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Tioéster

Estructura general de un tioéster, donde R y R' son grupos orgánicos , o H en el caso de R. En química orgánica , los tioésteres son compuestos organosulfurados con la estructur...

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Estructura general de un tioéster, donde R y R' son grupos orgánicos , o H en el caso de R.

En química orgánica , los tioésteres son compuestos organosulfurados con la estructura molecular R−C(=O)−S−R' . Son análogos a los ésteres carboxílicos ( R−C(=O)−O−R' ) con el azufre en el tioéster reemplazando al oxígeno en el éster carboxílico, como lo implica el prefijo tio- . Son el producto de la esterificación de un ácido carboxílico ( R−C(=O)−O−H ) con un tiol ( R'−S−H ). En bioquímica , los tioésteres más conocidos son derivados de la coenzima A , por ejemplo, acetil-CoA . [ 1 ] R y R' representan grupos organilo , o H en el caso de R.

Síntesis

Una ruta para obtener tioésteres implica la reacción de un cloruro de ácido con una sal de metal alcalino de un tiol: [ 1 ]

RSNa + R'COCl → R'COSR + NaCl

Otra ruta común implica el desplazamiento de haluros por la sal de metal alcalino de un ácido tiocarboxílico . (La alquilación análoga de una sal de carboxilato se practica raramente). Por ejemplo, los ésteres de tioacetato se preparan comúnmente por alquilación de tioacetato de potasio : [ 1 ]

CH 3 COSK + RX → CH 3 COSR + KX

La alquilación se puede llevar a cabo utilizando bases de Mannich y el ácido tiocarboxílico:

CH₃COSH + R'₂NCH₂OH → CH₃COSCH₂NR'₂ + H₂O​​​​​​​​

Los tioésteres se pueden preparar mediante la condensación de tioles y ácidos carboxílicos en presencia de agentes deshidratantes : [ 2 ] [ 3 ]

RSH + R'CO 2 H → RSC(O)R' + H 2 O

Un agente deshidratante típico es el DCC . [ 4 ] También se han reportado esfuerzos para mejorar la sostenibilidad de la síntesis de tioésteres utilizando el reactivo de acoplamiento más seguro T3P y el solvente más ecológico ciclopentanona . [ 5 ] Los anhídridos de ácido y algunas lactonas también dan tioésteres al ser tratados con tioles en presencia de una base.

Los tioésteres se pueden preparar convenientemente a partir de alcoholes mediante la reacción de Mitsunobu , utilizando ácido tioacético . [ 6 ]

También se originan mediante la carbonilación de alquinos y alquenos en presencia de tioles. [ 7 ]

Reacciones

Los tioésteres se hidrolizan a tioles y al ácido carboxílico:

RC(O)SR' + H 2 O → RCO 2 H + RSH

El centro carbonílico en los tioésteres es más reactivo frente a los nucleófilos de amina que frente a los de oxígeno, dando lugar a amidas :

Formación de amidas a partir de tioésteres
Los tioésteres son componentes del método de ligación química nativa para la síntesis de péptidos.

Esta reacción se aprovecha en la ligación química nativa , un protocolo para la síntesis de péptidos . [ 8 ]

En una reacción relacionada, los tioésteres pueden convertirse en ésteres. [ 9 ] Los ésteres de tioacetato también pueden escindirse con metanotiol en presencia de una base estequiométrica, como se ilustra en la preparación de pent-4-ino-1-tiol: [ 10 ]

H 3 C (CH 2 ) 3 OM + KSAc → H 3 C (CH 2 ) 3 SAc + KOM
H₃C ( CH₂ ) ₃SAc + HSMe → H₃C ( CH₂ ) ₃SH + MeSAc

Los tioésteres se enolizan fácilmente, ya que el átomo de azufre estabiliza el enol. Sin embargo, los enoles son menos nucleofílicos que los acetales de ceteno, y las reacciones de α-sustitución del carbonilo ocurren más lentamente. [ 1 ] : 728–729

Una reacción exclusiva de los tioésteres es el acoplamiento de Fukuyama , en el que el tioéster se acopla con un haluro de organozinc mediante un catalizador de paladio para dar una cetona.

Acoplamiento de Fukuyama

Bioquímica

Estructura de la acetil coenzima A , un tioéster que es un intermediario clave en la biosíntesis de muchas biomoléculas.

Los tioésteres son intermediarios comunes en muchas reacciones biosintéticas, incluyendo la formación y degradación de ácidos grasos y mevalonato , precursor de esteroides. Ejemplos de ello son el malonil-CoA , el acetoacetil-CoA , el propionil-CoA , el cinamoil-CoA y los tioésteres de la proteína transportadora de acilo (ACP). La acetogénesis se produce a través de la formación de acetil-CoA . La biosíntesis de lignina , que constituye una gran fracción de la biomasa terrestre, se produce a través de un derivado tioéster del ácido cafeico . [ 11 ] Estos tioésteres se generan de forma análoga a los preparados sintéticamente, con la diferencia de que el agente deshidratante es el ATP. Además, los tioésteres desempeñan un papel importante en el marcaje de proteínas con ubiquitina , que las marca para su degradación.

Se postula que la oxidación del átomo de azufre en los tioésteres ( tiolactonas ) interviene en la bioactivación de los profármacos antitrombóticos ticlopidina , clopidogrel y prasugrel . [ 12 ] [ 13 ]

Los tioésteres y el origen de la vida

Como se plantea en un "Mundo de tioésteres", los tioésteres son posibles precursores de la vida. [ 14 ] Como explica Christian de Duve :

Resulta revelador que los tioésteres sean intermediarios obligatorios en varios procesos clave en los que se utiliza o regenera ATP . Los tioésteres participan en la síntesis de todos los ésteres , incluidos los que se encuentran en los lípidos complejos . También intervienen en la síntesis de otros componentes celulares, como péptidos , ácidos grasos , esteroles , terpenos , porfirinas , entre otros. Además, los tioésteres se forman como intermediarios clave en varios procesos particularmente antiguos que dan lugar al ensamblaje de ATP. En ambos casos, el tioéster está más cerca que el ATP del proceso que utiliza o produce energía. En otras palabras, los tioésteres podrían haber desempeñado el papel del ATP en un "mundo de tioésteres" inicialmente desprovisto de ATP. Con el tiempo, estos tioésteres podrían haber facilitado la entrada de ATP gracias a su capacidad para favorecer la formación de enlaces entre grupos fosfato .

Sin embargo, debido al alto cambio de energía libre de la hidrólisis del tioéster y, en consecuencia, a sus bajas constantes de equilibrio, es improbable que estos compuestos se hayan acumulado abióticamente en una medida significativa, especialmente en condiciones de fuentes hidrotermales. [ 15 ]

tionoésteres

Estructura general de un tionoéster, donde R y R' son grupos orgánicos , o H en el caso de R.
Fórmula estructural del tionobenzoato de metilo

Los tionoésteres son isómeros de los tioésteres. En un tionoéster, el azufre reemplaza al oxígeno carbonílico de un éster. El tionobenzoato de metilo es C₆H₅C ( S )OCH₃ . Estos compuestos se preparan típicamente mediante la reacción del cloruro de tioacilo con un alcohol. [ 16 ]

También se pueden obtener mediante la reacción del reactivo de Lawesson con ésteres o tratando las sales de Pinner con sulfuro de hidrógeno .

Se pueden preparar varios tionoésteres mediante la transesterificación de un tionoéster de metilo existente con un alcohol en condiciones catalizadas por bases. [ 17 ]

Los xantatos [ 18 ] y las tioamidas [ 19 ] pueden transformarse en tionoésteres en condiciones de acoplamiento cruzado catalizado por metales.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 Matthys J. Janssen (1969). "Ácidos y ésteres tiolo, tiono y ditio". En Saul Patai (ed.). Ácidos y ésteres carboxílicos . Química de grupos funcionales de PATAI. Nueva York: John Wiley. pág.  705–764. doi : 10.1002/9780470771099.ch15 .
  2. ↑ Fujiwara, S.; Kambe, N. (2005). «Ésteres de ácidos tio-, seleno- y telurocarboxílicos». Temas de química actual . Vol. 251. Berlín/Heidelberg: Springer. págs. 87–140 . doi : 10.1007/b101007 . ISBN   978-3-540-23012-0.
  3. ↑ "Síntesis de tioésteres" . Portal de Química Orgánica.
  4. ↑ Mori, Y.; Seki, M. (2007). "Síntesis de cetonas multifuncionalizadas mediante la reacción de acoplamiento de Fukuyama catalizada por el catalizador de Pearlman: preparación de 6-oxotridecanoato de etilo" . Organic Syntheses . 84 : 285; Volúmenes recopilados , vol. 11, pág. 281  .
  5. ↑ Jordan, Andrew; Sneddon, Helen F. (2019). "Desarrollo de una guía de selección de disolventes y reactivos para la formación de tioésteres". Química Verde . 21 (8): 1900– 1906. doi : 10.1039/C9GC00355J . S2CID 107391323 . 
  6. ↑ Volante, R. (1981). "Un nuevo método altamente eficiente para la conversión de alcoholes en tioésteres y tioles". Tetrahedron Letters . 22 (33): 3119– 3122. doi : 10.1016/S0040-4039(01)81842-6 .
  7. ^ Bertleff, W.; Roeper, M.; Sava, X. "Carbonilación". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a05_217.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  8. ↑ McGrath, NA; Raines, RT (2011). "Quimioselectividad en biología química: reacciones de transferencia de acilo con azufre y selenio" . Acc . Chem. Res . 44 (9): 752–761 . doi : 10.1021/ar200081s . PMC 3242736. PMID 21639109 .  
  9. ↑ Wan Kit Chan; S. Masamune; Gary O. Spessard (1983). "Preparación de O -ésteres a partir de los ésteres de tiol correspondientes: ciclohexanocarboxilato de terc -butilo". Organic Syntheses . 61 : 48. doi : 10.15227/orgsyn.061.0048 .
  10. ↑ Mateo Minozzi; Daniele Nanni; Piero Spagnolo (2008). "4-pentino-1-tiol". EEROS . doi : 10.1002/047084289X.rn00855 . ISBN 978-0-471-93623-7.
  11. ↑ Lehninger, AL; Nelson, DL; Cox, MM (2000). Principios de bioquímica (3.ª ed.). Nueva York: Worth Publishing. ISBN  1-57259-153-6.
  12. ↑ Mansuy, D.; Dansette, PM (2011). "Ácidos sulfénicos como intermediarios reactivos en el metabolismo de xenobióticos" . Archives of Biochemistry and Biophysics . 507 (1): 174– 185. doi : 10.1016/j.abb.2010.09.015 . PMID 20869346 . 
  13. ↑ Dansette, PM; Rosi, J.; Debernardi, J.; Bertho, G.; Mansuy, D. (2012). "Activación metabólica del prasugrel: naturaleza de las dos vías competitivas que dan como resultado la apertura de su anillo de tiofeno". Chemical Research in Toxicology . 25 (5): 1058– 1065. doi : 10.1021/tx3000279 . PMID 22482514 . 
  14. ↑ de Duve, C. (1995). "Los comienzos de la vida en la Tierra". American Scientist . 83 (5): 428– 437. JSTOR 29775520 . 
  15. ↑ Chandru, Kuhan; Gilbert, Alexis; Butch, Christopher; Aono, Masashi; Cleaves, Henderson James II (21 de julio de 2016). " La química abiótica de los derivados del acetato tiolado y el origen de la vida" . Scientific Reports . 6 29883. Bibcode : 2016NatSR...629883C . doi : 10.1038/srep29883 . PMC 4956751. PMID 27443234 .  
  16. ↑ Cremlyn, RJ (1996). Introducción a la química de los compuestos organosulfurados . Chichester: John Wiley and Sons. ISBN 0-471-95512-4.
  17. ↑ Newton, Josiah J.; Britton, Robert; Friesen, Chadron M. (4 de octubre de 2018). "Transesterificación de tionoésteres catalizada por bases". The Journal of Organic Chemistry . 83 (20): 12784– 12792. doi : 10.1021/acs.joc.8b02260 . PMID 30235418. S2CID 52309850 .  
  18. ↑ Monteith, John J.; Scotchburn, Katerina; Mills, L. Reginald; Rousseaux, Sophie AL (2022). "Síntesis de derivados de ácido tiocarboxílico catalizada por Ni". Organic Letters . 24 (2): 619– 624. doi : 10.1021/acs.orglett.1c04074 . PMID 34978834 . S2CID 245669904 .  
  19. ↑ Liu, Yinbo; Mo, Xiaofeng; Majeed, Irfan; Zhang, Mei; Wang, Hui; Zeng, Zhuo (2022). "Un enfoque eficiente y directo para acceder a tionoésteres mediante la escisión C–N de tioamidas catalizada por paladio". Organic & Biomolecular Chemistry . 20 (7): 1532– 1537. doi : 10.1039/d1ob02349g . ISSN 1477-0520 . PMID 35129563 . S2CID 246418140 .