Σύνθεση υδροξυ-π-κινονικών παραγώγων. Αλλυλίωση και αρυλίωση υδροξυ-π-κινονών μέσω αντιδράσεων τύπου Tsuji-Trost και Suzuki
Creators: name: Καζαντζή, Γεωργία Νικόλαος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2007
Subjects: Υδροκινόνες
Αντίδραση Suzuki
Αλλυλίωση
Καταλύτης παλλαδίου
Ιωδωνιακά δίπολα
Λοουσάνη
Hydroxyquinones
Suzuki coupling
Allylation
Palladium-catalyzed
Phenliodonium ylides
Lawsone

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν οι αντιδράσεις αλλυλίωσης και αρυλίωσης/αλκενυλίωσης 2-υδροξυκινονών μέσω αντιδράσεων τύπου Tsuji-Trost και Suzuki αντίστοιχα.Πιο συγκεκριμένα επιτεύχθηκε η αντίδραση αλλυλίωσης της λοουσόνης μέσω κατάλυσης με Pd(PPh3)4 και οξικό οξύ χωρίς διαλύτη στους 100οC και θέρμανσης με κάθετο ψυκτήρα επαναρροής σε διαλύτη νερό με καταλυτική ποσότητα Pd(PPh3)4 και αδαμαντανικού οξέος. Οι αλλυλικές αλκοόλες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν οι εξής: αλλυλική αλκοόλη, κινναμωμική (3-φαινυλο-προπ-2-εν-1-όλη), κροτυλική (βουτ-2-εν-1-όλη), 3-μεθυλο-βουτ-2-εν-1-όλη, μεταλλυλική (2-μεθυλο-προπ-2-εν-1-όλη), α-βινυλο-βενζυλική αλκοόλη, βουτ-3-εν-2-όλη και 2-μεθυλο-βουτ-3-εν-2-όλη. Η αλλυλίωση της λοουσόνης με τις παραπάνω αλκοόλες έγινε με ικανοποιητικές αποδόσεις. Η αντίδραση αλλυλίωσης της λοουσόνης απέτυχε με τη γερανιόλη, τη φυτόλη, τη βουτ-2-εν-1,4-διόλη και τη βουτ-2-ιν-1-όλη. Επίσης αντίδραση αλλυλίωσης της λοουσόνης επετεύχθη και με τους οξικούς εστέρες της αλλυλικής και της κινναμωμικής αλκοόλης, αλλά όχι με αυτόν της γερανιόλης. Στα ενδιαφέροντα στοιχεία της παραπάνω αντίδρασης κατατάσσεται η σε ένα στάδιο και με απλή πειραματική διαδικασία σύνθεση της λαπαχόλης και της 2-υδροξυ-3-(1,1-διμεθυλαλλυλο)-1,4-ναφθοκινόνης, ενώσεων που είναι φυσικά προϊόντα και παρουσιάζουν μεγάλη βιολογική δράση. Η σύνθεση της λαπαχόλης κατέστη δυνατή και από την αντίδραση της λοουσόνης με περίσσεια 3-μεθυλο-βουτ-2-εν-1-όλης παρουσία καταλυτικής ποσότητας Pd(PPh3)4 και 1-αδαμαντανικού οξέος με θέρμανση με επαναρροή. Η προσπάθεια αλλυλίωσης της 2-υδροξυ-5,6-διμεθυλοβενζοκινόνης, της 2-υδροξυ-5-μεθυλοβενζοκινόνης και της 2-υδροξυτριπτυκενοκινόνης δεν απέδωσε, τουλάχιστον με τις συνθήκες θέρμανσης χωρίς διαλύτη.Επειδή η προσπάθεια απευθείας αρυλίωσης της λοουσόνης με φαινυλοβορονικό οξύ και καταλύτη Pd(OAc)2 απέτυχε, γι' αυτό και δοκιμάστηκε η οδός της αρυλίωσης μέσω του ιωδωνιακού της διπόλου. Έγινε μελέτη των συνθηκών της αρυλίωσης του υλιδίου της λοουσόνης μέσω αντίδρασης τύπου Suzuki και βρέθηκαν οι βέλτιστες (καταλυτική ποσότητα P(tBu)3, διαλύτης μίγμα διμεθοξυαιθάνιο:νερό = 4:1) που έδωσαν τα επιθυμητά προϊόντα σε υψηλές αποδόσεις. Το ιωδωνιακό δίπολο της λοουσόνης αντέδρασε με το φαινυλο-, το 3-94θειενυλο-, το 4-αιθυλοφαινυλο-, το 2-φουρυλο-, το trans-2-φαινυλοβινυλο-, το 1-βουτοξυκαρβονυλο-ινδολ-2-υλο-βορονικό οξύ και το 1-(φαινυλοσουλφονυλο)-ινδολ-3-υλο-βορονικό οξύ. Το μοναδικό βορονικό οξύ που δεν αντέδρασε με το ιωδωνιακό δίπολο της λοουσόνης ήταν το 2-θειενυλοβορονικό οξύ. Προσπάθεια αρυλίωσης των ιωδωνιακών διπόλων της 5-μεθυλο-2-υδροξυ-βενζοκινόνης, της 5,6-διμεθυλο-2-υδροξυ-βενζοκινόνης και του διπλού ιωδωνιακού διπόλου δεν απέδωσε. Αντίθετα αντιδράσεις αρυλίωσης του ιωδωνιακού διπόλου της 2-υδροξυτριπτυκενοκινόνης με βορονικά οξέα ήταν επιτυχείς, με χαμηλότερες όμως αποδόσεις. Στην περίπτωση αυτή όμως συντίθενται υποκατεστημένες τριπτυκενοκινόνες, μία τάξη ενώσεων με ενδιαφέρουσα βιολογική δράση. Αξιοσημείωτη είναι και η δυνατότητα αντίδρασης Suzuki υλιδίων υδροξυκινονών και βορονικών οξέων σε διαλύτη μόνο το νερό. Έτσι λοιπόν επιτεύχθηκε η απευθείας εισαγωγή αρυλο-, ετεροαρυλο- και αλκενυλο-ομάδων σε υδροξυκινόνες μέσω απλής πειραματικής διαδικασίας.
description: The allylation and arylation reactions of 2-hydroxyquinones through Tsuji-Trost and Suzuki-type reactions, respectively were studied in the present work.The allylation of lawsone was achieved through catalysis with Pd(PPh3)4 and acetic acid under neat conditions at 100oC and refluxing conditions (water as a solvent) with catalytic amounts of Pd(PPh3)4 and 1-adamantanecarbocylic acid. The allyl alcohols used in this study were : prop-2-en-1-ol, cinnamyl alcohol (3-phenyl-prop-2-en-1-ol), crotyl alcohol (but-2-en-1-ol), 3-methyl-but-2-en-1-ol, 2-methyl-prop-2-en-1-ol, α-vinyl-benzylalcohol, but-3-en-2-ol and 2-methyl-but-3-en-2-ol. The allylation products were isolated in satisfactory yields but no allylation product could be isolated from the reaction of lawsone with geraniol, phytol, but-2-en-1,4-diol and but-2-yn-1-ol. The reaction afforded similar yields of allyl-hydoxyquinones by using either allyl alcohols or their acetates (allyl acetate, cinnamyl acetate but not geranyl acetate) as allylating agents. The reaction can be used for the preparation of lapachol, an interesting biologically active compound and main precursor to the equally important naphthoquinone, β-lapachone. Better yields of lapachol were obtained if the reaction is conducted in refluxing 3-methyl-2-buten-1-ol and this indicates the route for the preparation of analogous interesting compounds starting from other than lawsone hydroxyquinones.The direct arylation of lawsone with phenylboronic acid and catalytic amount of Pd(OAc)2 didn't work. For that reason the arylation was tried through Suzuki-type coupling of phenyliodonium ylides of hydroxyquinones with arylboronic acids. The reaction of phenyliodonium ylide of lawsone with arylboronic acids was carried out at room temperature in dimethoxyethane : water (DME:H2O=4:1) under argon. Lithium hydroxide was used as base and 4 mmol% of the Pd(OAc)2 with P(t-Bu)3. Under these conditions the best yields of the 3-substituted-2-hydroxy-1,4-naphthoquinone derivatives were obtained. The phenyliodonium ylide of lawsone reacted with phenyl-, 3-thienyl-, 4-ethylphenyl-, 2-furyl-, trans-2-phenylvinyl-, 1-butoxycarbonyl-indol-2-yl-boronic acid and 1-(phenylsulfonyl)-indol-3-yl-boronic acid affording high yields of arylation derivatives. The reaction of 2-thienylboronic acid with phenyliodonium ylide of lawsone did not proceed under any conditions, not even in refluxing DME-H2O. Also, the coupling reaction did not proceed at all with phenyl-iodonium ylides of 5-methyl- and 5,6-dimethyl-2-hydroxy-1,4-benzoquinone. In contrast, the corresponding ylide of hydroxytriptycenoquinone afforded coupling products. In this case yields were rather low but the reaction offers access to functionalized triptycenequinones, a class of compounds with interesting biological activity. Finally, the transformation of 2-hydroxyquinones to their 3-substituted derivatives can be most conveniently achieved in two steps: formation of their phenyliodonium ylides and Suzuki-type coupling raction of the latter with aryl- and alkenylboronic acids. The high yields, the diversity of both reaction steps and the possibility of conducting the second step in water could make this the method of choice for the preparation of this interesting class of compounds.