Οργανικές καταλυτικές αντιδράσεις σύνθεσης πολυ-υποκατεστημένων πυρρολίων με τη χρήση ενώσεων του χαλκού

Abstract

The present PhD thesis focuses on organic catalytic reactions for the synthesis of polysubstituted pyrroles from aldehydes, amines and nitroalkenes in the presence of copper compounds. A new methodology has been developed for the synthesis of tri-, tetra- and penta-substituted pyrroles and fused pyrroles in good to excellent yields. The results are summarized as follow: In chapter 2.1 the synthesis of polysubstituted pyrroles was studied from aliphatic aldehydes, amines and nitroalkenes in the presence of copper catalysts. The present methodology with the use of simple aldehydes yields the tri- and tetra-substituted pyrroles. Remarkably, the use of α-methyl-substituted aldehydes provides access to tetra- and penta-substituted pyrroles via an overwhelming 1,2-phenyl/alkyl migration. Also mechanistic study was carried out in order to provide a possible reaction mechanism. In chapter 2.2 the synthesis of fused pyrroles was studied from aldehydes with aliphatic ring, amines and nitrostyrenes in the presence of copper catalyst. The reaction is performed through a one carbon atom ring expansion of the aliphatic ring of the aldehyde. Control reactions of possible intermediates were carried out in order to report a proposed mechanism. In chapter 2.3 the synthesis of polysubstituted pyrroles was carried out from aldehydes, amines and nitroalkenes in the presence of copper catalyst through a one pot two step tandem reaction of cyclization and Michael addition to nitroalkenes. In the first step pyrrole synthesis is carried out and in the second step Michael addition reaction of the pyrrole to the nitroalkene yields a new pyrrole category product. In chapter 2.4 new efforts were made to generalize this new methodology with the use of different reagent in order to give access to polysubstituted pyrroles with other substituents. Also new electrophiles were screened and efforts were made to synthesize NH-pyrroles.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν οι οργανικές καταλυτικές αντιδράσεις σύνθεσης πολυ-υποκατεστημένων πυρρολίων από αλδεΰδες, αμίνες και νιτροαλκένια παρουσία ενώσεων του χαλκού. Αναπτύχθηκε μια νέα μεθοδολογία σύνθεσης τρι-, τετρα- και πεντα-υποκατεστημένων πυρρολίων καθώς και συμπυκνωμένων πυρρολίων σε καλές έως υψηλές αποδόσεις. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται ως εξής: Στην ενότητα 2.1 πραγματοποιήθηκε μελέτη σύνθεσης πολυ-υποκατεστημένων πυρρολίων από αλειφατικές αλδεΰδες, αμίνες και νιτροαλκένια παρουσία ενώσεων του χαλκού. Η νέα αυτή μεθοδολογία, με τη χρήση απλών αλδεϋδών, οδηγεί στα τρι- και τετρα-υποκατεστημένα πυρρόλια ενώ με τη χρήση α-μεθυλο-υποκατεστημένων αλδεϋδών η αντίδραση πραγματοποιείται μέσω μιας 1,2-φαινυλο/αλκυλο μετάθεσης που οδηγεί στη σύνθεση των τετρα- και πεντα-υποκατεστημένων πυρρολίων. Επίσης πραγματοποιήθηκε μηχανιστική μελέτη για την εύρεση ενός πιθανού μηχανισμού της αντίδρασης σύνθεσης πολυ-υποκατεστημένων πυρρολίων. Στην ενότητα 2.2 πραγματοποιήθηκε μελέτη σύνθεσης συμπυκνωμένων πυρρολίων από αλδεΰδες με αλειφατικό δακτύλιο, αμίνες και β-νιτροστυρόλια παρουσία καταλύτη χαλκού. Η αντίδραση πραγματοποιείται μέσω επέκτασης του αλειφατικού δακτυλίου της αλδεΰδης κατά ένα άτομο άνθρακα. Επίσης πραγματοποιήθηκαν αντιδράσεις ελέγχου ενδιαμέσων για την εύρεση ενός πιθανού μηχανισμού της αντίδρασης σύνθεσης συμπυκνωμένων πυρρολίων. Στην ενότητα 2.3 πραγματοποιήθηκε μελέτη σύνθεσης πολυ-υποκατεστημένων πυρρολίων από αλδεΰδες αμίνες και νιτροαλκένια παρουσία ενώσεων του χαλκού μέσω μιας one-pot δύο σταδίων διαδοχικής αντίδρασης κυκλοποίησης και αντίδρασης Michael με νιτροαλκένια. Στο πρώτο στάδιο πραγματοποιείται ο σχηματισμός του πυρρολίου και στο δεύτερο στάδιο πραγματοποιείται μια in situ προσθήκη Michael του πυρρολίου στο νιτροαλκένιο προς το σχηματισμό μιας νέα κατηγορίας πολυ-υποκατεστημένων πυρρολίων. Στην ενότητα 2.4 πραγματοποιήθηκαν προσπάθειες γενίκευσης της μεθοδολογίας σύνθεσης πολυ-υποκατεστημένων πυρρολίων με τη μελέτη διαφορετικών αντιδραστηρίων με σκοπό να συντεθούν πολυ-υποκατεστημένα πυρρόλια με διαφορετικούς υποκαταστάτες. Χρησιμοποιήθηκαν νέα ηλεκτρονιόφιλα αντιδραστήρια και πραγματοποιήθηκαν προσπάθειες σύνθεσης NH-πυρρολίων.