Синтез оптически активного изомера ситофилюра агрегационного – феромона рисового (Sitophilus oryzae (l.)) и амбарного (S. granarius (L.)) долгоносиков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синтез оптически активного изомера ситофилюра агрегационного - феромона рисового (Sitophilus oryzae (l.)) и амбарного (S. granarius (L.)) долгоносиков

В результате проведенных исследований синтезирован оптически активный изомер ситофилюра - агрегационного феромона рисового и амбарного долгоносиков, которые являются основными вредителями зернопродукции в Узбекистане. Осуществлена прямая альдольная конденсация между 3-пентаноном и пропионовым альдегидом, с использованием аминокислоты - L-пролина, проявившим высокую энантиоселективную активность в асимметрическом катализе. Реакция протекает по механизму образования енаминового комплекса. Выявлено, что наиболее подходящим растворителем для проведения кросс-сочетания является хлороформ. Изменение условий протекания реакции не влияло на энантиоселективную активность конечного продукта.

Асимметрический органокатализ является перспективной и быстро развивающейся областью современной синтетической органической химии. Органокатализ обозначает способ получения хиральных органических соединений из ахиральных предшественников в присутствии каталитического количества небольших, не содержащих металлов асимметрических органических молекул, играющих роль хиральных индукторов и не изменяющихся в ходе процесса [1]. Некоторые из них по активности и энантиоселективности не уступают металлокомплексным катализаторам. К числу важнейших органокаталитических реакций относится альдольная реакция, распространенная в природе и широко применяемая для формирования С-С связи [2]. В природе эта реакция протекает под действием альдолаз (тип I и II). В лабораторных условиях их действие способны моделировать природные аминокислоты и их производные, некоторые хиральные амины и простейшие ди- и трипептиды. При этом, не требуется предварительной активации карбонильных соединений путем образования соответствующих енолятов, что является важным достоинством органокаталитического метода [3].

Множество энантиоселективных альдольно-кротоновых реакций катализируются пролином, причем реакция протекает посредством образования енаминового интермедиата. Инициация альдольной реакции L-пролином, позволяет проводить альдолизацию с различными альдегидами. Использование L-пролина в качестве органокатализатора имеет ряд преимуществ:

1. Пролин нетоксичен, недорогой и широко доступен в двух энантиомерных формах.

2. Реакция может протекать в обычных условиях, не требуя инертной среды, при комнатной температуре.

3. Не требуется никаких преобразований карбонильного субстрата, ни депротонирования, ни стимуляции при проведении реакции.

4. Катализатор хорошо растворим в воде и может быть извлечен водной экстракцией.

5. Потенциально, такие реакции можно производить в промышленном масштабе.

6. Пролин, как низкомолекулярное соединение, используется для направленной внутримолекулярной ассимметричной альдольной реакции [4].

Структурно-функциональная активность L-пролина позволяет катализировать целенаправленное асимметрическое альдольное присоединение. Каталитическое энантиоселективное образование углеродной связи находит широкое применение в синтезе биологически активных соединений.

Исходя из вышесказанных положений, нами синтезирован природный компонент агрегационного феромона долгоносиков - ситофилюр, в условиях альдольной конденсации в присутствии L-пролина, в качестве органокатализатора.

Феромоны амбарного и рисового долгоносиков представляют собой диастереомеры (4S,5R);(4R,5R*); (4S,5S*) и (4R,5S) - 5-гидрокси-4-метил-3-гептанона.

Природный, агрегационный феромон, ситофилюр, секретируется взрослыми самцами рисового (Sitophilus oryzae) и амбарного (S. Granarius) долгоносиков [5]

Агрегационный феромон долгоносиков Sitophilus выделяется насекомыми в благоприятный период для развития популяции, характеризующийся наличием пищи, возможностью размножения, при формировании соответствующей влажности и температуры окружающей среды. Присутствие пищевых аттрактантов, половых стимуляторов не заменяют агрегационный феромон. Он выделяется как самками, так и самцами.

Ранее нами были проведены лабораторные тестирования аттарктивности синтетического рацемата ситофилюра и отдельных стериоизомеров в ловушках [6]. Биоиспытания проводились в тридцатиминутный период. Для эксперимента были проанализированы (4R,5S), (4S, 5R) и R,S - рацемическая смесь двух энантиомеров. Тестируемые образцы были разбавлены UV - гексаном по 2 мл. Такое же количество растворителя содержалось в контрольном сосуде для каждого диспенсера на ловушку.

Для экспериментов на рисе и зерне анализировалось 38 нг каждого стереоизомера или их смеси. Для долгоносиков и активность, и отклик на 4S, 5R - изомер были высокими. Использование результатов активности совместно с результатами отклика важно для интерпретации специфичности рецепторного узнавания. В том случае, когда активность и отклик высокие, насекомые не только активны, но и отклик их целенаправлен. Почти во всех случаях, после обработки испытуемого пространства, имеет место отклик (Обработка - Контроль) и активность, в данном случае, (Обработка + Контроль) очень близки. В случае, высокой активности и низкого отклика, следует говорить об условной достоверности результатов. Поскольку, вещества могут активизировать насекомых, но не могут быть непосредственно направлены на источник восприятия. Для долгоносиков, вредителей риса и зерна, необходимость наличия хиральных центров с противоположными конфигурациями, также важна, как и связывание с рецептором, так и специфичная ориентация на каждом центре.

Различная аттрактивность возможных стереоизомеров может незначительно отражать неполную рецепторную специфичность, поскольку эти отклики отражают различие в приготовлении феромонов долгоносиков вредителей риса и зерна, которое подразумевает, воспроизводимость изоляции и внутри специфичную конкуренцию [7].

В предлагаемом исследовании осуществлена ассиметричная каталитическая альдольная реакция в результате взаимодействия 3-пентанона, в качестве донора, и пропионового альдегида, в качестве акцептора, в присутствии L-пролина:

Размещено на http://www.allbest.ru/

изомер долгоносик органический

L-пролин позволяет катализировать асимметричное альдольное присоединение в безводных растворителях. Реакция протекает по механизму образования енаминового комплекса [8]. Реакция начинается нуклеофильной атакой аминогруппы L-пролина на карбонильную группу 3-пентанона (стадия а), дегидратация образующегося карбиноламина приводит к иминиевому интермедиату (стадия b). При депротонизации данного интермедиата образуется соответствующий енамин (стадия с), затем карбонильная группа акцептора - пропионового альдегида, атакует енаминовый интермедиат с образованием новой углерод - углеродной связи (стадия d) и после двух-стадийного гидролиза иминоальдольных интермедиатов (стадии e, f) образуется соответствующий альдольный продукт:

Альдолизацию проводили в условиях безводного ДМСО и хлороформа. Взаимодействие 3-пентанона и пропионового альдегида инициировали L-пролином. Для проведения кросс-сочетания, наиболее подходящим является хлороформ, поскольку выход продукта в данных условиях, был значительно выше.

Синтезированное соединение проявляется на ТСХ двумя различными пятнами, как два различных диастереомера. Пятна были разделены друг от друга препаративным способом. С теоретической точки зрения эти диастереомеры имеют четыре оптических изомера:

Затем продукт реакции проанализировали с помощью ВЭЖХ на хиральной колонке, 98% MeCN - 2% iPrOH, t_R( major) =7.998 VP, t_R( minor) =7.072 VV; S : R - 57.0722: 28.0855, t_R( major) =8.007 VP , t_R( minor) =7.025 VV; S^*: R^* - 43.4765 : 30.0490. Таким образом, результаты анализа подтверждали получение изомеров - (4S,5S*)-5-гидрокси-4-метил-3-гептанона. Также, компонентный состав (4S,5S*) - 5-гидрокси-4-метил-3-гептанона проанализировали методом ESI-масс-спектрометрии (электроспрей).

Регистрацию масс-спектров образцов проводили с отрицательной ионизацией. MS [ C₈H₁₆O₂], 143 [M - H⁺]^-, 87 [M - C₃H₅O]^-.

Таким образом, в результате проведенного исследования, был синтезирован один из изомеров ситофилюра - агрегационного феромона рисового и амбарного долгоносиков - (4S,5S*) - 5-гидрокси-4метил-3-гептанон, в условиях реакции альдольной конденсации при взаимодействии 3-пентанона и пропионового альдегида в присутствии L-пролина. Наиболее подходящим растворителем для проведения кросс-сочетания, является хлороформ. Реакция протекает по механизму образования енаминового комплекса. Изменение условий протекания реакции не влияло на энантиоселективную активность конечного продукта. Экспериментальная часть.

Основные химические реактивы и растворители были обработаны и очищены стандартными методиками. Для ТСХ использовали Silufol, элюент (эфир - гексан/ 1:1), проявитель - пары йода. Для flash-хроматографии использовали силикагель Меrck 60 F254, в системе растворителей - эфир, гексан.

Синтезированные соединения проанализировали с помощью ВЭЖХ (Agilent 1100 Series, США), используя колонку с хиральным адсорбентом - Amylose tris [(S)-б-methylbenzylcarbamate], покрытую силикагелем 10µm (ChiralPak®AS 0,46 смЧ 25 см, DAIC 20025, Daicel Chemical Industries, LTD, Франция), подвижная фаза A - ACN и B - i-PrOH в градиентном режиме: 0-10 мин B2% - 10% и 10-15 мин B10%.

ESI-масс-спектрометрия проводилась с использованием 6420 Triple Quad LC/MS (Agilent Technologies, USA) Элюент - ацетонитрил в изократическом режиме. Скорость потока - 0,25 мл/мин.

Регистрацию масс-спектров образцов проводили с отрицательной ионизацией. Диапазон сканирования 50-2200 м/z, расход газа осушителя 3л/мин, температура газа 300⁰С, давление газа на игле распылителе 20 psi, температура испарителя - 300⁰С, напряжения на капилляре - 4000В.

К реакционной смеси 3-пентанона (0.06 mol) и L-пролина (25 mol %) в хлороформе при перемешивании добавляли пропионовый альдегид (3 mmol). Смесь суспензировали 32 часа. Реакционный раствор промыли насыщенным раствором NH₄Cl. Проэкстрагировали этилацетатом (3*10 мл). Высушили над Na₂SO₄. Конечный продукт очищали flash-хроматографией. В результате был получен продукт альдолизации с выходом 74%.

изомер долгоносик органический

Список литературы

1.Demyanovich V.M. The Effect of Intramolecular Interactions on CD of ortho-Substituted 1-Phenethylamines // I. N. Shishkina, N. S. Zefirov, Сhirality. 2001. № 13. 507 р.

2.Jung M.E.. Synthesis of Four Diastereomeric 3,5-ialkoxy-2,4-dime-thylalkanals by a Simple Extension of the Non-Aldol Aldol Process to Bis(propionates) // W.S. Lee, D. Sun, ORGANIC LETTERS, 1999. Vol. 1. № 2. 307-309 р.

3.Demyanovich V.M. The Effect of Intramolecular Interactions on CD of ortho-Substituted 1-Phenethylamines // I.N. Shishkina, N.S. Zefirov. Сhirality, 2004. № 16. 486 р.

4.List В. Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Aldol Reactions // R.A. Lerner, C.F. Barbas III, J. Am. Chem. Soc., 2000. 122, 2395 р.

5.Fauve А. Use of biological systems for preparation of chiral molecules: a two-step chemoenzymatich synthesis of a natural pheromone, sitophilure // Henri Veschambre. Vesschambre. Tetrahedron Lett., 1987. 28 v. 5037 p.

6.Tilyabaev Z., Bekker N.P., Shakirzyanova G.S., Prokofieva O.B., Abdukakharov V.S. Study of attractive propeties of 5-hydroxy-4-methyl-heptane-3-one a synthetic analog grain weevil (Sytophilus granaries) pheromone // Узбекский Биологический журнал, 2012. № 1. 12-14 c.

7.Faustini D.L., Giese W.L., Phillips J.K. and Burkholder W.E. Aggregation pheromone of the male granary weevil, Sitophilus granarius (L.) // J. of Chem. Ecol., 1982. V. 8. Issue 4. 679-687 р.

8.Sakhivel К. Amino acid catalyzed direct asymmetric aldol reactions: a bioorganic approach to catalytic asymmetric carbon-carbon bond-forming reactions // W. Notz, T. Bui, C. F. Barbas III,J. Am. Chem. Soc., 2001. 123. 5260 р.

Размещено на Allbest.ru