$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Związki estrowe są szeroko stosowane w takich zastosowaniach jak związki smakowe, farmaceutyki, kosmetyki i materiały. Powszechnie stosuje się odczynniki sprzęgające karbodimidy w celu ułatwienia tworzenia estrów z kwasu karboksylowego i alcohol1. Na przykład w estryfikacji Steglich dicyclohexylcarbodiimid (DCC) reaguje z kwasem karboksylowym w obecności 4-dimetyloaminopirydyny (DMAP) w celu wytworzenia aktywowanej pochodnej kwasu, zwykle w układzie rozpuszczalnika chlorowanego lub dimetyloformamidu (DMF)2,3,4. Aktywowana pochodna kwasu jest następnie poddawana nukleofilowemu podstawieniu acylowemu alkoholem w celu wytworzenia produktu estrowego, który jest zwykle oczyszczany za pomocą chromatografii. Estryfikacja Steglich umożliwia łagodne sprzężenie dużych, złożonych kwasów karboksylowych i alkoholi, w tym alkoholi drugorzędowych i trzeciorzędowych z utrudnieniami sterycznymi2,5,6. Celem tej pracy jest modyfikacja standardowego protokołu estryfikacji Steglich, aby zapewnić bardziej ekologiczną opcję syntezy dla tej powszechnej reakcji estryfikacji.
Jednym z ważnych aspektów w projektowaniu nowej metodologii syntezy jest dążenie do zminimalizowania użycia i powstawania substancji niebezpiecznych. The Twelve Principles of Green Chemistry7 może być wykorzystany jako wytyczne do tworzenia bezpieczniejszych syntez. Niektóre z nich obejmują zapobieganie wytwarzaniu odpadów (zasada 1) i stosowanie bezpieczniejszych rozpuszczalników (zasada 5). W szczególności rozpuszczalniki stanowią 80-90% masy niewodnej materiałów w produkcji farmaceutycznej8. W związku z tym modyfikacja protokołu w celu użycia mniej niebezpiecznego rozpuszczalnika może mieć duży wpływ na ekologiczność reakcji organicznej.
Reakcje estryfikacji Steglich często wykorzystują bezwodne systemy rozpuszczalników chlorowanych lub DMF; jednak te rozpuszczalniki są niepokojące zarówno dla środowiska, jak i dla zdrowia ludzkiego. Dichlorometan (CH2Cl2) i chloroform (CHCl3) są prawdopodobnymi czynnikami rakotwórczymi dla ludzi, a DMF ma obawy dotyczące szkodliwego wpływu na rozrodczość9. Ponadto CH2Cl2 zuboża warstwę ozonową10. W związku z tym mniej niebezpieczny rozpuszczalnik do estryfikacji Steglich byłby bardzo użyteczny. Chociaż nie ma jeszcze zielonych zamienników polarnych rozpuszczalników aprotonowych, acetonitryl jest zalecany jako bardziej ekologiczny zamiennik dla CH2Cl2, CHCl3 i DMF9. Acetonitryl jest obecnie wytwarzany jako produkt uboczny w produkcji akrylonitrylu; Odnotowano jednak zieloną syntezę acetonitrylu z biomasy na skalę akademicką11, a potencjalne opcje ponownego wykorzystania i odzysku ze strumieni odpadów są badane12. Acetonitryl był wcześniej stosowany jako bardziej ekologiczna alternatywa rozpuszczalnikowa w reakcjach sprzęgania karbodimidu w syntezie peptydów w fazie stałej w celu utworzenia wiązań amidowych13. Wykazano zastosowanie acetonitrylu jako systemu rozpuszczalnikowego do estryfikacji Steglich14,15,16,17,18,19,20,21; Metody te nie skupiają się jednak na zielonym aspekcie rozpuszczalnika i wykorzystują również dodatkowe oczyszczanie za pomocą chromatografii kolumnowej.
Zmniejszenie potrzeby stosowania chromatografii kolumnowej jako etapu oczyszczania również minimalizuje niebezpieczne marnotrawstwo rozpuszczalników8. Oprócz stosowania mniej niebezpiecznego rozpuszczalnika reakcyjnego, metodologia ta umożliwia izolację produktu o wysokiej czystości bez konieczności przeprowadzania chromatografii. Tradycyjnie stosowany odczynnik sprzęgający dicykloheksylokarbodimid (DCC) zastępuje się chlorowodorkiem 1-etylo-3-(3-dimetyloaminopropylo)karbodimidu (EDC). Podstawowa aminowa grupa funkcyjna na tym odczynniku umożliwia usunięcie produktów ubocznych reakcji i wszelkich pozostałości odczynników poprzez etapy przemywania kwasowego i zasadowego.
Protokół przedstawiony tutaj może być używany z różnymi partnerami kwasowymi i alkoholowymi (Rysunek 1). Został on wykorzystany do syntezy małej biblioteki pochodnych estrów cynamylowych przy użyciu pierwszorzędowych, wtórnych, benzylowych i allilowych alkoholi oraz fenoli22. Dodatkowo, szybkość reakcji estryfikacji w acetonitrylu jest porównywalna do tej w systemach rozpuszczalnikowych chlorowanych i DMF, bez konieczności suszenia lub destylacji acetonitrylu przed reakcją22. Estry syntetyzowane z alkoholi trzeciorzędowych nie zostały wyizolowane, co obecnie stanowi ograniczenie metodologii w porównaniu z tradycyjną estryfikacją Steglich w chlorowanym rozpuszczalniku23. Ponadto inne grupy kwasowo-labilne mogą być dotknięte przez etapy płukania kwasem, co może wymagać chromatografii kolumnowej w celu oczyszczenia po usunięciu acetonitrylu. Pomimo tych ograniczeń reakcja jest łatwą i ogólną metodą syntezy estrów z wysoką wydajnością przy użyciu szeregu składników zarówno alkoholu, jak i kwasów karboksylowych. Zastosowanie bardziej ekologicznego systemu rozpuszczalnikowego i wysoka czystość bez konieczności przeprowadzania etapów chromatografii sprawiają, że protokół ten jest atrakcyjną alternatywą dla tradycyjnej estryfikacji Steglich.

Rysunek 1. Ogólny schemat reakcji. Ogólny schemat reakcji polega na sprzężeniu kwasu karboksylowego i alkoholu, co jest ułatwione za pomocą odczynnika sprzęgającego karbodimidu (chlorowodorek 1-etylo-3-(3-dimetyloaminopropylo)karbodimidu lub EDC) i 4-dimetyloaminopirydyny (DMAP) w acetonitrylu. Aby zademonstrować zakres reakcji, estry utworzono przy użyciu różnych kwasów (1-5) z pierwszorzędowym (6) lub drugorzędowym (7) alkoholem. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.