Synteza trójcyklicznej oksazoliny

Oksazoliny to pierścieniowe, pięciokątne związki organiczne, zawierające atomy tlenu i azotu w pozycji 1,3. Możliwe są trzy izomery różniące się położeniem wiązania podwójnego, ja jednak będę się zajmował dziś tylko 2-oksazoliną. (pierwsza od lewej)

Ich użycie jako ligandów w syntezach asymetrycznych wiąże się z dwiema cennymi właściwościami - chętnie kompleksują metale, oraz łatwo jest otrzymać związki z podstawnikami przy centrum stereogenicznym o określonej konfiguracji. Dzięki temu możliwe jest tworzenie ligandów kierujących reakcję do określonego izomeru.

Istnieje kilka różnych metod syntetycznych oksazolin, wszystkie jednak opierają się na wykorzystaniu aminoalkoholi, te zaś otrzymuje się z redukcji naturalnych aminokwasów. W moim przypadku była to synteza Witte'a-Selingera[1] z użyciem nitryli:

Podaje się taki oto mechanizm utworzenia pierścienia[2]:

 Kwas Lewisa aktywizuje nitryl przez przyłączenie do azotu, tworząc kation nitryliowy. Do niego do węgla z ładunkiem dodatnim dołącza się azot aminoalkoholu. W kolejnym etapie pęka wiązanie podwójne w części iminowej, węgiel przyłącza się do tlenu a azot odchodzi. Powstaje pięciokątny pierścień z niezmienioną konfiguracją centr stereogenicznych.

Oksazolina którą miałem otrzymywać miała postać trzech pierścieni skondensowanych, ponieważ przyłączona część przypomina indol, będą ją dalej nazywał indeno-oksazoliną:

Substratem do reakcji był 2-aminobenzonitryl, drugim zaś (1R,2S)-1-amino-2-indanol, ale na początku należało przygotować katalizator - bezwodny chlorek cynku.

Chlorek cynku ma postać białego, drobnego proszku, niestety łatwo łapiącego wilgoć z powietrza. Aby więc uzyskać bezwodny, musiałem go mocno podgrzać - wsypałem go do tygla a ten umieściłem nad palnikiem. Chlorek stopił się w rzadką, ciemną ciecz:

Teraz należało go ochłodzić ale tak, aby nie zestalił się w jedną masę i aby zarazem nie nabrał znów wilgoci. W tym celu tygiel umieściłem w strumieniu argonu pod dużym lejkiem, i intensywnie mieszałem aby rozetrzeć tężejącą masę:

Gdy chlorek był już przygotowany, odważyłem szybko potrzebne ilości reagentów i umieściłem w kolbie. Dodałem chlorobenzenu, wrzuciłem mieszadełko i nasadziwszy chłodnicę zwrotną nastawiłem na mieszanie przez dwa dni:

Reakcja była prowadzona w atmosferze argonu, aparatura wcześniej dobrze wysuszona.

Po przepisowym czasie, mieszaninę reakcyjną odparowałem pod obniżonym ciśnieniem aby usunąć rozpuszczalnik, po czym dobrze zdrapałem z dna łopatką i zalałem 30% roztworem wodorotlenku sodu.  Oksazoliny, jak już tłumaczyłem, chętnie tworzą kompleksy z metalami, tak też działo się z produktem - tworzył dobrze związany kompleks z cynkiem i aby go wyodrębnić, należało ten kompleks czymś rozbić. Reakcja z ługiem służyła właśnie temu.

Gdy dobrze roztarta mieszanina przereagowała, ekstrahowałem z niej właściwy produkt chlorkiem metylenu, trzy razy zlewając warstwę organiczną, którą po wysuszeniu siarczanem magnezu odparowałem. Teraz pozostał mi już tylko rozdział na kolumnie chromatograficznej. Za eluent posłużyła mieszanka heksan/chlorek metylenu 8:1:

Na płytce oświetlonej UV indeno-oksazolina dawała nie zbyt intensywną niebieską fluoryzację (najmocniejsza plamka w środku).
Gdy zebrałem już czystą frakcję, odparowywałem ją, zauważając przy tym szczególną postać - związek krystalizował jako długie, białe igły, na tyle cienkie i giętkie, że podczas odparowywania w obrotowej wyparce splotły się w skręcone włókna, wypełniając kolbkę masą podobną do waty:

Wydajność reakcji była dobra, wynosząc 92%
--------
[1] Konrad Weickhardt, Margareta Zehnder, Tobias Ranf, Carsten Bolm, Synthesis of Optically Active  Bis(2-oxazolines): Crystal Structure of a 1,2-Bis(2-oxazolinyl)benzene ZnCl2 Complex, Chemische Berichte, Volume 124, Issue 5, pages 1173–1180, Mai 1991

[2] Moghadam M. et al. , InCl3 as an Efficient Catalyst for Synthesis of Oxazolines under Thermal, Ultrasonic and Microwave Irradiations, J. Iran. Chem. Soc., Vol. 6, No.2, June 2009, pp. 251-258