Συνθετικές μεθοδολογίες μετατροπής καρβονυλικών ενώσεων σε 1,3-N-ετεροκυκλικές ενώσεις και trans-4,5-διαμινοκυκλοπεντενόνες καταλυόμενες από χρυσό
Authors: Τζάνη Μαρίνα 
Published: December 2022

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή περιλαμβάνει νέες, αποτελεσματικές και «βιώσιμες» καταλυτικές μεθοδολογίες για την εκλεκτική σύνθεση 1,3-Ν-πενταμελών και εξαμελών ετεροκυκλικών ενώσεων, καθώς και των trans-4,5-διαμινοκυκλοπεντ-2-ενονών παρουσία καταλυτών του χρυσού. Στο 1ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η ικανότητα των νανοσωματιδίων χρυσού μικρού μεγέθους (< 5 nm) υποστηριγμένα σε TiO2 να καταλύουν την εκλεκτική σύνθεση των 2-υποκατεστημένων βενζιμιδαζολίων και ιμιδαζολινών, δηλαδή ενώσεων που φέρουν το χαρακτηριστικό 1,3-Ν-πενταμελές ετεροκυκλικό σκελετό. Η σύνθεση των 2-υποκατεστημένων βενζιμιδαζολίων πραγματοποιήθηκε παρουσία 60 mg Au/TiO2 (1 wt.% Au, 2 – 3 nm AuNPs) σε 3 mL του μίγματος διαλυτών CHCl3:MeOH (3:1) και σταθερή θερμοκρασία στους 25 °C από πρώτες ύλες την ο-φαινυλενοδιαμίνη και τις διάφορες αλδεΰδες, όπως αρωματικές, ετερο-αρωματικές, πολυ-κυκλικές, αλειφατικές κ.λπ. Έπειτα από 2 ώρες παραλήφθηκαν επιτυχώς 36 βενζιμιδαζολικά παράγωγα με τις αποδόσεις των προϊόντων που απομονώθηκαν να κυμαίνονται από 51% έως 99%. Η σύνθεση των 2-υποκατεστημένων ιμιδαζολινών πραγματοποιήθηκε παρουσία του Au/TiO2 σε 3 mL διαλύτη EtOH στους 80 °C έπειτα από 18 ώρες αντίδρασης με τις αποδόσεις των προϊόντων που απομονώθηκαν να κυμαίνονται από 46% έως 79%. Μέχρι στιγμής καμία ολοκληρωμένη ετερογενής μεθοδολογία δεν είχε αναπτυχθεί για την εκλεκτική σύνθεση των 2-υποκατεστημένων βενζιμιδαζολίων και ιμιδαζολινών. Οι μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν ξεπερνούν τα προβλήματα που εμφανίζονται κατά την αντίδραση συμπύκνωσης των αλδεϋδών με τις διαμίνες, όπως η φτωχή εκλεκτικότητα των αντιδράσεων, η εμφάνιση παραπροϊόντων και των ενδιαμέσων ιμινών σε υψηλά ποσοστά, οι χαμηλές αποδόσεις των επιθυμητών προϊόντων αλλά και η δύσκολη απομόνωσή τους. Στο 2ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η εκλεκτική σύνθεση των 2-υποκατεστημένων τετραϋδροπυριμιδινών και των υδροχλωρικών αλάτων τους, δηλαδή ενώσεων που φέρουν το χαρακτηριστικό 1,3-Ν-εξαμελές ετεροκυκλικό δακτύλιο. Η σύνθεσή τους πραγματοποιήθηκε παρουσία 60 mg Au/TiO2 (1 wt.% Au, 2 – 3 nm AuNPs) σε 3 mL EtOH ή σε 3 mL του μίγματος διαλυτών CHCl3:MeOH (3:1) από πρώτες ύλες την 1,3-προπανοδιαμίνη και τις διάφορες αλδεΰδες. Έπειτα από 18 h αντίδρασης στους 80 °C παραλήφθηκαν επιτυχώς 18 1,4,5,6-τετραϋδροπυριμιδινικά υδροχλωρικά άλατα με τις αποδόσεις τους να ξεπερνούν το 75%. Η συγκεκριμένη προσέγγιση ήταν άγνωστη στη βιβλιογραφία και παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των γνωστών μέχρι στιγμής βιβλιογραφικών αναφορών. Η χρήση χλωριωμένων διαλυτών οδήγησε στον εκλεκτικό σχηματισμό των υδροχλωρικών αλάτων των τετραϋδροπυριμιδινών, τα οποία είναι πολύ πιο σταθερά και απομονώνονται αρκετά εύκολα. Η παρουσία Au/TiO2 στην εξαρτώμενη από τον διαλύτη σύνθεση των τετραϋδροπυριμιδινικών παραγώγων ή των υδροχλωρικών αλάτων τους υπογραμμίζει το διττό ρόλο των AuNPs, παρέχοντας μια χρήσιμη συνθετική εφαρμογή του συγκεκριμένου καταλυτικού πρωτοκόλλου. Στο 3ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η καταλυτική αποτελεσματικότητα του HAuCl4 αλλά και του H4SiW12O40 στο μετασχηματισμό της 2-φουρφουραλδεΰδης προς τις trans-4,5-διαμινοκυκλοπεντ-2-εν-1-όνες (trans-DACPs) παρουσία δευτεροταγών αμινών και πρωτοταγών αρωματικών αμινών με pKb > 9. Οι αντιδράσεις έλαβαν χώρα σε διαλύτη MeCN στους 25 °C, όπου η παρουσία και των δύο καταλυτικών συστημάτων διευκόλυνε την πρόσβαση σε μία βιβλιοθήκη trans-DACPs με τη χρήση χαμηλών ποσοστών καταλυτών χωρίς την προσθήκη πρόσθετων αντιδραστηρίων, σε σύντομους χρόνους αντίδρασης και σε καλές έως υψηλές αποδόσεις. Τα παραπάνω καταλυτικά πρωτόκολλα βρήκαν εφαρμογή σε πληθώρα υποστρωμάτων υπό ήπιες συνθήκες και αντιπροσωπεύουν τα πρώτα παραδείγματα που βασίζονται την όξινη φύση των καταλυτών χρυσού και των πολυοξομεταλλικών πλειάδων.