Antrasenin çok yönlü işlevselleştirilmesi: Tri- ve tetrasübstitüeantrasenler ile 1,4-antrakinonların seçici ve etkin yöntemlerle sentezi
Multi-functionalization of anthracene: synthesis of tri- and tetrasubstitueanthracenes and 1,4-anthraquinones with selective and efficient methods
Yazar: KIYMET BERKİL AKAR
Danışman: PROF. DR. OSMAN ÇAKMAK
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Antrakinonlar = Anthraquinones ; Antrasen = Anthracene ; Bromlama = Bromination ; Hidroliz = Hydrolysis

Özet:
Bu çalışmada, antrasen'in 1 her üç halkasına brom sübstitüentleri takılarak, molekülün çok yönlü işlevsel hale getirilmesi sağlanmıştır. Tri- ve tetrasübstitüeantrasen türevleri için etkili ve seçici sentez yöntemleri geliştirilmiştir. Birçok denemeler yapılarak, hekzabromantrasen'in 53 tek ürün halinde stereospesifik sentezi gerçekleştirilmiştir. Hekzabromür 53, gümüş destekli nükleofilik yer değiştirme reaksiyonları ile 1,4-konumlarında 1,4-disübstitüe-tetrahidroantrasen türevlerine dönüştürülmüştür. Oluşan ürünlerin aromatlaştırılması ile antrasenin bromo, hidroksi ve metoksi türevleri elde edilmiştir. Gümüş destekli hidroliz ürünlerinin (1,4-dihidroksi türevleri) PCC yükseltgenmesi ile bromsübstitüe- 1,4-antrakinonlar için yeni bir metot geliştirilmiştir.9,10-Dibromantrasen'in (9) brom (Br2, 2.5 Ek.) ile CCl4 içerisinde fotobromlama reaksiyonu tek ürün halinde trans,cis,trans-1,2,3,4,9,10-hekzabromantrasen 53 bileşiğini verdi (%95). Hekzabromantrasen'in 53 piridinle tribromantrasen'e 55 dönüşüm reaksiyonu yeniden incelendi ve reaksiyon şartları optimize edildi. Hekzabromantrasen'in 53 termoliz reaksiyonu tam bir dönüşümle (%97) tribromantrasen'i 55 oluşturdu. Tribromantrasen'in 55 moleküler brom (2.5 Ek.) ile fotobromlanması sonucunda seçici olarak heptabromür 199 tek ürün halinde oluştu (%94). Heptrabromür 199 piridin ile etkileştirildi. Tetrabromantrasen 57 %60 verimle elde edildi.Hekzabromür 45 çözücü içerisinde ve oda sıcaklığında ışığa maruz bırakıldığında konfigürasyon izomerleşmesi meydana gelmektedir. Çeşitli şartlarda denemeler yapılarak denge mekanizması açıklandı.Hekzabromür'ün 53 gümüş destekli hidroliz ve metanoliz reaksiyonları farklı ortam ve şartlarda incelendi. Gümüş sülfat (Ag2SO4) kullanılarak gerçekleştirilen metanoliz reaksiyonu oda sıcaklığında 2 gün sonunda 200, 201 ve 202 bileşiklerini sırasıyla 54:14:32 oranlarında oluşturdu. Reaksiyon süresi 10 güne uzatıldığında ayrıca aromatlaşma ürünü 51 bileşiği de gözlenmektedir. Ürünler (200, 201, 202 ve 51) kolon kromatografisi yardımıyla sırasıyla %35, %11, %18 ve %15 verimlerle ayrıldı.Hekzabromürün gümüş perklorat ile gerçekleştirilen metanoliz reaksiyonlarında 201 ve 202 bileşikleri elde edildi (sırasıyla 30:51 oranlarında). Elde edilen dimetoksitlerin (201 ve 202) CH3ONa ile ayrılma tepkimeleri aynı ürünleri (51 ve 52) farklı oranlarda oluşturdu. Dimetoksiantrasen 201, aromatlaşma ürünleri 51 ve 52'yi sırasıyla 64:36 oranlarında verirken, dimetoksit 202 bileşiği aynı ürünleri 45:55 oranlarında oluşturmaktadır. 200 Bileşiğinin, CH3ONa ile etkileşimi, 51 ve 204 bileşiklerini (sırasıyla 67:33 oranlarında) vermektedir.Dimetoksiantrasen'in 202 bir ekivalent CH3ONa ile tepkimesinde %70 dönüşüm gözlendi. Reaksiyonda, bir mol HBr ayrılma ürününün (203) yanısıra aromatlaşma ürünleri de (51 ve 52) oluştu. 203, 51 ve 52 Ürünleri için 1H-NMR ile belirlenen oran sırasıyla 30:41:1:9 olarak belirlendi. Böylece 51 ve 52 ürünlerinin 203 ürünü üzerinden oluştuğu anlaşıldı.Hekzabromür'ün 53 AgClO4 ile gerçekleştirilen hidrolizi, dihidroksit'i 205, (%80) tek ürün halinde oluşturdu. Dihidroksit'in 205 CH3ONa bazı ile muamelesi seçici olarak 2,9,10-tribromo-1,4-dihidroantrasen-1,4-diol (206) (%56) bileşiğini verdi. 205 ve 206 Bileşikleri ayrı ayrı PCC ile reaksiyona sokuldu. 206 Bileşiğinin yükseltgenme reaksiyonu tam bir dönüşümle 207 (%90) bileşiğini oluşturdu. 205 Bileşiği ise, beklenen ürün yerine 208 (%74) bileşiğine dönüştü. 207 ve 208 Ürünleri aynı yapısal formüle sahip olmasına rağmen, 208'de karbonilli kısmın bükülme göstererek, düzlemsellikten saptığı; bu yüzden oluşan ürünün farklı bir konformasyon izomeri yapısı sergilediği kanaatine varıldı.Değişik denemeler yapılarak 2,9,10-Tribromantrasen'in (55) siyanür türevine dönüşme şartları belirlendi. Tribromür DMF içerisinde 6 ekivalent CuCN ile reaksiyona tabi tutuldu. 7 Saat süren reaksiyon sonucunda 2,9,10-trisiyanoantrasen (209) tek ürün olarak %75 verimle elde edildi.Dibromantrasen'in 9 ve tetrabromantrasen'in 57 metoksi türevlerine dönüştürülmesi için çeşitli denemeler yapıldı. DMF ortamında CuI katalizörlüğünde CH3ONa ile nükleofilik aromatik yer değiştirme reaksiyonları ürün karışımlarını verdi. Dibromantrasen 9 ve CH3ONa'in reaksiyonu ile elde edilen ürün karışımından dimetoksiantrasen 170 %29 verimle izole edilebildi.Tribromür 55, önce n-BuLi, arkasından S2(CH3)2 ile etkileştirildi. Reaksiyon sonucunda bir ürün karışımı elde edildi. 2-Bromo-9,10-bis(metiltiyo)antrasen (211) kolon kromatografisi ile %14 verimle izole edildi.Gerek metoksi türevlerine ve gerekse sülfür türevlerine dönüşümlerde antrasen için parametlerin (çözücü, sıcaklık, süre, çözücü cinsi, vd.) değiştirilerek geniş bir çalışma yapılması gerektirdiğini ortaya koydu. Bu çalışmalar ileride planlanan çalışmalar için öncü bir çalışma niteliği taşımaktadır.

Abstract:
In this study, multi-functionality of anthracene (1) in the three benzene rings molecule with bromine substituent was succeeded. An effective and selective synthetic strategy was developed for tri- and tetrasubstituted anthracene derivatives. First, a stereospesific synthesis procedure for hexabromide 53 for a single product was developed. Silver induced nucleophilic substitution reactions of hexabromide 53 were realized with silver salts and 1,4-dihydroxy and dimethoxy derivatives of anthracenes were obtained. Then the tetrahydroanthracenes were aromatized using CH3ONa.Photobromination reaction of 9,10-dibromoanthracene (9) in CCl4 with molecular bromine (Br2, 2.5 Eq) yielded to trans,cis,trans-1,2,3,4,9,10-hexabromoanthracene (53) as the sole product (95%). The treatment of hexabromoanthracene 53 with pyridine was re-examined and the reaction conditions were optimized. The thermolysis reaction of hexabromoanthracene 53 yielded tribromoanthracene 55 by an excellent conversion rate (97%). Photobromination of tribromoanthracene carried out with a projector lamp in existence of molecular bromine yielded to heptabromide 199 as a selective sole product of 94%. Heptabromide 199 was treated with pyridine, and yielded to tetrabromoanthracene 57 of 60%.When hexabromide 45 is subjected to light at room temperature in solvent (CDCl3), a configurational isomerisation occurs. The mechanism of equilibrium was explained by conducting several experiments.Silver-induced methanolysis and hydrolysis reactions of hexabromide 53 handled with silver sulphate (Ag2SO4) to gate the mixture of 200, 201 and 202 compounds in respective ratios of 54:14:32 at room temperature for 2 days. Aromatization product 51 was also observed when the reaction period was prolonged to 10 days. Using flash column chromatography, products of 200, 201, 202 and 51 were isolated in yields of 35%, 11%, 18% and 15%, respectively. When AgClO4 is used for methanolysis, the reaction gets more efficient and selective. By the used method the compounds 201 and 202 were synthesized (product ratios: 30:51 respectively).Aromatization of dimethoxides (201 and 202) with CH3ONa yielded to the same products, but in different ratios. Dimethoxide 201 yielded 51 and 52 products in ratios of 64:36 respectively, Dimethoxide 202 also got the same products, but in ratios of 45:55 respectively. Aromatization of compound 200 with CH3ONa resulted with 51 and 204 (in ratio of 67:33 respectively). In order to understand the reaction mechanism of the origin of selectivity, dimethoxide 202 was treated with one equivalent CH3ONa. After the reaction, a mixture consisting of 203 was obtained, which is one mole of HBr elimination product besides 51 and 52 (ratio: 41:1:9 respectively; conversion: 70%); It is clear therefore, that the compounds 51 and 52 are derived from 203.Hydrolysis of hexabromide 53 interacting with AgClO4 was formed dihydroxide 205 (80%) as a sole product. The treatment of dihydroxide 205 with CH3ONa was selectively yielded to 2,9,10-tribromo-1,4-dihydroxyanthracene-1,4-diole (206) (56%). Both of the compounds, 205 and 206, were treated with PCC in separate reactions. As a result of the oxidation, compound 206 yielded to compound 207 in an exact conversion of 90%, as compound 205 gave compound 208 as a sole product (74%). Although products 207 and 208 have the same structural formula, there are some differences in between. It was explained that compound 208 became unplanar by the twisted carbonyl part, and the molecule showed different structure of conformational isomerisation.The most favourable reaction conditions were established for transformation of 2,9,10-tribromoanthracene (55) to the tricyanide 209 by several experiments carried out. The tribromide 55 was treated with 6 equivalent CuCN for 7 hours in DMF and 2,9,10-tricyanoanthracene (209) was reached as a sole product in 75% yield.The experiments were repeated for several times for obtaining of methoxy derivatives of dibromoanthracene 9 and tetrabromoanthracene 57. Copper-assisted reactions of dibromoanthracene 9 and tetrabromoanthracene 57 with CH3ONa in DMF resulted in some mixture of products. From the mixtures which came out from the reaction of dibromoanthracene 9 with CH3ONa, dimethoxyanthracene 170 was isolated in a yield of 29%.Tribromide 55 was treated with n-BuLi and then S2(CH3)2. After the reaction, a compound mixture was reached and 2-bromo-9-10-bis(methylthio)anthracene (211) was isolated in a yield of 14% from the mixture.Our studies proved that, the transformation to both methoxy and sulphure derivatives, a good number of experiments must be conducted by changing parameters (solvent, temperature, time, etc.). The studies became a pioneer for other future work, which has been planned.