Synthesis of α-D-glucoSe- and α-D-mannose-based azacrown ethers and their application in the enantioselective epoxidation of chalconeS

Attila Makó, Dóra K. Menyhárd and Péter Bakó

Department of Organic and Chemical Technology

Budapest University of Technology and Economics

H-1521 Budapest, Hungary

e-mail:

One of the most attractive approaches in catalytic asymmetric synthesis is the phase transfer catalytic technique, in which the enantioselectivity is generated by a chiral crown ether catalyst. Crown ethers with carbohydrate moieties form a special group of optically active crown ethers.

New chiral α-D-glucose- (1) and α-D-mannose-based (2) monoaza-15-crown-5 ethers with different side chains on the nitrogen atom have been synthesized in four steps. These crown ethers showed considerable asymmetric induction as phase transfer catalyst in the epoxidation of chalcones with tert-butylhydroperoxide. The reaction was carried out in a liquid-liquid two-phase system (toluene - 20 % aq. NaOH) at temperature 5°C. The trans-epoxyketone 4 was obtained in all experiments. The enantiomer excess (ee) was determined by 1H NMR spectroscopy.

The chemical yields and the enantioselectivities are significantly effected by the N-substituent. The best results (92% and 81% ee respectively) were obtained applying catalysts with γ-hydroxypropyl substituent (R = (CH2)3-OH). Remarkably, the use of glucopyranoside-based crown ethers (1) promoted the formation of epoxyketones 4 with negative optical rotation (2R,3S configuration), at the same time, the mannopyranoside-based catalysts 2 preferred the formation of the antipode with positive rotation (2S,3R). We examined the epoxidation of various substituted chalcones as well (CH3, OCH3, NO2, Cl etc. groups on the aromatic rings).

Molecular modeling and subsequent DFT calculations established that the glucose-based 1 crown ether gives preference to the formation of the 4 epoxyketone having 2R,3S configuration.

References

[1] Bakó, P. – Czinege, E. – Bakó, T. – Czugler, M. – Tőke, L., Tetrahedron: Asymmetry, 10 (1999), pp. 4539-4551.

[2] Bakó,P. – Bakó,T. – Mészáros,A. – Keglevich,Gy. – Szöllősy,Á. – Bodor,S. – Makó,A. – Tőke,L., Synlett, 2004, pp. 643-646.

[3] Bakó,T. – Bakó,P. – Keglevich,Gy. – Bombicz, P. – Kubinyi,M. – Pál, K. – Bodor,S. – Makó,A. – Tőke,L., Tetrahedron: Asymmetry, 15 (2004), pp. 1589-1595.

[4] Bakó, P. – Makó,A. – Keglevich,Gy. – Kubinyi,M. – Pál, K., Tetrahedron: Asymmetry, 16 (2005), pp. 1861-1871.

α-D-glÜkóz- ÉS α-D-mannóz-Alapú azakorona éterek szintézise és alkalmazása kalkonok enantioszelektív epoxidációjában

Makó Attila, Karancsiné Menyhárd Dóra és Bakó Péter

Szerves Kémiai Technológia Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

1111 Budapest, Budafoki út 8.

e-mail:

A katalitikus aszimmetrikus szintézisek egyik legérdekesebb fajtája az a fázistranszfer katalitikus eljárás, amelyben az enantioszelektivitást egy királis koronaéter indukálja. Az optikailag aktív koronaéterek egyik speciális csoportja a szénhidrátokból felépülő makrociklusok.

Új, királis α-D-glükóz- (1) és α-D-mannóz-alapú (2) monoaza-15-korona-5 típusú étereket szintetizáltunk, melyekben a nitrogén atomon különböző szubsztituensek (oldalkarok) voltak. Ezek a koronaéterek fázistranszfer katalizátorként alkalmazva jelentős aszimmetrikus indukciót generáltak a kalkonok terc-butil-hidroperoxidos epoxidációjában. A reakciót folyadék-folyadék kétfázisú rendszerben hajtottuk végre (toluol - 20 %-os NaOH) kb. 5°C hőmérsékleten. Kísérleteinkben mindig a 4 transz-epoxiketon keletkezett (két enantiomer). Az enantiomer felesleget (ee %) 1H NMR spektroszkópiás módszerrel határoztuk meg.

Kiderült, hogy a kémiai termelés és az enantioszelektivitás nagy mértékben függ a nitogénen lévő szubsztituenstől. A legjobb eredményt (92% illetve 81% ee) a γ-hidroxipropil szubsztituenst (R = (CH2)3-OH) tartalmazó katalizátorral értük el. Érdekes, hogy az 1 glükopiranozid-alapú koronaéter a negatív optikai forgatású (2R,3S konfigurációjú) 4 epoxiketon keletkezését segítette elő, ugyanakkor a mannóz-alapú 2 katalizátor a pozitív forgatású antipód 2S,3R keletkezését preferálta.

Molekulamodellezéssel (konformációs analízissel) és ezt követő DFT számításokkal bizonyítani tudtuk, hogy az 1 glükóz-alapú koronaéter a 2R,3S konfigurációjú 4 epoxiketon keletkezését segíti elő.

Irodalmak

[1] Bakó, P. – Czinege, E. – Bakó, T. – Czugler, M. – Tőke, L., Tetrahedron: Asymmetry, 10 (1999), pp. 4539-4551.

[2] Bakó,P. – Bakó,T. – Mészáros,A. – Keglevich,Gy. – Szöllősy,Á. – Bodor,S. – Makó,A. – Tőke,L., Synlett, 2004, pp. 643-646.

[3] Bakó,T. – Bakó,P. – Keglevich,Gy. – Bombicz, P. – Kubinyi,M. – Pál, K. – Bodor,S. – Makó,A. – Tőke,L., Tetrahedron: Asymmetry, 15 (2004), pp. 1589-1595.

[4] Bakó, P. – Makó,A. – Keglevich,Gy. – Kubinyi,M. – Pál, K., Tetrahedron: Asymmetry, 16 (2005), pp. 1861-1871.