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Boletín de la Sociedad Chilena de Química

versão impressa ISSN 0366-1644

Bol. Soc. Chil. Quím. v.46 n.3 Concepción set. 2001

http://dx.doi.org/10.4067/S0366-16442001000300010 

UNA SINTESIS EFICIENTE DEL N,N',N''-TRIS-
(2,3 DIHIDROXIBENZOIL)-1,1,1-TRIS-(AMINOMETIL)ANO,
UN ANÁLOGO DE LA ENTEROBACTINA

J. BELMARa, C. JIMENEZa y J. RODRIGUEZb.

aDepartamento de Química Orgánica y bLaboratorio de Recursos Renovables,
Facultad de Ciencias Químicas. Universidad de Concepción, Casilla 160-C, Concepción, Chile.
jbelmar@udec.cl

(Recibido: Marzo 21, 2001 - Aceptado: Junio 15, 2001)

SUMMARY

The synthesis of N,N',N"-tris-(2,3-dihydroxybenzoyl)-1,1,1-tris-(aminomethyl)ethane (11) from 1,1,1-tris-(hydroxymethyl)ethane (1) via the tris-azide 3 is described. Reduction of 3 with lithium aluminium hydride led to the corresponding amine 4 in 65% yield. Acylation of 3 with N-(2,3-dibenzyloxybenzoyloxy)succinimide (9) followed by catalytic hydrogenation afforded N,N',N"-tris-(2,3-dihydroxybenzoyl)-1,1,1-tris-(aminomethyl)ethane (11) in 57% yield.

KEYWORDS: siderophores, chelators, synthesis, Enterobactin.

RESUMEN

Se describe la síntesis de N,N',N"-tris-(2,3-dihidroxibenzoil)-1,1,1-tris -(aminometil)etano (11) a partir del 1,1,1-tris-(hidroximetil)etano (1), via la triazida (3). La reducción con LiAlH4 lleva a la amina 4 con 65% de rendimiento. La acilación de 3 con N-(2,3-dibenciloxibenzoiloxi)succinimida (9) seguida de hidrogenación catalítica genera N,N',N"-tris-(2,3-dihidroxibenzoil)-1,1,1-tris-(aminometil)etano (11) con un rendimiento de 57%.

PALABRAS CLAVES: sideróforos, quelantes, síntesis, Enterobactina.

INTRODUCCION

Los sideróforos son definidos como agentes quelantes específicos para Fe+3, producidos por microorganismos para secuestrar este metal desde el medio1. En su mayoría son polipéptidos cíclicos de bajo peso molecular2. Uno de estos compuestos es la Enterobactina (Figura 1), aislado de E. coli3, corresponde a un triéster cíclico de L-serina al cual se anclan tres unidades del ácido 2,3-dihidroxibenzoico formando una triamida. Este compuesto posee una constante4 de complejamiento Kf = 1049, la más alta conocida.

Corey5 fue el primero en plantear una ruta de síntesis para un análogo de la Enterobactina. Después de él numerosos investigadores6 han diseñado métodos para la obtención de este sideróforo y algunas estructuras modificadas. Esta bien establecido que la quiralidad y forma del complejo son importantes en el proceso de reconocimiento por parte de los microorganismos, así como también la reducción del espacio conformacional7 para aumentar la eficiencia del enlace con el metal. En busca de estas características se han sintetizado8,9 moléculas como N,N',N"-tris-(2,3-dihidroxibenzoil)-1,3,5-tris -(aminometil)benceno, N,N',N"-tris-(2,3-dihidroxibenzoil)-tris-(2-aminoetil)amina y en este último tiempo un análogo mas pequeño10 el que en este trabajo denominamos TRMTCAM. Sin embargo la mayoría de estas rutas no siempre funcionan tan bien como se encuentra descrito. Frecuentemente se presentan problemas de solubilidad, muy bajos rendimientos e incluso ausencia absoluta de reacción. De modo que la mejor solución suele ser una buena combinación de las rutas ya descritas. Otro problema que se presenta desde el punto de vista práctico, es la variación abrupta de masas de los reactivos en algunas de las etapas. Esto debido a la inclusión de grupos protectores o derivatización para aumentar la reactividad. Así se hace necesario trabajar con volúmenes grandes de solventes aunque se tenga pocos equivalentes de las sustancias importantes.

Con el fin de estudiar posibles aplicaciones de algunos sideróforos hemos debido sintetizarlos. En este trabajo se describe una ruta eficiente para la síntesis de N,N',N"-tris-(2,3-dihidroxibenzoil)-1,1,1-tris -(aminometil)etano y que resuelve los problemas antes mencionados.

Fig.1. Enterobactina

RESULTADOS Y DISCUSION

En el esquema 1 se muestra la ruta seguida en la obtención de 1,1,1-tris-(aminometil)etano (4) que sirve de plataforma en la construcción del sideróforo. El triol 1, disponible comercialmente, se trata con cloruro de metano sulfonilo para obtener el éster sulfonato 2. Se evita así el gran cambio de masa que supone sulfonar con cloruros de benceno- o p-toluenosulfonilo y se evita también los prolongados tiempos de reflujo requeridos para una bromación.

El éster sulfonato (2) al ser tratado con azida sódica en DMSO seco y posterior reducción con hidruro de aluminio y litio conduce a la triamina 4. El rendimiento total de esta ruta es de 65%.

El esquema 2 muestra la obtención de la forma activada del ácido 2,3-dihidroxibenzoico (9). En primer lugar se obtiene el 2,3-dihidroxibenzoato de metilo (6) y luego se protegen los hidroxilos fenólicos por bencilación en DMF y K2CO3. La hidrólisis del producto 7 produce ácido 2,3-dibenciloxibenzoico (8). La reacción de 8 con N-hidroxisuccinimida y DCC permite obtener la N-(2,3-dibenciloxibenzoiloxi)-succinimida (9). Así se aumenta de manera moderada la electrofilia del carbono carboxílico y se evita la formación de productos indeseados, ya que la reacción de acilación que sigue (compuesto 9 y la triamina 4) se desarrolla a temperatura ambiente. Finalmente por hidrogenación, utilizando Pd al 5% sobre carbón como catalizador, permite eliminar los grupos bencilos de 10 y obtener el sideróforo 11.

En resumen el TRMTCAM (11) se obtiene en cinco pasos con 57% de rendimiento a partir del 1,1,1-tris-(aminometil)etano (1). Las rutas desarrolladas resultan ser en su mayoría eficientes, las condiciones en cada etapa son fáciles de lograr en laboratorio y sus pasos de purificación no son extensos reduciendo asi la masa de los productos de desecho.

 

 

 

PARTE EXPERIMENTAL

Los compuestos sintetizados fueron caracterizados por FTIR (Nicolet, Magna 550), 13C y 1H-RMN (Bruker AC 250P; 62.9 y 250 MHz, respectivamente, TMS como estandar interno). Espectros de correlación 1H-1H y espectros DEPT, también fueron utilizados para asignar señales. Los puntos de fusión (en grados Celcius) fueron obtenidos en un Microscopio Kofler y no están corregidos. Para completar la caracterización se obtuvieron análisis C, H, N en un Analizador Elemental Fisons EA 1108. Los valores del infrarrojo (n) se muestran como centrimetros reciprocos (cm-1) y los desplazamientos químicos de los espectros de RMN (d) se muestran en ppm. Los espectrogramas de masas se obtuvieron en un Cromatógrafo de Gases HP 5890 Serie II, acoplado a un Equipo de Masas HP 5972 MSD con Detector cuadrupolar.

tris-Metanosulfonato de 1,1,1-tris-(hidroximetil)etilo (2). En un matraz, se colocan 20.0 g (0.17 moles) de 1,1,1-tris-(hidroximetil)etano (1), y se le agregan 100 ml de piridina, se enfría a 0°C. Se adiciona lentamente cloruro de metano sulfonilo 42.8 ml (63.0 g, 0.55 moles). Se agita durante 24 horas a temperatura ambiente y luego se calienta en un baño de agua a 80°C por 2 horas. Se enfría y se vierte sobre HCl/hielo; se filtra y el sólido se lava con HCl 10%. El filtrado anterior se extrae con dos porciones de 100 ml de CH2Cl2, los que finalmente se reunen y se lavan con agua hasta pH neutro. Se seca con Na2SO4. y se evapora el solvente. El residuo se recristaliza desde THF a -18°C. Se obtiene el producto con un rendimiento de 78%, P.F. 81° - 83°C.

Anal. Elem. C5H18S3O9 : Calc. C, 27.1; H, 5.1; S, 27.1. Exp.: C, 27.7; H, 5.3; S, 26.9.

1H RMN (CDCl3) d: 4.16 (s, 6H, -OCH2), 3.07 (s, 9H, -SCH3), 1.17 (s, 3H, -CH3).

13C RMN (CDCl3) d: 69.3 (-OCH2), 39.4 (-C), 37.3 (-SCH3), 16.2 (-CH3).

IR-FT (KBr) nmax : 3027, 2941, 1355, 1175, 971 y 847.

CG-MS M+ = 355 (354).

1,1,1-tris(Azidometil)etano (3). En un matraz de fondo redondo provisto de un refrigerante en posición de reflujo, se disuelven 46.1 g (0.13 moles) de (2) en 150 ml de DMSO seco y se le agregan 91.3 g (1.40 moles) de NaN3, bajo agitación vigorosa. Esta mezcla se calienta a 90°C en un baño de silicona por 24 horas. Se enfría y se vacia sobre hielo y se extrae tres veces con porciones de 100 ml de éter etílico. Se reúnen las fases etéreas y se lavan con una solución saturada de NH4Cl, se filtra y se evapora el solvente. El material obtenido se usa sin mas purificación en el paso siguiente, ya que se muestra lo suficientemente puro por las técnicas espectroscópicas, con un rendimiento estimado de 95%.

1H RMN (CDCl3) d: 3.24 (s, 6H, -CH2N), 0.96 (s, 3H, -CH3).

13C RMN (CDCl3) d: 55.3 (-CH2N), 40.4 (C), 18.7 (CH3).

IR-FT (KBr) nmax : 2972, 2932, 2102, 1454 y 1294.

1,1,1-tris(Aminometil)etano (4). En un matraz de tres cuellos provisto de un refrigerante en posición de reflujo y un embudo de goteo, se colocan 13.9 g (0.37 moles) de hidruro de aluminio y litio en 300 ml de THF y se agita, se adiciona gota a gota 24.1 g (0.12 moles) de (3) disueltos en 100 ml de THF. Luego de la adición, la solución se refluye por 12 horas con agitación vigorosa, se deja enfriar y se agregan 30 ml de agua gota a gota. Una vez destruido el exceso de agente reductor, la mezcla de reacción se pasa a un tubo y se centrifuga a 4000 rpm. por 10 minutos; se separa el sobrenadante y el remanente se agita con 150 ml THF y se vuelve a centrifugar. Los sobrenadantes se reúnen en un matraz de dos cuellos provisto de un refrigerante y se burbujea ácido clorhídrico gaseoso bajo campana extractora, hasta que no se observa mas precipitación. Se filtra y el sólido es lavado con THF, luego el filtrado se somete nuevamente a una corriente de ácido, se filtra, se reúnen los sólidos y son lavados con acetona. El triclorhidrato se recristaliza desde una mezcla etanol/agua, obteniendo un rendimiento de 95%, P.F. > 300°C.

Anal. Elem. C5H18N3Cl3 : Calc. C, 26.5; H, 7.9; N, 18.5. Exp.: C, 26.7; H, 8.3; N, 18.1.

1H RMN (D2O) d: 3.21 (s, 6H, -CH2N), 1.28 (s, 3H, -CH3).

13C RMN (D2O) d: 45.4 (-CH2N), 37.9 (-C-), 19.5 (-CH3).

IR-FT (KBr) nmax : 3000, 2927, 2595, 1606 y 1506.

CG-MS M+= 118 (118).

2,3-Dihidroxibenzoato de metilo (6). En un matraz de fondo redondo provisto de un refrigerante en posición de reflujo, se disuelven 25.0 g (0.16 moles) del ácido 2,3-dihidroxibenzoico (5) en 750 ml de metanol y se agregan 75 ml de H2SO4 concentrado. La solución se refluye por 20 horas. Una vez enfriada, se concentra y cuando se alcanzan unos 100 ml aproximadamente se vacia lentamente sobre una mezcla NaHCO3 10%/hielo, para neutralizar. La solución se filtra rápidamente y el filtrado se extrae con 100 ml de cloroformo, el extracto orgánico se evapora exhaustivamente. El sólido se reúne con el sólido obtenido anteriormente por filtración y se secan en estufa de vacío. El compuesto puro se obtiene pasando el crudo a través de una columna de Silicagel 60, utilizando como fase móvil cloroformo. Se recristaliza desde una mezcla cloroformo/n-hexano. Se obtiene un sólido blanco con un 87% de rendimiento, de P.F. 79° - 81°C.

Anal. Elem. C8H8O4: Calc. C, 57.1; H, 4.7. Exp.: C, 56.8; H, 5.1.

1H RMN (CDCl3) d: 10.90 (s, 1H, OH), 7.9 (señal compleja aromática, 3H), 5.79 (s, 1H, OH), 3.95 (s, 3H, -OCH3).

13C RMN (CDCl3) d: 170.7 (C=O), 148.7 (Carom-O), 144.9 (Carom-O), 120.5, 119.8 y 119.1 (Carom-H), 112.3 (Carom-R), 52.3 (OCH3).

IR-FT (KBr) nmax : 3461, 3024, 2949, 1663 y 1267.

CG-MS M+= 168 (168).

2,3-Dibenciloxibenzoato de metilo (7). En un matraz de un cuello y con un refrigerante en posición de reflujo se colocan 22.0 g (0.13 moles) del compuesto (6), con 38.8 ml (55.9 g, 0.33 moles) de bromuro de bencilo y 49.6 g (0.36 moles) de K2CO3 anhidro, todo esto en 150 ml de DMF seca. Agitar a temperatura ambiente toda la noche. Vaciar sobre hielo, filtrar y secar el sólido en estufa de vacio y recristalizar desde EtOAc/n-hexano. Se obtiene el compuesto (7) con un rendimiento de 81%, P.F. 63°C.

Anal. Elem. C20H16O4: Calc. C, 75.1; H, 5.0. Exp.: C, 74.9; H, 5.1.

1H RMN (CDCl3) d: 7.37 (señal compleja aromática, 11H), 7.11 (señal compleja aromática, 2H), 5.15 (s, 2H, CH2O), 5.12 (s, 2H, CH2O), 3.86 (s, 3H, -OCH3).

13C RMN (CDCl3)d: 152.8(C=O), 148.2(Carom-OCH2), 137.5(Carom-O), 136.6 (Carom-O), 128.5, 127.9, 127.5, 126.9, 123.9, 122.9.y 118.2 (Carom), 75.7 (OCH2), 71.4 (OCH2), 52.0 (OCH3).

IR-FT (KBr) nmax : 3023, 2946, 1729, 1463, 1317 y 1262.

Ácido 2,3-dibenciloxibenzoico (8). En un matraz con un refrigerante en posición de reflujo, se disuelven 3.6 g (0.06 moles) de KOH, en 100 ml de etanol y 50 ml de agua. Se agregan 9.0 g (0.03 moles) del compuesto (7) y se calienta a reflujo por dos horas. Terminada la reacción se deja enfriar y se vacia sobre una solución HCl 10%/hielo. Se filtra y el sólido se recristaliza desde etanol. Rendimiento de 93%, P.F. 123° - 124°C.

Anal. Elem. C19H14O4: Calc. C, 74.5; H, 4.6. Exp.: C, 74.2; H, 5.1.

1H RMN (CDCl3) d: 11.32 (s, 1H, OH), 7.74 (señal compleja aromática, 1H), 7.32 (señal compleja aromática, 12H), 5.26 (s, 2H, CH2O), 5.19 (s, 2H, CH2O).

13C RMN (CDCl3) d: 151.2 (C=O), 147.0 (Carom), 135.8 (Carom-O), 134.2 (Carom-O), 128.2, 128.8, 128.5, 127.7, 125.0, 124.5.y 119.0 (Carom), 71.6 (OCH2, 2C).

IR-FT (KBr) nmax : 3439, 3026, 2878, 1689, 1308 y 1260.

N-(2,3-Dibenciloxibenzoiloxi)succinimida (9). En un matraz de tres cuellos provisto de un refrigerante con CaCl2 y un embudo de goteo con igualador de presión, se colocan 20.0 g (0.06 moles) de N-hidroxisuccinimida y 7.3 g (0.06 moles) de (8), disueltos en 200 ml de dioxano seco. La solución se enfria a 10°C y se agregan gota a gota durante una hora 14.0 g (0.07 moles) de diciclohexilcarbodiimida disueltos en 100 ml de dioxano seco. Posteriormente la mezcla de reacción se lleva a temperatura ambiente y se agita por 24 horas más. La solución se filtra y al filtrado se le evapora el solvente. Al residuo obtenido se le agregan 200 ml de isopropanol y se agita, una vez que aparece el sólido se filtra y este se recristaliza desde etanol. Se obtiene un sólido blanco con 88% de rendimiento.

Anal. Elem. C25H21O6N: Calc. C, 69.6; H, 4.9; N, 3.2. Exp.: C, 71.4; H, 5.1; N, 3.4.

1H RMN (CDCl3) d: 7.29 (señal compleja aromática, 13H), 5.14 (s, 4H, 2CH2O), 2.85 (s, 4H, 2CH2-).

13C RMN (CDCl3) d: 169.0 (2 C=O), 153.0 (O-C=O), 137.8 (Carom-O), 136.5 (Carom-O), 128.5, 128.1, 127.5, 124.1, 123.7 y 120.2 (Carom), 75.8 (OCH2), 71.5 (OCH2), 25.6 (CH2, 2C).

IR-FT (KBr) nmax : 3061, 2943, 1779, 1739, 1266 y 1206.

N,N',N" ­ tris-(2,3-Dibenciloxibenzoil) -1,1,1-tris-(aminometil)etano (10). En un matraz de fondo redondo de 100 ml, se disuelven 6.0 g (0.01 moles) de (9) en 30 ml de acetona y se agregan 0.7 ml (0.6 g, 0.004 moles) de 1,1,1-tris-(aminometil)etano disueltos en 6 ml de trietilamina y 5 ml de agua. Esta solución se agita durante 12 horas y se sigue el desarrollo de la reacción por TLC. Una vez terminada la reacción se evapora el solvente y el residuo se disuelve en cloroformo, se lava con NaCl y la fase orgánica se seca con Na2SO4 y se evapora el solvente nuevamente. El sólido se recristaliza desde una mezcla CHCl3/n-Hexano. Rendimiento de 98%.

Anal. Elem. C68H63O9N3 : Calc. C, 76.6; H, 5.9; N, 3.9. Exp.: C, 76.8; H, 6.1; N, 3.4.

1H RMN (CDCl3) d: 8.33 (t, no bien definido, 1H, -NH), 7.24 (señal compleja aromática, 39H), 5.17 (s, 2H, CH2O), 5.12 (s, 2H, CH2O), 2.94 (d, J = 6.4, 6H, -CH2), 0.60 (s, 3H, -CH3).

13C RMN (CDCl3) d: 166.7 (C=O), 151.8 (Carom-O), 146.4 (Carom-O), 136.8, 136.5, 128.9, 128.5, 128.3, 128.1, 128.0, 127.5, 124.0, 122.7 y 116.6 (Carom), 75.9 (OCH2), 71.2 (CH2), 43.1 (CH2-N), 41.2 (-C-), 18.5 (CH3).

N,N',N"-tris-(2,3-Dihidroxibenzoil)-1,1,1-tris-(aminometil)etano (11). (TRMTCAM). Se disuelven 2.5 g (0.002 moles) del compuesto protegido en 6 ml de benceno, los que se agregan a 150 ml de etanol, que posee cantidades catalíticas de Pd al 10% en carbón activo. A la suspención muy bien agitada se le burbujea hidrógeno, manteniendo la temperatura a 40°C. La reacción es seguida por cromatografía en placa. Una vez terminada se filtra sobre celita y se evapora el solvente. El sólido se pasa por una columna de silicagel 60 de 40 cm de largo y 4.5 cm de diámetro, utilizando cloroformo como fase móvil. De esta cromatografía se obtiene un sólido muy sensible al aire, con un rendimiento de 98%.

Anal. Elem. C26H27O9N3 : Calc. C, 59.4; H, 5.1; N, 8.0. Exp.: C, 58.3; H, 5.8; N, 7.9.

1H RMN (DMSO) d: 10.6 (señal ancha, OH), 8.92 (s, ancho, 3H, -NH), 7.04 (señal compleja aromática, 9H), 3.30 (d, J = 5.9, 6H, CH2), 0.91 (s, 3H, CH3).

13C RMN (DMSO) d: 169.7 (C=O), 148.9 (Carom-O), 146.3 (Carom-O), 118.7, 118.2, 117.4 y 115.7 (Carom), 43.0 (CH2-N), 19.9 (CH3).

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a Fondef (proyecto D97 I2038), por el financiamiento otorgado.

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