книги из ГПНТБ / Прилежаева Е.Н. Реакция Прилежаева. Электрофильное окисление

Цедрены (а-[145,146] и Р-Г147]) также существенно различаются по своим реакциям с НК (см. стр. 257).

Особенно сложный случай окисления асимметрической экзоциклической С = С-связи в напряженной системе представляет де­ тально изученное окисление лонгифоллена (I), идущее с образова­ нием кетонных и альдегидных группировок, расширением цикла и другими превращениями [148, 1491, как полагают, через енольную форму эпоксида по схеме:

Однако трициклическая система, но с внутрициклической С = С - связью в изолонгифолене легко дает с НБК в бензоле нормальный эпоксид, легко изомеризующийся в кетон (а в растворе хлоро­ форма кетон образуется сразу) [149]. Судя по спектру ПМР эпок­ сидный цикл имеет эидо-конфигурацию, а не экзо-, как это пред­ положили в первой серии работ Дэв и сотр. [150].

Любопытно, что окисление НБК лонгифоллена и других ненасы­

Бициклические дитерпеноиды

Значительно меньше исследовалось окисление бициклических дитерпенов. Известно, что при действии на маноол (А) МНФК [152] или НБК [153] затрагивается только его метеновая связь, причем наряду с эпимерными эпоксидами образуется тетрагидропирановый спирт (Б), который можно также получить их циклизацией.

258

Образование склареола В и эписклареола Г при восстановлении этих эпоксидов подтверждает их конфигурацию.

Окисление спиртов В и Г ведет к образованию эпоксидов по винильной связи [154].

Метиловый эфир гринделевой кислоты (Д) стереоспецифично дает эпоксид с оксирановым кольцом в транс-положении к металь­ ной группе, тождественный эпоксиду, сопутствующему этой кис­ лоте в латексе Grindelia robusta [155]:

Конфигурация маррубиина (Е) была выведена на основании его частичного синтеза, в котором одной из главных стадий являлось окисление ангидромаррубиина (И) с образованием смеси эпимерных эпоксидов [156]

Оо-НОг СС6 Н4 С03 Н

0 = С — о

0 = с — о

При установлении строения трансформированного дитерпеноида — солидагоновой кислоты (К) — был использован путь сведения ее к

9* 259

1,2,5,6-тетраметилнафталину через стадию эпоксидирования по внутрициклической С—С-связи [157]:

к

Аномалии в окислении дигидропимаровой кислоты, замечен­ ные Ружичкой и Франком [158], сводятся к тому, что она неожидан­ но при окислении НБК дает тот же диэпоксид, что и исходная пимаровая кислота,и связывает при титровании два эквивалента окис­ лителя, т. е., по-видимому, дегидрируется под действием НБК в пимаровую кислоту. Однако при низких температурах с МНФК она дает нормальный эпоксид (Л), который был использован для доказательства местоположения С=С-связи в исходной пимаровой кислоте [8]. Неоднократно упоминавшийся выше метод метилиро­ вания был разработан именно на этом примере.

л

На реакциях терпеноидов типа смоляных кислот существенно сказывается влияние ароматического кольца. Так, из метил-А9 ( 1 0 ) - дегидроабиетата при действии НБК получили примерно эквимолярную смесь 10-кетометилабиатата и монобензоата 9,10-гликоля [159]

m = OH,CH3 CO,CH3 ; R'=H, СН3).

260

' кисление различных производных подокарповой кислоты (А) ПУК в уксусном ангидриде направлялось в ароматическое коль­ цо (см. главу I I I , стр. 224), в положения 2,5 по отношению к гидроксильной или эфирной группе с образованием соответствующих производных хиноидного типа [160].

Т р и т е р п е н о и д ы

Важное значение для установления строения, модификации и частичного синтеза реакция окисления НК (наряду с другими окис­ лительными реакциями) имела и в химии широко распространенных в природе (главным образом в растительном, но частично и в жи­ вотном мире) тетра- и пентациклических тритерпеноидов.

Как известно, наиболее важные тетрациклические тритерпе­ ноиды подгрупп ланостерина, эйфола и близких к ним примыкают по строению к стероидам и имеют общий скелет (I) .

(R = H, Ac. Bz).

Больше всего исследованы спирты (главным образом 3-олы) и их эфиры, имеющие, как правило, двеС=С-связи. Одна из этих свя­ зей является внутрициклической, а вторая расположена в боковой цепи. Отдельные типы отличаются как стереохимией молекулы, так и взаимным положением этих С=С-связей. На примере ланостерина ( I I , R = H ) , его ацетата и ланостенилбензоата было найдено, что одна из двойных связей быстро окисляется НБК, а вторая — значи­ тельно медленнее [161—164]. Этой последней оказалась четырехзамещенная внутрициклическая С=С - связьв положении 8—9 (или тризамещенная, 7,8-связь для изоланостерина), и, таким образом, избирательность оказалась противоположной избирательности, имеющей место в алифатическом ряду. При окислении связи в по­ ложении 24 образуется нормальный эпоксид, легко гидратирующийся в триол. Для сильно экранированной внутрициклической 8,9-С=С-связи окисление НБК сопровождается образованием гетероаннулярных диенов или 7-кетона [164]:

261

так и 8,24-диэпоксгды ланостерина, причем селективность окисле­ ния возрастала при переходе от хлороформа к эфиру [13]. При окис­ лении МХНБК и производных ацетилдигидроэбурикоата (имеюще­ го скелет дигидроланостерилацетата с 21-карбометокси- и 29-ме- тилыюй группами) были получены 8 а,9 а-эпоксиды, трансфор­ мирующиеся при действии кислот в 7,9 (И)-диены [166] 8 .

По-видимому, определяющее значение имеет конфигурация при С1 4 . Действительно, производные эйфо.та ( Ш ) н эйфорбола, отлича­ ющиеся от подгруппы ланостерина главным образом стереохимией этого углеродного центра, дают, как отмечалось еще в работах [167—169]. устойчивые моно- и диэпоксиды при окислении как НБК, так и ПУК, а эйфатриен дает дажетриэпоксид [169]. В этих типах терпеноидов эпоксидирование может использоваться для количест­ венного определенияС — С-связей. Однако в эфирном растворе окис­ ление,например, действием ПННБК носит избирательный характер при использовании одного моля НК: в первую очередь реагирует С =С-связь боковой цепи; это имеет место не только в эйфилацетате ( I I I . R = Ас), с его 24. 25-0=С-связью, но и в эйфорболе, где боковая связь является 24,29-метеновой связью [13]. Использова­ ние избытка ПННБК в среде хлороформа приводит к исчерпываю­ щему окислению по всем двойным связям различных тетрациклических тритерпеноидов, принадлежащих не только к подгруппам ланостана, эйфола или трукаллола, но также содержащих 3-член- ные циклы: циклоартенола. циклолауденола и других. Это позво­ лило Уриссону и сотр. предложить уже упоминавшийся выше метод количественного определения этих тритерпеноидов в смесях, ос­ нованный на существенном различии полярностей образующихся эпоксидов [3].

Эпоксиды, образующиеся при окислении внутрициклических связей этих тритерпеноидов, по-видимому, всегда имеют стерео­ химию а-эпоксидов. При окислении двойных связей в боковой цепи образуются трудно разделимые эквимолярные смеси эпимеров, что, например, показано для 24.25-эпоксидов циклоартенола [13] или ланостадиена [166а, 169а]. Таким образом, удаленные асим­ метрические центры (при С 2 0 или С1 7 ) не оказывают асимметриче­ ского индукционного влияния на ход реакции окисления [13].

262

предложены как хроматографические приемы [13, 169а], так и ме­ тоды кристаллизации, основанные на различной растворимости эпимеров [166а].

Реакция Прилежаева использовалась также и для определения строения наиболее давно изучавшихся пентациклических тритерпеноидов, встречающихся в природе в виде сапогенинов и смолис­ тых выделениях различных древесных пород. Библиография по старым работам в этой области, выполненным школами Бартона, Ружички, Спринга, Джонса и других авторов, содержится в обзоре Сверна [1] и монографии Де Майо [2].

Как известно, для наиболее широко распространенных под­ групп этих терпеноидов 6-амирина (IV) и а-амирина (V) в настоя­ щее время после длительной и кропотливой работы химиков раз­ личных школ, уточнявших данные друг друга, принято строение производных 3-оксиолеана и урсана соответственно, пентациклические системы которых отличаются лишь строением заместителей при кольце Е; единственная С = С-связь этих терпеноидов расположена в положении 12,13:

IV

Поскольку эта двойная связь в большинстве случаев инертна по отношению к таким реакциям, как, например, гидрирование, то окисление этих терпеноидов НК явилось одним*'из центральных методов исследования.

Соединения Р-амиринового ряда [например, сам (3-амирин- 3-окси-А1 2 -олеанен (IV) — или его ацетат и бензоат] сравнительно легко окисляются одним эквивалентном НБК или Н У К , давая, однако, не моноэпоксиды, как предполагалось в первых работах [170—172], а насыщенные кетоны — продукты изомеризации этих эпоксидов [173, 174]:

263

Эфиры олеанолевой кислоты или Сама эта кислота (имеющая в положении 28 соответственно карбалкоксиили карбоксигруппы), по-видимому, окисляются по этой же схеме [175, 176], причем тот факт, что из свободной кислоты легко образуется лактон [175], очевидно, свидетельствует в пользу 6-конфигурации эпоксида. По­ добно олеанолевой окисляется под действием Н У К и эфир V I сиаре-

Мороловая^ кислота и близкие к ней терпеноиды, имеющие стереохимию (i-амирина, но значительно более доступную Д1 8 -С = С-связь, нормально окисляются в эпоксиды [178]. Переведя 28-карбокси-группу в ацетоксиметильную, Бартон и Брукс через посредство эпоксидирования свели эту кислоту к известному норолеандиенилацетату, принадлежащему к ряду (3-амирина [178]:

соон

2 стадии

сн,ососн

Примером С =С-связей в олеанолевой системе, образующих ус­ тойчивые эпоксиды при действии НК, являются также А 2 0 - С=С - свя - зи в лупеоле [179, 180], Д1 8 (1 9 >-С=С-связи в германиколе [181] или

Д2 (3 )-С = С-связи в продуктах дегидратации лупеола [182], |3- или а-амирина [170]. В случае лупеола при восстановлении алюмогидридом лития эпоксид привел к получению спирта, эпимерного ис­

ходному природному лупеолу:

( R = o - H 0 2 C C 6 H 4 ) .

264

Наконец, большой интерес вызвало исследование реакции с НК для а-амирина (V). Двойную связь этого терпеноида с урсановым скелетом длительное время не удавалось окислить НБК, Н У К или Н 2 0 2 в уксусной кислоте [170]. Наконец, Спринг и сотр. осуществи­ ли это окисление в достаточно жестких условиях — при нагрева­ нии раствора его бензоата в уксусной кислоте на паровой бане при постепенном приливании Н 2 0 2 [183]. Продукт реакции имеет строение насыщенного кетона [183, 184], а не эпоксида, как пред­ полагалось в одной из работ [185]. Это подтверждено в последнее время и при окислении а-амирина ПННБК [13]

Поскольку считают, что конформация колец А — D у р- и ос-ами- ринов одинакова, то, очевидно, наблюдаемое различие связано с пространственным экранированием С=С-связи в а-амирине двумя метальными группами у разных атомов (19, 20), которое оказыва­ ется значительно более существенным, чем действие 29,30-метиль- ных групп при С 2 0 в Р-ряду 7 .

Наконец, в последнее время были получены (с целью дальней­ шего исследования их превращений) эпоксиды пентациклических тритерпеноидов типа гопена с 5-членным кольцом Е. Стереохимические результаты этих реакций окисления [188, 189] свидетель­ ствуют лишний раз о высокой чувствительности реакции Прилежа­ ева к стерическим факторам.

265

Окисление каротиноидов

Природные полиненасыщенные соединения каротиноидного ряда и родственный им витамин А при окислении НК (обычно в этом случае использовалась МНФК в растворе эфира) дают лабильные высоко реакционноспособиые эпоксиды. многие из которых сопут­ ствуют этим веществам в природных условиях.

Первое систематическое исследование окисления различных каротиноидов выполнено Каррером и сотр. (см., например, [190— 196]) 8 . Они установили, что каротииоиды общей формулы А при окислении обычно дают либо моно-, либо моно- и диэпоксиды по кон­ цевым двойным связям сопряженной системы. Особенно легко оки­ сляются каротиноиды ( I — V I ) , у которых сопряженная система обрамлена Р-иононовыми кольцами и внутрнциклические связи входят в цепь сопряжения.

Естественно, что эпоксидированию подвергаются именно эти высо­ коактивные внутрнциклические связи. В качестве примера можно привести (^-каротин (I) [191], зеаксантин ( I I ) [192] и криптоксантин ( I I I ) [193], дающие легко как моно-, так и диэпоксиды. В отличие

р-иононовых группировок [194]. Значительно менее гладко окис­ ляются каротиноиды с одним иононовым кольцом. Например, рубиксантин (VI) дает эпоксид с очень небольшим выходом, однако этот эпоксид содержит окснрановую группировку именно в иононовом кольце [195]. Характерным свойством эпоксидов каротино­ идов является их чрезвычайная лабильность в кислой среде, при­ водящая, например, при действии следов H C I в хлороформе к быст­ рой циклизации с участием соседней двойной связи и образованием

8 Полное обобщение работ по окислению каротиноидов по 1956 г. см. в обзоре

266

дигидрофурановых производных по общей схеме:

(R = Н ОН).

Таким путем из |3-каротинэпоксида получен мутатохром [190], из его диэпоксида — аурохром с одной дигидрофурановой груп­ пировкой и лейтохром с двумя [190]; из эпоксида ксантофилла — флавоксантин (хризантемоксантин) и так далее. Эти эпоксиды об­ ладают специфической склонностью легко отщеплять свой кислород даже в слабокислой среде с образованием исходных каротиноидов, являясь мягкими окислителями. Для объяснения такой лабиль­ ности этих эпоксидных групп Каррер в свое время выдвинул пред­ положение о существовании этих эпоксидов в полярной форме [196]. Все эти свойства каротиноидных эпоксидов, несомненно, имеют биологическое значение, поскольку эти эпоксиды распростране­ ны в природе (см. эту главу, раздел «О биогенетической роли эпо­ ксидов»). Каррер показал также, что близкие закономерности су­ ществуют при окислении витамина А, для которого он выделил моноэпоксид «гепаксантин». строение которого (5,6-эпоксид или фураноидный 5,8-эпоксид) не было доказано [198]. Окисление аце­ тата витамина А (ретинилацетата), получение из него 5,6-эпоксида, а из последнего — эпоксиспирта и альдегида витамина А, а также их изомеризация в кислой среде в соответствующие 5,8-эпоксиды детально изучались в более поздних работах [199, 200] 9 , причем были разработаны хроматографические методы выделения этих лабильных эпоксидов в чистом виде [200].

Полная библиография приведена в работе [ 2 0 0 ] .

267