RU2793707C2 - Method for production of 2-deoxy-d-ribolactone - Google Patents

Method for production of 2-deoxy-d-ribolactone Download PDF

Info

Publication number
RU2793707C2
RU2793707C2 RU2021115020A RU2021115020A RU2793707C2 RU 2793707 C2 RU2793707 C2 RU 2793707C2 RU 2021115020 A RU2021115020 A RU 2021115020A RU 2021115020 A RU2021115020 A RU 2021115020A RU 2793707 C2 RU2793707 C2 RU 2793707C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
deoxy
ribolactone
oxidation
ketoalcohol
levoglucosenone
Prior art date
Application number
RU2021115020A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021115020A (en
Inventor
Булат Тагирович Шарипов
Анна Николаевна Давыдова
Фарид Абдуллович Валеев
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение Уфимский Федеральный Исследовательский Центр Российской Академии Наук (Уфиц Ран)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение Уфимский Федеральный Исследовательский Центр Российской Академии Наук (Уфиц Ран) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение Уфимский Федеральный Исследовательский Центр Российской Академии Наук (Уфиц Ран)
Publication of RU2021115020A publication Critical patent/RU2021115020A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2793707C2 publication Critical patent/RU2793707C2/en

Links

Abstract

FIELD: organic chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of organic chemistry, in particular to a method for the production of 2-deoxy-D-ribolactone used in chemistry, biology, and medicine. A method for the production of 2-deoxy-D-ribolactone is disclosed, including hydration of [(1S,5R)-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]oct-2-en-4-one] levoglucosenone in water, oxidation of the resulting [(1R,2S,5R)-2-hydroxy-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]-octane-4-one] ketol, and lactonization of resulting intermediate products of ketol oxidation into a target product by acidic treatment. The method differs in that hydration of levoglucosenone in water is carried out at a temperature of 20-60°C for 2-6 days, oxidation of ketol is carried out with hydrogen peroxide at a temperature of 50-90°C.
EFFECT: invention provides simplification and price reduction of the production of 2-deoxy-D-ribolactone.
4 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к органической химии, конкретно к способу получения 2-дезокси-D-риболактона [синонимы: 2-дезокси-D-рибо-1,4-лактон, (4S,5R)-4-гидрокси-5-(гидроксиметил)-дигидрофуран-2(3H)-он, (4S,5R)-4-гидрокси-5-(гидроксиметил)-4-бутанолид, (4S,5R)-3,4,5-тригидроксипентановой кислоты 1,4-лактон] (1).The invention relates to organic chemistry, specifically to a method for producing 2-deoxy-D-ribolactone [synonyms: 2-deoxy-D-ribo-1,4-lactone, (4S,5R)-4-hydroxy-5-(hydroxymethyl)- dihydrofuran-2(3H)-one, (4S,5R)-4-hydroxy-5-(hydroxymethyl)-4-butanolide, (4S,5R)-3,4,5-trihydroxypentanoic acid 1,4-lactone] ( 1).

Figure 00000001
Figure 00000001

Результаты изобретения могут быть использованы в химии, биологии и медицине.The results of the invention can be used in chemistry, biology and medicine.

2-Дезокси-D-риболактон 1, соединение углеводного происхождения, обладает разносторонней биологической активностью и, несмотря на свою труднодоступность, широко используется для синтеза различных природных объектов.2-Deoxy-D-ribolactone 1, a carbohydrate-derived compound, has versatile biological activity and, despite its inaccessibility, is widely used for the synthesis of various natural objects.

2-Дезокси-D-риболактон 1 проявляет антиоксидантную, антимикробную активность против Escherichia coli, Micrococcus luteus, Pseudomonas agarici и Staphylococcus warneri, а также способность к ингибированию ацетилхолинэстеразы [F. Kaaniche, A. Hamed, A.S. Abdel-Razek, D. Wibberg, N. Abdissa, I.Z. El Euch, N. Allouche, L. Mellouli, M. Shaaban, N. Sewald. Bioactive secondary metabolites from new endophytic fungus Curvularia. sp isolated from Rauwolfia macrophylla II PLoS ONE, 2019, v. 14, Art. No: E0217627]. 2-Дезокси-D-риболактон 1 в клетках конкурирует с PGE2 в связывании с ЕР рецепторами [P.O. Miranda, F. Estevez, J. Quintana, C.I. Garcia, I. Brouard, J.I. Padron, J.P. Pivel, J. Bermejo. Enantioselective synthesis and biological activity of (3S,4R)- and (3S,4S)-3-hydroxy-4-hydroxymethyl-4-butanolides in relation to PGE2 // J. Med. Chem., 2004, v.47, р. 292]. Он ингибирует образование супероксидных анионов и высвобождение эластазы нейтрофилов [M.L. Yang, Р.С. Kuo, T.L. Hwang, T.S. Wu. Anti-inflammatory principles from Cordyceps sinensis II J. Nat. Prod., 2011, v.74, p. 1996].2-Deoxy-D-ribolactone 1 exhibits antioxidant, antimicrobial activity against Escherichia coli, Micrococcus luteus, Pseudomonas agarici and Staphylococcus warneri, as well as the ability to inhibit acetylcholinesterase [F. Kaaniche, A. Hamed, AS Abdel-Razek, D. Wibberg, N. Abdissa, IZ El Euch, N. Allouche, L. Mellouli, M. Shaaban, N. Sewald. Bioactive secondary metabolites from new endophytic fungus Curvularia. sp isolated from Rauwolfia macrophylla II PLoS ONE, 2019, v. 14, Art. No: E0217627]. 2-Deoxy-D-ribolactone 1 in cells competes with PGE 2 in binding to EP receptors [PO Miranda, F. Estevez, J. Quintana, CI Garcia, I. Brouard, JI Padron, JP Pivel, J. Bermejo. Enantioselective synthesis and biological activity of (3S,4R)- and (3S,4S)-3-hydroxy-4-hydroxymethyl-4-butanolides in relation to PGE 2 // J. Med. Chem., 2004, v.47, p. 292]. It inhibits the formation of superoxide anions and the release of neutrophil elastase [ML Yang, R.C. Kuo, TL Hwang, TS Wu. Anti-inflammatory principles from Cordyceps sinensis II J. Nat. Prod., 2011, v.74, p. 1996].

Наиболее широко 2-дезокси-D-риболактон 1 используется в качестве исходного или промежуточного соединения в синтезе практически важных соединений. Например, в связи с тем, что в гликозидной части нуклеиновых кислот содержится 2-дезокси-D-рибоза, 2-дезокси-D-риболактон 1 нашел применение в синтезе противовирусных и противораковых нуклеозидов [(1) US 0175648 А1, 25.06.2015; (2) WO 164812 A1, 29.10.2015; (3) WO 041877 A1, 24.03.2016; (4) WO 069975 A1, 06.05.2016; (5) WO 140615 A1, 09.09.2016; (6) J. H. Rothman. Direct and facile syntheses of heterocyclic vinyl-C-nucleosides for recognition of inverted base pairs by DNA triple helix formation: First report by direct wittig route // J. Org. Chem., 2007, v. 72, p. 3945; (7) S. Zhou, S. Mahmoud, P. Liu, L. Zhou, M. Ehteshami, L. Bassit, S. Tao, R.A. Domaoal, O. Sari, C. De Schutter, S. Amiralaei, A. Khalil, O.O. Russell, T. McBrayer, T. Whitaker, N. Abou-Taleb, F. Amblard, S.J. Coats, R.F. Schinaz. 2'-Chloro,2'-fluoro ribonucleotide prodrugs with potent pan-genotypic activity against hepatitis С virus replication in culture // J. Med. Chem., 2017, v. 60, р. 5424]. На основе 2-дезокси-D-риболактона 1 осуществлены синтезы различных биологически активных лактонов синтетического и природного происхождения [(1) US 0220251 A1, 04.11.2004; (2) ЕР 0460413 A1, 11.12.1991; (3) J.C. Briggs, A.P. Dawson, I. Gibson, A.H. Haines, J. Hook, R.J.K. Taylora. The synthesis of conformationally-restricted diacyl glycerol analogues // Bioorg. Med. Chem. Lett., 1992, v.2, 131], алкалоидов [P. Cao, Z.J. Li, W.W. Sun, S. Malhotra, Y.L. Ma, B. Wu, V.S. Parmar. Cascade N-alkylation/hemiacetalization for facile construction of the spiroketal skeleton of acortatarin alkaloids with therapeutic potentiality in diabetic nephropathy // Nat. Prod. Bioprospect., 2015, v. 5 р. 3] и циклических а-амино кислот [D. Scarpi, L. Bartali, A. Casini, E.G. Occhiato. Complementary and stereodivergent approaches to the synthesis of 5-hydroxy- and 4,5-dihydroxypipecolic acids from enantiopure hydroxylated lactams // Eur. J. Org. Chem., 2013, р. 1306].2-deoxy-D-ribolactone 1 is most widely used as a starting or intermediate compound in the synthesis of practically important compounds. For example, due to the fact that the glycosidic part of nucleic acids contains 2-deoxy-D-ribose, 2-deoxy-D-ribolactone 1 has found application in the synthesis of antiviral and anticancer nucleosides [(1) US 0175648 A1, 06/25/2015; (2) WO 164812 A1, October 29, 2015; (3) WO 041877 A1, March 24, 2016; (4) WO 069975 A1, May 6, 2016; (5) WO 140615 A1, 09/09/2016; (6) J. H. Rothman. Direct and facile syntheses of heterocyclic vinyl-C-nucleosides for recognition of inverted base pairs by DNA triple helix formation: First report by direct wittig route // J. Org. Chem., 2007, v. 72, p. 3945; (7) S. Zhou, S. Mahmoud, P. Liu, L. Zhou, M. Ehteshami, L. Bassit, S. Tao, R.A. Domaoal, O. Sari, C. De Schutter, S. Amiralaei, A. Khalil, O.O. Russell, T. McBrayer, T. Whitaker, N. Abou-Taleb, F. Amblard, S.J. Coats, R.F. Chinaz. 2'-Chloro,2'-fluoro ribonucleotide prodrugs with potent pan-genotypic activity against hepatitis C virus replication in culture // J. Med. Chem., 2017, v. 60, p. 5424]. Based on 2-deoxy-D-ribolactone 1, various biologically active lactones of synthetic and natural origin were synthesized [(1) US 0220251 A1, 04.11.2004; (2) EP 0460413 A1, 12/11/1991; (3) J.C. Briggs, A.P. Dawson, I. Gibson, A.H. Haines, J. Hook, R.J.K. Taylora. The synthesis of conformationally-restricted diacyl glycerol analogues // Bioorg. Med. Chem. Lett., 1992, v.2, 131], alkaloids [P. Cao, Z.J. Li, W.W. Sun, S. Malhotra, Y.L. Ma, B. Wu, V.S. Parmar. Cascade N-alkylation/hemiacetalization for facile construction of the spiroketal skeleton of acortatarin alkaloids with therapeutic potentiality in diabetic nephropathy // Nat. Prod. Bioprospect., 2015, v. 5 p. 3] and cyclic a-amino acids [D. Scarpi, L. Bartali, A. Casini, E.G. Occhiato. Complementary and stereodivergent approaches to the synthesis of 5-hydroxy- and 4,5-dihydroxypipecolic acids from enantiopure hydroxylated lactams // Eur. J. Org. Chem., 2013, p. 1306].

2-Дезокси-D-риболактон 1 все больше привлекает внимание синтетиков для решения своих задач, поэтому необходимы эффективные методы его получения.2-Deoxy-D-ribolactone 1 is increasingly attracting the attention of synthetic scientists for solving their problems; therefore, effective methods for its preparation are needed.

2-Дезокси-D-риболактон 1 встречается в различных природных объектах. Он может быть выделен из надземной части растения Mentha haplocalyx Briq [L. Su, Y. Wang, K. Zhong, G. Tu, Y. Jiang, B.Liu. Chemical constituents of mentha haplocalyx II Chem. Nat. Compd., 2019, v.55, p.351, из корней и корневищ растений Clematis hexapetala Pall и Clematis mandshurica Rupr. [(1) C.X. Dong, S.P. Shi, K.S. Wu, P.F. Tu Chemical constituents from the roots and rhizomes of Clematis hexapetala Pall. // Z. Naturforsch., B: J. Chem. Sci., 2007, v. 62, p. 854; (2) S.P. Shi, D. Jiang, C.X. Dong, P.F. Tu. New phenolic glycosides from Clematis mandshurica II Helv. Chim. Acta., 2006, v. 89, p. 1023], из плодов растений: Pimpinella anisum L [E. Fujimatu, T. Ishikawa, J. Kitajima. Aromatic compound glucosides, alkyl glucoside and glucide from the fruit of anise // Phytochemistry, 2003, v. 63, p. 609], Anethum graveolens L. [T. Ishikawa, M. Kudo, J. Kitajima. Water-soluble constituents of dill // Chem. Pharm. Bull., 2002, v. 50, p. 501], Cnidium monnieri [J. Kitajima, T. Ishikawa, Y. Aoki. Glucides of Cnidium monnieri fruit // Phytochemistry, 2001, v. 58, p. 641], Carum ajowan (Umbelliferae) [T. Ishikawa, Y. Sega, J. Kitajima. Water-soluble constituents of ajowan // Chem. Pharm. Bull., 2001, v. 49, p. 840], Foeniculum vulgare Miller (Umbelliferae) [J. Kitajima, T. Ishikawa, Y. Tanaka, Y. Ida. Water-soluble constituents of fennel. IX. Glucides and Nucleosides // Chem. Pharm. Bull., 1999, v. 47, p. 988]. 2-Дезокси-D-риболактон 1 может быть выделен из экстракта эндофитного гриба Curvularia sp., обитающего на Rauwolfia macrophylla [F. Kaaniche, A. Hamed, A.S. Abdel-Razek, D. Wibberg, N. Abdissa, I.Z. El Euch, N. Allouche, L. Mellouli, M. Shaaban, N. Sewald. Bioactive secondary metabolites from new endophytic fungus Curvularia. sp isolated from Rauwolfia macrophylla II PLoS ONE, 2019, v. 14, Art. No: E0217627], из мицелия гриба Cordyceps sinensis [M.L Yang, P.C. Kuo, T.L. Hwang, T.S. Wu. Anti-inflammatory principles from Cordyceps sinensis II J. Nat. Prod., 2011, v. 74, p. 1996]. Однако выделение 2-дезокси-D-риболактона 1 из природных объектов малоэффективно из-за низкого его содержания.2-Deoxy-D-ribolactone 1 occurs in various natural objects. It can be isolated from the aerial part of Mentha haplocalyx Briq [L. Su, Y. Wang, K. Zhong, G. Tu, Y. Jiang, B. Liu. Chemical constituents of mentha haplocalyx II Chem. Nat. Compd., 2019, v.55, p.351, from the roots and rhizomes of Clematis hexapetala Pall and Clematis mandshurica Rupr. [(1) C.X. Dong, S.P. Shi, K.S. Wu, P.F. Tu Chemical constituents from the roots and rhizomes of Clematis hexapetala Pall. // Z. Naturforsch., B: J. Chem. Sc., 2007, v. 62, p. 854; (2) S.P. Shi, D. Jiang, C.X. Dong, P.F. Tu. New phenolic glycosides from Clematis mandshurica II Helv. Chim. Acta., 2006, v. 89, p. 1023], from plant fruits: Pimpinella anisum L [E. Fujimatu, T. Ishikawa, J. Kitajima. Aromatic compound glucosides, alkyl glucoside and glucose from the fruit of anise // Phytochemistry, 2003, v. 63, p. 609], Anethum graveolens L. [T. Ishikawa, M. Kudo, J. Kitajima. Water-soluble constituents of dill, Chem. Pharm. Bull., 2002, v. 50, p. 501], Cnidium monnieri [J. Kitajima, T. Ishikawa, Y. Aoki. Glucides of Cnidium monnieri fruit // Phytochemistry, 2001, v. 58, p. 641], Carum ajowan (Umbelliferae) [T. Ishikawa, Y. Sega, J. Kitajima. Water-soluble constituents of ajowan // Chem. Pharm. Bull., 2001, v. 49, p. 840], Foeniculum vulgare Miller (Umbelliferae) [J. Kitajima, T. Ishikawa, Y. Tanaka, Y. Ida. Water-soluble constituents of fennel. IX. Glucides and Nucleosides // Chem. Pharm. Bull., 1999, v. 47, p. 988]. 2-Deoxy-D-ribolactone 1 can be isolated from an extract of the endophytic fungus Curvularia sp. living on Rauwolfia macrophylla [F. Kaaniche, A. Hamed, A.S. Abdel-Razek, D. Wibberg, N. Abdissa, I.Z. El Euch, N. Allouche, L. Mellouli, M. Shaaban, N. Sewald. Bioactive secondary metabolites from new endophytic fungus Curvularia. sp isolated from Rauwolfia macrophylla II PLoS ONE, 2019, v. 14, Art. No: E0217627], from the mycelium of the fungus Cordyceps sinensis [M.L Yang, P.C. Kuo, T.L. Hwang, T.S. wu. Anti-inflammatory principles from Cordyceps sinensis II J. Nat. Prod., 2011, v. 74, p. 1996]. However, isolation of 2-deoxy-D-ribolactone 1 from natural objects is ineffective due to its low content.

Известно несколько способов получения 2-дезокси-D-риболактона 1. Наиболее доступным методом получения 2-дезокси-D-риболактона 1 является окисление 2-дезокси-D-рибозы в 1,4-лактон в воде с помощью брома. Окисление 2-дезокси-D-рибозы протекает от 2 до 5 дней с выходом продукта до 73% [(1) J.C. Briggs, А.Р. Dawson, I. Gibson, А. Н. Haines, J. Hook, R.J.K. Taylora. The synthesis of conformationally-restricted diacyl glycerol analogues // Bioorg. Med. Chem. Lett., 1992, v. 2, p. 131; (2) R.E. Deriaz, W.G. Overend, M. Stacey, E.G. Teece, L.F. Wiggins, Deoxy-sugars. Part V. A reinvestigation of the glycal method for the synthesis of 2-deoxy-D- and -L-ribose.// J. Chem. Soc, 1949, p. 1879-1883].There are several ways to obtain 2-deoxy-D-ribolactone 1. The most accessible method for obtaining 2-deoxy-D-ribolactone 1 is the oxidation of 2-deoxy-D-ribose to 1,4-lactone in water with the help of bromine. Oxidation of 2-deoxy-D-ribose proceeds from 2 to 5 days with a product yield of up to 73% [(1) J.C. Briggs, A.R. Dawson, I. Gibson, A. H. Haines, J. Hook, R.J.K. Taylora. The synthesis of conformationally-restricted diacyl glycerol analogues // Bioorg. Med. Chem. Lett., 1992, v. 2, p. 131; (2) R.E. Deriaz, W.G. Overend, M. Stacey, E.G. Teece, L.F. Wiggins, Deoxy-sugars. Part V. A reinvestigation of the glycal method for the synthesis of 2-deoxy-D- and -L-ribose.// J. Chem. Soc, 1949, p. 1879-1883].

Известен способ получения 2-дезокси-D-риболактона 1 в одну стадию через дезоксигенирование D-арабино- и D-риболактона с применением системы SmI2-THF/H2O, где выход продукта составил 56 и 44% соответственно [S. Hanessian, С.Girard. One step α-deoxygenation of unprotected aldonolactones using samarium diiodide-THF/H2O system - A new synthesis of 2-deoxy-D-ribose // Synlett, 1994, p. 861-862]. Дезоксигенирование D-арабинопиранозы до 2-дезокси-D-риболактона 1 может быть реализовано через сульфонаты в присутствии гидроксида свинца [Р.А. Гахокидзе, Н.Н. Сидамонидзе. Удобный метод получения 2-дезоксиэритропетозы// Журнал общей химии, 1987, т. 57, с. 2399]. 2-Дезокси-D-риболактон 1 может быть получен из 2,3-O-изопропилиден-D-глицеральдегида [(1) K. Mikami, M.Terada, Т. Nakai. Lanthanide (III) catalyzed aldol reactions of glyceraldehyde acetonide with ketene silyl acetals: catalytic asymmetric route to monosaccharides // Tetrahedron: Asymmetry, 1991, v. 2, p. 993; (2) Y, Kita, O. Tamura, F. Itoh, H. Yasuda, H. Kishino, Y.Y. Ke, Y. Tamura. Chemistry of O-silylated ketene acetals: stereocontrolled synthesis of 2-deoxy- and 2-deoxy-2-C-alkyl-erythro-pentoses // J. Org. Chem., 1988, v. 53, p. 554], но недостатком этих способов синтеза является их многостадийность. Кроме того, все представленные выше способы синтеза сходны в том, что для получения 2-дезокси-D-риболактона 1 используются близкие углеводные предшественники, которые сами по себе могут быть крайне редкими соединениями либо необходимо применение дорогих реагентов.A known method of obtaining 2-deoxy-D-ribolactone 1 in one stage through the deoxygenation of D-arabino- and D-ribolactone using the SmI 2 -THF/H 2 O system, where the product yield was 56 and 44%, respectively [S. Hanessian, C. Girard. One step α-deoxygenation of unprotected aldonolactones using samarium diiodide-THF/H 2 O system - A new synthesis of 2-deoxy-D-ribose // Synlett, 1994, p. 861-862]. Deoxygenation of D-arabinopyranose to 2-deoxy-D-ribolactone 1 can be realized through sulfonates in the presence of lead hydroxide [P.A. Gakhokidze, N.N. Sidamonidze. A convenient method for obtaining 2-deoxyerythropetose// Journal of General Chemistry, 1987, v. 57, p. 2399]. 2-Deoxy-D-ribolactone 1 can be obtained from 2,3-O-isopropylidene-D-glyceraldehyde [(1) K. Mikami, M. Terada, T. Nakai. Lanthanide (III) catalyzed aldol reactions of glyceraldehyde acetonide with ketene silyl acetals: catalytic asymmetric route to monosaccharides // Tetrahedron: Asymmetry, 1991, v. 2, p. 993; (2) Y, Kita, O. Tamura, F. Itoh, H. Yasuda, H. Kishino, YY Ke, Y. Tamura. Chemistry of O-silylated ketene acetals: stereocontrolled synthesis of 2-deoxy- and 2-deoxy-2-C-alkyl-erythro-pentoses // J. Org. Chem., 1988, v. 53, p. 554], but the disadvantage of these methods of synthesis is their multistage nature. In addition, all the above methods of synthesis are similar in that to obtain 2-deoxy-D-ribolactone 1, close carbohydrate precursors are used, which themselves can be extremely rare compounds or the use of expensive reagents is necessary.

Наиболее близким способом получения 2-дезокси-D-риболактона 1 по отношению к предлагаемому способу его получения является использование левоглюкозенона [(1S,5R)-6,8-диоксабицикло[3.2.1]окт-2-ен-4-он] 2. Этот способ включает несколько стадий синтеза. Первый этап заключается в гидратации левоглюкозенона 2 в воде в присутствии триэтиламина до кетоспирта [(1R,2S,5R)-2-гидрокси-6,8-диоксабицикло[3.2.1]октан-4-он] 3 и выделение его из реакционной массы. Далее осуществляется окисление кетоспирта 3 надуксусной кислотой в уксусной кислоте по реакции Байера-Виллигера. Заключительный этап состоит в гидролизе формирующихся в результате окисления промежуточных формиатов соляной кислотой в метаноле с получением 2-дезокси-D-риболактона 1 с общим выходом 64.3%. [K. Matsumoto, T. Ebata, K. Koseki, K. Okano, Н. Kawakami, H. Matsushita. Short synthesis of (3S,4R)- and (3R,4R)-3-hydroxy-4-hydroxymethyl-4-butanolides, two lactones from levoglucosenone // Bull. Chem. Soc. Jpn., 1995, v. 68, р. 670]. Недостатками данного способа являются необходимость выделения промежуточного соединения, а именно продукта гидратации левоглюкозенона кетоспирта 3, использование в реакции Байера-Виллигера надуксусной кислоты, что усложняет процесс окисления, а также необходимость замены растворителей на каждом этапе синтеза.The closest way to obtain 2-deoxy-D-ribolactone 1 in relation to the proposed method for its production is the use of levoglucosenone [(1S,5R)-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]oct-2-en-4-one] 2 This method includes several stages of synthesis. The first stage consists in the hydration of levoglucosenone 2 in water in the presence of triethylamine to the ketoalcohol [(1R,2S,5R)-2-hydroxy-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octan-4-one] 3 and its isolation from the reaction mass . Next, the ketoalcohol 3 is oxidized with peracetic acid in acetic acid according to the Baeyer-Villiger reaction. The final stage consists in the hydrolysis of the intermediate formates formed as a result of the oxidation of intermediate formates with hydrochloric acid in methanol to obtain 2-deoxy-D-ribolactone 1 in a total yield of 64.3%. [K. Matsumoto, T. Ebata, K. Koseki, K. Okano, H. Kawakami, H. Matsushita. Short synthesis of (3S,4R)- and (3R,4R)-3-hydroxy-4-hydroxymethyl-4-butanolides, two lactones from levoglucosenone // Bull. Chem. soc. Jpn., 1995, v. 68, p. 670]. The disadvantages of this method are the need to isolate the intermediate, namely the product of hydration of levoglucosenone ketoalcohol 3, the use of peracetic acid in the Baeyer-Villiger reaction, which complicates the oxidation process, and the need to replace solvents at each stage of the synthesis.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в упрощении и удешевлении процесса получения 2-дезокси-D-риболактона 1.The problem to be solved by the claimed invention is to simplify and reduce the cost of the process of obtaining 2-deoxy-D-ribolactone 1.

В заявленном способе получения 2-дезокси-D-риболактона 1 в качестве исходного соединения используется левоглюкозенон 2. На первой стадии левоглюкозенон 2 подвергается гидратации путем выдерживания в воде в течение 2-6 дней при температуре 20-60°С. Данный интервал температур для гидратации левоглюкозенона 2 является оптимальным, так как в этих условиях он количественно гидратируется до кетоспирта 3. Полученный кетоспирт 3 окисляют перекисью водорода при температуре 50-90°С. Окисление проводят при любом мольном соотношении Н2О2 по отношению к кетоспирту 3. В результате окисления кетоспирта 3 перекисью водорода формируется смесь промежуточных кислот 4 [2-дезокси-D-рибоновая кислота] и 5 [2-дезокси-5-O-формил-D-рибоновая кислота], которые, в случае избытка Н2О2, лактонизируются путем кислотной обработки в целевой 2-дезокси-D-риболактон 1 с общим выходом 92%. При этом остаточные количества H2O2 могут быть нейтрализованы любым доступным способом. При использование 1 эквивалента H2O2 по отношению к кетоспирту 3, образующиеся после окисления кетоспирта 3 промежуточные кислоты 4 и 5 безопасно лактонизируются в целевой продукт путем кипячения полученной смеси с выходом 86%. Использование 1 эквивалента Н2О2 по отношению к кетоспирту 3 является наиболее эффективным в практическом плане, так как отпадает необходимость удаления избытка перекиси из реакционной массы. Следует отметить, что все стадии предлагаемого способа получения 2-дезокси-D-риболактона 1 проводятся в одном реакторе в водной среде, промежуточные продукты не выделяются из реакционной массы и все необходимые реагенты добавляются по мере необходимости.In the claimed method for obtaining 2-deoxy-D-ribolactone 1, levoglucosenone 2 is used as the starting compound. At the first stage, levoglucosenone 2 undergoes hydration by keeping in water for 2-6 days at a temperature of 20-60°C. This temperature range for the hydration of levoglucosenone 2 is optimal, since under these conditions it is quantitatively hydrated to ketoalcohol 3. The resulting ketoalcohol 3 is oxidized with hydrogen peroxide at a temperature of 50-90°C. Oxidation is carried out at any molar ratio of H 2 O 2 with respect to ketoalcohol 3. As a result of the oxidation of ketoalcohol 3 with hydrogen peroxide, a mixture of intermediate acids 4 [2-deoxy-D-ribonic acid] and 5 [2-deoxy-5-O-formyl -D-ribonic acid], which, in the case of an excess of H 2 O 2 , are lactonized by acid treatment to the target 2-deoxy-D-ribolactone 1 with a total yield of 92%. When this residual amount of H 2 O 2 can be neutralized by any available method. When using 1 equivalent of H 2 O 2 with respect to ketoalcohol 3, the intermediate acids 4 and 5 formed after the oxidation of ketoalcohol 3 are safely lactonized into the target product by boiling the resulting mixture with a yield of 86%. The use of 1 equivalent of H 2 O 2 with respect to ketoalcohol 3 is the most effective in practical terms, since there is no need to remove excess peroxide from the reaction mass. It should be noted that all stages of the proposed method for the preparation of 2-deoxy-D-ribolactone 1 are carried out in one reactor in an aqueous medium, intermediate products are not separated from the reaction mass, and all necessary reagents are added as needed.

Таким образом, предложен высокоэффективный способ получения 2-дезокси-D-риболактона 1 с общим выходом более 86%, принципиальной особенностью которого является проведение всех стадий синтеза в одном реакторе в водной среде. Кроме этого предложенный способ максимально приближен к принципам зеленой химии, практичность и эффективность синтеза достигается за счет использования недорогих и нетоксичных реагентов, и отсутствия необходимости выделения промежуточных продуктов.Thus, a highly efficient method for the preparation of 2-deoxy-D-ribolactone 1 with a total yield of more than 86% has been proposed, the principal feature of which is that all stages of synthesis are carried out in one reactor in an aqueous medium. In addition, the proposed method is as close as possible to the principles of green chemistry, the practicality and efficiency of the synthesis is achieved through the use of inexpensive and non-toxic reagents, and the absence of the need to isolate intermediate products.

Figure 00000002
Figure 00000002

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами:The essence of the invention is confirmed by the following examples:

Пример 1. Синтез 2-дезокси-D-риболактона с использованием избытка H2O2 при комнатной температуре. Раствор 10.0 г (0.079 моль) левоглюкозенона 2 в 100 мл воды выдержали при комнатной температуре 6 дней. Далее к раствору медленно добавили 16.1 мл (0.158 моль) 30%-ной H2O2 и реакционную массу перемешивали при 50°С в течение 1 ч. Раствор охладили до комнатной температуры, добавили 6 мл Me2S и перемешивали 1 ч. Реакционную массу упарили при пониженном давлении. Полученную густую массу растворили в 25 мл MeCN, добавили 1 мл конц. HCl и раствор перемешивали в течение 24 ч. После раствор упарили, остаток хроматографировали на SiO2. Выход 9.6 г (92%) 2-дезокси-D-риболактона 1, прозрачная густая жидкость, [α]D 22 +21.5° (с 1.0, H2O); после 2 дней выдерживания 2-дезокси-D-риболактона 1 в воде [α]D 22 +18.0° (с 1.0, H2O). [Tetrahedron, 1993, v. 49, р. 349: [α]D 22 +19.9° (с 0.71, H2O)]. Rf 0.4 (EtOAc). ИК спектр, ν, см-1: 3336, 1766, 1192, 1056. Спектр ЯМР 1Н (500 МГц, CDCl3) δ, м. д. (J, Гц): 2.38 (1Н, д.д, J=18.0, J=2.4, Н-2), 2.92 (1H, д.д, J=18.0, J=6.7, Н-2), 3.68 (1Н, д.д, J=12.5, J=3.7, CH2OH), 3.76 (1Н, д.д, J=12.5, J=3.3, CH2OH), 4.35-4.40 (1Н, м, H-4), 4.38 (1Н, д. т, J=6.7, J=2.4, Н-3), 4.70-4.90 (2Н, м, ОН). Спектр ЯМР 13С (125 МГц, CDCl3) δ, м.д.: 37.79 (С-2), 61.17 (СН2ОН), 68.33 (С-3), 88.78 (С-4), 177.41 (С-1). Масс-спектр, m/z: 174.1 [M+MeCN+H]+. Найдено, %: С 45.73; Н 6.01. C5H8O4. Вычислено, %: С 45.46; Н 6.10.Example 1 Synthesis of 2-deoxy-D-ribolactone using excess H 2 O 2 at room temperature. A solution of 10.0 g (0.079 mol) of levoglucosenone 2 in 100 ml of water was kept at room temperature for 6 days. Next, 16.1 ml (0.158 mol) of 30% H 2 O 2 was slowly added to the solution, and the reaction mixture was stirred at 50°C for 1 h. the mass was evaporated under reduced pressure. The resulting thick mass was dissolved in 25 ml of MeCN, 1 ml of conc. HCl and the solution were stirred for 24 hours After the solution was evaporated, the residue was chromatographed on SiO 2 . Yield 9.6 g (92%) 2-deoxy-D-ribolactone 1, transparent thick liquid, [α] D 22 +21.5° (c 1.0, H 2 O); after 2 days of keeping 2-deoxy-D-ribolactone 1 in water [α] D 22 +18.0° (from 1.0, H 2 O). [Tetrahedron, 1993, v. 49, p. 349: [α] D 22 +19.9° (c 0.71, H 2 O)]. R f 0.4 (EtOAc). IR spectrum, ν, cm -1 : 3336, 1766, 1192, 1056. 1 H NMR spectrum (500 MHz, CDCl 3 ) δ, ppm (J, Hz): 2.38 (1H, dd, J= 18.0, J=2.4, H-2), 2.92 (1H, d.d, J=18.0, J=6.7, H-2), 3.68 (1H, d.d, J=12.5, J=3.7, CH 2 OH), 3.76 (1H, d.d, J=12.5, J=3.3, CH 2 OH), 4.35-4.40 (1H, m, H-4), 4.38 (1H, d.t, J=6.7, J =2.4, H-3), 4.70-4.90 (2H, m, OH). 13C NMR spectrum (125 MHz, CDCl 3 ) δ, ppm: 37.79 (C-2), 61.17 (CH 2 OH), 68.33 (C-3), 88.78 (C-4), 177.41 (C- 1). Mass spectrum, m/z: 174.1 [M+MeCN+H] + . Found, %: С 45.73; H 6.01. C 5 H 8 O 4 . Calculated, %: С 45.46; H 6.10.

Пример 2. Синтез 2-дезокси-D-риболактона с использованием избытка H2O2 при 50°С. Раствор 10 г (0.079 моль) левоглюкозенона 2 в 100 мл воды выдержали при 50°С в течение 48 ч. Далее к раствору медленно добавили 16.1 мл (0.158 моль) 30%-ной H2O2 и реакционную массу перемешивали при 50°С в течение 1 ч. Для нейтрализации избытка перекиси водорода раствор охладили до комнатной температуры, добавили 6 мл Me2S и перемешивали 1 ч. Реакционную массу упарили при пониженном давлении. Для лактонизации полученную густую массу растворили в 25 мл MeCN, добавили 1 мл конц. HCl и раствор перемешивали в течение 24 ч. После раствор упарили, остаток хроматографировали на SiO2. Выход 8.7 г (83%) 2-дезокси-D-риболактона 1.Example 2 Synthesis of 2-deoxy-D-ribolactone using excess H 2 O 2 at 50°C. A solution of 10 g (0.079 mol) of levoglucosenone 2 in 100 ml of water was kept at 50°С for 48 h. Next, 16.1 ml (0.158 mol) of 30% H 2 O 2 was slowly added to the solution, and the reaction mixture was stirred at 50°С for 1 h. To neutralize excess hydrogen peroxide, the solution was cooled to room temperature, 6 ml of Me 2 S was added and stirred for 1 h. The reaction mass was evaporated under reduced pressure. For lactonization, the resulting thick mass was dissolved in 25 ml of MeCN, 1 ml of conc. HCl and the solution were stirred for 24 hours After the solution was evaporated, the residue was chromatographed on SiO 2 . Yield 8.7 g (83%) of 2-deoxy-D-ribolactone 1.

Пример 3. Синтез 2-дезокси-D-риболактона с использованием 1 эквивалента H2O2. Раствор 10.0 г (0.079 моль) левоглюкозенона 2 в 100 мл воды выдержали при комнатной температуре 6 дней. Далее к раствору медленно добавили 8.1 мл (0.079 моль) 30%-ной H2O2. Реакционную массу перемешивали при 50°С в течение 1 ч, затем кипятили 2 ч. Для удаления примесей из реакционной массы раствор охладили до комнатной температуры, экстрагировали 1 раз 50 мл CH2Cl2. Водную фазу упарили, полученную густую массу выдержали 2 часа при 90°С при давлении 1-2 мм рт.ст. Выход 10.5 г (100%) 2-дезокси-D-риболактона 1, прозрачная или слегка желтоватая густая жидкость, чистота продукта 86%.Example 3 Synthesis of 2-deoxy-D-ribolactone using 1 equivalent of H 2 O 2 . A solution of 10.0 g (0.079 mol) of levoglucosenone 2 in 100 ml of water was kept at room temperature for 6 days. Next, 8.1 ml (0.079 mol) of 30% H 2 O 2 was slowly added to the solution. The reaction mass was stirred at 50°C for 1 h, then boiled for 2 h. To remove impurities from the reaction mass, the solution was cooled to room temperature, extracted once with 50 ml of CH 2 Cl 2 . The aqueous phase was evaporated, the resulting thick mass was kept for 2 hours at 90°C at a pressure of 1-2 mm Hg. Yield 10.5 g (100%) of 2-deoxy-D-ribolactone 1, transparent or slightly yellowish thick liquid, product purity 86%.

Claims (4)

1. Способ получения 2-дезокси-D-риболактона, включающий гидратацию [(1S,5R)-6,8-диоксабицикло[3.2.1]окт-2-ен-4-он] левоглюкозенона в воде, окисление полученного [(1R,2S,5R)-2-гидрокси-6,8-диоксабицикло[3.2.1]-октан-4-он] кетоспирта и лактонизацию образующихся промежуточных продуктов окисления кетоспирта в целевой продукт путем кислотной обработки, отличающийся тем, что гидратацию левоглюкозенона в воде проводят при температуре 20-60°С в течение 2-6 дней, окисление кетоспирта приводят перекисью водорода при температуре 50-90°С.1. Method for obtaining 2-deoxy-D-ribolactone, including hydration of [(1S,5R)-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]oct-2-en-4-one] levoglucosenone in water, oxidation of the obtained [(1R ,2S,5R)-2-hydroxy-6,8-dioxabicyclo[3.2.1]-octan-4-one] ketoalcohol and lactonization of the resulting intermediate products of ketoalcohol oxidation into the target product by acid treatment, characterized in that the hydration of levoglucosenone in water carried out at a temperature of 20-60°C for 2-6 days, the oxidation of ketoalcohol lead to hydrogen peroxide at a temperature of 50-90°C. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образующуюся после окисления кетоспирта смесь промежуточных кислот [2-дезокси-D-рибоновая кислота и 2-дезокси-5-O-формил-D-рибоновая кислота] не выделяют из реакционной массы.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture of intermediate acids formed after the oxidation of the ketoalcohol [2-deoxy-D-ribonic acid and 2-deoxy-5-O-formyl-D-ribonic acid] is not isolated from the reaction mass. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании 1 эквивалента перекиси водорода по отношению к кетоспирту образующуюся смесь промежуточных кислот лактонизируют в целевой продукт путем кипячения реакционной массы.3. The method according to p. 1, characterized in that when using 1 equivalent of hydrogen peroxide in relation to ketoalcohol, the resulting mixture of intermediate acids is lactonized into the target product by boiling the reaction mass. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что все стадии синтеза 2-дезокси-D-риболактона проводят в одном реакторе.4. The method according to p. 1, characterized in that all stages of the synthesis of 2-deoxy-D-ribolactone are carried out in one reactor.
RU2021115020A 2021-05-25 Method for production of 2-deoxy-d-ribolactone RU2793707C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021115020A RU2021115020A (en) 2022-11-25
RU2793707C2 true RU2793707C2 (en) 2023-04-04

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU929640A1 (en) * 1980-08-11 1982-05-23 Краснодарский политехнический институт Process for producing 3-benzyl-2-buteneolide
SU1077890A1 (en) * 1982-04-16 1984-03-07 Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт Process for preparing (3,3-(ethoxycarbonyl)-methyl)-butanolide
JP2020138959A (en) * 2019-02-22 2020-09-03 オーダ化成株式会社 Method for producing sugar

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU929640A1 (en) * 1980-08-11 1982-05-23 Краснодарский политехнический институт Process for producing 3-benzyl-2-buteneolide
SU1077890A1 (en) * 1982-04-16 1984-03-07 Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт Process for preparing (3,3-(ethoxycarbonyl)-methyl)-butanolide
JP2020138959A (en) * 2019-02-22 2020-09-03 オーダ化成株式会社 Method for producing sugar

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. MATSUMOTO et al. Short synthesis of (3S,4R)- and (3R,4R)-3-hydroxy-4-hydroxymethyl-4-butanolides, two lactones from levoglucosenone. Bull. Chem. Soc. Jpn., 1995, v. 68, р.670-672. YUSUKE MASUDA et al. C-1 Oxidation/C-2 Reduction Isomerization of Unprotected Aldoses Induced by Light/Ketone. Angewandte Chemie International Edition, 2019, vol. 59(7), pp. 2755-2759. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pearce et al. Synthesis and absolute configuration of multistriatin
KR101631928B1 (en) Dianhydrosugar production process
SU1128829A3 (en) Method of obtaining optically active norpinene compounds
US6361983B1 (en) Process for the isolation of 1,3-propanediol from fermentation broth
NO328934B1 (en) Process for the preparation of hexahydro-furo [2,3-B] furan-3-ol
Ziegler et al. Applications of the 3-methyl-. Gamma.-butyrolactone strategy to the synthesis of polypropionates: The prelog-djerassi lactonic ester, ent-invictolide, and the c19-c27 fragment of rifamycin s
Sun et al. The chemical synthesis of aryltetralin glycosides
WO2014058078A1 (en) Process for producing dihydro-2h-pyran derivatives
RU2793707C2 (en) Method for production of 2-deoxy-d-ribolactone
US20080009639A1 (en) Preparation of oseltamivir phosphate (Tamiflu) and intermediates starting from D-glucose or D-xylose
Usami Synthesis of marine-derived carbasugar pericosines
CN109553610B (en) Preparation method of emtricitabine isomer
Rassu et al. Advances in the chemical synthesis of medium-sized cyclitols
CN1729199A (en) Method for extracting 2-ketone-l-gulonic acid from a polar, preferably aqueous solvent
EP1688501B1 (en) Process for the preparation of manool and manool ketone
Lemus et al. Lewis acid catalyzed enlargement of cyclic β‐alkoxyenals and one‐pot synthesis of polyfunctional enoxysilanes derived from aucubin with trimethylsilyldiazomethane
JP2001011063A (en) Production of optically active gamma-lactone
Yang et al. New Secondary Metabolites from an Endophytic Fungus in Porodaedaleapin Shuen-Shin Yang, Ming-Jen Cheng, Hing-Yuen Chan, Sung-Yuan Hsieh, Ho-Cheng Wu, Gwo-Fang Yuan, Chu-Hung Lin, Hsun-Shuo Chang, and Ih-Sheng Chen
Kurniawan Strategies for the synthesis of brevipolides
JPWO2019159871A1 (en) Method for producing cyclopentenone derivative
Sharma et al. Radical reactions on furanoside acetals: A formal synthesis of (−)-canadensolide from D-mannose
Gypser et al. d‐Erythronolactone and 2, 3‐O‐Isopropylidene‐l‐erythrose as C4 Building Units: An Efficient Synthesis of both Enantiomers of endo‐Brevicomin and its 7‐Vinyl Analogues
US9802909B2 (en) Enantioselective process for synthesis of (+)- petromyroxol and its diastereomers
KR100375961B1 (en) Process for the preparation of protected 3-amino-1,2-dihydroxypropane acetal and derivatives thereof
RU2381221C2 (en) Method for synthesis of (+)- and (-)-3-oxabicyclo[3,3,0]oct-6-en-2-ones