Štúdium [3+2] cykloadície v iónových kvapalinách, vývoj metodiky na

prípravu benzoyltriazolov

Školiteľ: doc. RNDr. Andrej Boháč, PhD.

Bratislava 2013 Bc. Jana Holekšiová

UNIVERZITA KOMENSKÉHO V BRATISLAVEPRÍRODOVEDECKÁ FAKULTAKatedra organickej chémie

Ciele

• pripraviť a charakterizovať produkty [3+2] cykloadície

• potvrdiť alebo vyvrátiť micelárnu katalýzu v IL• navrhnúť metodiku prípravy a uskutočniť prípravu

intermediátov 13 a 19 vedúcich k triazolu 14

NN

N O

19

NN

N NN

N

N3 + +

NN

N

13

NN

N

O

14

Micelárna katalýza [3+2] cykloadícií

podmienky

pokus č. VL rozpúšťadlo katalyzátor teplota

(°C)

čas (h) výťažok

(%)

produkt pomer

a/b

1 1 CH3CN CuI rt 0,5 93 4 100 / 0

2 1 toluén - ∆ 24 85 4 48 / 52

3 1 H2O - 70 30 tr 4 -

4 1 H2O SDS 1,5 mM 70 24 56 4 58 / 42

5 1 H2O DTAC 1,5 mM 70 24 88 4 83 / 17

6 1 H2O CTAB 1,5 mM 70 24 73 4 59 / 41

7 1 H2O OGH 1,5 mM 70 24 82 4 87 / 13

8 2 CH3CN CuI rt 20 79 5 100 / 0

9 2 toluén - 85 30 79 5 50 / 50

10 2 H2O SDS 1 mM 70 48 0 5 -

OSO3- Na+

N+Me3 Cl-

N+Me3 Br-

OHN

OHHOOH

HO NH

O

SDS

DTAC

CTAB

OGH

Použité surfaktanty:

Youcef, R. A.; Dos Santos, M. et al. J. Org. Chem. 2009, 74, 4318–4323.

O

R2O OR3

R1O

+ +N3

1 R1 = H R2= R3 = izopropylidén2 R1 = R2 = R3 = Bn

4 R1 = H R2= R3 = izopropylidén5 R1 = R2 = R3 = Bn

O

R2O OR3

R1OO

R2O OR3

R1ON

NN

PhN

NN

Ph

1,4-regioizomér a 1,5-regioizomér b3

Micelárna katalýza [3+2] cykloadícií

N3 +

N NN N N

N+

Micely iónových kvapalín

N

N

CH3

CH3

BF4

N

N CH3

CH3

CH3

BF4

N

NCH3

CH3

BF4

A

B

C

G = 167 - 209 kJ/mol

EA# = 100 - 109 kJ/mol

Vol n

á en

ergi

a

Reakcná koordináta

Micelárna katalýza - výsledkyRoztok štandardnej zmesi

produktov

Vznik produktov v 100 % BMIM. BF4

pri 80 °C

FABA

P5P4

pokus

č.IL w/w [%]

teplota

[°C]čas

pomer

P4/P5

konverzia

(P/VL)

[%]

obsah IL

(P/IL)

[%]

detekcia

1

BMIM.BF4

5 – 50 80 1 M 60/40 NAc NAc [LC-MS]

2 75 - 100 80 1 M 64/36 94 8[NMR],

[LC-MS]

3 5 – 50 30 4 M 46/44 38 26[NMR],

[LC-MS]4 75 – 100 30 4 M 52/48 35 68 [NMR]5 BMIM.BF4 CMC 22 % 30 2 T 67/33 100 tr [NMR]

6 OMIM.BF4 CMC 0.16 % 30 2 T 49/51 26 4 [NMR]

7

DMBIM.B

F4

5 30 2 T 24/52/24a 100 tr [NMR]

8 15 30 2 T 43/57 100 22 [NMR]9 25 30 2 T 60/40 100 84 [NMR]10 50 30 2 T 64/36 34 98 [NMR]11

OMIM.BF4

3 30 2 T 64/36 83 94 [NMR]12 7 30 2 T 66/34 20b 86 [NMR]13 25 30 2 T 66/44 100d 7 [NMR]14 50 30 2 T 80/20 100d tr [NMR]

Štandard. zmes

75 - 100 % IL

5 - 50 % IL

Štandard. zmes

75 - 100 % IL

5 - 50 % IL

75 - 100% IL + prídavok štandardu produktov

BMIM.BF4

80 °C

BMIM.BF4

30 °C – metylénové vodíky

Štandard. zmes

CMC(22 % IL)

Štandard. zmes

CMC (22 % IL)

CMC IL + prídavok

BMIM.BF4

30 °C, CMC (22%)

CMC IL + prídavok

BMIM.BF4

30 °C – triazolové vodíky

Štandard. zmes

CMC (0,16 % IL)

3 % IL

7 % IL

25% IL50 % IL

Štandardná zmes produktov P4 a P5

7 % IL

7 % IL prečistený cez SiO2

7 % IL + prídavok štandardov prodkutov

OMIM.BF4

30 °C

OMIM.BF4

30 °C metylénové vodíky

5 % IL

15 % IL

25 % IL

50 % IL

Štandard. zmes

DMBIM.BF4

30 °C

• Predikovaná väzbová energia: - 148 kJ/mol

N-aroyl-1,2,3-triazoly

• Predikovaná väzbová energia: - 271 kJ/mol

Ahsanullah; Schmieder, P.; Kűhne, R.; Rademann, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5042-5045.

N-aroyl-1,2,3-triazoly

HNNH

O

ON N

N

O

NO2

NH

HN

O

O

O

P + NO2N3

O

CH2Cl2 5h, 20 °C

95%

5 6 7

O

Cl

HN

NN+

NN

N

O

8 9 10

py

1,4-dioxán, 60 °C

56 %

Gaylord, N. G.; Naughton, J. M. J. Org. Chem. 1957, 22, 1022-1024.

1. Syntetický prístup

N-aroyl-1,2,3-triazoly

NN

N

15

Br

NN

N

16

OH

Cl N3

NN

N NN

N

O

92%

CuSO4.5H2O, NaAsc

94%11 12 13 14

Ph C CHNaN3

H2O / aceton (1:3)2.5 d, RT - 60 °C

DCM / H2O (1:1) 1d, RT

oxón, KBr MeNO2, 9dRT - 80 °C

2. Syntetický prístup (celkový výťažok syntézy 13%)

N-aroyl-1,2,3-triazoly

NaOMe

MeOH1 d, 59 °C

19%

AN, 2 h,

94%

IN3

CuSO4.5H2O, NaAsc

DCM / H2O (1:1)19 h, RT

5%

90%

SOCl2, AcCl

18 h, RT

14%

NaN3, NaAscCuSO4.5H2O

DMSO, 2 d, RT

Ph C CH

Ph C CH

O

O

N3N

NN

O

17

18 19

Cl

11

O

20

O

O

Cl

21

NN

N

O

14

O

N3

22

MeCN, 12h0 °C - RT

DDQ, H2O

NN

N

23

O

• pripravili sme a charakterizovali produkty modelovej cykloadície

• potvrdili sme micelárnu katalýzu v IL/H2O• navrhli sme metodiku prípravy a uskutočnili prípravu

intermediátov

• inšpirovali sme výpočtové metódy k hľadaniu aplikácie pre alkoxy prekurzory N-aroyltriazolov

Záver

NN

N NN

N

NN

N NN

N O

Ďakujem za pozornosť

OtázkyNepokúšali ste sa cieľový benzoyltriazol pripraviť ajiným spôsobom? Vedeli by ste navrhnúť ďalšie možné spôsoby syntézy?

• Click • Termická – Curtiovo odbúranie azidov• Cu (I) katalýza – nevhodné elektrónové

usporiadanie• benzoylácia, príprava pomocou štruktúrne

vhodného fosfóniového ylidu

OtázkyNeuvažovali ste o použití aj iných IL, ktoré majú nízke hodnoty alebo nižšie hodnoty CMC ako OMIM.BF4? Vedeli by ste navrhnúť komerčne dostupné IL, ktoréby boli vhodné, keďže sa na základe vašich výsledkovdokázal katalytický efekt IL v H2O na [3+2]cykloadície?

Otázky

A Ries, L. A. S.; Amaral, F. A. et al. Polyhedron 2008, 27, 3287–3293.b Archer, D. G.; Widegren, J. A. et al. J. Chem. Eng. Data 2005, 50, 1484-1491.c Łuczak, J.;Hupka, J. et al. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 2008, 329, 125–133.

IL CMC [mmol/l] CMC w/w [%]C4MIM.BF4 1000a 22C4MIM.Cl 800c 12C6MIM.Cl 900c 15C6MIM.Br 600c 13C8MIM.BF4 7b 0,16C8MIM.Cl 100b 2,3

C10MIM.Br 40b 1,2C12MIM.BF4 9,2c 0,31

Mechanizmus Cu(I) katalyzovanej [3+2] cykloadície

[CuLn]

-H+

R1 H

R1 CuLn

R1 CuLnN

NN R2

CuLnR1

N NN R2

NN

N

R1

R2

CuLn

+H+

NN

N

R1

R2

N NN R2

Mechanizmus Ru(II) katalyzovanej [3+2] cykloadície

RuL LCl

RuNCl

HR1

N NN

R2

2L

R1

R2

NN

RuCl NR2

NNR1

RuNCl

NNR1

R2

N NN

R1

R2

krok A

krok Bkrok C

krok D

RuCl NR2

NNH

R1

Mechanizmus reakcie s DDQO Me

NN N

19

O Me

NN N

O

O

CN

CNCl

Cl

H

DDQ

O

O

CN

CNCl

ClH

OH

O

CN

CNCl

Cl

H2O

-MeOH

O

NN N

14

H2O

O Me

NN N

H2O

O Me

NN N

HO

H

O Me

NN NH

HO

NHN N

+H

O

Mechanizmus Curtiovho odbúrania azidov