Siklik sülfamidatların asetilenik sübtitüsyon reaksiyonları
Acetylenic substitution reactions of cyclic sulfamidates
Yazar: ABDULLAH KARANFİL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ESKİCİ
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Nükleofilik sübstitüsyon = Nucleophilic substitution

Özet:
Son yıllarda siklik sülfamidatlar çok yönlü azotlu elektrofiller olarak organik sentezinfarklı alanlarında yeni yeni kullanılmaya başlanmıştır. Karbon kökenli nükleofilik yer değiştirmereaksiyonları yeni bir C-C bağı oluşturarak fonksiyonel aminlerin sentezine potansiyel biryöntem oluşturması sebebiyle önemlidir. Bu bağlamda, sülfamidatların fonksiyonel karbonnükleofillerine karşı reaktivitesi organik sentezde yeterince incelenmemiştir. Sadece bazı kararlıkarbanyonlar (çoğunlukla enolatlar) ile etkili sübstitüsyon yaptıkları bilinmektedir.Trietilortopropiyolat nükleofili ile gerçekleştirilen son model sübstitüsyon çalışmaları sikliksülfamidatların asetilenik nükleofillere karşı yüksek reaktiviteye sahip olduklarını işaretetmektedir.Bu çalışmada, siklik sülfamidatların asetilenik nükleofilik sübstitüsyon reaksiyonlarınınkapsamını incelemek amacıyla yapısal olarak farklı bir dizi siklik sülfamidat ile çeşitli terminalalkinlerden hazırlanan lityum alkinür nükleofillerinin reaksiyonları araştırıldı. Sübstitüsyon araürünlerinin asidik hidrolizi ß-alkinlenmiş amin bileşiklerini oluşturmaktadır. İncelenen primerkarbon merkezli 1,2-siklik sülfamidatlar, konjüge, lineer, siklik, heteroatomik, aromatik,hetereoaromatik ve fonksiyonel alkinürlere karşı yüksek bir reaktivite göstermiştir. Bu reaktiviteprofili yüksek verimlerde (%71-98) ß-alkinlenmiş aminlerin elde edilmesini sağladı. Alkinürlerinbazılarında, alkinürlerin THF'deki kümelenmesinden kaynaklanan çözünürlük problemiylekarşılaşıldı. Bu problem THF çözücüsüne %10 oranında polar bir çözücü olarak HMPAeklenmesiyle giderildi. HMPA ilavesi aynı zamanda sülfamidatın reaktivitesini önemli ölçüdeartırdığı gözlendi. Bisiklik prolin türevi 1,2-siklik sülfamidatın aynı şartlardaki reaksiyonu bir araürün oluşturdu, ancak bu ara ürün başta standart 5M HCl hidroliz şartları olmak üzere çeşitliasidik hidroliz şartlarında hidrolizlenemedi. Sekonder karbon merkezli efedrin türevi 1,2-sikliksülfamidat HMPA kullanılmadan muhtemelen sterik etkiden dolayı kayda değer bir reaktivitegöstermedi. HMPA kullanıldığında ise kompleks bir reaksiyon karışımı elde edildi. Eliminasyonahassaslığıyla bilinen sekonder karbon merkezli 1,2-siklik sülfamidatın benzer sübstitüsyonreaksiyonu toplam %96 verimde hem sübstitüsyon hem de eliminasyon ürünlerini oluşturdu(eliminasyon bileşiği 1:2 oranında ana ürün). HPMA kullanıldığında ise bu reaksiyondan sadeceeliminasyon ürünü elde edildi.Ayrıca 1,3-siklik sülfamidatın lityum fenilasetilenür ve trietilortopropiyolat ile modelsübstitüsyon çalışmaları, 1,3-siklik sülfamidatın sadece HMPA içeren çözücü sisteminde 1,2-analoglarından daha düşük ancak sentetik olarak faydalı olabilecek bir reaktiviteye sahipolduğunu gösterdi. Fenil asetilenür ile reaksiyonundan %75 verimle ilgili sübstitüsyon ürünü eldeedildi. Trietilortopropiyolat ile reaksiyonundan ise %80 verim ile bir ürün elde edildi fakat buürünün yapısının beklenen bileşik olmadığı NMR spektroskopisiyle anlaşıldı. Sübstitüsyonürününün ara ürünün asidik hidroliz şartlarında molekül içi bir konjüge katılma tepkimesiylealkiliden pirolidin türü halkalı bir bileşiğe dönüştüğü düşünülmektedir. Ancak bu bileşiğinyapısının doğruluğunun kuşkusuz olarak aydınlatılması için daha detaylı NMR analizlerineihtiyaç vardır.Çalışmada sentezlenen bileşiklerin moleküler yapıları IR, 1H ve 13C NMR tekniklerinikullanarak aydınlatılmıştır.

Abstract:
Acetylenic Substitution Reactions of Cyclic SulfamidatesUse of cyclic sulfamidates as versatile and reactive nitrogen containing electrophileshas recently began to be employed in a range of areas in synthesis. Of great value is the ringopening reactions with carbon-based nucleophiles forming a new C?C bond that could providea facile entry for the synthesis of functionalized amines. In this respect, the reactivity ofsulfamidates toward synthetically versatile carbon-based nucleophiles have been less widelyinvestigated in organic synthesis. A few substitution reactions of sulfamidates with somestabilized-carbon nucleophiles (mostly enolates) are known. Recently model studies conductedwith lithiumtriethylorthopropiolate indicate that cyclic sulfamidates could display a high level ofreactivity towards acetylenic nucleophiles.In this study, reactions of a representative set of structurally different cyclic sulfamidateswith acetylides prepared from various terminal alkynes were investigated in order to define thescope of the acetylenic substittution reactions of cyclic sulfamidates. Acidic hydrolysis ofsubstitution adducts affords ß-alkynlated amines. Primer carbon-centred 1,2-cyclic sulfamidatesshowed a high degree of reactivity towards conjugated, lineer, cyclic, heteroatomic, aromatic,heteroaromatic and functionalized acetylides. This reactivity profile enabled synthesis of ß-alkynlated amine compounds in high yields (%71-98). Solubility proplem was encountered forsome cases, due to aggregation of acetylides in THF. Addition of HMPA as a polar solvent in%10 portion not only overcome the solubility proplem but also increased reactivity ofsulfamidates significantly. Reaction of proline derived bicyclic 1,2- sulfamidate produced anadduct, which was unable to hydroylsis using various acidic conditions including standart 5MHCl conditions. Seconder carbon-centred efedrin derived 1,2-cyclic sulfamidate, without HPMA,failed to display any kind of reactivity level presumably due to steric factors. When HMPA usedas co-solvent, a complex reaction mixture resulted in. 1,2-Cyclic sulfamidate known for itsliability for elimination reaction gave not only substitution but also elimination products in %96overall yield (1:2 elimination compound as the major product). The same reaction with HMPAafforded the elimination compound as the sole product.Model substitution studies of phenylacetlylide and triethylorthopropiolate with the only1,3-cyclic sulfamidate studied demonstrated that beeing less reactive than 1,2-analogue, the1,3-sulfamidate still possesses synthetically useful level of reactivity when HMPA used as theco-solvent. Thus reactions of the 1,3-cyclic sulfamidate with phenylacetlylide andtriethylorthopropiolate gave corresponding substitution products in %75 and 80 yieldrespectively. However structure of the product obtained from the reaction oftriethylorthopropiolate was not the expected compound as judged by NMR spectroscopy. Thestructure of this compound was thought to be an alkylidene prolidine type heterocycliccompound. Formation of this heterocyclic product was rationalized from the pathway thatexpected substitution product under acidic conditions during the hydrolysis process of theintermediate N-sulfamate ester could undergo a facile conjuge addition onto the activated triplebond in intramolecular fashion to form an alkylidene prolidine heterocycle system. Furtherstudies are however required to establish the structure of this compound unambiguoulsy.IR, 1H NMR and 13C NMR techniques were used for structural characterization of thecompounds synthesized in this work.