u 70 temperaturskom opsegu od 0-85 °C a vreme reakcija praćeno je u intervalu od 6-48 časova. Pri svemu, mehanizam reakcije u svakom pojedinom slučaju mogao se odrediti praćenjem uticaja promene svih navedenih reakcionih uslova na brzinu hemijske reakcije, kao i na osnovu prinosa i strukture nagrađenih reakcionih proizvoda. Na osnovu jedne detaljne analize došlo se do zaključka da se reakcija može tako voditi da se, u većem broju slučajeva, prvenstveno gradi α,β-nezasićena karboksilna kiselina.131 O 1 O 8 Me O Me 11 O 14 O 17 O Ph 23 Et O O O O 25 27 29 32 tBu O 34 36 38 42 O O O2N O O PhPh Ph O 45 49 SLIKA 9. Ketoni na kojima je ispitivan mehanizam reakcije Strukture reakcionih proizvoda određene su na osnovu njihovih spektralnih podataka (IR, MS i NMR spektara), kao i upoređivanjem sa spektralnim podacima 71 autentičnih uzoraka. Tok reakcija praćen je tankoslojnom hromatografijom. Najdetaljnije je proučena reakcija cikloheksanona i bromoforma. S tim u vezi, na osnovu eksperimentalnih podataka dobivenih u ovom radu razvijena je i optimizovana nova metoda za sintezu α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina, pored već postojećih. 3.1.1. Uticaj baze na reakciju cikloheksanona sa bromoformom Od ranije je poznato da baza ima veliki uticaj na reakciju, prinos i raspodelu reakcionih proizvoda koji u njoj mogu nastati. Od jačine, ali i od koncentracije upotrebljene baze, zavisi brzina prve faze reakcije u kojoj se bromoform deprotonuje i pri tome nastaje dibromepoksidni intermedijer. Nakon toga, nukleofilno otvaranje ovog intermedijera takođe zavisi od upotrebljene baze. Kako je već prethodno navedeno, u praćenju uticaja baza na mehanizam reakcije cikloheksanona sa bromoformom upotrebljene su različite baze, i to: alkalni hidroksidi (NaOH, KOH, LiOH), DBU, kao i kalijum-terc-butoksid (t-BuOK). Naša preliminarna ispitivanja, koja su bila izvedena u skladu i sa već pomenutim literaturnim podacima, potvrdila su da optimalna količina baze iznosi 20 ekvivalenata u odnosu na cikloheksanon, ukoliko se kao baze upotrebljavaju alkalni hidroksidi. Sa manjom količinom baze (5-10 ekv.), snižava se prinos reakcije pošto oko 40% cikloheksanona ostaje neizreagovano. Upotrebom veće količine baze (30 molarnih ekvivalenata), prinos reakcije se takođe snižava jer nastaje kompleksna smesa sporednih proizvoda čija struktura nije određena. Kako pod ovim reakcionim uslovima cikloheksanon potpuno izreaguje, može se pretpostaviti da se u smesi neidentifikovanih jedinjenja nalaze proizvodi aldolne kondenzacije. Optimalna količina bromoforma iznosi 4 molarna ekvivalenta u odnosu na cikloheksanon. Manja količina bromoforma (2 mol-ekv.) dovodi do značajnog usporavanja brzine reakcije, što se moglo lako utvrditi posle obrade alikvota reakcione smese u kome je detektovana značajna količina neizreagovanog ckloheksanona. Takođe, upotrebom veće količine od 4 mol- 72 ekvivalenta bromoforma (6-8 ekv.), pored kiselina 2 i 3 gradi se i 1-bromciklo- heksankarboksilna kiselina 5, u prinosu od 10-20%. Ovim se potvrđuje mehanizam u kome se intermedijerni dibromepoksid otvara nukleofilnim napadom hidroksidnog ili bromidnog anjona a ne intramolekulskim premeštanjem broma na spiro-ugljenik. U reakciji cikloheksanona sa bromoformom i natrijum-hidroksidom (60-80% vodeni rastvor), dobija se smesa kiselina 2, 3 i 5 u ukupnom prinosu od 65%. Odnos kiselina 2 i 3 je 75:20, a pored toga, nastaje i 1-bromcikloheksan- karboksilna kiselina 5 u prinosu od 5% (shema II-2, A). Kada se za reakciju cikloheksanona sa bromoformom kao baza upotrebi kalijum-hidroksid, a kao rastvarač terc-butil-alkohol/voda (5:1), kiseline 2 i 3 dobijaju se u ukupnom prinosu od 85% (reakcija se izvodi u toku 24 časa na sobnoj temperaturi). Ukoliko se u reakcionu smesu doda 0,1 ekvivalent trietilbenzilamonijum-hlorida (u odnosu na cikloheksanon), dobijaju se kiseline 2 i 3 u odnosu 85:15 (ukupan prinos 85%) (shema II-2, B). Upotrebom 0,1 ekvivalenta 18-kruna-6 etra kao katalizatora, dobijaju se kiseline 2, 3 i 5 u odnosu 85:10:5 (ukupan prinos 90%) (shema II-2, C). Na osnovu ovih ispitivanja može se zaključiti da se upotrebom kalijum- -hidroksida kao baze, odgovarajuće karboksilne kiseline dobijaju u višem ukupnom prinosu, nego u slučaju kada se kao baza upotrebi natrijum-hidroksid (videti referencu132). Upotrebom litijum-hidroksida kao baze u reakciji cikloheksanona sa bromoformom, kao glavni i/ili jedini proizvod dobijena je 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 u najvišem prinosu. α-Supstituisane karboksilne kiseline dobijene su u prinosu od 5-10%. Optimalna količina litijum-hidroksida u odnosu na cikloheksanon iznosi 20 ekvivalenata (shema II-8, E). Ukoliko se upotrebi manje baze (10 mol-ekv.), prinos reakcije, posle 24 časa na sobnoj temperaturi, iznosi 40-50% i, posle tog vremena, u reakcionoj smesi zaostaje značajna količina neizreagovanog cikloheksanona. Upotrebom veće količine litijum-hidroksida (30 mol-ekv.) dobijaju se kiseline 2 i 3 u ukupnom prinosu od 65% (odnos kiselina 2/3 = 3:2) (shema II-2, D). 73 O CO2H OH CO2H CO2H OH CO2H CO2H OH CO2H CO2H Br CO2H CO2H OH CO2H Br CO2H A. B. C. NaOH 20 ekv. + + KOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv., TEBA 0,1 ekv. CHBr3 4 ekv., TEBA 0,1 ekv. KOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv., 18-C-6 0,1 ekv. LiOH 30 ekv. CHBr3 4 ekv., TEBA 0,1 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) 2 3 2 3 2 3 1 2 65% (75:20:5) 85% (85:15) 90% (85:10:5) 65% (3:2) 95% LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv., TEBA 0,1 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) t-BuOH/H2O (5:1) t-BuOH/H2O (5:1) t-BuOH/H2O (5:1) D. E. 5 ++ 2 3 5 ++ SHEMA II-2 Svi ovde prikazani eksperimenti izvedeni su na skali od 0,05 do 0,1 mola cikloheksanona. Na većoj skali (0,1 do 0,2 mola) ovog ketona, reakcija sa bromoformom je izvedena samo sa kalijum- i litijum-hidroksidom. Kada je kao baza upotrebljen kalijum-hidroksid, 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 dobijena je u prinosu od 70-80%, a kao reakcioni proizvod gradi se i 1-hidroksicikloheksan- karboksilna kiselina 3. Ukoliko se eksperiment sa LiOH kao bazom izvodi na višoj skali, prinos α,β-nezasićene karboksilne kiseline 2 iznosi ~90%, što daje mogućnost da se ova reakcija može primeniti i u preparativne svrhe. Pored alkalnih hidroksida, upotrebljen je i 1,8-diazabiciklo[5.4.0]undec-7-en (DBU), kao jedna voluminozna baza. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom, 74 sa DBU kao bazom, odvija se pod blagim reakcionim uslovima, u dihlormetanu na sobnoj temperaturi, što sprečava moguće sporedne reakcije do kojih može doći kada se kao baza upotrebljava alkalni hidroksid. Iz cikloheksanona i bromoforma sa DBU kao bazom (1 molarni ekvivalent DBU na 1 mol-ekv. cikloheksanona) u dihlormetanu kao rastvaraču, dobija se 1-bromcikloheksankarboksilna kiselina 5 u prinosu od 40% (shema II-3). Nedostatak ove sinteze je u tome što se mora upotrebiti 1 molarni ekvivalent baze u odnosu na cikloheksanon. Nastajanje kiseline 5 u ovoj reakciji može se objasniti intramolekulskim otvaranjem intermedijernog dibromepoksida koje se odvija napadom bromidnog anjona na spiro-ugljenik. O Br CO2H CHBr3 2 ekv. DBU 1 ekv. CH2Cl21 5 (40%) SHEMA II-3 Kalijum-terc-butoksid (t-BuOK) upotrebljen je kao baza u reakcijama cikloheksanona sa bromoformom u alkoholnim rastvaračima (u bezvodnoj sredini). Tako, na primer, u reakciji cikloheksanona sa bromoformom i kalijum-terc- -butoksidom u metanolu (uz dodatak 18-kruna-6 etra, i to 0,1 ekv. u odnosu na keton), dobijaju se dva proizvoda: metil-estar 1-cikloheksenkarboksilne kiseline 6 i metil-estar α-metoksicikloheksankarboksilne kiseline 7 u ukupnom prinosu od 50% (shema II-4). Mehanizam, prema kome metanol odnosno metoksidni jon, kao nukleofilna vrsta napada spiro-ugljenikov atom i tako dolazi do otvaranja dibromepoksida, ujedno i potvrđuje nastajanje ovog intermedijera. Nastajanje estra 7 odvija se istim mehanizmom kao i nastajanje 1-hidroksicikloheksankarboksilne kiseline 3, s tom razlikom što umesto metoksidnog jona nukleofilni napad na dibromepoksidni prsten vrši hidroksidni anjon. U bezvodnoj sredini smanjena je solvatacija nukleofila koji su prisutni u ovoj reakciji i time se povećava njihova jačina. Metanolni rastvor t-BuOK takva je reakciona sredina u kojoj se reakcija cikloheksanona sa bromoformom odvija u jednoj fazi, što je i kinetički veoma 75 povoljno. U slučaju dvofaznog sistema (rastvarač/voda) potrebno je da katalizator (TEBA) prenese hidroksidni anjon u organsku fazu da bi se u njoj izvršilo deprotonovanje bromoforma a zatim napad tribrommetilkarbanjona na karbonilni ugljenikov atom cikloheksanona. Ovo usporava prvu fazu reakcije u kojoj nastaje dibromepoksidni intermedijer. Posle obrade reakcione smese u ovoj reakciji nije primećen polazni keton ali se, pored estara, dobija i kompleksna smesa neidentifikovanih proizvoda. Ova reakcija nije dalje ispitivana, mada se na ovaj način otvara mogućnost da se sinteza α,β-nezasićenih estara iz ketona izvede u jednom tzv. „one-pot“ postupku („u jednom balonu“). O CO2Me MeO CO2Me + t-BuOK 15 ekv., CHBr3 4 ekv. MeOH 60 ekv., 18-C-6, 0,1 ekv. 1 6 7(50%)20 oC, 24 h SHEMA II-4 3.1.2. Uticaj rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom Naša ispitivanja reakcije cikloheksanona sa bromoformom mogu dati odgovor na pitanje zavisnosti mehanizma ove reakcije od polarnosti reakcione sredine. Od rastvarača su upotrebljeni toluen, dihlormetan, bromoform, dimetil- sulfoksid, kao i alkoholi (MeOH, n-PrOH, t-BuOH, t-PentOH). Upotrebom nepolarnih rastvarača, prinosi kiselina kretali su se u opsegu od 60-80%, u zavisnosti i od ostalih reakcionih uslova. Cikloheksanon u reakciji sa bromoformom, litijum-hidroksidom i trietilbenzilamonijum-hloridom, u toluenu kao rastvaraču, daje kao glavni reakcioni proizvod 1-cikloheksenkarboksilnu kiselinu 2 u prinosu od 78% (tabela 5, br. 1). U polarnim aprotičnim rastvaračima, ukupan prinos reakcionih proizvoda viši je nego u nepolarnim rastvaračima (sa izuzetkom bromoforma). Tako, kada se 76 reakcija izvodi u dihlormetanu, 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 nastaje u prinosu od 85% (tabela 5, br. 2). Napredovanje reakcije cikloheksanona sa bromoformom, u zavisnosti od prirode upotrebljenih rastvarača, određivano je praćenjem brzine nestajanja cikloheksanona (uzimanjem i obradom alikvota i tankoslojnom hromatografijom). Treba istaći da se i nakon 24 časa u reakcionoj smesi može utvrditi prisustvo polaznog ketona. U tom smislu, u pojedinim ogledima reakciono vreme je produžavano na 48 časova. Ukoliko se u reakcionu smesu bromoform doda u tolikoj količini da se može smatrati da ima i ulogu rastvarača, nastaju kiseline 2, 3 i 5 u ukupnom prinosu od 40%, a u međusobnom odnosu 7:2:1 (tabela 5, br. 3). Reakcija je egzotermna i dolazi do tamnjenja reakcione smese. U dimetil-sulfoksidu (DMSO) kao rastvaraču, prinosi kiselina kreću se u opsegu od 33-45%. Iz cikloheksanona i kalijum-hidroksida u dimetil-sulfoksidu, sa 18-kruna-6 etrom kao faznim katalizatorom, dobija se 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 u prinosu od svega 33% (tabela 5, br. 4). Sa litijum-hidroksidom i trietilbenzilamonijum-hloridom u dimetil-sulfoksidu, iz cikloheksanona nastaje konjugovana kiselina 2 u prinosu 45%, a dobija se i α-hidroksikiselina 3 (prinos 5-10%) (tabela 5, br. 5). Upotrebom polarnih protičnih rastvarača tipa alkohola, znatno se pospešuje prinos konjugovane kiseline 2. Odgovarajuće α-supstituisane kiseline dobijaju se u obliku primesa. Kada se kao rastvarači upotrebe niži alkoholi (MeOH i EtOH), pošto nisu sterno zaštićeni, oni kao nukleofili mogu da napadnu epoksidni intermedijer. U tom slučaju, glavni proizvod ove reakcije je odgovarajuća α-alkoksikiselina (videti Opšti deo str 37).77 U našem radu, prilikom upotrebe metanola kao rastvarača, nije primećeno nastajanje α-metoksikiselina, ali su prinosi reakcije generalno niži nego pri upotrebi viših, sterno zaštićenih alkohola, kao što su terc-butil-alkohol ili terc-pentil-alkohol. Ovde treba napomenuti da identifikacija primesa, koje su konstatovane 1H- i 13C-NMR spektroskopijom i tankoslojnom hromatografijom, nije izvršena. U polarnijim rastvaračima reakcija se ubrzava ali nastaje i određena količina α-supstituisanih kiselina. Dodavanjem vode kao ko-rastvarača u odgovarajućoj količini (odnos alkohol/voda = 5:1), konju- govana kiselina 2 postaje kao predominantni proizvod. Najviši prinosi reakcije postižu se upotrebom kombinacije alkoholnih rastvarača (t-BuOH ili t-PentOH) i 77 vode (tabela 5, br. 6). Ovo takođe potvrđuje mehanizam reakcije u kojoj nastaje neki polarni intermedijer. TABELA 5. Uticaj rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom Br. Keton Uslovi Rastvarač Ko-rastvarač Proizvodi Prinosi (%) 1. O 1 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. 20 °C / 48 ha Toluen/H2O 5:1 2 78 2. 1 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. 20 °C / 48 ha CH2Cl2 / H2O 5:1 2 85 3. 1 LiOH 20 ekv. CHBr3 20 ekv. TEBA 0,1 ekv. 20 °C / 24 h CHBr3 / H2O 5:1 2 + 3 + 5 40 (7:2:1) 4. 1 KOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. 18-C-6 0,1 ekv. 20 °C / 24 h DMSO / H2O 5:1 2 33 5. 1 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. 20 °C / 24 h DMSO / H2O 5:1 2 + 3 45 (9:1) 6. 1 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. 20 °C / 24 h t-BuOH / H2O 5:1 2 95 7. 1 t-BuOK 15 ekv. CHBr3 4 ekv. MeOH 60 ekv. 20 °C / 24 h MeOH 6 + 7 50 (7:3) a Produženo reakciono vreme U ovom radu ispitivan je i mehanizam reakcije u alkoholnim rastvaračima kojima nije dodata voda. Upotreba kalijum-terc-butoksida kao baze (15 mol- -ekvivalenata u odnosu na cikloheksanon) u metil-alkoholu kao rastvaraču, prikazana je na shemi II-4. Ovde treba istaći da reakciju treba pažljivo izvoditi jer je veoma egzotermna. Alkoholi reaguju kao nukleofili sa epoksidnim inter- 78 medijerom, te se kao proizvodi dobijaju konjugovani estar 6, kao i estar 7 u odnosu 7:3 (tabela 5, br. 7). Podatak da se konjugovani estar dobija u višku, objašnjava se postojanjem sternih smetnji prilazu nukleofila intermedijernom epoksidu. Deprotonovanje α-vodonika bazom i nastajanje konjugovanog estra 6 znatno je manje sterno sprečeno nego što je to prilaz i napad nukleofila na spiro- -ugljenik kojim nastaje estar 7. Važnost ove reakcije u kojoj se iz cikloheksanona sa LiOH i bromoformom u alkoholnim rastvaračima i vodi kao ko-rastvaraču dobija jedna α,β-nezasićena kiselina, a u reakciji sa kalijum-terc-butoksidom u alkoholima bez dodatka vode kao ko-rastvarača, dobija odgovarajući α,β-nezasićeni estar, jeste u tome što bi ona mogla da ima i širi sintetički značaj. Uticaj količine vode kao ko-rastvarača na prinos i raspodelu proizvoda reakcije objašnjava se uticajem polarnosti reakcione sredine na mehanizam reakcije cikloheksanona sa bromoformom. Najdetaljnije je ispitivana reakcija cikloheksanona sa bromoformom u terc-pentil-alkoholu i vodi. Povećanjem udela vode kao ko-rastvarača povišava se prinos 1-hidroksicikloheksankarboksilne kiseline 3. Upotreba polarnijih rastvarača, tj., polarnije reakcione sredine, pogoduje formiranju proizvoda 3 i 5. Ovo takođe može da ukaže na to da je u formiranje proizvoda reakcije uključeno neko polarno prelazno stanje ili neki polarni intermedijer. TABELA 6. Ispitivanje uticaja vode kao ko-rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom Odnos proizvoda (%)a Reaktant/Baza Rastvarač 2 3 5 CHBr3 4 ekv. LiOH 20 ekv. t-PentOH, 5 ml H2O, 1 ml 100 – – CHBr3 4 ekv. KOH 20 ekv. t-PentOH, 9 ml H2O, 1 ml 90 5 5 CHBr3 4 ekv. KOH 20 ekv. t-PentOH, 5 ml H2O, 1 ml 85 10 5 CHBr3 4 ekv. KOH 20 ekv. t-PentOH, 1 ml H2O, 1 ml 80 20 – aOdnos proizvoda reakcije određen je posle frakcione destilacije reakcione smese, kao i na osnovu NMR spektroskopskih podataka. 79 3.1.3. Uticaj temperature, reakcionog vremena i katalizatora na brzinu reakcije cikloheksanona sa bromoformom Ukoliko se reakcija cikloheksanona sa bromoformom izvodi na nižim temperaturama, 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 gradi se u prinosu od 60%. Reakciona smesa se u početku hladi (6 časova) a zatim se odvija na sobnoj temperaturi daljih 18 časova (tabela 7, br. 1). Ukoliko se reakcija odvija na povišenoj temperaturi (refluks reakcione smese) prinos proizvoda se povećava na 85% (tabela 7, br. 3). Međutim u tom slučaju, povišenjem temperature reakcione smese kao proizvodi nastaju: 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 i 1-hidroksi- cikloheksankarboksilna kiselina 3 u odnosu 9:1, kao i smesa neidentifikovanih proizvoda koji mogu biti proizvodi aldolne kondenzacije. Optimalna temperatura reakcije cikloheksanona sa bromoformom iznosi 20-25 °C. U ovom temperaturskom opsegu dobijena je kiselina 2 kao jedini proizvod u prinosu od 95% (tabela 7, br. 2). TABELA 7. Uticaj temperature na reakciju cikloheksanona sa bromoformom Br. Uslovi Temperatura (Co) Proizvodi Prinos (%) 1. CHBr3 4 ekv. LiOH 20 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) TEBA 0,1 ekv. 6 h na 10 oC a zatim još 18 h na 20 oC 2 60 2. CHBr3 4 ekv. LiOH 20 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) TEBA 0,1 ekv. 20 oC, 24 h 2 95 3. CHBr3 4 ekv. LiOH 20 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) TEBA 0,1 ekv. 6 h na 85 oC a zatim još 18 h na 20 oC 2 +3 85 (9:1) 80 Uticaj temperature na mehanizam ove reakcije kasnije je primenjen i na druge ketone. Utvrđeno je da povišena temperatura snižava prinos konjugovanih kiselina i povišava prinos odgovarajućih α-supstituisanih karboksilnih kiselina. Takođe se snižava i ukupan prinos reakcija (osim u slučaju cikloheksanona). Optimalno vreme za reakciju cikloheksanona sa bromoformom u terc-butil- alkoholu iznosi 24 časa. Ukoliko se vreme reakcije smanji na 12 časova, prinosi svih reakcionih proizvoda ne prelaze granicu od 50-60%. Ostatak je pretežno neizreagovani cikloheksanon. Pri upotrebi slabo polarnih ili nepolarnih rastvarača, kao što je toluen, vreme reakcije je potrebno produžiti na 48 časova. Količina i vrsta katalizatora takođe su važni za brzinu reakcije cikloheksanona sa bromoformom u baznoj sredini, kao i za prinose sintetizovanih kiselina. Poznato je da fazni katalizatori ubrzavaju mnoge reakcije.133 Pojedine reakcije kao što su esterifikacija, amidacija, hidroliza estara, supstitucija, C-alkilovanje ili O-alkilovanje, kao i nastajanje karbena, ne vrše se ili im je reakciono vreme isuviše dugo ukoliko se ne upotrebe fazni katalizatori. U reakciji cikoheksanona sa bromoformom (rastvarač t-BuOH/voda, 5:1) dvofazni sistem usporavao bi deprotonovanje bromoforma hidroksidnim jonom ukoliko se ne bi omogućio njegov prelazak u organsku fazu. Smatra se da delovanje kvaternarnih amonijumovih soli, kao što je TEBA, u mehanističkom pogledu, obuhvata vezivanje i prenos hidroksidnog jona iz vodene u organsku fazu. U organskoj fazi se iz bromoforma gradi tribrommetilkarbanjon, koji onda može da se adira na karbonilnu grupu ketona. Prema drugom prihvaćenom mehanizmu, pretpostavlja se da iz tribrommetilkarbanjona nastaje dibromkarben koji se adira na karbonilnu grupu ketona.66 Kao što je već prethodno rečeno, u ovom radu upotrebljeni su katalizatori 18-C-6 (18-kruna-6) i TEBA (sa KOH kao bazom), kao i TEBA i Alikvat 336 (sa LiOH kao bazom). Optimalna količina katalizatora iznosi 0,1 ekvivalent u odnosu na cikloheksanon. Prinosi sintetizovanih kiselina ne menjaju se ukoliko se umesto trietilbenzilamonijum-hlorida upotrebi ista količina metiltrioktilamonijum-hlorida ili tetrabutilamonijum-bromida. Upotrebom 0,1 mol-ekv. 18-C-6 umesto iste količine 81 trietilbenzilamonijum-hlorida, prinos sintetizovanih α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina raste u proseku za 5%. Bez faznih katalizatora reakcija je veoma spora ili do reakcije uopšte i ne dolazi. Smanjenjem količine katalizatora snižava se prinos konjugovane kiseline 2, kao i prinos reakcije u celini. Ukoliko se upotrebi nešto veća količina katalizatora (0,2-0,5 ekvivalenta u odnosu na keton), prinos reakcije se dalje ne povišava. Međutim, upotrebom većih količina katalizatora (preko 2 ekvivalenta) u polarnim rastvaračima, dobijaju se i veće količine α-halogenkarboksilnih kiselina kao proizvoda reakcije. Tako, na primer, upotrebom 2 ekvivalenta trietilbenzilamonijum-hlorida u odnosu na cikloheksanon, u reakciji nastaje smesa kiselina: 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2, 1-hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 kao i 1-hlorcikloheksankarboksilna kiselina 4 (u prinosu od 5 %). 3.1.4. Ketoni kao reaktanti u reakciji sa bromoformom pod baznim uslovima Reakcija cikloheksanona sa bromoformom odvija se preko intermedijernog 2,2-dibromoksirana. Ispitujući uticaj reakcionih uslova na brzinu nastajanja ovog intermedijera, kao i na načine njegovog otvaranja, utvrđeno je da se najviši prinos 1-cikloheksenkarboksilne kiseline 2 dobija ukoliko se kao rastvarač upotrebi smesa t-BuOH/H2O (5:1) i TEBA kao fazni katalizator (sa litijum-hidroksidom kao bazom). Optimalni uslovi za reakciju cikloheksanona 1 prikazani su u shemi II-5. O COOH 1 2 95% 20 °C, 24 h CHBr3 4 ekv. t-BuOH, H2O, LiOH 20 ekv. TEBA 0,1 ekv. SHEMA II-5 82 Kao što je poznato iz literature,66 u reakciji sa hloroformom i kalijum- hidroksidom aromatični aldehidi daju aril-α-trihlormetilkarbinole. Iz ovih karbinola moguće je dobiti α-supstituisane aril-kiseline kao jedini reakcioni proizvod (vidi Opšti deo, str. 37.). U ovom radu nije ispitivan mehanizam reakcije sa aldehidima već samo sa ketonima, jer za njih ima manje literaturnih podataka. Sa aromatičnim aldehidima pod ovim reakcionim uslovima uobičajeno dolazi do Canizzaro-ve reakcije kao sporedne reakcije, a kod ketona može doći do aldolne kondenzacije.134 Da bi se ispitao uticaj supstituenata na mehanizam reakcije, ispitivana je reaktivnost 2-, 3- i 4-supstituisanih cikloheksanona koji pod ovim uslovima daju uglavnom konjugovanu kiselinu u visokom prinosu od oko 90% (tabela 8, br. 1, 3, 4, 5 i 6.), sa izuzetkom 2-metilcikloheksanona. To ukazuje da kod C-3 i C-4- -supstituisanih cikloheksanona supstituenti zbog svoje udaljenosti od karbonilne grupe nemaju uticaja na brzinu nastajanja dibromepoksida. Kod 3-metilcikloheksanona dobijena je konjugovana kiselina 12 ali i njen regioizomer 5-metilcikloheksenkarboksilna kiselina 13 u ukupnom prinosu od 95%. U intermedijerno nagrađenom epoksidu hidroksidni jon može da izvrši deprotonovanje sa oba α-ugljenika te se tako dobija i kiselina 13 . Odnos ove dve kiseline je 3:2 (prema NMR podacima). Kod 4-terc-butilcikloheksanona 17, iako voluminozna, terc-butil-grupa zauzima ekvatorijalan položaj u konformaciji stolice cikloheksanonovog prstena, i dovoljno je udaljena od reakcionog centra da bi na njega vršila sterni uticaj. Usled simetričnosti molekula nastaje samo jedan proizvod, konjugovana kiselina 18 u prinosu od 90%. Reakcija sa ketonom 17 izvedena je i u bezvodnoj sredini upotrebljavajući metil-alkohol i n-propil-alkohol kao rastvarače a kalijum-terc- -butoksid kao bazu da bi se ispitao uticaj supstituenta na otvaranje epoksidnog intermedijera (shema II-6). Iz 4-terc-butilcikloheksanona 17, pod ovim uslovima se u metil-alkoholu dobijaju metil-estri 19 i 20, a u n-propil-alkoholu, estri 21 i 22 (shema II-6, A i B). Kada se 2-metilcikloheksanon 8 upotrebi kao polazni keton, dobija se smeša konjugovane kiseline 9 i α-hidroksikarboksilne kiseline 10 u ukupnom prinosu od svega 10% (tabela 8, br. 2). Ovaj podatak ukazuje da nastajanje 83 dibromepoksida očigledno zavisi od sternih faktora. Usled postojanja metil-grupe na C-2 položaju sprečeno je i formiranje ali i otvaranje ovog intermedijera. Sa drugim 2-supstituisanim cikloheksanonima ispitivanja mehanizma ove reakcije nisu rađena, osim sa tetralonom 42. O O CO2Me CO2Pr MeO CO2Me CO2Pr + + t-BuOK 15 ekv., CHBr3 4 ekv. MeOH 60 ekv., 18-C-6, 0,1 ekv. t-BuOK 15 ekv., CHBr3 4 ekv. PrOH 60 ekv., 18-C-6, 0,1 ekv. 17 19 17 21 A. B. (55%) 20 (46%) 22 PrO 20 oC, 24 h 20 oC, 24 h SHEMA II-6 Da bi se ispitao uticaj veličine prstena na mehanizam reakcije ketona sa bromoformom izvedeni su analogni eksperimenti sa ciklopentanonom 25, cikloheptanonom 27, ciklooktanonom 29, kao i ciklododekanonom 32. Iz ciklopentanona 25 se dobija konjugovana kiselina 26 kao jedini proizvod u prinosu od 75% (tabela 8, br. 7). Cikloheptanon 27 i ciklododekanon 32 daju niže prinose konjugovanih kiselina (tabela 8, br. 8 i 10) usled sternih smetnji koje su uslovljene veličinom prstena. Utvrđeno je da iz ketona 27 nastaje kiselina 28 u prinosu od 43%, pod reakcionim uslovima koji su analogni onima primenjenim za cikloheksanon 1 (shema II-5). Kod ciklododekanona 32 bilo je potrebno da se reakciono vreme produži sa 24 h na 48 h. Produžavanje reakcionog vremena na 72-96 h nije smanjivalo količinu polaznog ketona, iz čega se može zaključiti da sterne smetnje ne dozvoljavaju nastajanje epoksidnog intermedijera. 84 TABELA 8. Kiseline sintetizovane u novoj „one-pot“ sintezi, iz ketona i bromoforma Br. Keton Kiseline Prinos % 1. O 1 CO2H 2 95 2. O 8 CO2H OH CO2H + 9 10 10 3. O 11 CO2H CO2H + 12 13 95 4. O 14 CO2H OH CO2H + 15 16 90 5. CMe3 O 17 CMe3 CO2H 18 90 6. O Ph 23 CO2H Ph 24 95 7. O 25 CO2H 26 75 85 Br. Keton Kiseline Prinos % 8. O 27 CO2H 28 43 9. O 29 CO2H OH CO2H + 30 31 25 10. O 32 CO2H 33 35b 11. O 34 CO2H 35 50 12. O 36 CO2H 37 54 13. O O2N 38 O2N CO2H OH O2N HO2C Br O2N HO2C + + 39 40 41 40 14. O 42 OH CO2H CO2H + 43 44 15 15. C4H9 Ph O 45 Ph C4H9 CO2H C4H9 Ph OH CO2H C4H9 Ph Br CO2H + + 46 47 48 25 86 Br. Keton Kiseline Prinos % 16. O PhPh 49 OH PhPh CO2H 50 85 17. N O O O 53 N OO Br CO2H N OO CO2H + 54 55 85 18. N O O O 56 N OO Br CO2H N OO OH CO2H + 57 58 70 19. N O O Ph 61 N CO2H O Ph OH N O Ph CO2H + 62 63 30 20. N O O O 65 N O CO2H O N O CO2H O OH + 66 67 35 Ciklooktanon 29 jedini je primer cikličnog ketona od koga se pod uslovima optimizovane sinteze, dobijaju smese kiselina (30 i 31) u prinosu od 25% (tabela 8, br. 9). Ove smese kiselina se zbog svoje polarnosti veoma teško razdvajaju hromatografijom na koloni. Pokušana je dehidratacija estara koji su dobijeni nakon esterifikacije nastale smese kiselina. Takođe, pokušaj dehidratacije sa tionil- hloridom u piridinu, prema već poznatom postupku u literaturi135 nije bio uspešan (prema NMR spektroskopskim podacima). Ovde treba napomenuti da su α-hidroksikarboksilne kiseline veoma stabilna jedinjenja. U literaturi postoje 87 mnogobrojni pokušaji dehidratacije ovih kiselina sa H2SO4,136 KHSO4137 ili Ac2O/HCl,138 ali su često potrebni drastični uslovi, refluks ili čak njihova piroliza. Od aromatičnih ketona izvedena su ispitivanja sa propiofenonom i acetofenonom. Iz acetofenona 34 i propiofenona 36 dobijaju se odgovarajuće konjugovane kiseline 35 i 37 u relativno dobrim prinosima (50 i 54%). Kao aromatičan keton upotrebljen je i p-nitroacetofenon 38 u reakciji sa bromoformom (tabela 8, br. 13). Iako su prinosi sinteze sa acetofenonom i propiofenonom nešto niži (~50%) potrebno je ispitati i optimizovati ovu sintezu sa supstituisanim aril- etanonima. Iz p-nitroacetofenona nastaju odgovarajuća konjugovana kiselina 39, α-hidroksi-kiselina 40 i α-brom-kiselina 41 u ukupnom prinosu od 20-40%. Smanjivanjem količine baze (LiOH), prinos konjugovane kiseline je nešto viši (prema 1H-NMR spektroskopiji) ali je ukupan prinos proizvoda i dalje bio nizak (40%). Ukoliko se kao baza upotrebi KOH, povećava se količina dobijenih kiselina 40 i 41. Hlađenjem reakcione smese, kao ni produžavanjem reakcionog vremena na 96 časova, prinos se ne povišava i zato dalja ispitivanja ove sinteze nisu nastavljena. Kod p-nitroacetofenona 38 dolazi do raspadanja reakcione smese (tamnjenje i usmoljavanje) ukoliko se reakcija izvodi na povišenoj temperaturi. Ispitivanje mehanizma reakcije aromatičnih ketona sa bromoformom izvedeno je i sa tetralonom (3,4-dihidronaftalen-1(2H)-on) 42. Iz tetralona 42 dobijena je smesa 3,4-dihidronaftalen-1-karboksilne kiseline 43 i 1-hidroksi- -1,2,3,4-tetrahidronaftalen-1-karboksilne kiseline 44 u prinosu od svega 15% (tabela 8, br. 14) čime se može objasniti uticaj sternih smetnji na mehanizam reakcije. Ispitivanje mehanizma reakcije ketona sa bromoformom, izvedeno je i sa alifatičnim ketonima: benzil-butil-ketonom (1-fenilheksan-2-on) 45 i 1,5-difenil- pentan-3-on 49 (tabela 8, br. 15 i 16). Iz ketona 45 dobijene su (E)-2-benziliden- heksenska kiselina 46, 2-benzil-2-hidroksiheksanska kiselina 47 i 2-benzil-2- -bromheksanska kiselina 48. Prinos smese dobijenih kiselina iznosi 25%. 1,5-Difenil-pentan-3-on 49, jedini je keton iz koga je pod različitim reakcionim uslovima, dobijena odgovarajuća α-hidroksikarboksilna kiselina 50 kao jedini reakcioni proizvod (tabela 8, br. 13). Kiselina 50 se dobija u svim reakcijama ketona 49, bez obzira na promene reakcionih uslova. Reakcija ovog ketona sa bromoformom izvedena je upotrebljavajući terc-butil-alkohol, kao i terc-pentil- alkohol kao rastvarače i vodu kao ko-rastvarač, a od baza su upotrebljeni kalijum- 88 i litijum-hidroksid (shema II-7). Vreme reakcije produženo je od 12 do 96 časova zbog toga što je nakon 24 časa reakcije primećena određena količina neizreagovanog polaznog ketona 49. U svim sintezama nastaje jedino α-hidroksikarboksilna kiselina 50 u prinosu od 40-85%. Razlog tome su najverovatnije sterni faktori (dva fenil-jezgra), koji utiču na geometriju intermedijera koji nastaje u ovoj reakciji. O Ph Ph Ph Ph OH CO2H CHBr3 4 ekv., KOH 20 ekv. 18C-6 0,1 ekv., t-PentOH/H2O 40 °C, 48 h, 45%1 CHBr3 4 ekv., KOH 20 ekv. TEBA 0,5 ekv., t-BuOH/H2O 20 °C, 48 h, 41% 2 3 CHBr3 4 ekv., LiOH 20 ekv. TEBA 0,5 ekv., t-BuOH/H2O 20 °C, 48 h, 85% 49 50 SHEMA II-7 Treba napomenuti da su reakcije praćene tankoslojnom hromatografijom (SiO2), ali su zbog male razlike u Rf-vrednostima konjugovanih i α-supstituisanih kiselina (∆Rf < 0,1), takođe korišćena i IR- i NMR-spektroskopija. Zbog niskih prinosa (tabela 8, br. 2, 9, 13, 14, 15, 19 i 20), pojedini proizvodi nisu izolovani i okarakterisani. Pošto se u toku optimizacije, produženim reakcionim vremenom i/ili povećanjem količine reaktanata, ukupni prinosi reakcija ne povišavaju, objašnjenje se može naći u sternim smetnjama pri nastajanju intermedijera. Piperidoni kao polazni reaktanti upotrebljeni su da bi se ispitao mehanizam reakcije ovih jedinjenja sa bromoformom, pod baznim uslovima, kao i mogućnost uticaja karbamatne grupe na geometriju intermedijera. Sa sintetičkog aspekta, konjugovane kiseline i α-supstituisane kiseline nastale iz ovih piperidona bile bi zanimljive kao prekursori bicikličnih analoga fentanila, poznatog analgetika.139 U shemi II-8 prikazana je sinteza upotrebljenih piperidona. Upotrebljeni su samo oni piperidoni kod kojih postoji karbamatna grupa, jer od N-benzilpiperidona i N-fenetilpiperidona u reakciji nastaju aminokiseline, a poznato je iz naših prethodnih radova da je ove aminokiseline teško izolovati.140 89 CO2Me N CO2MeMeO2C Ph N CO2MeMeO2C Ph N O CO2Me Ph - N O Ph N O O O N O Ph NH2Ph N O Ph N O O O 2 ekv. NaH 2 ekv. PhMe, Δ konc. HCl A. B. ClCO2Et 1,1 ekv. Cl(CH2)2Cl C. t-Boc2O, H2, Pd/C, 10% MeOH 53 56 51 52 52 52 Δ SHEMA II-8 Sinteza N-etoksikarbonilpiperidona 53 (etil-4-oksopiperidin-1-karboksilata) započinje iz N-benzilpiperidona 52. Ovo jedinjenje sintetizovano je prema postupku koji je detaljno razrađen.140 Kondenzacijom benzilamina sa metil- -akrilatom (2 ekvivalenta u odnosu na amin) nastaje diestar 51 (shema II-8, A). Iz diestra 51 pod uslovima Dieckmann-ove reakcije dobija se N-benzilpiperidon. Iz N-benzilpiperidona 52 u reakciji sa etil-hlorformijatom (u višku, 1,1 ekvivalenta u odnosu na N-benzilpiperidon) nastaje odgovarajući N-etoksikarbonilpiperidon 53 u prinosu od 85% (shema II-8, B). Sinteza terc-butil-4-oksopiperidin-1-karboksilata 56 iz N-benzilpiperidona prikazana je u shemi II-8, C. Sinteza je izvršena u Paar-ovoj aparaturi, pod pritiskom vodonika od 5 atmosfera, sa di-terc-butil-dikarbonatom, t-Boc2O, uz katalizator Pd/C, 10%. Karbamat 56 dobijen je u prinosu od 78%. 90 Kao što je i prikazano u tabeli 8, br. 17 i 18, u reakciji piperidona 53 nastaje α-bromkiselina 54, 4-brom-1-(etoksikarbonil)-piperidin-4-karboksilna kiselina, a odgovarajuća konjugovana kiselina nastaje kao primesa (shema II-9, A). Treba napomenuti da je ukupan prinos sinteze 85%. Reakcija N-terc-butoksikarbonil-4- -piperidona 56 sa bromoformom pod uslovima optimizovane sinteze, sa LiOH u terc-butil-alkoholu prikazana je u shemi II-9, B. U sintezama jedinjenja 54 i 57 reakciono vreme je produženo sa 24 časa na 48 časova, zbog pretpostavke da mogu postojati sterne smetnje u intermedijernom epoksidu, što je prethodnom probom i dokazano. Zanimljivo je da se i iz piperidona 56 dobija α-bromkar- boksilna kiselina 57 kao glavni proizvod, a primesa je odgovarajuća α-hidroksi- karboksilna kiselina. Ukupan prinos ove sinteze je 70%. 4-Brom-1-(etoksikarbonil)- -piperidin-4-karboksilna kiselina 54 i 4-brom-1-(terc-butoksikarbonil) piperidin-4- -karboksilna kiselina 57 prečišćene su kristalizacijom iz toluena. N O O O N O O O N OO Br CO2H N OO CO2H N OO Br CO2H N OO OH CO2H A. B. CHBr3 4 ekv. t-BuOH, H2O 20 °C, 48 h 20 °C, 48 h + + 53 54 55 56 57 58 LiOH 20 ekv. TEBA 0,1 ekv. CHBr3 4 ekv. t-BuOH, H2O LiOH 20 ekv. TEBA 0,1 ekv. (85%) (70%) SHEMA II-9 U cilju ispitivanja mehanizma ove reakcije, kao reaktanti upotrebljeni su keto-amidi 61 i 65 (tabela 8, br. 19 i 20). Sinteze keto-amida 61 i 65 prikazane su u shemi II-10. 91 N O O Ph ON O O O O OMe O O OMe N Ph H NHO DMAP 0,2 ekv. -MeOH, Δ 59 61 (95%) 59 160-170 °C, 30 min. -MeOH MeONa 0,01 ekv. 65 (80%) 60 64 SHEMA II-10 Polazni keto-amid 61 dobija se aminolizom metil-acetoacetata 59 sa N-metil-2-feniletanaminom na 150 °C.141,142 Poznato je da estri malonske kiseline i β-keto-estri podležu aminolizi lakše nego drugi estri, bilo termički ili katalitički upotrebom DMAP (4-N,N-dimetilaminopiridin).143 Na nižim temperaturama (20-100 °C), β-keto-estri radije formiraju stabilne enamine, posebno u prisustvu kiselih katalizatora.144 Nasuprot ovome, ukoliko se aminoliza β-keto-estara (2 ekvivalenata u odnosu na amin) sa N-metil-2-feniletanaminom vrši bez prisustva rastvarača na temperaturama višim od 150 °C dobijaju se amidi u visokom prinosu. Reakcija se dodatno ubrzava uklanjajući metanol koji nastaje iz reakcione smese. Ukoliko se upotrebi i bazni katalizator, u ovom slučaju MeONa (0,01 ekv.), reakcija se ubrzava 2-3 puta i nastaje keto-amid 61 u toku 30 minuta u prinosu od 95%. Keto-amid 65 se dobija iz morfolina i metil-acetoacetata. Prema litera- turaturnim podacima,145 pokušana je sinteza pod veoma blagim uslovima, uz DMAP kao katalizator, ali nisu dobijeni odgovarajući rezultati. Prinos sintetizovanog keto-amida 65 iznosio je samo 20%. Stoga je pokušana sinteza ovog keto-amida iz metil-acetoacetata 59 i morfolina upotrebom raznih baza kao što su: natrijum-hidrid i kalijum-terc-butoksid, ali u oba slučaja u smesi zaostaje i polazni β-keto-estar. Sinteza je uspešna ukoliko se izvrši bez baze, uz refluks i uz katalitičke količine DMAP (0,2 ekvivalenta u odnosu na polazni keto-estar). Keto-amid 65 se dobija u prinosu od 80%. Keto-amid 61 u reakciji sa bromoformom i litijum-hidroksidom daje konjugovanu kiselinu 62 i α-hidroksikiselinu 63 u ukupnom prinosu od 30% 92 (shema II-11). Prinos sinteze sa keto-amidom 65 iznosi 35%. Iz keto-amida nastaje smesa kiselina: konjugovana kiselina 66 i α-hidroksi kiselina 67, u odnosu 9:1. U ovim sintezama treba upotrebiti 0,7-0,8 ekvivalenata trietilbenzilamonijum- -hlorida, u odnosu na polazni keto-amid. Sa manjom količinom katalizatora prinosi reakcije su 20% i zaostaje velika količina polaznog β-keto-estra. Takođe je potrebno duže reakciono vreme (48 časova). Sve ovo se može objasniti sternim faktorom koji utiče na sintezu intermedijernog epoksida. N O O Ph ON O O ON OCO2H ON OOHHO2C N CO2H O Ph OH N O Ph CO2H + CHBr3 4 ekv. CHBr3 4 ekv. LiOH 20 ekv. TEBA 0,7 ekv. 0-20 °C, 48 h TEBA 0,7 ekv. 0-20 °C, 48 h LiOH 20 ekv. 61 65 66 67(35%) 62 (30%) 63 + SHEMA II-11 93 3.2. ISPITIVANJE REAKCIONIH PUTEVA REAKCIJE KETONA SA BROMOFORMOM NA MOLEKULSKO-ORBITALNOM NIVOU U cilju objašnjenja mehanizma reakcije ketona sa bromoformom u baznoj sredini urađeno je i računarsko ispitivanje ovog mehanizma. Ovim mehanizmom objašnjava se uticaj otvaranja 2,2-dibromepoksidnog (2,2-dibromoksiranskog) prstena kao intermedijera na nastajanje odgovarajućih proizvoda. 3.2.1. Model cikloheksanon-bromoform i mehanizmi otvaranja epoksidnog intermedijera Da bi se objasnio način otvaranja epoksidnog prstena, nukleofilna reakcija dibromepoksida, vršeni su proračuni na modelu cikloheksanon-bromoform. U ovoj reakciji nastajanje dibromepoksida smatra se ključnim korakom koji određuje distribuciju i stereohemiju proizvoda. U shemi II-12 prikazani su pretpostavljeni mehanizmi (putevi 1-3) otvaranja dibromepoksidnog intermedijera. Iz ove sheme vidi se da svaki reakcioni mehanizam sadrži epoksid 1a kao ključni intermedijer. Tri glavna proizvoda 2, 3 i 5, mogu se dobiti, u principu, putem tri konkurentna mehanizma. Proračun pokazuje da su sva tri mehanistička puta egzotermna. Reakcioni put 1 je najverovatniji i on ne obuhvata intermedijer. Njegova energija ne zavisi mnogo od polarnosti rastvarača. U reakcionim putevima 2 i 3 proračun pokazuje postojanje intermedijera, koji imaju veliki udeo karbokatjonskog karaktera na ugljeniku koji je zajednički za 94 oba prstena (u daljem tekstu označen kao spiro-ugljenik). Faza mehanizma u kojoj ovaj intermedijer (karbokatjonski) nastaje, određuje brzinu reakcije. Zbog polarnosti intermedijera u mehanističkim putevima 2 i 3, koncentracija baze kao i polarnost rastvarača određuju ravnotežu reakcionih puteva i prinos proizvoda. O O CBr2 O Br OHO Br O Br OH O Br Br O OH OH O OH X CHBr3 −OH 1 1a 2 3 5 -H2O -Br− −OH PUT 1 PUT 2 PUT 3 −OH -Br− 1b 1c 1d -HBr −OH -Br− SHEMA II-12 Otvaranje dihalogenepoksidnog prstena nukleofilima veoma je važno zato što veliki broj biološki aktivnih jedinjenja imaju upravo ovu fazu reakcije u svojim sintezama.146,147,148,149,150,151,152 „One-pot“ reakcija aldehida i ketona sa hloroformom, bromoformom i jodoformom posebno je interesantna zbog mehanizma, Opšti deo, str. 37.69,77 U ovoj reakciji intermedijerni dihalogenepoksid nije mogao biti izolovan ali se smatra uzročnikom nastajanja određenih proizvoda. Formiranje intermedijernog epoksida prvi je pretpostavio i ispitivao Jacobs 1940. godine153 a njegov pretpostavljeni mehanizam je široko prihvaćen među drugim naučnicima.69,70,77 95 Bilo da je reakcija slobodnoradikalska, sa karbenskim intermedijerom ili jonska u kojoj nastaje trihlormetilkarbinol, formiranje dihalogenepoksida najvažniji je deo mehanizma same reakcije i on određuje, kvantitativno i kvalitativno, njene proizvode. Mnogi naučnici ispitivali su reakciju aldehida i ketona sa trihalogen- metanima, eksperimentalno ili teorijski tj. računarski.103,104,111,119 Ove studije baziraju se uglavnom na formiranju dihalogenepoksida. Merz i Tomahogh objavili su da u ovoj reakciji nastaju tri različita proizvoda (kiselina) iz dihalogen- epoksidnog intermedijera.66 Naši eksperimentalni podaci ovo potvrđuju. Nasuprot tome postoje eksperimentalni podaci za reakciju u kojoj nastaje samo jedan proizvod, npr. α-alkoksi karboksilna kiselina.88 Proračun je rađen na modelu cikloheksanon-bromoform zato što je optimizacija reakcije ketona sa bromoformom intenzivno ispitivana upravo sa ovim reaktantom. Drugi razlog je relativno jednostavan molekul sa malim brojem konformera. Optimizacijom reakcionih uslova, moguće je dobiti, kao što je već napomenuto, samo jedan proizvod. 3.2.2. Diskusija rezultata U shemi II-12 prikazana su tri različita mehanistička puta i tri proizvoda 2, 3, 5 koji nastaju u ovoj reakciji. Generalno, svaka reakciona shema sadrži epoksid kao ključni intermedijer. U principu svaka veza u tricikličnom prstenu može biti raskinuta. Jedna veza može biti raskinuta u elektrocikličnom procesu, a druge dve veze u procesu nukleofilne supstitucije/eliminacije. Proračun pokazuje da se raskidanje veze C-C ne dešava. Elektrociklično otvaranje epoksidnog prstena dešava se samo onda kada je nukleofilna reakcija tj. nukleofilni napad sprečen sternim razlozima.99 Računski su razmatrana i ispitivana raskidanja obe C-O veze. Naš proračun pokazuje da raskidanje C-O veze prema -CBr2 grupi zahteva veoma visoku aktivacionu energiju (preko 100 kcal/mol). Raskidanje druge C-O veze, veze prema cikloheksil supstituentu, vrši se mnogo lakše, zato će u ovom radu i biti predmet daljih ispitivanja.154 96 Pošto za dehidrobromovanje 5→2 nema eksperimentalnih dokaza, da predstavlja konkurentnu reakciju eliminaciji 1a→1b→2 na sobnoj temperaturi, ova transformacija i nije bila predmet kompjuterskog proračuna. Reakcije hidrolize acil- bromida 1b, 1c i 1d su trivijalne i takođe nisu bile predmet ovog proračuna. Transformacija 1a do intermedijera 1b vrši se bez nekih drugih intermedijera. Površina potencijalne energije (PPE) za ovu reakciju, slika 10, dobijena je sistematskom varijacijom dužina dveju veza: jedne koja je dužina C(spiro)-O veze i druge C-H veze susedne epoksidnom prstenu. Pozicija tj. položaj hidroksidnog jona, tj. vode, u sledećoj fazi reakcije, je delimično ograničena. Ovim ograničenjem se postiže izbegavanje lutanja hidroksidnog jona među različitim susednim vodonikovim atomima. 1a 1b* E C( )-O(epo ) ž ina (Å)spiro ks. du C-H d žina (Å) u SLIKA 10. PPE za reakcioni put 1 Napomena: 1b*, 1c* i 1d* predstavljaju ilustracije geometrija dobijenih izračunavanjima gde se odlazeći brom još uvek nalazi u blizini acilbromidne grupe. Dodatnim udaljavanjem bromidnog jona nastaju jedinjenjenja 1b, 1c i 1d. 97 Strukture koje odgovaraju kritičnim tačkama na PPE dijagramu predstavljene su na slici 11. Odgovarajuće promene energija predstavljene su u tabeli 9. 1a 1b* -62.767 kcal/mol -170.298 kcal/mol Prelazno stanje -61.230 kcal/mol SLIKA 11. Struktura kritičnih tačaka na PPE-u za reakcioni put 1 TABELA 9. Reakcione entalpije ΔΔH0, (kcal/mol) i aktivacione energije, Ea (kcal/mol), za različite reakcione puteve izračunate semiempirijskom MNDO-PM3 metodom ΔΔH (kcal/mol) ΔΔH0 (kcal/mol) Ea (kcal/mol) STEP 1 STEP 2 STEP 1 STEP 2 Put 1 109,069 109,069 1,537 Put 2 11,172 29,287 40,458 10,506 4,270 Put 3 25,388 74,339 99,728 4,559 5,561 Alternativni Put 2 43,037 43,037 21,803 Alternativni Put 3 11,352 108,271 119,623 8,488 7,519 Za strukture prelaznih stanja, vibracionom analizom je dokazano da pokazuju samo jednu negativnu (imaginarnu) frekvenciju. Ova reakcija ima „rano“ prelazno stanje sa niskom aktivacionom energijom (prelazno stanje koje liči na reaktante).155 Ovo se slaže sa eksperimentalnim podacima koji su dati u shemi II-2. Iz ove sheme se vidi da je jedinjenje 2 glavni proizvod u svim reakcijama 98 cikloheksanona i bromoforma. Proračun pokazuje da se na ugljeniku sa kog bi trebalo da se vrši oduzimanje vodonika, deprotonovanje, razvija umereno negativno naelektrisanje. Kao što je prikazano u tabeli 6, raspodela proizvoda umnogome zavisi od upotrebljenog rastvarača, količine ko-rastvarača i upotrebljene baze. Eksperimenti pokazuju da postoji konkurentnost između mehanističkog puta 1 i mehanističkih puteva 2 i 3. Jasno se vidi da upotreba polarnijih rastvarača tj. polarnije reakcione sredine pogoduje nastanku proizvoda 3 i 5. Ovo takođe ukazuje da je u nastanak ovih proizvoda uključeno polarno prelazno stanje ili neki polarni intermedijer. Kompjuterska analiza puta 2, koja obuhvata sistematsko variranje dužine C(spiro)-O veze i dužine između spiro-centra i bromidnog jona koji ga napada prikazana je na slici 12. Ovaj mehanistički put predstavlja nastajanje proizvoda 1-bromcikloheksankarboksilne kiseline 5 (tj. bromida ove kiseline 1c) iz intermedijera 1a. 1a 1c* -85.007 kcal/mol -125.465 kcal/mol cc -96.178 kcal/mol SLIKA 12. Struktura kritičnih tačaka na PPE-u za reakcioni put 2 Površina potencijalne energije (PPE), za ovaj reakcioni put 2 prikazana je na slici 13. Pronađen je nestabilni intermedijer, koji je označen kao cc. Analiza raspodele naelektrisanja pokazuje da se u ovom intermedijeru razvija pozitivno naelektrisanje na ugljeniku koji vezuje brom, kao što je i pretpostavljeno. Sveukupno negativno naelektrisanje ove čestice cc potiče od dva negativna naelektrisanja lokalizovana uglavnom na bromidnom jonu koji napada i na epoksidnom kiseoniku. 99 1a cc 1c* E C( )-O(e po ) ž ina (Å ) spiro ks. d u C -Br (Å) ( ) žina spiro du SLIKA 13. PPE za reakcioni put 2 Iz tabele 9 može se videti da je aktivaciona energija (Ea) za mehanistički put 2 mnogo viša nego za mehanistički put 1. Ovaj put, zbog toga, ne može da se smatra glavnim mehanistički putem. Nasuprot tome, reakcioni intermedijer cc je veoma (kvadru)polaran. Ovaj intermedijer ima otvoren epoksidni prsten i u njemu veza prema nukleofilu još nije oformljena. Da bi se proverila polarnost ovog intermedijera urađen je „single-point“ proračun odgovarajuće strukture, bez obzira da li je nukleofil hidroksidni jon ili bromidni jon. Proračunom je dobijen dipolni momenat blizu 10 D što ukazuje da ovaj intermedijer može biti dodatno stabilizovan solvatacijom u polarnim rastvaračima. U skladu sa Hammond-ovim principom aktivaciona energija može biti smanjena u polarnoj sredini, što čini da ovaj put može biti konkurentan mehanističkom putu 1. Alternativna varijanta mehanističkom putu 2 je intramolekulsko premeštanje broma i prikazana je na slici 15. 1,2 Premeštanja broma u epoksidu 1a, do α-bromacilbromida 1c, praćeno je otvaranjem epoksidnog prstena. PPE za alternativni mehanistički put 2, slika 14, ne pokazuje postojanje bilo kakvog intermedijera. Alternativni mehanistički put 2 ima najveću aktivacionu energiju od svih mehanističkih puteva koji su proučavani. Ovo intramolekulsko premeštanje ne može, stoga, da objasni način postanka 1-bromcikloheksankarboksilne kiseline 5. 100 1c 1a E O( )- ( r )- r ( °) . 2 C B Bepoks ugao C( )-O(epo ) d žina (Å) spiro ks. u SLIKA 14. PPE za alternativni put 2 1a 1c -15.173 kcal/mol -58.210 kcal/mol SLIKA 15. Alternativni put 2. Premeštanje 2,2-dibrom-epoksida 1a u α-brom-acil- -bromid 1c U proučavanoj reakciji postoje dva veoma jaka nukleofila, hidroksidni i bromidni jon, što podrazumeva i postojanje mehanističkog puta 3. Postoji potpuna analogija između mehanističkih puteva 2 i 3. Jedina razlika je u nukleofilu koji napada epoksidni prsten tj. spiro-ugljenik, hidroksidni jon vrši napad u mehanističkom putu 3, a bromidni jon u mehanističkom putu 2. Postoji i nađen je veoma sličan (kvadru)polaran intermedijer, cc prikazan na slikama 12 i 16. Treba naglasiti da bi i ovaj intermedijer, takođe, mogao biti dodatno stabilizovan u 101 polarnim rastvaračima, čineći mehanistički put 3 više verovatnim. Na slici 16 prikazane su kritične tačke za mehanistički put 3, a na slici 17 prikazan je PPE dijagram za ovaj reakcioni put. 1a 1d* -64.126 kcal/mol -163.854 kcal/mol cc -89.515 kcal/mol SLIKA 16. Mehanistički put 3, identičan mehanističkom putu 2, ali je nukleofil HO− jon umesto Br− jona, nastaje α-hidroksi acil bromid 1d. 1a cc 1d* E C -O(epo ) (Å) ( ) žina spiro ks. Du C( )-B r žin a ( Å) sp iro du SLIKA 17. PPE za mehanistički put 3 102 Kompjuterska simulacija supstitucione reakcije jedinjenja 5 sa hidroksidnim jonom, kojom bi se iz 1-bromcikloheksankarboksilne kiseline 5 dobila 1-hidroksi- cikloheksankarboksilna kiselina 3, ide sa umerenom aktivacionom energijom (alternativni mehanistički put 3) (slika 18). 5 3 -115.017 kcal/mol -234.640 kcal/mol cc -126.369 kcal/mol SLIKA 18. Alternativni mehanistički put 3. Dobijanje 1-hidroksicikloheksan- karboksilne kiseline 3 iz 1-bromcikloheksankarboksilne kiseline 5 reakcijom supstitucije sa HO- jonom Alternativni mehanistički put 3 uključuje nastajanje intermedijera koji ima povećan karbokatjonski karakter na supstitucionom centru. U polarnim rastvaračima taj intermedijer mogao bi biti stabilizovan takođe, čineći ovaj mehanistički proces mogućim. Na slici 19 prikazan je PPE za alternativni mehanistički put 3. Iz svega iznetog može se zaključiti da je mehanistički put 1 favorizovan, sa najmanjom energijom aktivacije i bez intermedijera. Mehanizmi nukleofilnog otvaranja epoksida (mehanistički putevi 2 i 3) takođe su verovatni, sa promenama entalpija redom za bromidni jon i hidroksidni jon: 40,458 kcal/mol i 99,728 kcal/mol. Poređenja radi promena entalpije za reakcioni put 1 je 109,069 kcal/mol. 103 5 cc 3 E C( )-OH žina (Å)spiro du C( )-Br (Å) spiro dužina SLIKA 19. PPE za alternativni mehanistički put 3 104 3.3. ISPITIVANJE ANTIPROLIFERATIVNE AKTIVNOSTI SINTETIZOVANIH KISELINA Ispitivana je in vitro antiproliferativna aktivnost kiselina sintetizovanih u reakciji ketona sa bromoformom, pod baznim uslovima. Antiproliferativna aktivnost je ispitana prema HeLa ćelijskoj liniji, tj. ćelijama kancera grlića materice. Podaci se nalaze u tabeli 10. Humane maligne ćelije su gajene u hranljivoj podlozi RPMI-1640 sa L-glutaminom sa dodatkom 10% termički inaktivisanog FBS. Ćelije su rasle na 37 oC u vlažnoj atmosferi sa 5% CO2. Testirane supstance su rastvarane u DMSO i razblaživane hranljivom podlogom do željene koncentracije i dodavane u ćelijske kulture. Vrednosti IC50 određivane su spektrofotometrijski nakon 72 sata kontinualnog dejstva agensa, MTT testom, 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difenil- tetrazolijum-bromid. Vrednosti IC50 su definisane kao koncentracije pri kojima je inhibirano preživljavanje 50% ispitivanih ćelija u odnosu na kontrolni uzorak. Ispitivana je citotoksičnost odabranih jedinjenja prema nestimulisanim zdravim ćelijama limfocita (PBMC) i ćelijama PBMC stimulisanim na umnožavanje fitohemaglutininom (PHA). Kao što se iz tabele 10 može videti najveći broj sintetizovanih kiselina pokazuje slabo antiproliferativno dejstvo prema malignim HeLa ćelijama. Vrednosti IC50 kreću se od 122,20 do 192 μM. Najaktivnija je 1-ciklododecenkarboksilna kiselina 33, koja ima aktivnost 122 μM. Pošto sve kiseline utiču na preživljavanje HeLa ćelija, vršeni su testovi proliferacije na ćelije limfocita, poznate kao PBMC – peripheral blood mononuclear cells, kao i testovi sa PBMC+PHA, ćelijama PBMC stimulisanim na umnožavanje fitohemaglutininom (PHA). Kao što se može videti, ispitivane kiseline ne dovode do proliferacije ćelija limfocita, imaju IC50>200 μM. 105 TABELA 10. Vrednosti in vitro citotoksičnosti kiselina prema HeLa ćelijskoj liniji, nestimulisanim i stimulisanim ćelijama PBMC Citotoksičnost prema IC50 (μM) 72 h Br. Jedinjenje HeLa IC50 (μM) 72 h PBMC PBMC +PHAa 1. 2 >190 186,15 >190 2. 12 169,1 / 193,29 3. 15 >190 / / 4. 18 >190 / / 5. 24 181,1 / >190 6. 26 >190 / / 7. 28 190,9 / >190 8. 33 122,1 / >190 9. 35 192,2 / >190 10. 37 >190 / / 11. 54 180,82 / >190 a Srednje vrednosti inhibicije merene na uzorcima tri zdrave osobe čije su PBMC stimulisane sa PHA Može se izvesti zaključak da iako sintetizovane kiseline pokazuju slabo antiproliferativno dejstvo prema HeLa liniji, zbog svoje netoksičnosti prema ćelijama limfocita, mogu biti upotrebljene kao lekovi u druge svrhe. 4. EKSPERIMENTALNI DEO 107 Sve korišćene hemikalije su analitičkog stepena čistoće, od proizvođača Aldrich, Fluka ili Merck i korišćene su bez daljeg prečišćavanja. NMR Spektri su snimani na Varian Gemini-200 (1H-NMR na 200 MHz, 13C-NMR na 50 MHz) kao i na Bruker Avance 500 spektrometru (1H-NMR na 500 MHz, 13C-NMR na 125 MHz), u deuterisanom hloroformu kao rastvaraču, uz TMS kao interni standard. Hemijska pomeranja izražena su u ppm, a konstante kuplovanja (J) u Hz. IR Spektri su snimani na Perkin-Elmer FT-IR 1725X spektrofotometru kao i na Nicolet 6700 FT. Maseni spektri visoke rezolucije (HRMS) snimani su metodom elektron-sprej jonizacije (ESI). Maseni spektri snimani su na Agilent Tehnologies 6210 TOF (LC/MS) spektrometru (LC, serija 1200).Tačke topljenja određivane su na Boetius PMHK aparatu i nisu korigovane. Mikroanalize su rađene na Elmer-Vario EL III opremi. Za dry-flash hromatografiju korišćen je SiO2 12-26, ICN Pharmaceuticals. Za tankoslojnu hromatografiju korišćen je neutralni SiO2, HF254, Merck, Darmstadt. 108 4.1. Uticaj baza na reakciju cikloheksanona sa bromoformom 4.1.1. Uticaj natrijum-hidroksida 1-Cikloheksenkarboksilna kiselina 2 1-Hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 1-Bromcikloheksankarboksilna kiselina 5 O COOH COOHBrOH COOH 1 2 (48,8%) + + 3 (12,8%) 5 (3,4%) 20 o C, 24 h NaOH 20 ekv. TEBA 0,1 ekv. CHBr3 4 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) (molarni odnos 2/3/5 = 75:20:5) U vodeni rastvor NaOH (80,0 g; 2 mol u 60 mL vode) dodati su sukcesivno t-BuOH (200 mL), cikloheksanon (10,0 g; 0,1 mol) i TEBA (2,3 g; 0,01 mol) a zatim rastvor bromoforma (103 g; 0,4 mol) u terc-butil-alkoholu (100 mL) u toku 30 minuta. Reakcija je egzotermna i temperaturu smese treba održavati ispod 50 °C (reakcioni sud se spolja hladi vodom). Sa mešanjem se nastavi još 24 h na sobnoj temperaturi. Nakon toga u reakcionu smesu dodati 100 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj ekstrahovati dihlormetanom (2 × 70 mL) a zatim zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Pri tome se izdvaja uljasti sloj. Sve se ekstrahuje dihlormetanom (3 × 70 mL) i ekstrakt se osuši nad anh. MgSO4. Posle ceđenja od sušila i isparavanja rastvarača na rotacionom vakuum isparivaču dobijeno je 9,0 g smese proizvoda koja je odmah podvrgnuta frakcionoj destilaciji. Prva frakcija, koja destiluje na 108-110 °C/20 Torr sadrži 1-hidroksiciklo- heksankarboksilnu kiselinu 3 (1,88 g, 12,8%) (lit.156 t.k. = 102 °C/14 Torr). 1H-NMR 109 (CDCl3, 200 MHz; δ ppm, J Hz): 11,6 (s,1H), 2,2 (m, 4H), 1,6 (m, 4H), 1,2 (m, 2H). 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz, δ ppm): 181 (CO), 78,8 (C), 32,7 (CH2), 23,6 (CH2), 21,7 (CH2). Druga frakcija sakupljena je na 145 °C/20 Torr. Dobijeno je 6,24 g (48,8%) 1-cikloheksenkarboksilne kiseline 2 (lit.157 t.k. = 146-150 °C/20 Torr), t.t. = 36-38 °C (lit.158 t.t. = 37 °C). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz; δ ppm, J Hz): 11,65 (s, 1H), 7,14 (t, J = 2 Hz, 1H), 2,3 (m, 2H), 1,63 (m, 4H), 1,27 (m, 1H), 0,88 (m, 1H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz, δ ppm): 173,2 (CO), 142,4(CH), 129,6 (C), 25,8 (CH2), 23,5 (CH2), 21,8 (CH2), 21,1 (CH2). IR (film): 3056, 2936, 2645, 1691, 1424, 1282, 1085 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C7H10O2 = 126,0681; izračunato za [M+H]+ 127,0753, nađeno 127,0751. Treća frakcija sakupljena je na 162-165 °C/20 Torr. Dobijeno je 0,7 g (3,4%) 1-bromcikloheksankarboksilne kiseline 5 (lit.159 t.k. = 160-162 °C/18 Torr), t.t. = 57-58 °C (lit.159 t.t. = 59-60 °C). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz; δ ppm): 9,6 (s, 1H), 2,6 (t, J = 2 Hz, 2H), 2,35 (m, 2H), 2,2 (m, 2H), 1,52 (m, 4H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz, δ ppm): 183,3 (CO), 76,38 (C), 38,76 (CH2), 29,59 (CH2), 22,54 (CH2). IR (KBr): 3161, 2922, 2851, 1713, 1457, 1331, 1185, 1063 cm−1. Kiseline 2, 3 i 5 dobijene su u ukupnom prinosu od ~65% (molarni odnos 2/3/5 = 75:20:5). Prema opisanom postupku u odeljku 4.1.1., kada se umesto bromoforma upotrebi hloroform (48,0 g; 0,4 mol), dobija se 7,9 g smese kiselina 2, 3 i 4. Frakcionom destilacijom dobijene su: 1-hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 (3,2 g, 22%), 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 (2,9 g, 22%). Iz ostatka nakon destilacije vršena je kristalizacija 1-hlorcikloheksankarboksilne kiseline 4, iz toluena, koja je dobijena u prinosu od 1,8 g (11%); t.t. = 55 °C (lit.160 t.t. = 51-53 °C). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz; δ ppm): 9,8 (s, 1H), 2,6 (m, 4H), 1,8 (m, 4H), 1,6 (m, 2H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz, δ ppm): 183,35 (CO), 59,5 (C), 28,78 (CH2), 25,97 (CH2), 24,5 (CH2). Kiseline 2, 3 i 4 dobijene su u ukupnom prinosu od ~55% (molarni odnos kiselina 2/3/4 = 2:2:1). 110 4.1.2. Uticaj kalijum-hidroksida 1-Cikloheksenkarboksilna kiselina 2 1-Hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 O COOH OH COOH 1 2 + 3 85% (85:15) 20 o C, 24 h KOH 20 ekv. TEBA 0,1ekv. CHBr3, 4 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., u reakciji cikloheksanona 1 (2,0 g; 0,2 mol) sa bromoformom (20,0 g; 0,08 mol) u rastvoru koji sadrži KOH (22,8 g; 0,4 mol i 20 mL vode), a kome su još dodati TEBA (0,45 g; 0,002 mola) i t-BuOH (100 mL), dobijeno je 2,22 g smese kiselina 2 i 3 u ukupnom prinosu od 85% i molarnom odnosu 2/3 od 85:15 (iz 1H-NMR podataka). 111 4.1.3. Uticaj litijum-hidroksida 1-Cikloheksenkarboksilna kiselina 2 O CO2H 1 2 (95%) Mr = 98,15 Mr = 126,16 C7H10O2C6H10O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) 20 °C, 24 h Prema opštem postupku opisanom u odeljku 4.1.1., u reakciji cikloheksa- nona 1 (5,0 g; 0,05 mol) sa bromoformom (52,0 g; 0,2 mol) u rastvoru koji sadrži LiOH (43,0 g; 1,05 mol u 40 mL vode), TEBA (1,14 g, 0,005 mol) i t-BuOH (200 mL), posle obrade reakcione smese i frakcione destilacije kiselih komponenti pod sniženim pritiskom (sa kratkom Vigreovom kolonom), dobijeno je 6,1 g (95%) 1-cikloheksenkarboksilne kiseline 2 u obliku bezbojne uljaste tečnosti koja posle stajanja očvršćava; t.t. = 36-38 °C (lit.158 t.t. = 37 °C). 112 1-Cikloheksenkarboksilna kiselina 2 1-Hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 O COOH OH COOH 1 2 + 3 65% (3:2) 20 o C, 24 h LiOH 30 ekv. TEBA 0,1ekv. CHBr3, 4 ekv. t-BuOH/H2O (5:1) Prema opštem postupku opisanom u odeljku 4.1.1., u reakciji ciklo- heksanona 1 (2,0 g; 0,02 mol) sa bromoformom (20,0 g; 0,08 mol) u rastvoru koji sadrži LiOH (26,0 g; 0,6 mol u 25 mL vode), TEBA (0,45 g; 0,002 mola) i t-BuOH (125 mL), posle obrade, dobijeno je 1,75 g smese kiselina 2 i 3 u ukupnom prinosu od 65% (molarni odnos 2/3 = 3:2 izračunat je na osnovu 1H-NMR podataka). 113 4.1.4. Uticaj DBU 1-Bromcikloheksankarboksilna kiselina 5 O CO2HBr CHBr3 2 ekv. DBU 1 ekv. CH2Cl21 5 (40%) C6H10O C7H11BrO2 Mr = 98,15 Mr = 207,07 Rastvoru cikloheksanona (1,0 g; 0,01 mol) u dihlormetanu (40 mL) dodati DBU (1,5 g; 0,01 mol). Smesa se meša intenzivno dok se ukapava rastvor bromoforma (5,0 g, 0,02 mol) u dihlormetanu (20 mL). Smesu hladiti vodenim kupatilom. Ukapavati rastvor bromoforma lagano u toku jednog sata. Nakon toga nastaviti mešanje još 24 časa. Prilikom obrade reakcionoj smesi dodati vodeni rastvor HCl (20%) do pH ~ 1. Ekstrakciju vršiti dihlormetanom (2 × 30 mL). Spojiti dihlormetanske ekstrakte i dodati im vodeni rastvor K2CO3. Nakon toga odvojiti vodeni sloj i zakiseliti ga dodavanjem HCl (20%) do pH ~ 1. Ekstrakciju vršiti dihlormetanom (3 × 30 mL), rastvor osušiti (anh. MgSO4) i posle ceđenja od sušila ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Kiselina 5 kristališe iz rastvora toluena posle stajanja (12 h) na temperaturi od +4 °C u frižideru. Prinos 0,85 g (40%); t.t. = 57-58 °C (lit.159 t.t. = 59-60 °C). 114 4.1.5. Uticaj t-BuOK Metil cikloheks-1-enkarboksilat 6 Metil 1-metoksicikloheksankarboksilat 7 O CO2Me MeO CO2Me + t-BuOK 15 ekv., CHBr3 4 ekv. MeOH 60 ekv., 18-C-6 0,1 ekv. st, 24 h1 C6H10O Mr = 98,15 C8H12O2 Mr = 140,18 C9H16O3 Mr = 172,23 6 (35%) 7 (15%) Pomešati metanolni rastvor cikloheksanona (2,0 g; 0,02 mol u 32 mL metanola) i 18-kruna-6 etar (0,52 g; 0,002 mol). U toku 30 minuta, reakcionoj smesi dodavati suvi kalijum-terc-butoksid u malim porcijama (34,2 g; 0,3 mol) a zatim ukapavati metanolni rastvor bromoforma (20,0 g; 0,08 mol u 16,8 mL metanola). Nakon mešanja na sobnoj temperaturi (24 h), reakcionoj smesi dodati vodeni rastvor limunske kiseline do kiselog pH (lakmus). Ekstrakciju vršiti dihlormetanom. Organski sloj isprati vodenim rastvorom NaHCO3, osušiti nad anhidrovanim MgSO4 i ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 1,52 g smese proizvoda. Kristalizacijom iz toluena dobijeno je 1 g (35%) estra 6; t.k. = 90 °C/20 Torr (lit. 161 t.k. = 88 °C/15 Torr); 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 6,77 (m, 1H), 3,72 (s, 3H), 2,19 (m, 4H), 1,62 (m, 4H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 167,98 (CO), 139,66 (CH), 130 (C), 51,3 (CH3), 25,6 (CH2), 23,98 (CH2), 21,9 (CH2), 21,28 (CH2); IR (KBr): 2939, 1715, 1649, 1437, 1245, 1086 cm−1. Iz filtrata je izolovano još 0,52 g (15%) sirovog estra 7. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 3,72 (s, 3H), 3,23 (s, 3H), 2,19 (m, 4H), 1,85 (m, 4H), 1,3 (m, 2H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 172 (CO), 78,7 (C), 51,3 (CH3), 50,08 (CH3), 31,24 (CH2), 25,22 (CH2), 21,6 (CH2). Molarni odnos estara 6 i 7 je 7:3 (ukupni prinos estara je 50%). 115 4.2. Uticaj rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom 4.2.1. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom u toluenu Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz cikloheksanona 1 (2,0 g; 0,02 mol) u reakciji sa bromoformom (20,0 g; 0,08 mol), vodenim rastvorom LiOH (17,0 g, 0,4 mol u 15 mL vode), TEBA (0,45 g; 0,002 mol) u toluenu (75 mL) dobija se 2 g kiseline 2 (78%). 4.2.2. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom u dihlormetanu Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz cikloheksanona 1 (2,0 g; 0,02 mol) u reakciji sa vodenim rastvorom LiOH (17,0 g; 0,4 mol u 15 mL vode), TEBA (0,45 g; 0,002 mol) i bromoformom (20,0 g; 0,08 mol) u dihlormetanu (75 mL) dobija se 2,2 g kiseline 2 (86%). 4.2.3. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom koji ima ulogu i rastvarača Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz cikloheksanona 1 (5,0 g; 0,05 mol) u reakciji sa vodenim rastvorom LiOH (42,0 g; 1 mol u 20 mL vode), TEBA (1,14 g; 0,005 mol) i bromoformom (252,7 g; 1,1 mol) dobija se 2,9 g smese kiselina 2, 3 i 5. Nakon frakcione destilacije dobijene su: 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 (1,8 g, 28%), 1-hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 (0,59 g, 8%) i 1-bromcikloheksankarboksilna kiselina 5 (0,42 g, 4%). Ukupan prinos kiselina je 40% (molarni odnos kiselina 2/3/5 = 7:2:1) 116 4.2.4. Reakcija cikloheksanona sa bromoformom u dimetil-sulfoksidu Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz ketona 1 (2,0 g; 0,02 mol) u reakciji sa bromoformom (20,0 g; 0,08 mol), vodenim rastvorom KOH (22,8 g; 0,4 mol u 15 mL vode), 18-C-6 (0,53 g; 0,002 mol) u dimetil-sulfoksidu (75 mL) dobija se 0,85 g kiseline 2 (33%). Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz ketona 1 (2,0 g; 0,02 mol) u reakciji sa bromoformom (20,0 g; 0,08 mol), vodenim rastvorom LiOH (17,0 g; 0,4 mol u 15 mL vode), TEBA (0,45 g; 0,002 mol) u dimetil-sulfoksidu (75 mL) dobija se 1,1 g smese kiselina 2 i 3. Odnos kiselina 2/3 je 9:1 (iz 1H-NMR podataka), prinos kiselina je 45%. 117 4.3. Uticaj vode kao ko-rastvarača na reakciju cikloheksanona sa bromoformom - Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz ketona 1 (1,0 g; 0,01 mol) u reakciji sa bromoformom (10,0 g; 0,04 mol), vodenim rastvorom LiOH (8,4 g; 0,2 mol u 5 mL vode), TEBA (0,22 g; 0,001 mol) i u terc-pentil-alkoholu (25 mL) dobija se 1,2 g (93,7%) kiseline 2. - Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz ketona 1 (5,0 g; 0,05 mol) u reakciji sa bromoformom (50,0 g; 0,2 mol), vodenim rastvorom KOH (56,0 g; 1 mol u 30 mL vode), TEBA (1,1 g; 0,005 mol) u terc-pentil-alkoholu (270 mL) dobija se 5,85 g smese proizvoda. Posle frakcione destilacije dobijene su: 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 (5,0 g, 78%), 1-hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 (0,3 g, 4%) i 1-bromcikloheksankarboksilna kiselina 5 (0,45 g, 4%). Kiseline 2,3 i 5 dobijene su u molarnom odnosu 90:5:5, prinos kiselina je 86%. - Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz cikloheksanona 1 (5,0 g; 0,05 mol) u reakciji sa bromoformom (50,0 g; 0,2 mol), vodenim rastvorom KOH (56,0 g; 1 mol u 30 mL vode), TEBA (1,1 g; 0,005 mol) u terc-pentil-alkoholu (150 mL) dobija se 6 g smese proizvoda. Nakon frakcione destilacije dobijene su: 1-cikloheksenkarboksilna kiselina 2 (4,86 g, 76%), 1-hidroksicikloheksan- karboksilna kiselina 3 (0,6 g, 8%) i 1-bromcikloheksankarboksilna kiselina 5 (0,47 g, 4%). Kiseline 2,3 i 5 dobijene su u molarnom odnosu 85:10:5. Ukupan prinos kiselina 2,3 i 5 je 88%. - Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz ketona 1 (5,0 g; 0,05 mol) u reakciji sa bromoformom (50,0 g; 0,2 mol), vodenim rastvorom KOH (56,0 g; 1 mol u 30 mL vode), TEBA (1,1 g; 0,005 mol) u terc-pentil-alkoholu (30 mL) dobija se 5,7 g smese kiselina 2 i 3. Kiseline 2 i 3 dobijene su u molarnom odnosu 80:20 (iz 1H-NMR spektroskopskih podataka). Ukupan prinos kiselina 2 i 3 iznosi 86%. 118 4.4. Uticaj temperature i dužine reakcionog vremena na reakciju cikloheksanona sa bromoformom - Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz cikloheksanona 1 (2,0 g; 0,02 mol) u reakciji sa bromoformom (20,0 g; 0,08 mol), vodenim rastvorom LiOH (17,0 g; 0,4 mol u 10 mL vode), TEBA (0,45 g; 0,002 mol) u terc-butil-alkoholu (50 mL) dobija se 1,54 g (60%) kiseline 2. Reakcija se odvija uz hlađenje reakcione smese u toku 6 h (led-voda) a zatim još 18 h (na sobnoj temperaturi) sve dok ne izreaguje cikloheksanon u potpunosti. - Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz cikloheksanona 1 (5,0 g; 0,05 mol) u reakciji sa bromoformom (50,0 g; 0,2 mol), vodenim rastvorom LiOH (42,0 g; 1 mol u 30 mL vode), TEBA (1,1 g; 0,005 mol) u terc-butil-alkoholu (150 mL) dobija se 5,5 g smese proizvoda. Reakciona smesa se u početku zagreva i odvija uz refluks tokom 6 h a zatim još 18 h na sobnoj temperaturi uz mešanje. Posle frakcione destilacije proizvoda dobijene su: 1-cikloheksen- karboksilna kiselina 2 (4,9 g, 77% ) i 1-hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 3 (0,6 g, 8%) kao i smesa neidentifikovanih proizvoda. Kiseline 2 i 3 su dobijene u molarnom odnosu 9:1. - Prema postupku opisanom u odeljku 4.1.1., iz cikloheksanona 1 (2,0 g; 0,02 mol) u reakciji sa bromoformom (20,0 g; 0,08 mol), vodenim rastvorom LiOH (17,0 g; 0,4 mol u 10 mL vode), TEBA (0,45 g; 0,002 mol) u terc-butil-alkoholu (50 mL) dobija se 1,5 g (60%) kiseline 2. Ova reakcija je izvođena tokom 12 časova pri čemu je praćen uticaj dužine reakcionog vremena na prinos i proizvode reakcije. Posle tog vremena izolovano je oko 30% polaznog cikloheksanona 1, kao i višak bromoforma, ali drugi proizvodi reakcije nisu primećeni. 119 4.5. Reakcije ketona sa bromoformom u baznoj sredini 6-Metil-1-cikloheksenkarboksilna kiselina 9 1-Hidroksi-2-metilcikloheksankarboksilna kiselina 10 O CO2H OHHO2C 9 Mr = 140,18 C8H12O2 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h + 10 C7H12O C8H14O3 Mr = 158,2 Mr = 112,17 8 U rastvor ketona 8 (1,0 g; 0,009 mol) u 20 mL terc-butil-alkohola dodati TEBA (0,2 g; 0,0009 mol) i rastvor LiOH (7,6 g; 0,018 mol u 8 mL vode). Uz mešanje dodati rastvor bromoforma (9,0 g; 0,036 mol u 20 mL terc-butil-alkohola). Nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj ekstrahovati dihlormetanom (2 × 50 mL), a zatim zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vršiti ekstrakciju kiselog vodenog sloja dihlormetanom (3 × 20 mL) i osušiti dihlormetanski sloj sa anhidrovanim MgSO4. Posle ceđenja od sušila ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 0,12 g smeše kiselina 9 i 10 (molarni odnos 83:17, iz 1H-NMR podataka). Prinos kiselina je 10%. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 11,2 (s, 2H), 7,12 (t, J = 5Hz, 1H), 4,4 (s, 1H), 2,38 (m, 2H), 2,47-2,28 (m, 6H), 2,1 (m, 1H), 2,02 (m, 1H), 1,9 (m, 2H), 1,47 (m, 6H), 1,16 (d, 3H), 0,98 (d, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 179,3 (CO), 172,5 (CO), 142,7 (CH), 133 (C), 82,8 (C), 38 (CH), 34,4 (CH2), 30,2 (CH2), 29,8 (CH2), 27,3 (CH), 26 (CH2), 24,2 (CH2), 22,9 (CH2), 22 (CH2), 17,8 (CH3), 14,2 (CH3); IR (KBr): 2937, 2867, 1712, 1448, 1242, 1070 cm−1. 120 3-Metil-1-cikloheksenkarboksilna kiselina 12 5-Metil-1-cikloheksenkarboksilna kiselina 13 O CO2H CO2H 11 12 Mr = 112,17 Mr = 140,18 C8H10O2C7H12O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,5ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h + 13(95%) U rastvor 3-metilcikloheksanona 11 (2,0 g; 0,018 mol) u terc-butil-alkoholu (30 mL) dodati rastvor LiOH u vodi (15,0 g; 0,36 mol u 10 mL vode) i TEBA (2,0 g; 0,009 mol). Dodati rastvor bromoforma (18,2 g; 0,072 mol u 20 mL t-BuOH). Reakcionu smesu mešati 24 časa na sobnoj temperaturi. Dodati 50 mL vode. Organski sloj odbaciti. Vodeni sloj zakiseliti dodavanjem HCl (20%) do pH ~ 1 i ekstrahovati ga toluenom (3 × 40 mL). Osušiti toluenski rastvor kiselina i udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Kiseline 12 i 13 dobijene su u odnosu 3:2 (prema 1H NMR spektroskopskim podacima). Prinos kiselina 12 i 13 je 2,37 g (95%); t.t: 26 °C (lit. 162 26-27 °C). 1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 11 (s, 2H), 7,16 (t, J = 10 Hz, 1H), 7,26 (t, J = 10 Hz, 1H), 7,05 (d, 1H), 2,45 (m, 2H), 2,42 (m, 2H), 2,35 (m, 1H), 2,3 (m, 2H), 1,81 (m, 1H), 1,79 (m, 2H), 1,78 (m, 2H), 1,69 (m, 2H), 1,17 (d, J = 7 Hz, 3H), 1,02 (d, J = 7 Hz, 3H); 13C NMR (CDCl3,125 MHz) δ: 173,5 (CO), 173,3 (CO), 148,9 (CH), 142,5 (CH), 129,6 (C), 128,4 (C), 32,2 (CH), 31,3 (CH), 30,2 (CH2), 29,7 (CH2), 28,3 (CH2), 26,3 (CH2), 24 (CH2), 21,7 (CH2), 21,1 (CH3), 20,7 (CH3); IR (KBr) : 3409, 2927, 1709, 1459, 1236 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C8H12O2 =140,0837; izračunato za [M-H]− 139,0764, nađeno 139,0762. 121 4-Etil-1-cikloheksenkarboksilna kiselina 15 4-Etil-1-hidroksicikloheksankarboksilna kiselina 16 O CO2H OH CO2H 14 15 (90%) Mr = 126,20 Mr = 154,21 C9H14O2C8H14O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,2 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h 16 (8%) + C9H16O3 Mr = 172,21 U rastvor 4-etilcikloheksanona 14 (1,0 g; 0,008 mol) u t-BuOH (30 mL) dodati vodeni rastvor litijum-hidroksida (6,7 g; 0,16 mol u 8 mL vode) i TEBA (0,36 g; 0,0016 mol) a zatim dodavati rastvor bromoforma (8,0 g; 0,032 mol u 10 mL t-BuOH) u toku 30 minuta. Nastaviti mešanje 24 časa na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode. Odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 20 mL), a zatim smesu zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vodeni rastvor ekstrahovati dihlormetanom (3 × 30 mL). Ekstrakte osušiti nad anhidrovanim MgSO4 i posle ceđenja, rastvarač ispariti na rotacionom vakuum isparivaču. Izvedena je ‘dry-flash’ hromatografija smese proizvoda na silika-gelu 12-26, ICN Pharmaceuticals. Eluent za kiselinu 15 je smesa n-heksan/etil-acetat/mravlja kiselina (90:8:2). Izolovano je 1,1 g (90%) kiseline 15, t.t. = 81-82 °C. 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 11 (s, 2H), 7,1 (t, J = 4 Hz, 1H), 2,42 (m, 2H), 2,36 (m, 1H), 2,2 (m, 1H), 1,86 (m, 2H), 1,44 (m, 1H), 1,32 (m, 2H), 1,2 (m, 2H), 0,94 (t, J = 7,5 Hz, 3H); 13C-NMR (CDCl3,125 MHz) δ: 172,23 (CO), 142,17 (CH), 129,53 (C), 34,22 (CH), 32,28 (CH2), 28,7 (CH2), 27, 9 (CH2), 23,8 (CH2), 11,4 (CH3); IR (KBr): 3411, 2961, 1708, 1446, 1298, 1227 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C9H14O2 =154,0993; izračunato za [M+H]+ 155,1067 nađeno 155,1066. 122 Eluent za kiselinu 16 je smesa n-heksan/etil-acetat/mravlja kiselina (80:15:5). Prinos 4-etil-1-hidroksicikloheksankarboksilne kiseline 16 iznosi 0,1 g (8%). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 9 (s, 1H), 4,2 (s, 1H), 1,8-1,3 (m, 7H), 0,9 (m, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 181,23 (CO), 74 (C), 35,85 (CH), 32,8 (CH2), 32,6 (CH2), 26,75 (CH2), 11,3 (CH3). 123 4-terc-Butil-1-cikloheksenkarboksilna kiselina 18 O CMe3 CO2H CMe3 18 Mr = 154,25 Mr = 182,26 C11H18O2C10H18O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,25 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h 17 U rastvor ketona 17 (1,0g; 0,065 mol) u t-BuOH (30 mL), koji se meša, dodati rastvor LiOH (5,46 g, 0,13 mol u 10 mL vode) i TEBA (0,37 g; 0,0016 mol) a zatim dodati rastvor bromoforma (6,6 g; 0,026 mol u 20 mL t-BuOH). Nastaviti mešanje na sobnoj temperaturi u toku 24 h. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode. Organski sloj odbaciti. Vodeni sloj zakiseliti dodavanjem HCl (20%) do pH ~ 1. Vršiti ekstrakciju toluenom (3 × 30 mL). Osušiti toluenski rastvor kiseline sa anh. MgSO4, procediti od sušila i ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Kristalizacijom iz n-heksana, kiselina 18 dobijena je u obliku belih kristala. Prinos je 1,05 g (90%); t.t. = 182 °C (lit.163 t.t. = 182-183 °C). 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 11,6 (s, 1H), 7,12 (t, J = 3 Hz, 1H), 2,5 (m, 1H), 2,28 (m, 2H), 1,98 (m, 2H), 1,18 (m, 2H), 0,89 (s, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ: 172,1 (CO), 142,9 (CH), 129,5 (C), 43,1 (C), 32,12 (CH), 27,7 (CH2), 27,1 (CH2), 25,2 (CH2), 23,47 (CH3); IR (KBr): 3297, 3415, 2958, 1681, 1644, 1276, 1177, 1085 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C11H18O2 =182,1306; izračunato za [M+H]+ 183,1379, nađeno 183,1385. 124 Metil 4-terc-butilcikloheks-1-enkarboksilat 19 Metil 4-terc-butil-1-metoksicikloheksankarboksilat 20 CMe3 O CMe3 CO2Me CMe3 MeO CO2Me + t-BuOK 15 ekv., CHBr3 4 ekv. MeOH 60 ekv., 18-C-6, 0,1 ekv. st, 24 h, 55% 17 19 (46%) C10H18O Mr = 154,25 C12H20O2 Mr = 196,29 C13H24O3 Mr = 228,33 20 (9%) Napomena: Ovu reakciju treba izvoditi vrlo pažljivo jer je egzotermna i veoma burna. U metanolni rastvor ketona 17 (1,0 g; 0,0064 mol 8 mL metanola) i 18-kruna-6 etra (0,17 g; 0,00064 mol), dodavati suvi kalijum-terc-butoksid u malim porcijama (10,9 g; 0,098 mol). Zatim ukapavati metanolni rastvor bromoforma (6,6 g; 0,026 mol u 8 mL metanola). Posle 24 časa mešanja na sobnoj temperaturi, reakcionoj smesi dodati vodeni rastvor limunske kiseline do kiselog pH. Ekstrakciju vršiti etrom (2 × 30 mL). Etarske ekstrakte isprati vodenim rastvorom NaHCO3, osušiti nad anh. MgSO4 i posle ceđenja, rastvarač ispariti na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 0,72 g smese proizvoda. Kristalizacijom iz toluena dobijeno je 0,6 g (46%) estra 19. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 6,94 (t, J = 2,5 Hz, 1H), 3,6 (s, 3H), 2,54 (m, 2H), 2,2 (m, 2H), 1,8 (m, 2H), 1,2 (m, 1H), 0,9 (s, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 167,8 (CO), 140,1 (CH), 129,9 (C), 51,3 (CH3), 43,1 (CH), 32,2 (C), 27,3 (CH2), 26,9 (CH3), 25,4 (CH2), 23,4 (CH2); IR (KBr): 1720, 1710, 1675, 1640, 1420, 1346, 1268, 1086, 924 cm−1. Iz matičnog luga posle kristalizacije estra 19 preostaje još 0,12 g sirovog estra 20 (9%). 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 3,72 (s, 3H), 3,2 (s, 3H), 2,5 (m, 2H), 2,4 (m, 2H), 2,3 (m, 4H), 1,4 (m, 1H), 0,88 (s, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ: 177,1 (CO), 80,4 (C), 51,5 (CH3), 51,4 (CH3), 47,2 (CH), 33,4 (C), 32 (CH2), 27,54 (CH3), 25,6 (CH2). Molarni odnos estara 19 i 20 je 84:16, a ukupan prinos iznosi 55%. 125 Propil 4-terc-butilcikloheks-1-enkarboksilat 21 Propil 4-terc-butil-1-propoksicikloheksankarboksilat 22 CMe3 O CMe3 CO2Pr CO2Pr CMe3 PrO + t-BuOK 15 ekv., CHBr3 4 ekv. n-PrOH 60 ekv., 18-C-6 0,15 ekv. st, 24 h 17 21 (41%) C10H18O Mr = 154,25 C14H24O2 Mr = 224,35 C17H32O3 Mr = 284,44 22 (5%) U rastvor ketona 17 (1,0 g; 0,0064 mol) u n-propil-alkoholu (10 mL) dodati 18-C-6 etra (0,25 g; 0,0009 mol). Reakcionoj smesi dodati suvi kalijum-terc- -butoksid (10,9 g; 0,09 mol), a zatim i rastvor bromoforma (6,6 g; 0,026 mol) u n-propil-alkoholu (12 mL). Nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati vodeni rastvor limunske kiseline do kiselog pH i ekstrahovati etrom (3 × 40 mL). Etarski rastvor osušiti (anh. MgSO4) i posle ceđenja ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 0,69 g smese proizvoda. Kristalizacijom iz n-heksana dobijeno je 0,6 g (41%) estra 21. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 6,98 (t, J = 3 Hz, 1H), 4,1 (m, 2H), 2,12 (m, 2H), 2,1 (m, 2H), 1,9 (m, 2H), 1,7 (m, 2H),1,2 (m, 1H), 0,96 (m, 3H), 0,86 (s, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 167,7 (CO), 139,9 (CH), 130,3 (C), 65,7 (CH2), 43,2 (CH), 32,2 (C), 27,5 (CH3), 27,05 (CH2), 25,5 (CH2), 24,3 (CH2), 22 (CH2), 10,4 (CH3); IR (KBr): 1730, 1674, 1640, 1420, 1363, 1268, 1085, 925 cm−1. Iz matičnog luga posle kristalizacije estra 21 dobijeno je 0,09 g (5%) sirovog estra 22. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 4,15 (t, J = 2 Hz, 2H), 4,05 (t, J = 6,4 Hz, 2H), 2,2 (m, 4H), 2 (m, 2H), 1,92 (m, 4H), 1,67 (m, 2H), 1,6 (m, 1H), 0,98 (m, 6H), 0,94 (m, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 177,3 (CO), 80,2 (C), 72,2 (CH2), 69,2 (CH2), 43 (C), 33 (CH2), 32 (CH), 28 (CH3), 26 (CH2), 24,2 (CH3), 22,4 (CH2), 10,1 (CH3), 9,8 (CH3); Molarni odnos estara (21/22) je 89:11 (ukupan prinos estara je 46%). 126 4-Fenil-1-cikloheksenkarboksilna kiselina 24 O Ph CO2H Ph 23 24 Mr = 174,24 Mr = 202,26 C13H14O2C12H14O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,6 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h U rastvor 4-fenilcikloheksanona 23 (1,0 g; 0,0057 mol) u t-BuOH (20 mL), dodati TEBA (0,78 g; 0,0034 mol) i vodeni rastvor LiOH (4,83 g; 0,11 mol u 5 mL vode). Dodati rastvor bromoforma (5,8 g; 0,023 mol u 5 mL t-BuOH). Mešanje nastaviti 24 h na sobnoj temperaturi. U reakcionu smesu dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 30 mL) i zakiseliti ga sa HCl (20%) do pH ~ 1. Izdvojeno ulje ekstrahovati dihlormetanom (3 × 30 mL), osušiti nad anhidrovanim MgSO4 i posle ceđenja ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Kiselina 24 kristališe iz toluena u obliku belih kristala. Dobijeno je 1,1 g (95%), t.t. = 196-199 °C 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 11 (s, 1H), 7,32 (t, J = 7,5 Hz, 1H), 7,22 (m, 5H), 2,82 (m, 1H), 2,55 (m, 2H), 2,35 (m, 2H), 2,16 (m, 1H), 1,78 (m, 1H); 13C-NMR (CDCl3,125 MHz) δ: 171,5 (CO), 146,03 (CH), 141,2 (C), 129,7 (C), 128,77 (CH), 127,01 (CH), 126,6 (CH), 39,24 (CH), 34,12 (CH2), 29,5 (CH2), 24,73 (CH2); IR (KBr): 3409, 2927, 1709, 1459, 1236 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C13H14O2 = 202,0993; izračunato za [M+H]+ 203,1066 nađeno 203,1057. 127 1-Ciklopentenkarboksilna kiselina 26 O CO2H 25 26 Mr = 84,12 Mr = 112,13 C6H8O2C5H8O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,3 ekv. t-PentOH, H2O, 20 °C, 24 h U rastvor ciklopentanona 25 (1,0 g; 0,012 mol u 30 mL terc-pentil-alkohola) dodati TEBA (0,8 g; 0,0036 mol) i rastvor LiOH (10 g; 0,24 mol u 10 mL vode). Uz mešanje u ovu smesu dodati rastvor bromoforma (12,5 g; 0,048 mol u 20 mL terc- -pentil-alkohola). Nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode. Odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 20 mL), a zatim smesu zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vodeni rastvor ekstrahovati dihlormetanom (3 × 30 mL), ekstrakte osušiti nad anhidrovanim MgSO4 i posle ceđenja ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Posle kristalizacije iz toluena dobijeno je 1,0 g (75%) kiseline 26; t.t. = 120-121 °C (lit. 9 t.t. = 121 °C). 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 11 (s, 1H), 6,92 (t, J = 2 Hz, 1H), 2,56 (m, 4H), 1,98 (m, 2H); 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ: 169,16 (CO), 146,66 (CH), 135,77 (C), 33,61 (CH2), 31,05 (CH2), 23,14 (CH2); IR (KBr) 2971, 2627, 1674, 1430, 1291 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C6H8O2 = 112,0524; izračunato za [M+H]+ 113,0597, nađeno 113,0597. 128 1-Cikloheptenkarboksilna kiselina 28 O CO2H 27 28 Mr = 112,17 Mr = 140,18 C8H12O2C7H12O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h U rastvor cikloheptanona 27 (1,0 g; 0,009 mol) u 20 mL terc-butil-alkohola dodati TEBA (0,2 g; 0,0009 mol) i rastvor LiOH (7,6 g; 0,039 mol u 8 mL vode). Uz mešanje dodati rastvor bromoforma (9,0 g; 0,036 mol u 20 mL terc-butil-alkohola). Nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati toluenom (2 × 20 mL), a nakon toga smesu zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vršiti ekstrakciju dihlormetanom (3 × 30 mL), osušiti rastvor kiseline nad anhidrovanim MgSO4 i udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Kiselina 28 je prekristalisana iz toluena. Nakon obrade primećena je i određena količina neizreagovanog cikloheptanona, produženo vreme reakcije ne dovodi do smanjenja ove količine cikloheptanona, pa se i nakon 48 h može primetiti određena količina polaznog ketona. Dobijeno je 0,53 g kiseline 28 (43%); t.t. = 51 °C (lit. 9 t.t. = 51 °C). 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 11 (s, 1H), 7,34 (t, J = 7 Hz, 1H), 2,7 (m, 2H), 2,5 (m, 2H), 1,55 (m, 2H), 1,52 (m, 4H); 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ: 173,3 (CO), 147,39 (CH), 135,78 (C), 31,97 (CH2), 29 (CH2), 26,95 (CH2), 26,12 (CH2), 25,6 (CH2); IR (KBr): 2926, 2854, 1680, 1468, 1290 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C8H12O2 =140,0837; izračunato za [M-H]− 139,0764; nađeno 139,0760. 129 1-Ciklooktenkarboksilna kiselina 30 1-Hidroksiciklooktankarboksilna kiselina 31 O CO2H OH CO2H 30 Mr = 154,21 C9H14O2 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h + 31 C8H14O C9H16O3 Mr = 172,23 Mr = 126,2 29 U rastvor ciklooktanona 29 (1,0 g; 0,008 mol) u 20 mL terc-butil-alkohola dodati TEBA (0,17 g; 0,0008 mol) i rastvor LiOH (6,7 g; 0,016 mol u 8 mL vode). Ukapavati rastvor bromoforma (8,2 g; 0,032 mol u 20 mL terc-butil-alkohola) u toku 30 minuta i nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj (pretežno neizreagovani ciklooktanon). Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 50 mL), a zatim smesu zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vršiti ekstrakciju dihlormetanom (3 × 30 mL), ekstrakte osušiti nad anhidrovanim MgSO4 i posle ceđenja ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 0,3 g (~25%) smese kiselina 30 i 31. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 11 (s, 2H), 7,2 (t, J = 8,4 Hz, 1H), 2,3 (m, 2H), 2,5 (m, 2H), 1,96 (m, 2H), 1,8-1,4 (m, 14H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 183,6 (CO), 173,2 (CO), 145,4 (CH), 132,7 (C), 85 (C), 44,8 (CH2), 30,5 (CH2), 28,9 (CH2), 28,8 (CH2), 28,3 (CH2), 27,3 (CH2), 26,4 (CH2), 26,2 (CH2), 25,9 (CH2), 24,3 (CH2); IR (film): 2920, 2859, 1702, 1489, 1286, 1224, 882 cm−1. 130 1-Ciklododecenkarboksilna kiselina 33 O CO2H 32 33 Mr = 182,31 Mr = 210,32 C13H22O2C12H22O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,4 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 48 h U rastvor ciklododekanona 32 (1,0 g; 0,0055 mol u 30 mL terc-butil- alkohola) i TEBA (0,5 g; 0,002 mol) dodati rastvor LiOH (4,6 g; 0,011 mol u 10 mL vode). Uz mešanje dodati rastvor bromoforma (5,6 g; 0,022 mol, u 20 mL terc- butil-alkohola). Nastaviti mešanje 48 h na sobnoj temperaturi. Nakon toga u reakcionu smesu dodati 50 mL vode, organski sloj odbaciti. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 20 mL) i smesu zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1, ekstrahovati dihlormetanom (2 × 40 mL). Osušiti organske ekstrakte (anh. MgSO4) i udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Kiselina 33 kristališe iz toluena u obliku smese (E)- i (Z)-izomera (9:1). Dobiveno je 0,4 g, (35%) kiseline 33, t.t. = 120-122 °C (lit. 40 t.t. = 120-123 °C). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 9,76 (s, 1H), 6,93 (t, J = 8 Hz, 1H) za (E)-izomer, 6,28 (t, J = 8 Hz, 1H) za (Z)-izomer, 2,4 (m, 2H), 2,2 (m, 2H), 1,5 (m, 36H); 13C-NMR (CDCl3, 50MHz) δ: 173,86 (CO), 148,64 (CH), 146,1 (CH), 131,4 (C), 129,4 (C), 42,62 (CH2), 33,65 (CH2), 32,59 (CH2), 29,74 (CH2), 28,7 (CH2), 27,2 (CH2), 26,55 (CH2), 26,27 (CH2), 26,18 (CH2), 26 (CH2), 22-28 (6 CH2), 22,5 (CH2), 22,14 (CH2), 21,99 (CH2), 19,23 (CH2); IR (KBr) : 2927, 2855, 1682, 1468, 1289 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C13H22O2 = 210,1620; izračunato za [M+H]+ 211,1693; nađeno 211,1683. 131 2-Fenilakrilna kiselina 35 O COOH 34 35 Mr = 120,15 Mr = 148,16 C9H8O2C8H8O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,5 ekv. t-PentOH, H2O, 20 °C, 24 h U rastvor 1-feniletanona 34 (1,0 g; 0,008 mol), u 20 mL terc-pentil-alkohola, dodati TEBA (0,9 g; 0,004 mol) i vodeni rastvor litijum-hidroksida (7,0 g; 0,17 mol u 8 mL vode). Reakcionoj smesi dodati rastvor bromoforma (8,0 g; 0,032 mol) u 20 mL terc-pentil-alkohola. Nastaviti mešanje 24 časa na sobnoj temperaturi. Smesu koncentrovati na rotacionom vakuum isparivaču. Dodati joj vodeni rastvor 20% HCl (50 mL). Nakon toga vršiti ekstrakciju dihlormetanom (3 × 30 mL). Dihlormetanskom rastvoru dodati vodeni rastvor kalijum-karbonata do baznog pH. Pošto se u dihlormetanskom sloju nalazi ostatak bromoforma njega odbaciti, a vodenom sloju dodati ponovo HCl (20%) do pH ~ 1. Dihlormetanom vršiti ekstrakciju kiseline 35. Posle sušenja ovog rastvora kiseline (anh. MgSO4), ispariti rastvarač, a kiselinu prekristalisati iz n-heksana. Dobijeno je 0,62 g (50%) kiseline 35; t.t. = 101-102 °C (lit. 164 t.t. = 101-103 °C). 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 7,44 (m, 2H), 7,36 (m, 3H), 6,53 (s, 1H), 6,02 (s, 1H); 13C-NMR (CDCl3,125 MHz) δ: 171,18 (CO), 140,5 (CH2), 136,11 (C), 129,36 (C), 128,43 (CH), 128,37 (CH), 128,15 (CH); IR (KBr) 3060, 1691, 1493, 1431, 1223, 1073 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C9H8O2 = 148,0524; izračunato za [M+H]+ 149,0597 nađeno 149,0589. 132 2-Fenil-2-butenska kiselina 37 O COOH 36 37 Mr = 134,18 Mr = 162,19 C10H10O2C9H10O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-PentOH, H2O, 20 °C, 24 h U rastvor 1-fenil-1-propanona 36 (1,0 g; 0,0075 mol u 20 mL terc-pentil- alkohola), koji se meša, dodati TEBA (0,34 g; 0,0115 mol) i vodeni rastvor litijum- hidroksida (5,6 g; 0,13 mol u 8 mL vode). Zatim dodati rastvor bromoforma (7,5 g; 0,03 mol) u terc-pentil-alkoholu (20 mL). Nastaviti mešanje smese 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 20 mL), a smesu zatim zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vodeni rastvor ekstrahovati dihlormetanom (3 × 20 mL). Ekstrakte spojiti i osušiti anhidrovanim MgSO4 a zatim udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Kiselina 37 kristališe iz toluena u obliku belih kristala. Dobijeno je 0,65 g (54%), t.t. = 138-139 °C (lit. 165 t.t. = 132-137 °C). 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 7,33 (m, 5H), 6,44 (t, J = 7,5 Hz, 1H), 2,16 (d, J = 7,5 Hz, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ: 171,18 (CO), 140,27 (CH), 138,2 (C), 134,13 (C), 128,34 (CH), 127,88 (CH), 127,63 (CH), 16,41 (CH3); IR (KBr): 3520, 2977, 2940, 1694, 1602, 1113 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C10H10O2 = 162,0681; izračunato za [M+H]+ 163,0754 nađeno 163,0748. 133 2-(4-Nitrofenil)akrilna kiselina 39 2-Hidroksi-2-(4-nitrofenil)propanska kiselina 40 2-Brom-2-(4-nitrofenil)propanska kiselina 41 O O2N O2N CO2H O2N OH CO2H O2N Br CO2H 39 Mr = 193,16 C9H7NO4 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,5 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h + 40 C8H7NO3 C9H9NO5 Mr = 211,18 Mr = 165,15 38 + 41 C9H8BrNO4 Mr = 274,07 U rastvor ketona 38 (1,0 g; 0,006 mol) u 20 mL terc-butil-alkohola, dodati TEBA (0,67 g; 0,003 mol) i rastvor LiOH (5,0 g; 0,012 mol u 8 mL vode). Dodati rastvor bromoforma (5,5 g; 0,024 mol u 20 mL terc-butil-alkohola). Nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 50 mL), a smesu zatim zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vršiti ekstrakciju dihlormetanom (3 × 30 mL). Ekstrakte spojiti i osušiti nad anhidrovanim MgSO4, a zatim, posle ceđenja, udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Posle obrade reakcione smese nije primećen polazni keton ali je primećena smesa neidentifikovanih proizvoda. Dobijena je smesa kiselina 39, 40 i 41 u prinosu od 0,47 g (~40%). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 9,8 (s, 3H), 8,2 (m, 6H), 7,8 (m, 2H), 7,6 (m, 2H), 7,2 (m, 2H), 6,4 (s, 1H), 6,2 (s, 1H), 2,3 (s, 3H), 1,88 (s, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 177,4 (CO), 176,8 (CO), 167,8 (CO), 149,7 (C), 147,3 (C), 135,2 (C), 131 (C), 129,8 (C), 129,3 (C), 128,9 (CH), 128,6 (CH), 128 (CH), 127,1 (CH), 126,8 (CH), 126,6 (CH), 123,4 (CH), 122 (C), 77,6 (C), 67,7 (C), 27 (CH3), 25 (CH3); IR (film): 3478, 3113, 2986, 1715, 1602, 1520, 1348, 856 cm−1. 134 3,4-Dihidronaftalen-1-karboksilna kiselina 43 1-Hidroksi-1,2,3,4-tetrahidronaftalen-1-karboksilna kiselina 44 OH CO2HO CO2H LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h 43 C10H10O C11H10O2 Mr = 174,2 Mr = 146,19 42 44 C11H12O3 Mr = 192,2 + U rastvor ketona 42 (0,5 g; 0,003 mol u 10 mL terc-butil-alkohola) dodati TEBA (0,08 g; 0,0003 mol) i rastvor LiOH (2,8 g; 0,068 mol u 4 mL vode). Nakon toga dodati rastvor bromoforma (6,0 g; 0,024 mol u 10 mL terc-butil-alkohola). Nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 30 mL), i smesu zatim zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vršiti ekstrakciju dihlormetanom (3 × 20 mL), osušiti rastvor proizvoda nad anhidrovanim MgSO4 i posle ceđenja ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijena je smesa kiselina 43 i 44 u prinosu od 0,1 g (~ 15%). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 11 (s, 2H), 8,2-7 (m, 8H), 7,2 (t, J = 6,4 Hz, 1H), 2,96 (t, J = 6 Hz, 2H), 2,7 (t, J = 8 Hz, 2H), 2,3 (m, 4H), 2,12 (t, J = 4 Hz, 2H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 156 (CO), 152 (CO), 135 (CH), 133 (C), 129,5 (C), 128,8 (C), 128,5 (C), 127,6 (C), 127,2 (CH), 126,8 (CH), 126,5 (CH), 126,1 (CH), 125,7 (CH), 124,4 (CH), 122,3 (CH), 121,3 (CH), 39 (C), 32 (CH2), 29,6 (CH2), 23,2 (CH2), 18 (CH2), 16 (CH2); IR (KBr): 3442, 2924, 1720, 1630, 1375, 1071, 866 cm−1. 135 (E)-2-Benzilidenheksenska kiselina 46 2-Benzil-2-hidroksiheksanska kiselina 47 2-Benzil-2-bromheksanska kiselina 48 C4H9 Ph O C4H9 Ph CO2H C4H9 Ph OH CO2H C4H9 Ph Br CO2H 46 Mr = 204,27 C13H16O2 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 24 h + 47 C12H16O C13H18O3 Mr = 222,29 Mr = 176,26 45 + 48 C13H17BrO2 Mr = 285,18 U rastvor ketona 45 (1,0 g; 0,0056 mol u 20 mL terc-butil-alkohola), dodati TEBA (0,12 g; 0,00056 mol) i rastvor LiOH (4,8 g; 0,011 mol u 8 mL vode). Ukapati rastvor bromoforma (5,6 g; 0,022 mol u 20 mL terc-butil-alkohola). Nastaviti mešanje još 24 h na sobnoj temperaturi. Pri obradi dodati 50 mL vode i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 50 mL), a zatim smesu zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Vršiti ekstrakciju dihlormetanom (3 × 30 mL), osušiti rastvor kiselina nad anhidrovanim MgSO4 i udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 0,29 g smese kiselina 46, 47 i 48 u prinosu od ~25%. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 11 (s, 3H), 7,8-7,22 (m, 15H), 7,2 (s, 1H), 3 (s, 2H), 2,4 (s, 2H), 2-1,8 (m, 6H), 1,7-1,5 (m, 6H), 1,4-1,3 (m, 6H), 1-0,8 (m, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 182,5 (CO), 181,3 (CO), 172,3 (CO), 139 (CH), 135,5 (C), 133,7 (C), 130,1 (C), 129,3 (C), 129,2 (CH), 128,9 (CH), 128,8 (CH), 128,7 (CH), 128,6 (CH), 128,4 (CH), 128,1 (CH), 126,9 (CH), 126,3 (CH), 78 (C), 47,4 (C), 45,5 (C), 38,6 (CH2), 38 (CH2), 33,8 (CH2), 33,7 (CH2), 31,4 (CH2), 29,2 (CH2), 26,6 (CH2), 25,6 (CH2), 22,7 (CH2), 22,4 (CH2), 22 (CH2), 20 (CH2), 13,8 (CH2), 13,6 (CH2); IR (film): 3063, 2959, 2932, 2872, 1702, 1452, 1283 cm−1. 136 2-Hidroksi-2-fenetil-4-fenilbutanska kiselina 50 O Ph Ph Ph Ph OH CO2H Mr = 238,33 Mr = 284,36 C18H20O3C17H18O LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,5 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 48 h49 50 U rastvor 1,5-difenil-pentan-3-ona 49 (1,0 g; 0,004 mol) u 15 mL terc-butil- alkohola, dodati katalizator TEBA (0,5 g; 0,002 mol) i vodeni rastvor litijum- hidroksida (3,52 g; 0,08 mol u 5 mL vode). Nakon toga dodati rastvor bromoforma (4,1 g; 0,016 mol) u terc-butil-alkoholu (10 mL) u toku 30 minuta. Nastaviti mešanje još 48 h na sobnoj temperaturi. Prilikom obrade dodati 50 mL vode. Organski sloj odbaciti. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 30 mL). Vodeni sloj zatim zakiseliti dodavanjem HCl (20%) do pH ~ 1. Ekstrakciju vršiti dihlormetanom (2 × 30 mL). Dihlormetanski rastvor osušiti (anh. MgSO4), ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Posle obrade reakcione smese nije primećen polazni keton. Kiselina 50 kristališe iz rastvora toluena (nerastvorna je u n-heksanu), posle 12 h stajanja na temperaturi od +4 °C. Prinos kiseline 50 je 1,05 g (85%), t.t. = 161-162 °C. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 10 (s, 1H), 7,35 (m, 10H), 2,8 (m, 4H), 2,1 (m, 4H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 181,5 (CO), 141,1 (C), 128,47 (CH), 128,43 (CH), 126,1 (CH), 77,63 (C), 40,95 (CH2), 29,9 (CH2); IR (KBr): 3445, 2959, 1723, 1455, 1273, 1112 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C18H20O3 = 284,1412; izračunato za [M-H]− 283,1340; nađeno [M-H]− 283,1338. Mikroanaliza za (C18H20O3): izračunato C, 76,01; H, 7,09; nađeno: C, 75,86; H, 7,08. 137 Etil-4-oksopiperidin-1-karboksilat 53 N O Ph N O O O ClCO2Et 1,1 ekv. Cl(CH2)2Cl 5352 C12H15NO Mr = 189,26 C8H13NO3 Mr = 171,20 Rastvor N-benzilpiperidona 52 (15,0 g; 0,079 mol) u 20 mL 1,2-dihloretana zagrejati do ključanja. Dodati hloretil-formijat (9,4 g; 0,087 mol). Nakon što je cela količina estra dodata, nastaviti refluks reakcione smese još 6 h. Smesu nakon refluksa ohladiti i dodati joj vodeni rastvor kalijum-karbonata do baznog pH. Odvojiti slojeve. Vodeni sloj odbaciti, a organski sloj osušiti (anh. MgSO4) i ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Pošto se pored karbamata nalazi i benzil-hlorid, potrebno je izvršiti frakcionu destilaciju. Karbamat 53 destiluje na 93 °C/1 Torr, (lit. 166 t.k. = 93-94 °C/1 Torr ). Prinos 11,53 g (85%). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz; δ ppm): 4,12 (q, J = 7,2 Hz, 2H), 3,78 (t, J = 6 Hz, 2H), 2,45 (t, J = 6 Hz, 2H), 1,29 (t, J = 8 Hz, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz, δ ppm): 205 (CO), 154,16 (CO), 61,4 (CH2), 42,6 (CH2), 40,7 (CH2), 14,3 (CH3). 138 4-Bromo-1-(etoksikarbonil)piperidin-4-karboksilna kiselina 54 N O O O N OO Br CO2H N OO CO2H Mr = 171,20 Mr = 280,12 C9H14BrNO4C8H13O3 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 48 h 53 + 55 (8%)54 (77%) C9H13NO4 Mr = 199,21 U balon se sukcesivno dodaju LiOH × H2O (9,8 g; 0,23 mol), t-BuOH (50 mL), voda (10 mL), etil-4-oksopiperidin-1-karboksilat 53 (2,0 g; 0,011 mol), TEBA (0,23 g; 0,001 mol) i bromoform (11,0 g; 0,04 mol). Smesa se intenzivno meša na sobnoj temperaturi u toku 48 h. Smesa se zatim izlije u vodu (100 mL). Ekstrahovati etrom (3 × 30 mL) i odbaciti organski sloj. Vodeni sloj zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Izdvojene kiseline ekstrahovati etrom (3 × 50 mL). Etarske ekstrakte spojiti, osušiti (anh. MgSO4) i udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 2,7 g smese proizvoda. Kristalizacijom iz toluena dobijeno je 2,5 g (77%) kiseline 54; t.t. = 108 °C; 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 8,7 (s, 1H), 4,16 (q, J = 7 Hz, 2H), 3,83 (m, 2H), 3,44 (m, 2H), 2,2 (m, 2H), 2,12 (m, 2H), 1,27 (t, J = 7 Hz, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz) δ: 174,65 (CO), 155,76 (CO), 62,1 (C), 59,8 (CH2), 41 (CH2), 36,3 (CH2), 14,8 (CH3); IR (KBr): 2983, 1732, 1647, 1446, 1280, 1245, 1132 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C9H14BrNO4 = 279,0106; izračunato za [M-H]− 280,0179; nađeno 280,0169; Mikroanaliza za (C9H14BrNO4): izračunato C, 38,59; H, 5,04; N, 5,00; nađeno C, 38,57; H, 4,99; N, 5,03. Posle kristalizacije kiseline 54 (iz toluena) dobijeno je i 0,2 g (8%) sirove kiseline 55; 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 8,4 (s, 1H), 7,18 (t, J = 8 Hz, 1H), 4,2 (q, 2H), 3,6 (t, J = 4 Hz, 2H), 3,4 (m, 2H), 2,4 (m, 2H), 1,3 (m, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 170,6 (CO), 155,6 (CO), 137,3 (CH), 128,2 (C), 60 (CH2), 43,6 (CH2), 40,8 (CH2), 23,9 (CH2), 14,5 (CH3); Molarni odnos kiselina je 9:1, a ukupni prinos kiselina iznosi 85%. 139 terc-Butil-4-oksopiperidin-1-karboksilat 56 N O Ph N O O O t-Boc2O, H2, Pd/C, 10% MeOH 5652 C12H15NO Mr = 189,26 C10H17NO3 Mr = 199,25 Rastvoru 1-benzilpiperidon-4-ona 52 (6,0 g; 0,032 mol) u metanolu (30 mL), dodati di-terc-butil-dikarbonat (7,0 g; 0,032 mol) i 10% Pd/C (1,5 g), a zatim tako dobivenu smesu u Paar-ovoj aparaturi pod pritiskom vodonika (5 atmosfera), mućkati preko noći na sobnoj temperaturi. Reakcionu smesu procediti preko troslojnog filter papira, ili preko sloja SiO2 koji je natopljen metanolom, da bi se uklonili ostaci finih čestica aktivnog uglja. Rastvarač ispariti na rotacionom vakuum isparivaču. Dodati vodeni rastvor amonijaka (25 mL). Vodeni amonijačni rastvor ekstrahovati toluenom (3 × 30 mL). Toluenske ekstrakte spojiti, isprati vodenim rastvorom limunske kiseline, osušiti nad anhidrovanim MgSO4 i posle ceđenja udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Karbamat 56 kristališe iz pentana u obliku belih kristala. Prinos je 4,9 g (78%), t.t. = 72 °C, (lit. 167 t.t. = 70-73 °C). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 3,72 (t, J = 7 Hz, 2H), 2,44 (t, J = 7 Hz, 2H), 1,49 (s, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 207,9 (CO), 152 (CO), 80,44 (C), 42,93 (CH2), 41,15 (CH2), 28,33 (CH3); IR (KBr): 3421, 2974, 1717, 1687, 1432, 1173 cm−1. 140 4-Bromo-1-(terc-butoksikarbonil)piperidin-4-karboksilna kiselina 57 N O O O N OO Br CO2H N OO OH CO2H Mr = 199,25 Mr = 308,17 C11H18BrNO4C8H13O3 LiOH 20 ekv. CHBr3 4 ekv. TEBA 0,1 ekv. t-BuOH, H2O, 20 °C, 48 h 56 + 57 (65%) 58 (5%) Mr = 245,28 C11H19NO5 U rastvor LiOH × H2O (8,4 g; 0,2 mol u 10 mL vode) dodati t-BuOH (50 mL), terc-butil-4-oksopiperidin-1-karboksilat 56 (2,0 g; 0,01 mol), TEBA (0,23 g; 0,001 mol) i bromoform (10,2 g; 0,04 mol). Smesu mešati na sobnoj temperaturi u toku 48 h. Smesu zatim izliti u vodu (100 mL) i ekstrahovati dihlormetanom (3 × 30 mL). Odbaciti organski sloj. Vodeni sloj zakiseliti sa HCl (20%) do pH ~ 1. Izdvojene kiseline ekstrahovati etrom (3 × 30 mL). Etarske ekstrakte spojiti, osušiti (anh. MgSO4) i ispariti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 2,13 g smese proizvoda. Kristalizacijom iz toluena dobijeno je 2,0 g (65%) kiseline 57, t.t. = 146 °C. 1H-NMR (CDCl3, 500 MHz) δ: 9,45 (s, 1H), 3,4 (m, 4H), 2,2 (m, 4H), 1,46 (s, 9H); 13C-NMR (CDCl3, 125MHz) δ: 174,71 (CO), 154,9 (CO), 80,68 (C), 60,2 (C), 41 (CH2), 36,4 (CH2), 28,6 (CH3); IR (KBr): 2978, 1737, 1648, 1441, 1243, 1166, 1076, 1050 cm−1; HRMS-ESI: izračunato za C11H18BrNO4 = 307,0419; izračunato za [M-H]− 306,0346; nađeno 306,0280. Mikroanaliza za (C11H18BrNO4): izračunato C, 42,99; H, 5,9; N, 4,56; nađeno: C, 43,25; H, 5,70; N, 4,59. Nakon kristalizacije kiseline 57 (iz toluena) dobijeno je i 0,13 g (5%) sirove kiseline 58. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 10 (s, 1H), 3,8 (s, 1H), 3,6 (m, 4H), 2,4 (m, 4H), 1,2 (s, 9H); 13C-NMR smese (CDCl3, 50 MHz) δ: 170,5 (CO), 154,7 (CO), 80,4(C), 80,2 (C), 40,9 (CH2), 36 (CH2), 28,2 (CH3); Kiseline 57 i 58 su dobijene u ukupnom prinosu 70% (molarni odnos 92:8). 141 N-Metil-3-okso-N-fenetilbutanamid 61 N Me O O Ph O O OMe N Ph H Me 59 61160-170 °C, 30 min., 95% -MeOH MeONa 0,01 ekv. C5H8O3 Mr = 116,12 C13H17NO2 Mr = 219,23 60 Posle ispiranja aparature argonom, u metilacetoacetat (10,0 g; 0,085 mol) dodati natrijum-metoksid (0,05 g; 0,0085 mol). Zagrejati reakcionu smesu do 160 °C (uljano kupatilo) i uz mešanje ukapavati metilfenetilamin (5,8 g; 0,04 mol) u toku 15 minuta. Nakon prestanka destilacije metanola, reakcionu smesu ohladiti (20 °C) i neutralisati je dodavanjem amonijum-hlorida. Ekstrakciju vršiti toluenom. Toluenske ekstrakte spojiti i ispariti. Višak metilacetoacetata ukloniti destilacijom (20 Torr). Amid 61 se izdvaja kao žuto viskozno ulje. Zbog poznate rotamerije kod keto-amida svi signali u NMR spektrima duplirani su i razlikuju se od 0,5-2,0 ppm. Prinos amida 61 iznosi 18,0 g (95%), t.k. = 120-123 °C/0,1 Torr, (lit.142 t.k. = 120-125 °C/0,1 Torr). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 7,4 (m, 5H), 3,65 (s, 2H), 3,61 (s, 2H), 3,59 (t, J = 4 Hz, 2H), 3,15 (s, 3H), 2,98 (s, 3H), 2,87 (m, 2H), 2,22 (s, 3H), 2,13 (s, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 202,55 (CO), 202,29 (CO), 166,57 (CO), 166,37 (CO), 138,68 (C), 137,84 (C), 128,67 (CH), 128,36 (CH), 126,74 (CH), 126,23 (CH), 51,98 (CH2), 50,12 (CH2), 49,65 (CH2), 49,1 (CH2), 36,36 (CH3), 34,3 (CH3), 33,23 (CH2), 29,93 (CH2), 21,78 (CH3); IR (film): 3060, 3020, 2940, 1722, 1642, 750 cm−1. 142 (Z)-2-Metil-4-(metil(fenetil)amino)-4-oksobut-2-enska kiselina 62 2-Hidroksi-2-metil-4-(metil(fenetil)amino)-4-oksobutanska kiselina 63 N O O Ph N CO2H O Ph OH N O Ph CO2H CHBr3 4 ekv. LiOH 20 ekv. TEBA 0,7 ekv. 0-20 °C, 48 h 61 62 t-BuOH, H2O C13H17NO2 C14H17NO3 Mr = 219,29 Mr = 247,30 + C14H19NO4 Mr = 265,31 (30%) 63 U rastvor N-metil-3-okso-N-fenetilbutanamida 61 (1,0 g; 0,0045 mol) u terc- butil-alkoholu (20 mL), dodati LiOH (3,8 g; 0,09 mol), TEBA (0,7 g; 0,003 mol) i vodu (8 mL). Nakon toga reakcionu smesu hladiti i dodavati rastvor bromoforma (6,0 g, 0,018 mol u 20 mL t-BuOH). Nastaviti mešanje 48 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 50 mL vode, odbaciti organski sloj, vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 20 mL). Vodeni sloj zakiseliti dodavanjem HCl (20%) da bi višak keto-amida prešao u neutralno jedinjenje iz jonskog oblika. Dodati vodeni rastvor kalijum-karbonata (do pH ~ 9) i dihlormetanom vršiti ekstrakciju amida. Vodenom sloju dodati HCl (20%) do pH ~ 1. Ekstrakciju kiselina vršiti dihlor- metanom (3 × 30 mL). Dihlormetanski rastvor osušiti (anh. MgSO4) i posle ceđenja upariti na rotacionom vakuum isparivaču. Dobija se 0,33 g (~30%) smese kiselina 62 i 63. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 7,6 (s, 2H), 7,4 (m, 10H), 6,17 (t, J = 8 Hz, 1H), 3,8 (s, 1H), 3,6 (t, J = 6 Hz, 2H), 3,5 (s, 3H), 3,2 (S, 3H), 3 (m, 2H), 2,98 (m, 2H), 2,89 (t, J = 3,6 Hz, 2H), 2,3 (s, 2H), 2,2 (s, 3H), 1,4 (s, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 178 (CO), 171,7 (CO), 166,8 (CO), 166,6 (CO),138,6 (CH), 137,8 (C), 137,5 (C), 136,3 (C), 128,8 (CH), 128,6 (CH), 128,4 (CH), 126,8 (CH), 126,3 (CH), 125 (CH), 72,8 (C), 52 (CH2), 51 (CH2), 49 (CH2), 36,4 (CH2), 36 (CH2), 34 (CH2), 33 (CH2), 25 (CH3), 21 (CH3); IR (film): 3414, 3060, 2935, 1719, 1633, 1493, 1120 cm–1. 143 1-Morfolinobutan-1,3-dion 65 ON O OO O OMe NO DMAP 0,2 ekv. -MeOH, Δ , 80%59 65 C5H8O3 Mr = 116,12 C8H13NO4 Mr = 171,20 64 Pomešati metilacetoacetat (10,0 g; 0,086 mol) i 4-N,N-dimetilaminopiridin (2,1 g; 0,017 mol). Reakcionu smesu zagrejati do temperature od 130 °C i ukapavati morfolin (3,75 g; 0,04 mol) u toku 30 minuta. Počinje izdvajanje metanola. Kada prestane izdvajanje metanola, reakcionu smesu ohladiti na 20 °C. Dodati vodenu HCl (20%) i toluenom ekstrahovati keto-amid 65. Toluenski rastvor osušiti (anh. MgSO4) i rastvarač ispariti na rotacionom vakuum isparivaču. Višak metilacetoacetata ukloniti destilacijom (20 Torr). Keto-amid 65 je dobijen u prinosu od 11,8 g, 80%, t.k. = 120-123 °C/1 Torr, (lit. 168 t.k. = 124-127 °C/1,5 Torr). 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 3,72 (s, 2H), 3,68 (t, J = 4,4 Hz, 2H), 3,49 (m, 2H), 2,27 (s, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 202,06 (CO), 200,44 (CO), 167,36 (CO), 164,95 (CO), 66,37 (CH2), 66,26 (CH2), 52 (CH2), 50,6 (CH2),49,5 (CH2), 49,4 (CH2), 29,9 (CH2), 29,8 (CH2); IR (KBr): 3421, 3061, 3027, 2932, 1719, 1636, 1493, 1404, 1119, 750 cm−1. 144 (Z)-2-Metil-4-morfolino-4-oksobut-2-enska kiselina 66 2-Hidroksi-2-metil-4-morfolino-4-oksobutanska kiselina 67 ON O O ON OCO2H ON OOHHO2C + CHBr3 4 ekv. TEBA 0,7 ekv. 0-20 °C, 48 h LiOH 20 ekv. 65 66 67(35%) t-BuOH, H2O C8H13NO3 Mr = 171,20 C9H13NO4 C8H15NO5 Mr = 199,21 Mr = 217,22 U rastvor 1-morfolinobutan-1,3-diona 65 (1,0 g; 0,0058 mol) u terc-butil- alkoholu (20 mL) dodati TEBA (0,9 g; 0,004 mol) i rastvor LiOH (4,9 g; 0,12 mol u 8 mL vode). Reakcionu smesu zatim ohladiti i dodavati rastvor bromoforma (5,9 g; 0,023 mol u 20 mL t-BuOH). Nastaviti mešanje još 48 h na sobnoj temperaturi. Reakcionoj smesi dodati 100 mL vode. Odbaciti organski sloj. Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 30 mL). Vodeni sloj zakiseliti dodavanjem HCl (20%) da bi višak keto-amida prešao iz jonskog oblika u neutralno jedinjenje. Dodati vodeni rastvor kalijum-karbonata (do pH ~ 9). Ekstrakciju viška keto-amida vršiti dihlormetanom (3 × 30 mL). Vodeni sloj isprati dihlormetanom (2 × 20 mL). Nakon toga vodeni sloj zakiseliti dodavanjem HCl (20%) do pH ~ 1. Ekstrakciju kiselina vršiti dihlormetanom (3 × 30 mL). Dihlormetanski rastvor osušiti (anh. MgSO4) i posle ceđenja udaljiti rastvarač na rotacionom vakuum isparivaču. Dobijeno je 0,4 g (~ 35%) smese kiselina 66 i 67. 1H-NMR (CDCl3, 200 MHz) δ: 8,6 (s, 2H), 7,2 (s, 1H), 3,8 (m, 8H), 3,65 (m, 8H), 2,8 (s, 3H), 2,6 (m, 8H), 1,22 (s, 3H); 13C-NMR (CDCl3, 50 MHz) δ: 188,1 (CO), 168,4 (CO), 166 (CO), 163,27 (CO), 148,62 (CH), 148,3 (CH), 136,2 (C), 128,5 (C), 109,5 (C), 104,3 (C), 66,67 (CH2), 66,3 (CH2), 52,5 (CH2), 51,8 (CH2), 43,63 (CH2), 27,9 (CH3), 20,6 (CH3); IR (film): 2956, 1719, 1639, 1438, 1260, 1095, 802 cm−1. 145 Određivanje antiproliferativne aktivnosti i citotoksičnosti Ispitivanja in vitro citotoksične aktivnosti vršena su u Onkološkom institutu u Beogradu, prema modifikacijama MTT testa koje su razvili Ohno i Abe169, a prethodno opisao Mossman.170 Materijali i metode. Rastvor ispitivane supstance je pripreman u DMSO do koncentracije 8 mM, i potom razblaživan hranljivom podlogom [RPMI-1640 sa L-glutaminom (3 mM), streptomicinom (100 μg/mL) i penicilinom (100 IU/mL), dezaktiviran 10% toplotom, FBS i 25 mM Hepes, na pH 7,2 (bikarbonatni pufer)] do različitih koncentracija. MTT je rastvoren do koncentracije 5 mg/mL u fosfatnom puferu pH 7,2 i pre upotrebe proceđen je kroz Millipore filter (0,22 μm). RPMI 1640 i FBS su nabavljeni od Sigma Chemicals. Ćelijske kulture. HeLa ćelije karcinoma grlića materice rasle su u monosloju u navedenoj hranljivoj podlozi. Ćelije su rasle na 37 oC u vlažnoj atmosferi sa 5% CO2. Tretman HeLa ćelija. Ciljne ćelije su posejane u triplikatu, (2000 ćelija po probi) u mikrolitarskim posudama sa 96 oglednih mesta i nakon 24 h ispitivana jedinjenja su dodavana u pet različitih koncentracija. U kontrolnu posudu sa ćelijama je dodavan hranljivi medijum. Sve analize su rađene u triplikatu. Hranljivi medijum, sa rastvorima supstanci odgovarajuće koncentracije, ali bez ćelija, korišćen je kao slepa proba, takođe u triplikatu. Određivanje preživelih HeLa ćelija. Preživele ćelije su određivane MTT testom 72 h nakon dodavanja supstanci, onako kako je opisano u literaturi.171 Ukratko, 20 μl rastvora MTT (5 mg/ml PBS) je dodavano u svaku eksperimentalnu posudu. Uzorci su inkubirani naredna 4 h na 37 oC u vlažnoj atmosferi sa 5% CO2. Potom, 100 μL 10% SDS u 0,01 M HCl je dodavano u posude. Narednog dana je merena optička gustina (OD) na 570 nm. Procenat preživelih ćelija dobijen je deljenjem vrednosti optičke gustine uzorka ćelija sa ispitivanim supstancama (OD) sa kontrolnom optičkom gustinom (ODC) i količnik je množen sa 100. Vrednost 146 OD uzoraka ćelija sa ispitivanim supstancama dobijana je kao razlika vrednosti OD uzorka i vrednosti OD slepe probe. Dobijeni rezultati obradjeni grafickim putem daju IC50 vrednosti koje su definisane kao koncentracije pri kojima je inhibirano preživljavanje 50% ispitivanih ćelija u odnosu na kontrolni uzorak. Priprema mononuklearnih ćelija krvi (PBMC). PBMC su razdvojene iz pune krvi sa heparinom i dobijene su od tri zdrava dobrovoljna davaoca gradijentnim centrifugiranjem (Lymphoprep™; Oslo, Norveška). Ćelije su tri puta oprane hranljivim medijumom, prebrojane i ponovo suspendovane u hranljivom medijumu. Potom je 100 000 PBMC posejano u 100 μL hranljivog medijuma sa ili bez fitohemaglutinina (PHA) i nakon 2 časa dodavano je 50 μL rastvora ispitivanih supstanci, različitih koncentracija. U kontrolnom uzorku u kulturi PBMC dodavan je samo hranljivi medijum. Konačna koncentracija PHA u hranljivom medijumu je bila 5 μg/mL. Određivanje preživelih PBMC i IC50 je vršeno na isti način kao i u slučaju HeLa ćelija. 147 Kompjuterski detalji U ovom radu upotrebljena je MNDO-PM3 metoda koja je poznata kao veoma pouzdana za ispitivanja osobina molekula, jona i cviterjona. Korišćen je MOPAC programski paket, verzija 7.01. Početne strukture generisane su sa PC MODEL-om, verzija 4.0 (Serrene Software Box, Bloomington, IN, USA), koji sadrži MMX polje sila i sačuvane su kao MOPAC ulazni fajlovi („input file“), za MNDO- -PM3 semiempirijski proračun.172,173 Geometrije za sve molekulske vrste, koje odgovaraju energetskim minimumima u vakuumu, optimizovane su sa PM3 metodom. Za te geometrije dokazano je vibracionim analizama da imaju sve pozitivne frekvencije. Prelazna stanja za sve reakcije su određena upotrebljavajući odgovarajuće MOPAC-ove funkcije (TS, SADDLE). 5. ZAKLJUČAK 149 U ovoj doktorskoj disertaciji ispitan je, i eksperimentalno i računarski, mehanizam reakcije ketona sa bromoformom. Pri tome su dobijeni sledeći rezultati: - Eksperimentalno ispitujući ovaj mehanizam razvijena je i optimizovana nova „one-pot“ metoda za sintezu α,β-nezasićenih karboksilnih kiselina. - Metoda obuhvata reakciju ketona sa bromoformom i litijum-hidroksidom u alkoholnim rastvaračima i vodom kao ko-rastvaračem koja je katalizovana faznim katalizatorima (TEBA, 18-C-6). Reakcija se izvodi na sobnoj tempe- raturi u toku 24 časa. - Konjugovane kiseline (2, 12, 15, 18, 24, 26, 28, 33, 37) nastaju iz cikličnih i aromatičnih ketona, dok α-bromkiseline (54 i 57) nastaju iz etil-4-okso- piperidin-1-karboksilata (53) i terc-butil-4-oksopiperidin-1-karboksilata (56). - Proračuni su rađeni na sistemu cikloheksanon-bromoform, da bi se objasnilo otvaranje epoksidnog prstena nukleofilnom reakcijom dihalogen- epoksida. - U ovoj reakciji, nastajanje dibromepoksida (1a) je ključna faza koja određuje udeo i stereohemiju proizvoda. Svaka reakciona shema sadrži epoksid (1a) kao ključni intermedijer. Pretpostavljena su i proučavana tri reakciona mehanizma kojim nastaju proizvodi (2, 3 i 5). Proračuni pokazuju da su sva tri reakciona puta egzotermna. - Reakcioni put 1 (kojim nastaje 2) je najverovatniji i ne uključuje intermedijer. Zbog ranog prelaznog stanja dolazi do umerene polarizacije veza i njihova energija ne zavisi mnogo od polarnosti rastvarača. Izračunata aktivaciona energija za ovaj reakcioni put iznosi 1,537 kcal/mol. - Proračuni za mehanističke puteve 2 i 3 pokazuju da intermedijeri, na spiro- -ugljenikovom atomu, imaju povećani karbokatjonski karakter. Oba koraka u reakcionim mehanizmima 2 i 3 su veoma egzotermna, što reakciju čini ireverzibilnom. Ovo potvrđuje da formiranje karbokatjonskog intermedijera određuje brzinu reakcije. - Zbog polarnosti intermedijera u reakcionim putevima 2 i 3, koncentracija baze i polarnost rastvarača određuju i udeo ovih reakcionih puteva, kao i udeo proizvoda reakcije. 150 - Alternativni put 2 objašnjava mogućnost nastajanja kiseline 5 u manje polarnim rastvaračima, dok alternativni reakcioni put 3 objašnjava nizak prinos kiseline 5 u vodenim rastvaračima. - Svim sintetizovanim kiselinama određena je in vitro antiproliferativna aktivnost prema HeLa ćelijskim linijama. U nameri da se odredi i nepoželjna citotoksičnost ovih jedinjenja, određena je citotoksična aktivnost prema nestimulisanim i stimulisanim ćelijama PBMC. Većina sintetizovanih kiselina pokazuje slabo antiproliferativno dejstvo i imaju IC50 od 122,2 do 192 μM. Ispitivane kiseline pokazuju takođe veoma slabu aktivnost prema ćelijama limfocita (PBMC i PBMC+PHA) sa IC50 > 200 μM. 6. CONCLUSION 152 In this Thesis, the mechanism of reaction of bromoform with ketones was examined by experimental and computing. The results can be summarized as follows: - A new one-pot reaction for synthesis of α,β-unsaturated carboxylic acids was developed. - Phase-transfer catalyzed (PTC) reactions of ketones with bromoform and aqueous lithium hydroxide in alcoholic solvent with TEBA or 18-C-6 as catalyst, result in the formation of α,β-unsaturated carboxylic acids. The reaction was performed at room temperature for 24 h. - Corresponding conjugated acids (2, 12, 15, 18, 24, 26, 28, 33, 37) were obtained from cyclic or aromatic ketones, while bromo acids (54 and 57) were obtained from 4-oxo-piperidine-1-carboxylic acid ethyl ester (53) and 4-oxo-piperidine-1-carboxylic acid tert-butyl ester (56). - To elucidate the ring opening nucleophilic reactions of dihaloepoxides the extensive calculations were done on a model system cyclohexanone - bromoform. - In this reaction the formation of dibromoepoxide (1a) is postulated as a key step determining distribution and stereochemistry of products. Every reaction scheme involves epoxide (1a) as a key intermediate. Three major products (2, 3, and 5) could be obtained by three different competing reaction pathways. Calculations showed that all pathways are exothermic. - Reaction pathway 1 is most convenient, and does not include any intermediate. Because of the early transition state, a moderate polarization of bonds occur and its energy is not much affected by the polarity of medium. Ea for this reaction pathway is 1.537 kcal/mol. - In pathways 2 and 3, calculations showed the intermediates having largely carbocationic character on the (initially) spiro junction carbon atom. - Both steps in reaction pathways 2 and 3 are highly exothermic, which makes the reaction practically irreversible. This justifies the statement that the formation of carbocationic intermediates determines the reaction rate. - Because of the polarity of intermediates in pathways 2 and 3, the base concentration and polarity of solvent determine the balance of reaction pathways and the products yield. 153 - The alternative pathway 2 may enable the forming of species 5 in less polar solvents, and the alternative pathway 3 shows the reason why the species 5 is isolated in lower yields in aqueous medium. - The antiproliferative activity of obtained acids toward malignant cell lines was evaluated in this work, too. With the aim to determine the undesirable cytotoxic effect of investigated compounds on immune competent cells the normal peripheral blood mononuclear cells were used as target cells, too. The majority of synthesized conjugated acids exert moderate antipro- liferative activity in vitro toward HeLa, having IC50 values from 122.20 to 192 μM. The most active compound is cyclododec-1-enecarboxylic acid, (IC50=122 μM toward HeLa cells). All examined compounds did not affect proliferation of healthy human blood peripheral mononuclear cells (PBMC and PBMC+PHA), IC50 > 200 μM. 7. LITERATURA 155 1. Ganem, B.; Tetrahedron, 1978, 34, 3353. 2. Itoh, K.; Miura, M.; Nomura, M.; Tetrahedron Lett., 1992, 33, 5369. 3. Badham, N. F.; Chen, Jian-Hao; Cummings, P. G.; Dell'Orco, P. C.; Diederich, A. M.; Eldridge, A. M.; Mendelson, W. L.; Mills, R. J.; Novack, V. J.; Olsen, M. A.; Rustum, Abu M.; Webb, K.S.; Yang, S.; Organic Process Research & Development, 2003, 7, 101. 4. Giembycz, M. A.; Expert Opin. Invest. Drugs, 2001, 10, 1361. 5. Christensen, S. B.; Guider, A.; Forster, C. J.; Gleason, J. G.; Bender, P. E.; Karpinski, J. M.; DeWolf, W. E., Jr.; Barnette, M. S.; Underwood, D. C.; Griswold, D. E.; Cieslinski, L. B.; Burman, M.; Bochnowicz, S.; Osborn, R. R.; Manning, C. D.; Grous, M.; Hillegas, L. M.; O’Leary Bartus, J.; Ryan, M. D.; Eggleston, D. S.; Haltiwanger, R. C.; Torphy, T. J.; J. Med. Chem., 1998, 41, 821. 6. Ochiai, H.; Ohtani, T.; Ishida, A.; Kusumi, K.; Kato, M.; Kohno, H.; Kishikawa, K.; Obata, T.; Nakai, H.; Toda, M.; Bioorg. Med. Chem. Lett., 2004, 14, 207. 7. Shibasaki, M.; Ueda, J.; Ikegami, S.; Tetrahedron Lett., 1979, 20, 433. 8. Ochiai H. Odagaki, Y.; Ohtani, T.; Ishida, A.; Kusumi, K.; Kishikawa, K.; Yamamoto, S.; Takeda, H.; Obata, T.; Kobayashi, K.; Nakai, H.; Toda, M.; Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2004, 12, 5063. 9. Wheeler, O. H.; Lerner, I.; J. Am. Chem. Soc., 1956, 78, 63. 10. Barton, .D.H.R. ; Cookson, R. C. ; Klyne, W.; Shoppee, C.W.; Chemistry & Industry, 1954, 21. 11. Pawlak, J. L.; Berchtold, G. A.; J. Org. Chem., 1988, 53, 4063. 12. Kamekawa, H.; Senboku, H.; Tokuda, M.; Electrochimica Acta, 1997, 42, 2117. 13. Kamekawa, H.; Kudoh, H.; Senboku, H.; Tokuda, M.; Chemistry Lett., 1997, 26, 917. 14. Jutand, A.; Negri, S.; Synlett, 1997, 719. 15. Ali, E. B.; Vasapollo, G.; Alper, H.; J. Org. Chem., 1993, 58, 4739. 16. Elsheimer, S.; Michael, M.; Landavazo, A.; Slattery, D.K.; Weeks, J.; J. Org. Chem., 1988, 53, 6151. 17. Elsheimer, S.; Slattery, D. K.; Michael, M.; Weeks, J.; Topoleski, K.; J. Org. Chem., 1989, 54, 3992. 18. Burton, D. J.; Kehoe, L. J.; Tetrahedron Lett., 1966, 7, 5163. 19. Tobler, E.; Foster, D. J.; J. Org. Chem., 1964, 29, 2839. 20. Rieu, J.-P.; Boucerle, A.; Cousse, H.; Mouzin, G.; Tetrahedron, 1985, 41, 4095. 21. Ohta, T.; Takaya, H.; Kitamura, M.; Nagai, K.; Noyori, R.; J. Org. Chem., 1987, 52, 3174. 156 22. Levin, I. J.; Tetrahedron Lett., 1993, 34, 6211. 23. Haslam, E.; Shicimic acid:Metabolism and Metabolites; John Wiley; Chichester,1993. 24. Campbell, M. M.; Sainsbury, M.; Searle, P. A.; Synthesis, 1993, 179. 25. Bestmann, H. J.; Heid, H. A.; Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1971, 10, 336. 26. Mirza, S.; Harvey, J.; Tetrahedron Lett., 1991, 32, 4111. 27. Jiang, S.; Mekki, B.; Singh, G.;Wightman, R.; Tetrahedron Lett., 1994, 35, 5505. 28. Lange, G. L.; Otulakowski, J. A.; J. Org. Chem., 1982, 47, 5093. 29. Ried, W.; Keller, H.; Chemische Berichte, 1956, 89, 2578. 30. Miller, W.; Spady, J.; Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1885, 3402. 31. Tullock, C.W.; McElvain, S. M.; J. Am. Chem. Soc., 1939, 61, 961. 32. Jones, R. G.; Kornfeld, E. C.; McLaughlin, K. C.; J. Am. Chem. Soc., 1950, 72, 3539. 33. Rall, T. W.; Schleifer, L. S.; Drugs Effective in the Therapy of the Epilepssies, Pergamon Press: New York, 1990, 436. 34. Loscher, W.; Pharm. Weekblad. Sci., 1992, 14, 139. 35. Palaty, J.; Abbott, F. S.; J. Med. Chem., 1995, 38, 3398. 36. Evans, D. A.; Sjogren, E. B.; Bartroli, J.; Dow, R. L.; Tetrahedron Lett., 1986, 27, 4957. 37. Evans, D. A.; Britton, T. C.; Ellman, J. A.; Tetrahedron Lett., 1987, 28, 6141. 38. Mander, L. N.; Sethi, S. P.; Tetrahedron Lett., 1983, 24, 5425. 39. Wadsworth, W. S.; Emmons, W. D.; Organic Syntheses, Wiley: New York, 1973, Collect.Vol. V, 547. 40. Silveira. A. Jr.; Mehra, Y. R.; Atwell, W. A.; J. Org. Chem., 1977, 42, 3892. 41. a) Carpino, L. A.; J. Am. Chem. Soc., 1958, 80, 601. b) Kocienski, P. J., Ansell, J. M.; Ostrow, R. W.; J. Org. Chem., 1976, 41, 3625. 42. Carpino, L. A.; Rundberg, E. G. S.; J. Org. Chem., 1969, 34, 1717. 43. Lafont P.; Bonnrtt Y.; German Patent 1 145 169, 1963 44. Serota, S.; Simon, J. R.; Murray, E. B.; Linfield, W. M.; J. Org. Chem., 1981, 46, 4147. 45. Meyers, A. I. ; Temple, D. L.; J. Am. Chem. Soc., 1970, 92, 6644. 46. Sonawane, H. R.; Bellur, N. S.; Ahuja, J. R.; Kulkarni, D. G.; Tetrahedron: Asymmetry, 1992, 3, 163. 157 47. List, B.; Doehring, A.; Fonseca, M. T. H.; Job, A.; Torres, R. R.; Tetrahedron, 2006, 62, 476. 48. Graff, M.; Dilaimi, A.; Seguineau, P. M.; Rambaud, M.; Vilieras, J.; Tetrahedron Lett., 1986, 27, 1577. 49. Davies, H. M. L.; Xiang, B.; Kong, N.; Stafford, D. G.; J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 7461. 50. Davies, H. M. L.; Eur. J. Org. Chem., 1999, 2459. 51. Mahmood, S. J; Brennan, C.; Hossain, M. M.; Synthesis, 2002, 13, 1807. 52. Davies, S. G.; Ishihara, O.;Tetrahedron :Asymmetry, 1991, 2, 183. 53. Davies, S. G.; Ishihara, O.; Walters, I. A. S.; J.Chem.Soc., Perkin Trans 1, 1994, 9, 1141. 54. Lengenhan, J. M.; Gellman, S. H.; J. Org. Chem., 2003, 68, 6440. 55. Davis, S. G.; Ichihara, O.; Tetrahedron: Asymmetry, 1991, 2, 183. 56. Shimano, M.; Mejers, A. I.; J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 6437. 57. Sibi, M. P.; Shay, J. J.; Lin, M.; Jasperse, C. P.; J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 6615. 58. Doi, H.; Sakai, T.; Iguchi, M.; Yamada, K.; Tomioka, K.; J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 2886. 59. Azizi, N.; Saidi, M. R.; Tetrahedron, 2004, 60, 383. 60. Liu, M.; Sibi, M. P.; Tetrahedron, 2002, 58, 7991. 61. Noyori, R. Asymmetric Catalysis in Organic Synthesis; John Wiley & Sons: New York, 1994. 62. Nishimura, K.; Ono, M.; Nagaoka, Y.; Tomioka, K.; J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 12974. 63. Asano, Y.; Iida, A.; Tomioka, K.; Tetrahedron Lett., 1997, 38, 8973. 64. Alexakis, A.; Berlan, J.; Besace, Y.; Tetrahedron Lett., 1986, 27, 1047. 65. Jameleddine, K.; Yakdhan, K.; Jamil, K.; Bechir, B. H.; Denis, G.; Synth. Comm., 2002, 32, 2719. 66. Merz, A.; Tomahogh, R.; Chem. Ber. 1977, 110, 96. 67. Weizmann, C.; Sulzbacher, M.; Bergmann, E.; J. Am. Chem. Soc., 1948, 70, 1153. 68. Compere, Jr. E. L.; J. Org. Chem., 1968, 33, 2565. 69. Corey, E. J.; Link, O.; J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 1906. 70. Reeve, W.; Synthesis, 1971, 131. 71. Reeve, W.; Hoffsommer, J. C.; Aluotta, P. F.; Can. J. Chem., 1968, 46, 2233. 72. Jocicz, Z.; J. Russ. Phys. Chem. Soc.; 1897, 29, 97. 158 73. Reeve, W.; Fine, L.W.; J. Org. Chem., 1964, 29, 1148. 74. Weizmann, C.; Bergmann, E.; Sulzbacher, M.; J. Am. Chem. Soc., 1948, 70, 1189. 75. Jocicz, Z.; Russ. J. Phys. Chem. Soc., 1902, 34, 96. 76. Hebert, P.; Bull. Soc. Chim. France, 1920, 27, 50. 77. Reeve, W.; Woods, C. W.; J. Am. Chem. Soc., 1960, 82, 4062. 78. Reeve, W.; Nees, M.; J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 647. 79. Nerdel, F.; Buddrus, J.; Klamann, D.; Chem. Ber., 1968, 101, 1299. 80. Gustus, E. L.; Stevens, Ph. G.; J. Am. Chem. Soc., 1933, 55, 378. 81. Weizmann, C.; Bergmann, E.; Sulzbacher, M; J. Am. Chem. Soc., 1948, 70, 1189. 82. Wyvratt, J. M.; Hazen, G. G., Weinstock, L. M.; J. Org. Chem., 1987, 52, 944. 83. Taguchi, H.; Yamamoto, H.; Nozaki, H., J. Am. Chem. Soc., 1974, 96, 3010. 84. McClinton, M. A.; McClinton, D. A.; Tetrahedron, 1992, 48, 6555. 85. Russell, J.; Roques, N.; Tetrahedron, 1998, 54, 13771. 86. Folleas, B.; Marek, I.; Normant, J.F.; Saint-Jalmes, L.; Tetrahedron, 2000, 56, 275. 87. Aggarwal, V. K.; Mereu, A.; J. Org. Chem., 2000, 65, 7211. 88. Reeve, W.; Bianchi, R. J.; McKee, J. R.; J. Org. Chem., 1975, 40, 339. 89. Merz, A.; Synthesis, 1974, 724. 90. Kuhl, P.; Muhlstadt, M.; Graeff, J; Synthesis, 1976, 825. 91. Jones, R. G.; J. Pharmacol., 95, 71, 1949. 92. Jones, R. G.; Kornfeld, E. C.; McLaughlin, K. C.; J. Org. Chem., 1950, 72, 3539. 93. Gallina, C.; Giordano, C.; Synthesis, 1989, 466. 94. Lodge, D. in “Excitatory Amino Acids in Health and Disease“, John Wiley & Sons, Inc.: New York, 1988. 95. Dominguez, C.; Ezquerra, J.; Baker, S. R.; Borrelly, S.; Prieto, L.; Espada, M.; Pedregal, C.; Tetrahedron Lett., 1998, 39, 9305. 96. Khrimian, A. P.; Oliver, J. E.; Waters, R. M.; Panicker, S.; Nicholson, J. M.; Klun, J. A.; Tetrahedron: Asymmetry, 1996, 7, 37. 97. Oliver, J. E.; Waters, R. M.; Lusby, W. R.; Synthesis, 1994, 273. 98. Corey, E. J.; Helal, C. J.; Tetrahedron Lett., 1993, 34, 5227. 99. Lai, J. T.; Tetrahedron Lett., 2002, 43, 1965. 100. Blanchet, J.; Zhu, J.; Tetrahedron Lett., 2004, 45, 4449. 101. Johnson, A. R.; Marletta, M. A.; Dyer, R. D.; Biochemistry, 2001, 40, 7736. 159 102. Harnden, M. R., Bailey, S.; Boyd, M. R.; Taylor, D. R.; Wright, N. D.; J. Med. Chem., 1978, 21, 82. 103. Peng, L.; Li, Q. S.; Fang, W. H.; Fu, C. J.; Zhang, J.; Chem. Phys. Lett., 2003, 382, 126. 104. Huan, Z., Landgrebe, J., Peterson, K., Tetrahedron Lett., 1983, 24, 2829. 105. Liu, Y., Zhang, Z., Pei, L., Chen, Y., Chen, C.; Chem. Phys., 2004, 303, 255. 106. Mieusset, J-L; Brinker, U. H.; Eur. J. Org. Chem., 2008, 3363. 107. Kryachko, E. S.; Zeegers-Huyskens, T.; J. Mol.Struct., 2002, 615, 251. 108. Jia, B. Laib, J.; Lobo, R. F. M.; Brooks, P. R.; J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 13896. 109. Robinson, E. A.; J. Am. Chem. Soc., 1961, 1663. 110. Huan, Z.; Landgrebe, J. A.; Peterson, K.; J. Org. Chem., 1983, 48, 4519. 111. Martin, C. W.; Gill, H. S.; Landgrebe, J. A.; J. Org. Chem., 1983, 48, 1898. 112. Volatron, F.; Anh, N. T.; Jean, Y.; J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 2359. 113. Surya Prakash, G.; Ellis, R. W.; Felberg, J. D.; Olah, G. A.; J. Am. Chem. Soc., 1986, 108, 1341. 114. Feller, D.; Davidson, E. E.; Borden, W. T.; J. Am. Chem. Soc., 1984, 106, 2513. 115. Evanseck, J. D.; Houk, K. N.; J. Phys. Chem., 1990, 94, 5518. 116. Rondan, N. G.; Houk, K. N.; Moss, R. A.; J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, 1770. 117. LaVilla, J.; Goodman, J.; Tetrahedron Lett., 1988, 29, 2623. 118. Pliego, J. R.; De Almeida, W.B.; J. Phys. Chem., 1996, 100, 12410. 119. Pliego, J.; De Almeida, W.; J. Chem. Phys. 1997, 106, 3582. 120. Hammond, G.; J. Am. Chem. Soc., 1955, 77, 334. 121. Weber, J.; Xu, L.; Brinker, U. H.; Tetrahedron Lett., 1992, 33, 4537. 122. Merrer, D. C.; Rablen, P. R. ; J. Org. Chem., 2005, 70, 1630. 123. Keating, A. E.; Merrigan, S. R.; Singleton, D. A.; Houk, K. N.; J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 3933. 124. Purvis, G.; Bartlett, R.; J. Chem. Phys., 1982, 76, 1910. 125. Borisov, Y. A.; Arcia, E. E.; Mielke, S. L.; Garrett, B. G.; Dunning, T. H. Jr.; J. Phys. Chem., 2001, 105, 7724. 126. Ying, J.; Leung, K.; Phys. Rev. A., 1996, 53, 1476. 127. Stewart, J. J. P.; J. Comp. Aid. Mol. Design., 1990, 4, 1. 128. Bingham, R. C.; Dewar, M. J. S.; Lo, D. H.; J. Am. Chem. Soc., 1975, 97, 1294. 129. Fletcher, R.; Powell, M. J. D.; Comput. J., 1966, 6, 163; Fletcher, R.; Comput. J. 1965, 8, 33; Davidon, W.; Comput. J., 1968, 10, 163. 160 130. Broyden, C. G. Journal Inst. Mathem. Appl., 1970, 6, 222. 131. Vitnik, V. D.; Ivanović, M. D.; Vitnik, Ž. J.; Đorđević, J. B.; Žižak, Ž. S.; Juranić, Z. D.; Juranić, I. O.; Synthetic Comm., 2009, 39, 1457. 132. McKenzie, A.; Walker, N.; J. Chem. Soc., 1922, 121, 356 133 Dockx, J.; Synthesis, 1973, 441. 134. Smith, M. B.; March, J.; Advanced Organic Chemistry. New York: Wiley Interscience., 5th edition, 2001, 1218. 135. Bianco, A.; Brufani, M.; Manna, F.; Melhioni, C.; Carbohydrate Research, 2001, 332, 23. 136. Bruce, W. F.; Organic Synthesis, 1937, 17, 1. 137. Van Dam, Mathieu, J. D.; Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, 1964, 83, 31. 138. El-Ashry, El Sayed H., Amer, Adel, Labib, George H., Abdel Rahman, Mohamed M., El-Massry, Abdel M.; J. Heter. Chem., 1987, 24, 63. 139. Janssen, P. A.; U. S. Patent 1964, no. 3141823. 140. Kiricojević, V. D.; Magistarska teza: „Sinteza 4,4-disupstituisanih piperidina sa mogućim farmakološkim dejstvom“, Hemijski fakultet, Univerzitet u Beogradu, 2000. 141. Kiricojević, V. D.; Diplomski rad „Sinteza seco-Fentanila“, Hemijski fakultet, Univerzitet u Beogradu, 1990. 142. Ivanović, M.; Mićović, I.; Vučković, S.; Prostran, M.; Todorović, Z.; Ivanović, E.; Kiricojević, V.; Đorđević, J.; Došen-Mićović, Lj.; J. Serb. Chem. Soc., 2004, 69, 955. 143. Meyer, C.; Piva, O.; Jean-Pierre, P.; Tetrahedron, 2000, 56, 4479. 144. Gravel, D.; Labelle, M.; Can. J. Chem., 1985, 63, 1874. 145. Cossy, J.; Thellend, A.; Synthesis, 1989, 753. 146. Mitchell, J.; Preston, W. H. , Jr.; Science, 1953, 118, 518. 147. Preston, W. H. Jr.; Mitchell, J.; Reeve, W.; Science, 1954, 119, 437. 148. Reeve, W.; Pickert, P.E.; J. Am. Chem. Soc., 1957, 79, 1932. 149. Linder, P.; Craig, J.; Walton, T.; Plant Physiol., 1957, 32, 572. 150. Mitchell, J.; Smale, B.; Preston, W. H. Jr.; J. Agr. Food Chem.,1959, 7, 841. 151. Barthel, W.; Leon, J.; Hall, S.; J. Org. Chem., 1954, 19, 485. 152. Leon, J.; Barthel, W.; Hall, S.; J. Org. Chem., 1954, 19, 490. 153. Jacobs, R.; Bull.Soc. Chim., 1940, 7, 581. 154. Vitnik, Ž. J.; Kiricojević, V. D.; Ivanović, M. D.; Juranić, I. O.; International Journal of Quantum Chemistry, 2006, 106, 1323. 155. Hammond, G. S.; J. Am. Chem. Soc., 1955, 77, 334. 161 156. Rouzaud, J.; Cauquil, G. L.; Bull. Chem. Soc. France, 1964, 11, 2908. 157. Outurquin, F.; Paulmier, C.; Synthesis, 1989, 690. 158. MacPeek, D. L.; Starcher, P. S.; Philips, B.; J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 680. 159. Smissmann, E. E.; J. Am. Chem. Soc., 1954, 76, 5805. 160. Jason, E. F.; Fields, E. K.; U. S. Patent 1962, no. 19591106. 161. Myrbah, B.; J. Org. Chem., 1983, 48, 5327. 162. Boorman, E. J.; Linstead, R. P.; J. Chem. Soc., 1935, 258. 163. Mander, L. N.; Turner, J. V.; Aust. J. Chem., 1980, 33, 1559. 164. Chang, J.; Xie, W.; Wang, L.; Ma, N.; Cheng, S.; Xie, J.; Eur. J. Med. Chem., 2006, 41, 397. 165. Saegebarth, K.; J. Org. Chem., 1960, 25, 2212. 166. Morosawa, S.; Bull. Chem. Soc. Jpn., 1960, 33, 1113. 167. Obase, H.; Nakamizo, N.; Takai, H.; Teranishi, M.; Bull. Chem. Soc. Jpn., 1983, 56, 2853. 168. Beger, J.; Thielemann, C.; J. Prakt. Chem. (Leipzig), 1981, 323, 337. 169. Ohno, M; Abe, T.; J. Immunol. Methods, 1991, 145, 199. 170. Mosmann, T.; J. Immunol. Methods, 1983, 65, 55. 171. Juranić, Z.; Radulović, S.; Joksimović, J.; Juranić, I.; J. Exp. Clin. Cancer Res., 1998, 17, 269. 172. Stewart, J. J. P.; J. Comp. Chem., 1989, 10, 209. 173. Stewart, J. J. P.; J. Comp. Chem., 1989, 10, 221. 8. BIOGRAFIJA 163 Vesna D. Vitnik (Kiricojević) rođena je 17. 04. 1967. godine u Kladovu, od oca Dimitrija i majke Ljiljane Kiricojević. Osnovnu i srednju školu završila je u Negotinu. Prirodno-matematički fakultet Univerziteta u Beogradu upisala je 1986. i diplomirala na istom 1990. sa prosekom ocena 9,37 (student-generacije PMF za školsku 1989/1990. godinu). Diplomski rad pod naslovom: ”Sinteza seco-Fentanila”, (Galenikina nagrada za najbolje urađen diplomski rad za 1990. godinu), odbranila je na Katedri za organsku hemiju. Godine 1990. upisala je poslediplomske studije na Katedri za organsku hemiju, Prirodno-matematičkog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Magistarski rad pod naslovom: ”Sinteza 4,4-disupstituisanih piperidina sa mogućim farmakološkim dejstvom” odbranila je 1. 02. 2000. na Hemijskom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Zaposlena je u Institutu za Hemiju, Tehnologiju i Metalurgiju, Centar za hemiju, od 1990. godine