В этом ученым помог органокатализ
Химики из Германии впервые научились энантиоселективно получать неустойчивый изопиперетинол из цитраля, а затем превращать его в полезные вещества – например, ментол. Для этого они использовали имидодифосфатный органический катализатор с подходящей кислотностью. Исследование опубликовано в Nature.
Для применения в медицине и пищевой промышленности ментол выделяют из природных источников, либо синтезируют в три стадии из цитраля или в пять стадий мирцена (цитраль и мирцен – природные терпены). И для обоих этих способов необходимы хиральные металлоорганические катализаторы.
Теоретически ментол было бы можно получать из цитраля, а точнее его Z-изомера нераля, в две стадии. В нерале есть уже все необходимые атомы углерода и кислорода, и для успешного синтеза достаточно провести кислотно-катализируемую циклизацию нераля, получить изопиперитенол, а его прогидрировать до ментола. Попытки провести первую из этих реакций – циклизацию нераля в изопиперитенол – начались еще в конце XIX века, но у химиков до сих пор не получилось провести ее селективно и с высоким выходом.
Проблема с этой реакцией в том, что продукт циклизации намного более реакционноспособен, чем исходный нераль. И как только химики смешивали нераль с какой-либо кислотой, образующийся изопиперитенол быстро с ней реагировал, образуя смесь продуктов. Из-за этого найти подходящий для циклизации реагент не получалось до сих пор.
Но эту проблему преодолели химики под руководством Беньямина Листа (Benjamin List) из Института исследования угля Общества Макса Планка. Ранее сотрудники лаборатории Листа разработали семейство органических хиральных кислотных катализаторов на основе производных фосфорной кислоты. И они предположили, что некоторые из этих катализаторов смогут помочь провести циклизацию нераля.
Сначала ученые протестировали несколько классических кислотных катализаторов с разными значениями константы кислотности, но успеха достичь не удалось – циклизация либо не проходила вообще, либо приводила к продуктам распада изопиперитенола. Тогда ученые попробовали использовать несколько разработанных ими органических катализаторов, и один из них сработал хорошо: изопиперитенол получился с выходом 76 процентов и энантиомерным избытком в 98 процентов.
Далее, полученный изопиперитенол химики превратили в оптически чистый ментол в одну стадию. Для этого они использовали гидрирование на катализаторе Линдлара, которое прошло с выходом 88 процентов за два дня.
Чтобы объяснить особенность реакции циклизации, катализируемой органическим катализатором, химики использовали квантовохимические расчеты. Благодаря им, ученые выяснили, что катализатор образует с протонированным продуктом циклизации устойчивую ионную пару, которая не претерпевает побочных превращений.
Так химики научились легко получать оптически чистый ментол из нераля с общим выходом в 67 процентов. Возможно в будущем этот процесс будут использовать для промышленного производства ментола.
Недавно мы рассказывали о том, как та же группа химиков применила органокатализ для энантиоселективного синтеза циклобутанов. А прочитать про историю органокатализа можно в нашем материале «Химия Зазеркалья».