Achmatowicz reaction and its application in the syntheses of bioactive molecules

Abstract

Substituted pyranones and tetrahydropyrans are structural subunits of many bioactive natural products. Considerable efforts are devoted toward the chemical synthesis of these natural products due to their therapeutic potential as well as low natural abundance. These embedded pyranones and tetrahydropyran structural motifs have been the subject of synthetic interest over the years. While there are methods available for the syntheses of these subunits, there are issues related to regio and stereochemical outcomes, as well as versatility and compatibility of reaction conditions and functional group tolerance. The Achmatowicz reaction, an oxidative ring enlargement of furyl alcohol, was developed in the 1970s. The reaction provides a unique entry to a variety of pyranone derivatives from functionalized furanyl alcohols. These pyranones provide convenient access to substituted tetrahydropyran derivatives. This review outlines general approaches to the synthesis of tetrahydropyrans, covering general mechanistic aspects of the Achmatowicz reaction or rearrangement with an overview of the reagents utilized for the Achmatowicz reaction. The review then focuses on the synthesis of functionalized tetrahydropyrans and pyranones and their applications in the synthesis of natural products and medicinal agents.

Total Synthesis of (−)‐Alstofolinine A through a Furan Oxidation/Rearrangement and Indole Nucleophilic Cyclization Cascade

“…[2] Furans can also be used to synthesize complex molecules via selective oxidation/bromination and rearrangement, [3] ap rocess known as Achmatowicz rearrangement. [4,6] Notably,Martin and co-workers exploited Achmatowicz rearrangement to access aseries of indole and macrolide structures. [4,6] Notably,Martin and co-workers exploited Achmatowicz rearrangement to access aseries of indole and macrolide structures.…”

“…[4] Since 1971, [5] Achmatowicz rearrangement has been incorporated into the total synthesis of hundreds of natural products. [4,6] Notably,Martin and co-workers exploited Achmatowicz rearrangement to access aseries of indole and macrolide structures. [7] More recently,T ong and co-workers developed an elegant reaction cascade consisting of af ormal furan ring rearrangement.…”

Total Synthesis of (−)‐Alstofolinine A through a Furan Oxidation/Rearrangement and Indole Nucleophilic Cyclization Cascade

“…Furans can also be used to synthesize complex molecules via selective oxidation/bromination and rearrangement, a process known as Achmatowicz rearrangement . Since 1971, Achmatowicz rearrangement has been incorporated into the total synthesis of hundreds of natural products . Notably, Martin and co‐workers exploited Achmatowicz rearrangement to access a series of indole and macrolide structures .…”

Enantiokonvergente biokatalytische Redoxisomerisierung

“…[4] Traditionell dienen hierbei die Übergangsmetallkomplexe als zwischenzeitliche Speicher für Hydridäquivalente,w elche in der initialen Dehydrierung extrahiert wurden und welche in der Folge als Reduktionsmittel der Intermediate der Kupplungs-oder Isomerisierungsprozesse (Iminum-Spezies,E none usw.) [8] In Anbetracht des einfachen Zugangs zu den Ausgangsverbindungen durch Achmatowicz-Oxidation von Furfurylalkoholen [9,10] stellt diese dynamisch-stereokonvergente Umwandlung eine attraktive und schnelle Route zu synthe-tisch wertvollen Lactonen aus biogenen Grundstoffen wie Furfural dar. Grundsätzlich lassen sich solche Hydridspeicherkonzepte aber auch im Kontext biologischer Systeme realisieren, wie in dem wegweisenden Beispiel von Hollmann et al illustriert wurde,bei dem das Zusammenspiel von Nicotinamid-abhängigen Enzymen durch die reversible Bildung und Umsetzung von NADH als biologischem Hydridäquivalent erfolgreich in der Redoxisomerisierung von Cyclohexenol zu Cyclohexanon genutzt werden konnte.…”

“…[5][6][7] Guo und Tang präsentierten jüngst eine interessante Erweiterung auf dem Gebiet der "Borrowing-hydrogen"-Katalyse,bei der Iridium-Komplexe zur Redoxisomerisierung von Achmatowicz-Pyranonen (6-Hydroxy-2H-pyran-3(6H)onen) in einer substratkontrollierten diastereoselektiven Synthese hydroxylierter d-Lactone Einsatz finden (Schema 1, oben). [8] In Anbetracht des einfachen Zugangs zu den Ausgangsverbindungen durch Achmatowicz-Oxidation von Furfurylalkoholen [9,10] stellt diese dynamisch-stereokonvergente Umwandlung eine attraktive und schnelle Route zu synthe-tisch wertvollen Lactonen aus biogenen Grundstoffen wie Furfural dar. Inspiriert durch diese Studie -u nd in Anknüpfung an unsere eigenen Arbeiten zur Nutzung von Enzymen in Achmatowicz-Umlagerungen [11] und verwandten, heterocyclischen Tr ansformationen [12] in synthetischen und biosynthetischen Szenarien -b egannen wir mit der Untersuchung von Nicotinamid-abhängigen Alkoholdehydrogenasen als natürliche Mimetika der zuvor genannten Metallkomplexe in stereoselektiven Redoxisomerisierungen,w obei dem daraus resultierenden Biokatalysesystem großes Potenzial sowohl als einzeln angewendetes Enzym als auch als Modul in komplexen Multienzymkaskaden zugeschrieben wurde (Schema 1, unten).…”