Noves aplicacions sintètiques d’al•lens per a l’obtenció d’aminopoliols i heterocicles nitrogenats

Abstract

En aquesta Tesi, s’ha estudiat l’aplicació dels al•lens en dues metodologies: el procés tàndem d’hidroboració d’al•lens i posterior addició a aldehids i la inserció d’al•lens a benzilamines i feniletilamines catalitzada per pal•ladi.

La hidroboració d’al•lens i posterior addició a aldehids és un procés tàndem en el que la hidroboració d’un al•lè dóna lloc, inicialment, a un alquenilborà, que posteriorment s’addicionarà a un aldehid per generar un alcohol homoal•lílic, estructura de gran interès sintètic. En concret, s’ha estudiat la hidroboració i posterior addició a aldehids de 4-vinilidenoxazolidin-2-ones, al•lenamides i certs al•lenols protegits. Pel que fa als primers, la hidroboració-addició d’aquests compostos, estudi que s’inicià en la Tesi Doctoral de Carolina Sánchez, ha permès l’obtenció dels adductes esperats amb excel•lents rendiments i estereoselectivitats. Els adductes obtinguts, a més, han resultat sintèticament molt útils, ja que han permès dur a terme una síntesi de la (R)-alfa-vinilserina, i també l’obtenció molt directa d’algunes estructures derivades de la vinilesfingosina per ser estudiades com a potencials inhibidors del metabolisme d’esfingolípids. L’obtenció d’estructures més complexes presents en molècules com l’esfingofungina E, però, no ha estat possible per la manca de reactivitat de l’al•lè enfront de dihidroxialdehids. Pel que fa a la hidroboració d’al•lenamides i posterior addició a aldehids, s’ha estudiat com una nova via per a l’obtenció d’estructures de 2-amino-1,3-diol, que són presents en les bases esfingoides. Malauradament, aquestes addicions no han conduit a bons rendiments com a conseqüència de les propietats electròniques d’aquests al•lens, que han portat a la formació de subproductes de reacció. Tots els intents encaminats a evitar la formació d’aquests subproductes no han millorat els resultats inicials, mentre que l’ús d’al•lenamides alternatives sí que ha permès, en algun cas, evitar la formació d’aquests subproductes. En aquests casos, però, s’ha perdut el control estereoquímic del procés, arribant a obtenir fins a tres estereoisòmers amb proporcions semblants.

La hidroboració d’al•lenols protegits s’ha estudiat com a alternativa per a l’obtenció de les estructures de 2-amino-1,3-diol, en aquest cas, de forma racèmica. Aquests al•lens han portat a l’obtenció d’adductes d’addició amb bons rendiments i excel•lents diastereoselectivitats, que, a més, han permès l’obtenció de les estructures desitjades protegides en tres etapes sintètiques i rendiments moderats com a conseqüència d’una oxidació del doble enllaç dificultosa. La síntesi de la 3-epi-Jaspina B no s’ha pogut concloure ja que ha resultat necessari un canvi en l’estratègia sintètica.

Finalment, també s’ha desenvolupat una metodologia catalítica per a la inserció d’al•lens a benzilamines i feniletilamines, que ha permès l’obtenció d’heterocicles d’interès com les tetrahidroisoquinolines o les benzazepines. En aquest cas, s’han optimitzat unes condicions de reacció que posteriorment s’han utilitzat en la inserció de diferents al•lens a diferents amines per avaluar-ne els resultats. Així, s’ha observat com la presència de més d’un substituent en l’al•lè disminueix dràsticament el rendiment, mentre que la presència d’un substituent atraient d’electrons en alfa a l’al•lè permet la formació regioselectiva d’un dels dos possibles regioisòmers en la inserció a benzilamines. La inserció a feniletilamines, en canvi, té lloc de forma regioselectiva independentment de l’al•lè emprat. També s’ha observat que la presència d’heteroàtoms com l’oxigen o el nitrogen en alfa a l’al•lè no condueix als heterocicles esperats com a conseqüència de la degradació d’aquesta classe d’al•lens. Per altra banda, també s’ha observat com la presència d’un substituent electroatraient en alfa a l’amina és necessària per a que la inserció tingui lloc amb bons rendiments.

In this Thesis two synthetic methodologies applied to allenes have been studied. In particular, we have studied the allene hydroboration-aldehyde addition tandem process and the palladium-catalyzed allene insertion to benzylamines and phenylethylamines.

Concerning the allene hydroborarion-aldehyde addition, three different types of allenes have been explored, which are 4-vinylideneoxazolidin-2-ones, allenamides derived from oxazolidinones and some protected allenols. In the first case, this type of allenes have allowed the obtention of the expected adducts in high yields and stereoselectivities. Furthermore, these adducts have proven very useful from the synthetic point of view. They have allowed us to obtain different derivatives of vinylsphingosine, which are potential inhibitors of sphingolipid metabolism, and also a synthesis of the (R)-alpha-vinylserine hydrochloride has been carried out from them. The hydroboration of allenamides was thought to represent a direct approach to the 2-amino-1,3-diol structure,which is found in sphingoid bases. However, this has not led to good yields due to the different byproducts obtained as a result of the electron-rich properties of these allenes, although the stereoselectivities were excellent in all cases. All the attempts to improve the yields using additives or different allenamides have not been successful.

The hydroboration of protected allenols have been studied as an alternative to obtain the desired aminodiol structure as a racemic mixture, and, in this case, adducts with good yields and excellent stereoselectivities have been obtained. The synthetic transformations from these adducts to the desired aminodiol structure have also been explored, yielding the desired compounds with moderate yields as a result of a complicated double bond oxidation step.

Finally, a palladium-catalyzed methodology for the insertion of allenes to benzylamines and phenylethylamines have been successfully developed, and has led to the obtention of heterocycles such as tetrahydroisoquinolines and benzazepines. In this methodology, electron-withdrawing groups directly attached to the allene moiety have proven to produce only one out of the two possible regioisomers in the insertion to benzylamines, while the insertion to phenylethylamines takes place in a regioselective form regardless of the allene used. In addition, the need for an electron-withdrawing group in the alpha-position of the quaternary center of the amine have also been observed.