Esquema IV. Desarrollo del esquema retrosintético de las rutas B y C.
Esquema 6. Reacción de dihidroxilación de la espiro-β-lactama 12.
La reacción se da por terminada en tres horas, a pesar de que quede algo de la β-lactama de partida sin reaccionar, (usualmente se recuperan pequeñas cantidades de la espiro-β-lactama 12, ~2%), ya que si se prolonga el tiempo de reacción se observa la desaparición del diol 13 por TLC.
Previamente, en el grupo de investigación, se ensayaron otras condiciones de dihidroxilación27 variando el cooxidante, la relación molar entre el oxidante y
el cooxidante respecto al sustrato o el disolvente. En todos los casos los rendimientos de la reacción fueron menores.
26 No fue necesario el empleo de atmósfera de argón en el transcurso de la reacción. 27 Para la dihidroxilación de la β-lactama 12, se probaron otras condiciones de reacción variando la relación molar oxidante/cooxidante, el sistema oxidante o el disolvente: (a) OsO4/NMO (0.06/4) en acetona/agua [5:1]; (b) OsO4/NMO/Py (0.02/2/1) en acetona/agua [3:1]; (c) OsO4/NMO/PhB(OH)2 (1:1.2:1) en CH2Cl2.
La utilización de acetona como disolvente puede jugar un papel importante en el transcurso de la reacción, ya que cuando no se utiliza como disolvente, la reacción se ralentiza mucho o no tiene lugar. En este sentido, se propone la adición reversible del enol de la acetona al carbonilo de la espiro-β- lactama 12, promovida por la 4-metilmorfolina que se genera en el medio de reacción, formando un alcohol alílico que activa sus dobles enlaces para la dihidroxilación.
La asignación estructural del diol 13 se realizó en función de sus datos espectroscópicos (Figura 4).
Figura 4. Selección de datos espectroscópicos del diol 13.
En el espectro de 1H-RMN, las señales que aparecen como un doble
doblete a 6.50 ppm (J = 10.0, 1.2 Hz) y como un doblete a 5.87 ppm (J = 10.0 Hz), se asignaron a los correspondientes protones olefínicos de las posiciones H-9 y H-8, respectivamente. El doblete situado a 4.37 ppm (J = 2.9 Hz) y el doble doblete a 4.12 ppm (J = 2.9, 1.2 Hz) se asignaron a los protones H-6 y H-5 respectivamente. Los protones del metileno bencílico, que en la β-lactama 12 aparecían como un singlete a 4.88 ppm, en el diol 13 se muestran como un sistema un sistema AB cuya parte A aparece a 5.02 ppm (JAB= 11.2 Hz) y cuya
centradas a 3.14 y 2.75 ppm (JAB = 14.4 Hz) se asignaron a la parte A y a la parte B respectivamente, del sistema AB constituido por los protones del metileno β-
lactámico (se propone que el protón H-3 aparece más desapantallado que el protón H-3ʹ debido probablemente a su proximidad con el hidroxilo de la posición C-5).
En el espectro de 13C-RMN, aparecen las señales correspondientes al
sistema ciclohexénico del diol 13. En concreto, aparecen las señales del carbono carbonílico (198.8 ppm), de los carbonos olefínicos C-8 y C-9 (131.8 y 146.6 ppm, respectivamente), del carbono espiránico (67.2 ppm) y de los carbonos C-5 y C-6 (74.0 y 76.0 ppm). Además, en el espectro se observaron las señales que se asignaron al carbono amídico y al metileno de la β-lactama a 166.9 y 43.2 ppm, respectivamente. También se observó un singlete localizado a 80.7 ppm que se asignó al carbono del metileno bencílico.
En el espectro de masas LRMS (API-ES+) realizado, se observaron los
picos m/z 290 (M+H)+ y 312 (M+Na)+ correspondientes a la estructura propuesta,
el diol 13.
En el espectro de IR, aparecen las señales asignables a las bandas de tensión del enlace C=O de la ciclohexenona (1692 cm−1) y del enlace N-C=O de
la β-lactama (1772 cm−1). Además, a 3429 cm−1 aparecen la banda asignable a la
tensión del enlace O-H de los grupos hidroxilos.
La estereoquímica relativa de los centros C-5 y C-6, junto a la conformación mayoritaria del anillo de ciclohexenona en disolución, se determinó en base al análisis de las constantes de acoplamiento y de los experimentos NOE realizados (Figura 5).
Figura 5. Relación de constantes de acoplamiento, correlaciones COSY (en color verde) y
NOEs (en color rojo) del diol 13.
El protón H-5, además de presentar una constante de acoplamiento tipo
gauche (Jgauche = 2.9 Hz) con H-6, presenta una constante de acoplamiento a larga
distancia con el protón H-9 (Jw = 1.2 Hz), lo cual implica una disposición ecuatorial del protón H-5 para que este acoplamiento pueda tener lugar. Por otra
parte, el NOE observado entre el protón H-6 (y en menor medida del protón H-5) y los protones del anillo aromático indican una disposición axial del protón H-6. Además, se observó un NOE entre el protón H-3 y el protón H-5 lo cual confirma la hipótesis de que el protón más desapantallado del metileno β-lactámico (H-3) es el que se encuentra más próximo al hidroxilo de la posición C-5 (Figura 5).
Según estos datos espectroscópicos, se deduce que la ciclohexenona del diol 13 presenta una conformación de tipo semisilla 5H6 en la que los grupos
hidroxilos de los carbonos C-5(S*) y C-6(S*), ambos en anti respecto al nitrógeno
N-1 de la β-lactama, se encuentran en disposición ecuatorial y axial, respectivamente.
En conclusión, la dihidroxilación de la β-lactama 12 tiene lugar diastereoselectivamente por la cara α de la molécula, anti al nitrógeno N-1 que activa el doble enlace. Además, esta selectividad facial estaría de acuerdo con el NOE observado entre el protón H-6 y los protones del anillo aromático y con la hipótesis establecida, con anterioridad en nuestro grupo de investigación (referencia 23), respecto a que el grupo benciloxi, a pesar de su libre giro,
permanece el tiempo suficiente en la cara β del sistema enónico como para impedir la aproximación del oxidante por dicha cara.
Preparación de la ciclohexenona 9
En nuestro grupo de investigación, se han utilizado numerosos grupos para proteger hidroxilos secundarios de dioles cíclicos, como es el caso del 1,2- diol 13.28 Los hidroxilos de estos dioles se han protegido secuencialmente con
grupos protectores como benzoato, TBDMS, TMS y protección intramolecular en forma de γ-lactona mediante un reordenamiento de la β-lactama con el hidroxilo de la posición C-5. Además, también se han protegido simultáneamente, con grupos protectores cíclicos como el isopropilideno del diol correspondiente, generando un anillo de cinco miembros, o con grupos protectores bifuncionales basados en silicio como el grupo 1,1,3,3-tetraisopropildisiloxano-1,3-diilo (TIPDS), que genera un anillo de siete miembros.
A continuación, se protegerán, simultáneamente, los dos hidroxilos de las posiciones C-5 y C-6 del 1,2-diol 13 con un grupo protector bifuncional basado en silicio, el 1,1,3,3-tetraisopropildisiloxano-1,3-diilo (TIPDS),29 de forma que la
28 Para una revisión más exhaustiva de los ejemplos de protección de los hidroxilos del 1,2-diol 13, ver: (a) Noheda, P.; Bernabé, M.; Maroto, S.; Tabarés, N.; Benito, R. Regioselective Functionalisation and Protection of Spirolactams. P.C.T. WO 2005/108357, 17/11/2005; (b) Noheda, P.; Bernabé, M.; Maroto, S.; Tabarés, N.; Benito, R. Regioselective Hydroxilation, Functionalisation and Protection of Spirolactams II. European Patent Application. EP1676836 A1, 05/07/2006; (c) Noheda, P.; Tabarés, N.; Benito, R.; Hojas, E.; Maroto, S. Rearrangement of Spirolactams. P.C.T. WO 2008/009695, 24/01/2008; (d) Sergio Maroto Quintana. Síntesis Total del Core de rac- Tetrodotoxina. Tesis Doctoral, Universidad Autónoma de Madrid, 2007; (e) Nuria Tabarés Cantero. Síntesis y Mercado de Derivados de Tetrodotoxina. Tesis Doctoral, Universidad Autónoma de Madrid, 2012.
29 El grupo TIPDS es un grupo protector bifuncional basado en silicio, voluminoso y bastante estable frente a medios ácidos y básicos, que es utilizado para proteger 1,2- y 1,3- dioles. (a) Greene, T. W.; Wuts, P. G. M. Greene’s Protective Groups in Organic Synthesis; John Wiley & Sons: Hoboken, 2007. pp.: 356-360. (b) Para el primer ejemplo de
segunda protección sea intramolecular y dé lugar a un ciclo de siete miembros que límite la movilidad conformacional de la molécula.
El tratamiento del diol 13 con TIPDSCl2 e imidazol en DMF, después de
18 horas de reacción a temperatura ambiente y posterior aislamiento30
purificación cromatográfica del crudo de reacción, dio lugar a la ciclohexenona 9 como un sólido blanco con un 89% de rendimiento (Esquema 7).
9, rto. 89% TIPDSCl2, imidazol DMF, 0 °C t.a. O N O OBn 1 8 6 3 O O Si O Si 13 1 OH OH O N O OBn