Design, development, and applications of sustainable catalytic systems in organic chemistry
Authors: Ζορμπά Λέανδρος 
Published: November 2023

Οι αντιδράσεις πολλαπλών συστατικών έχουν γίνει με τα χρόνια ένα συναρπαστικό εργαλείο για την κατασκευή πολύπλοκων μορίων. Αυτό επιτυγχάνεται με μεγάλη κομψότητα, καθώς τα ενδιάμεσα που εμπλέκονται σε αυτές τις διαδικασίες δεν απομονώνονται, παρέχοντας έτσι εύκολη πρόσβαση σε οργανικές ενώσεις με σχετικά μικρή συνθετική προσπάθεια. Σε αυτήν τη διατριβή, εξετάζονται διάφορες πτυχές αντιδράσεων πολλαπλών συστατικών, προς συνθετικά πολύτιμες ενώσεις. Στο κεφάλαιο 1, παρέχεται μια σύντομη εισαγωγή στα θέματα που θα συζητηθούν στα επόμενα κεφάλαια της διατριβής. Παρουσιάζονται οι εφαρμογές των αντιδράσεων πολλαπλών συστατικών για την παρασκευή ενώσεων σε ένα δοχείο, μέσα από τη συζήτηση ορισμένων παραδειγμάτων. Κυρίως τρεις περιπτώσεις συζητούνται: προπαργυλαμίνες, αλλένια και 2-ιμινο-θειαζολιδίνες. Στη συνέχεια, δίνεται μια σύντομη εισαγωγή στην παρασκευή ετεροκυκλικών ενώσεων με την εκμετάλλευση ο-υδροξυφαίνυλο προπαργυλαμινών και 4-υδροξυκουμαρινών. Τέλος, γίνεται εισαγωγή στα φουλερένια, ακολουθούμενη από σύντομη συζήτηση για τις εφαρμογές των συμπλόκων ιριδίου με Ν-ετεροκυκλικά καρβένια σε αντιδράσεις μεταφοράς υδρογόνου. Στο κεφάλαιο 2, παρουσιάζεται η σύνθεση τριυποκατεστημένων αλλενίων μέσω αντίδρασης τριών συστατικών: αμινών, κετονών και αλκυνίων. Συγκεκριμένα, αναλύεται ένα νέο πρωτόκολλο για τη σύνθεση δύσκολα προσβάσιμων τριυποκατεστημένων αλλενίων, χρησιμοποιώντας μόνο έναν καταλύτη και με χαμηλότερο καταλυτικό φορτίο, σε σύγκριση με τα προϋπάρχοντα, συνθετικά πρωτόκολλα. Τα πειράματα βελτιστοποίησης παρουσιάζονται αναλυτικά, ακολουθούμενα από την αξιολόγηση μιας σειράς υποστρωμάτων. Επιπλέον, συντίθενται δομικά και συνθετικά ενδιαφέρουσες ενώσεις, που αναδεικνύουν τη χρησιμότητα του αναπτυγμένου πρωτοκόλλου. Τέλος, παρουσιάζονται μηχανιστικά πειράματα που περιλαμβάνουν πειράματα ελέγχου, πειράματα επισήμανσης δευτερίου, πειράματα μέτρησης κινητικών ισοτοπικών φαινομένων, καθώς και υπολογισμοί DFT, προκειμένου να διευκρινιστεί ο μηχανισμός της αντίδρασης.Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζεται η σύνθεση σειράς 2-ιμινο-θειαζολιδινών μέσω αντίδρασης τεσσάρων συστατικών: αμινών, κετονών, αλκυνίων και ισοθειοκυανικών. Η αντίδραση καταλύεται από χαμηλού κόστους καταλύτη χαλκού, με πολύ χαμηλά καταλυτικά φορτία. Σημειώνεται ότι κετόνες εισάγονται σε αυτή την αντίδραση πολλαπλών συστατικών για πρώτη φορά. Παρουσιάζονται πειράματα βελτιστοποίησης, ακολουθούμενα από ενδελεχή μελέτη των πιθανών κετονών, αμινών, αλκυνίων και ισοθειοκυανικών. Επιπλέον, τα πειράματα ελέγχου σε συνδυασμό με θεωρητικούς υπολογισμούς παρείχαν πληροφορίες που μας οδήγησαν να προτείνουμε έναν μηχανισμό αντίδρασης. Το Κεφάλαιο 4 χωρίζεται σε δύο τμήματα. Το πρώτο περιλαμβάνει προκαταρκτικά αποτελέσματα σχετικά με την αντίδραση ο-υδροξυφαίνυλο προπαργυλαμινών με 4-υδροξυκουμαρίνες, όπου συζητούνται οι δυσκολίες που αντιμετωπίστηκαν. Αν και επιτεύχθηκαν κάποια θετικά αποτελέσματα, κατά τη διάρκεια των μελετών μας, η αντίδραση αναφέρθηκε από άλλη ερευνητική ομάδα. Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει προκαταρκτικά αποτελέσματα σχετικά με τον σχεδιασμό ενός πρωτοκόλλου για την παρασκευή ετεροκυκλικών ενώσεων, μέσω μιας αντίδρασης πολλαπλών συστατικών που ακολουθείται από μια σύζευξη Ullmann. Κάθε βήμα μελετάται ξεχωριστά και εξετάζονται όλα τα ζητήματα δραστικότητας. Στο κεφάλαιο 5, παρουσιάζεται η προσπάθεια για σύνθεση δυάδων φουλερενίου C60-πορφυρίνης και φουλερενίου C60-τερπυριδίνης, αξιοποιώντας την αντίδραση σύζευξης Α3. Αρχικά, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που ελήφθησαν κατά τη σύνθεση ενός παραγώγου C60-προπαργυλαμίνης, ακολουθούμενα από τις ανεπιτυχείς προσπάθειες για την παρασκευή δυάδων C60-πορφυρίνης και C60-τερπυριδίνης, με εκμετάλλευση αυτής της στρατηγικής. Στο κεφάλαιο 6, τέσσερα σύμπλοκα ιριδίου-NHC αξιολογήθηκαν ως προς την ικανότητά τους να ανάγουν προχειρόμορφες κετόνες σε οπτικά καθαρές τριτοταγείς αλκοόλες, μέσω της στρατηγικής μεταφοράς υδρογόνου. Από αυτήν την άποψη, συζητούνται πειράματα βελτιστοποίησης, ακολουθούμενα από τη μελέτη σειράς προχειρόμορφων κετονών. Επιπλέον, συζητιούνται οι συνθετικές προσπάθειες για τη σύνθεση συμπλόκων πλατίνας και παλλαδίου με NHC.