Σύνθεση Ν-ετεροκυκλικών καρβενίων και εφαρμογές τους σε οργανοκαταλυτικές αντιδράσεις

Abstract

In this PhD thesis, precursors of N-Heterocyclic Carbenes (NHCs) were synthesized. These NHCs can be classified in four general categories: a) imidazole and imidazolinechlorides, b) “CO2-protected” imidazoles and imidazolines, c) “C6ΗF5-protected imidazolines and d) imidazole chlorides based on pyridine and quinoline rings. For NHC families a and d, the use of an appropriate base, which will abstract the acidic proton, is required for the generation of the NHC. For NHC families b and c, the protecting groupis detached upon heating, provided by the reaction conditions. In all cases, the active carbene is formed in situ in the reaction mixture. The precursors of NHCs have been studied for their ability to perform organocatalytic transformations. The final result is the formation of a new carbon-carbon bond. New synthetic protocols using microwave irradiation as a source of heat have been developed. Starting from aromatic and aliphatic aldehydes as substrates, the synthesis of hydroxymethylketones, self condensation products and γ-lactones was achieved, using an NHC as a catalyst. These transformations are useful synthetic tools as well as the resulting products may be intermediates for the preparation of biologically active compounds. The combination of microwave irradiation, NHC-organocatalysis, atom economy, and the use of small amount of solvent, lead to the development of greener synthetic pathways.

Στα πλαίσια της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής συντέθηκαν πρόδρομα μόρια Ν-ετεροκυκλικών καρβενίων (N-Heterocyclic Carbene-NHC precursors), τα οποία μπορούν να καταταχθούν σε τέσσερις γενικές κατηγορίες: α) χλωρίδια ιμιδαζολίων καιιμιδαζολινών, β) «CO2-προστατευμένα ιμιδαζόλια και ιμιδαζολίνες, γ) «C6ΗF5-προστατευμένες» ιμιδαζολίνες και δ) χλωρίδια ιμιδαζολίων βασισμένα στους δακτυλίους πυριδίνης και κινολίνης. Για τη δημιουργία του καρβενίου στις κατηγορίες α και δ, απαιτείται χρήση κατάλληλης βάσης στο μείγμα της αντίδρασης, η οποία θα αποσπάσει το όξινο πρωτόνιο. Για τις κατηγορίες β και γ, η «προστατευτική ομάδα» αποσπάται με υπό θέρμανση. Σε όλες τις περιπτώσεις, το ενεργό καρβένιο σχηματίζεται in situ στο μείγμα της αντίδρασης. Τα πρόδρομα NHCs μελετήθηκαν ως προς την ικανότητά τους να δρουν σε οργανοκαταλυτικούς μετασχηματισμούς αλδεϋδών. Τελικό αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός νέου δεσμού άνθρακα-άνθρακα. Αναπτύχθηκαν νέα καταλυτικά πρωτόκολλα που χρησιμοποιούν μικροκυματική ακτινοβολία ως πηγή θέρμανσης. Ξεκινώντας από αρωματικές και αλειφατικές αλδεΰδες ως υποστρώματα, επιτεύχθηκε η σύνθεση υδροξυμεθυλοκετονών, προϊόντων αυτοσυμπύκνωσης, αλλά και γ-λακτονών, χρησιμοποιώντας ως καταλύτη NHC. Οι μετασχηματισμοί αυτοί αποτελούν χρήσιμα συνθετικά εργαλεία, ενώ τα προϊόντα που προκύπτουν μπορούν να είναι ενδιάμεσες ενώσεις για την παρασκευή βιολογικά δραστικών ενώσεων.Ο συνδυασμός της αποδοτικότερης θέρμανσης μέσω της μικροκυματικής ακτινοβολίας, η χρήση καταλύτη για την επίτευξη της αντίδρασης, η οικονομία ατόμων στα νέα πρωτόκολλα σύνθεσης και η χρήση μικρής ποσότητας διαλύτη, οδηγούν στη ανάπτυξη περισσότερο πράσινων συνθετικών οδών.