Istnieje kilka/kilkanaście związków chemicznych, których nazwy zna chyba każdy. Do tej grupy należy z pewnością nikotyna:

Nikotyna jest alkaloidem występującym w tytoniu (Nicotiana tabacum) i właśnie od łacińskiej nazwy tej rośliny nikotyna wzięła swoją nazwę. Natomiast łacińska nazwa tytoniu jest związana z osobą Jean’a Nicot’a (francuskiego ambasadora w Portugalii), który w 1560 roku przysłał tę roślinę z Brazylii do Francji i propagował jest walory lecznicze. To tyle z ciekawostek

Cząsteczka nikotyny zbudowana jest z dwóch pierścieni – pirydynowego i pirolidynowego. Wiązanie łączące te dwa pierścienie jest z pewnością strategiczne i prawdopodobnie istnieją możliwości aby zostało ono odpowiednio zagospodarowane w syntezie. Postaram się to jeszcze kiedyś opisać. Dzisiaj jednak zajmiemy się strategią, której ideą przewodnią jest konstrukcja pierścienia pirolidynowego. Dyskonekcje pomiędzy atomami węgla a heteroatomem (azotem) są pierwszymi, które należy zastosować:

W wyniku tego uproszczenia dostajemy związek dikarbonylowy A, w którym – tak się nieszczęśliwie złożyło -  grupy karbonylowe są w niekorzystnym 1,4-położeniu względem siebie. Jedna z możliwych dyskonekcji prowadzi do fragmentów B i C. Polaryzacja atomów węgla we fragmencie C jest naturalna i ekwiwalentem syntetycznym syntonu C może być np. aldehyd akrylowy D. Jednakże atom węgla grupy karbonylowej syntonu B ma polaryzację ujemną – co nie jest normalne, ponieważ rozważając rozkład ładunku elektrycznego np. w aldehydach temu atomowi węgla przypisalibyśmy cząstkowy ładunek dodatni.

Oczywiście istnieją metody, które pozwalają na odwrócenie polarności (słowo klucz – umpolung) na karbonylowym atomie węgla – np. synteza z wykorzystaniem tioacetali.

Jest jednak pewna bardzo ciekawa reakcja, która nie będzie wymagała od nas stosowania wyszukanych równoważników syntetycznych dla syntonu B. Mam tu na myśli reakcję Stettera. Plan syntezy byłby następujący:

Zamierzamy wziąć dwa aldehydy – nikotynowy 2 i akrylowy 3, trietyloaminę oraz tiazolową sól Stettera 4 (jako katalizator) i oczekujemy związku 5 jako produktu. Nasuwają się dwa pytania – czym u licha jest sól Stettera oraz jak ona ma niby pomóc w zajściu wspomnianej reakcji?

Struktura katalizatora jest zdumiewająca:

To nie przypadek, że jest on analogiem witaminy B₁ (tiaminy). Skoro bowiem tiamina, w organizmach żywych, z powodzeniem pośredniczy w ważnych reakcjach związków karbonylowych – to dlaczego nie zastosować jej (bądź czegoś co będzie miało podobne działanie, a będzie tańsze itd.) w procesach prowadzonych w laboratorium czy w przemyśle? Do tego zmierza organokataliza.

No dobra – w tym konkretnym przypadku reakcji Stettera cykl katalityczny wyglądałby następująco:

Schemacik robi wrażenie, co nie ?

Pod wpływem zasady sól 4 zostaje przekształcona w związek 4a, w którym dwa różnoimienne ładunki są zgromadzone na sąsiednich atomach. Związek 4a jest więc czymś w rodzaju ylidu azotowego i to on jest rzeczywistym katalizatorem reakcji. Ylid 4a jest nukleofilem i ulega addycji do wiązania C=O aldehydu nikotynowego 2 dając addukt 4b. Związek 4b jest  deprotonowany, w wyniku czego powstaje alken 4c. W związku tym bezpośrednio do wiązania podwójnego węgiel-węgiel przyłączone są heteroatomy: azot, siarka i tlen – co sprawia, że układ jest bardzo bogaty w elektrony. Ponieważ w środowisku reakcji znajduje się α,β-nienasycony aldehyd, więc nic nie stoi na przeszkodzie aby mogła zajść addycja typu Michaela. W ten sposób powstaje związek 4d, będący w stanie równowagi ze związkiem 4e. Ten z kolei może oddysocjować oczekiwany związek dikarbonylowy 5, a powstający równocześnie ylid 4a jest zawracany do cyklu katalitycznego. I tak to się kręci. W każdym razie reakcja zasługuje na uwagę.

Kolejny etap nie powinien nastręczać trudności. Związek 5 w obecności metyloaminy i jakiegoś chiralnego reduktora (wiele różnych możliwości) zostanie przekształcony w nikotynę 1. Na schemacie zaznaczyłem przypuszczalny związek przejściowy 6.

Zobacz podobne posty: