Bazı azol türevlerinin mikrodalga yardımıyla N-arilasyonu
Microwave assisted N-arylation of some azol derivatives
Yazar: ÖZGÜR ÖZDAMAR
Danışman: PROF. DR. YUNUS BEKDEMİR
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Azoller = Azoles ; Mikrodalga ısıtma = Microwave heating

Özet:
Bu çalışmada temel olarak, N-aril azollerin sentezinin gerçekleştirilebileceği, basit, etkili, ekonomik ve çevre dostu iki ayrı katalitik yöntem geliştirildi. Fe- ve Cu-katalizli bu katalitik sistemlerin, belirlenen oldukça ılıman reaksiyon şartlarında, sulu ortamda, mikrodalgalar varlığında, yüksek düzeyde aktivite gösterdiği gözlendi.Çözücü olarak çevre dostu ve olası en ekonomik çözücü olan suyun kullanımı ile organik çözücülerin yol açabileceği kirlilik problemleri bertaraf edildi ve daha güvenli reaksiyon ortamı sağlandı. Klasik koşullarda uzun reaksiyon süreleri (12-72 saat) ve yüksek sıcaklıklar (~200 °C) gerektiren bu Ullmann tipi eşleşme reaksiyonları mikrodalga ışıma ile düşük sıcaklıklarda, çok daha kısa sürelerde ve çok daha yüksek verimlerle gerçekleştirildi.Geliştirilen her iki katalitik yöntem, uçucu organik çözücüler yerine suyun kullanılması, katalitik miktarlarda katalizör kullanımı, katalizörün geri kazanılıp tekrar kullanılabilir olması, inert gaz atmosferinin gerekli olmayışı, ayrıştırma ve saflaştırma işlemleri kolaylığı ve mikrodalgaların kullanımı ile oldukça yüksek ürün verimlerinin elde edilmesi ile literatürde bir ilk olma özelliği taşımaktadır.Çalışmanın başlangıcında pirazol ile aril halojenürler (iyot benzen veya brom benzen) arasındaki N-arilasyon reaksiyonu, model reaksiyon olarak seçildi ve N-aril azollerin sentezinin gerçekleşebileceği en uygun şartlar, bu model reaksiyon üzerinden yapılan denemeler sonucunda belirlendi.Pirazol'ün, farklı sübstitüe aril veya hetereo aril iyodürler ile olan N-arilasyonu, zehirli olmayan Fe-katalizli katalitik sistem beraberinde, % 98'e varan oldukça yüksek verimlerle gerçekleştirilerek, karşılık gelen N-aril pirazoller sentezlendi. Pirazol haricindeki azol nükleofillerin (imidazol, benzimidazol, 1,2,4-triazol, benzotriazol, indol, karbazol ve tiyabendazol), iyotbenzenle olan C-N eşleşme reaksiyonları da bu katalitik sistemde yapıldı. Nükleofilik kapasitesi pirazole göre nispeten düşük olan imidazoller, triazoller ve bunların benzo-türevleri varlığında karşılık gelen N-aril azollerin oluşumu kısmen düşük verimlerle gerçekleşti.Arilasyon reaktifi olarak farklı sübstitüe aril veya hetero aril bromürlerin tercih edildiği durumda, Fe-katalizli katalitik sistem de ürün oluşumu iz miktarlarda gözlenirken, Cu-katalizli katalitik sistem eşliğinde, pirazol'ün N-arilasyonu oldukça yüksek verimlerle (% 23-98) gerçekleştirilmiş ve N-aril pirazol ürün çeşitliği sağlanmıştır.Geliştirilen Cu-katalizli bu katalitik şartlarda arilasyon kaynağı olarak farklı sübstitüe aril iyodürler de kullanılmış ve bu durumda reaksiyonların daha da yüksek verimlerle sonuçlandığı görülmüştür. Yine seçilen azol serilerinin (imidazol, benzimidazol, 1,2,4-triazol, benzotriazol, indol, karbazol ve tiyabendazol) gerek iyot benzenle gerekse brom benzenle Ullmann tipi C-N eşleşme reaksiyonları neticesinde karşılık gelen N-aril azoller sentezlenmiştir (Verim % 21-98).Elde edilen tüm ürünler kromatografik olarak saflaştırılarak IR, 1H-NMR, 13C-NMR, LC-MS ve LC-MSMS spektroskopik yöntemlerle tanımlanmış, sonuçların literatür verileri ile uyumlu olduğu görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Azol, mikrodalga, N-arilasyonu, N-aril azoller, C-N eşleşme, Ullmann kimyası, aril halojenürler.

Abstract:
In this study mainly, two different catalytic methods which are simple, efficient, economic and environmental friendly were developed. These Fe- and Cu-catalyzed catalytic systems have shown quite high level catalytic activity in water, under microwave assisted established mild reaction conditions.Use of water, the most environmentally friendly and economic solvent possible, avoids problems of pollution that are inherent with organic solvents and provides more safety reaction medium. Ullmann-type cross coupling reactions which require long reaction times (12-72 h) and high reaction temperatures (~ 200 °C) under conventional conditions were carried out with microwave irradiation in low temperatures, at shorter times and with rather high yields.Developed both catalytic system, which were used water in place of volatile organic solvents and catalytic amount of catalyst that will be easy recoverable and reusable, without necessity of inert gas atmosphere, simplicity of work-up procedure and obtained very good product yields with use of microwave irradiation, have shown the first example property in literature.The N-arylation reaction between pyrazole and aryl halogens (iodobenzene or bromobenzene) was selected as a model reaction at the beginning of the study and the optimum reaction conditions for the synthesis of N-aryl azoles determined at the end of experiments over this model reaction.N-arylation of pyrazole with different substituted aryl or hetero aryl iodides have been carried out up to % 98 percent yield along with non-toxic Fe-catalyzed catalytic system and corresponding N-aryl pyrazoles was synthesized. C-N coupling reactions of some azole nucleophiles (imidazole, benzimidazole, 1,2,4-triazole, benzotriazole, indole, carbazole ve thiabendazole) with iodobenzene have been also carried out in this catalytic system. Imidazoles, triazoles and their benzo-derivatives have given concerned N-aryl azoles with low yields because of their low nucleophilic capacity according to pyrazole.When aryl or hetero aryl bromides have chosen as an arylation reactive, the Fe-catalyzed catalytic system have given trace amount of product. On the other hand N-arylation of pyrazole along with Cu-catalyzed catalytic system occurred with rather high yields (% 23-98) and N-aryl pyrazole product variety obtained.At the same time different substituted aryl iodides was also used as an arylation supply in this Cu-catalyzed catalytic conditions and it was shown that the reactions occurred with highest yields than when aryl bromides used. Nevertheless at the end of Ullmann type C-N coupling reactions between selected azoles series with whether iodobenzene or brombenzene, the corresponding N-aryl azoles were synthesized (Yields % 21-98).All the products purified by chromatographic methods and determined by IR, 1H-NMR, 13C-NMR, LC-MS and LC-MSMS spectroscopic techniques and it was shown that obtained results have good agreement with literature.Key Words: Azoles, microwave, N-arylation, N-aryl azoles, C-N coupling, Ullmann chemistry, aryl halogens.