Síntesi de nous compostos policíclics com a possibles precursors d’alquens piramidalitzats

Abstract

En la present Tesi Doctoral s’ha desenvolupat una metodologia sintètica per accedir a compostos policíclics complexos funcionalitzats de manera senzilla i eficaç, amb l’objectiu de poder generar a partir d’aquests un alquè piramidalitzat i estudiar el seu comportament químic en condicions específiques de reacció. En primer lloc, es va posar a punt la síntesi del 5,5-bis(acetoximetil)ciclopenta-1,3-diè, intermedi clau per la introducció de la funcionalització desitjada en l’estructura policíclica. Mitjançant reacció de Diels-Alder entre el ciclopentadiè-1,1-disubstituït i l’acetilè adient (des de l’acetilendicarboxilat de dimetil fins a sals de iodoni triflat o dobles sals de iodoni triflat), es va aconseguir introduir la doble funció veïnal èster metílic, iode-trimetilsilil o iode-iode, grups funcionals clau per la generació d’alquens piramidalitzats. En el primer capítol d’aquesta tesi, es va introduir la doble funcionalització èster metílic com a model per a la construcció de policicles més complexos. Per metanòlisi bàsica dels grups acetoximetil provinents del ciclopentadiè de partida, es va observar addició de Michael intramolecular i es va formar el 3a-(hidroximetil)-3,3a,4,6a-tetrahidro-1H-1,4- metanociclopenta[c]furan-1,7-dicarboxilat de dimetil, donant lloc a diastereòmers. A partir d’aquest esquelet, transformant-lo en el derivat iodometil, es va poder estudiar la reacció Domino de substitució nucleòfila (mitjançant ciclopentadienur potàssic com a nucleòfil) i posterior reacció de Diels-Alder intramolecular. Reacció Domino per la qual es generen tres nous enllaços C–C i tres nous anells, resultant així en un hexacicle funcionalitzat. Es va aconseguir evitar parcialment la reacció de Michael intramolecular realitzant la hidròlisi en medi àcid, fet que va permetre l’obtenció del (1R,4S)-7,7-bis(iodometil)biciclo[2.2.1]hepta-2,5- diè-2,3-dicarboxilat de dimetil, del qual es va poder estudiar la doble reacció Domino de substitució nucleòfila seguida de Diels-Alder intramolecular. Aquesta metodologia va permetre la creació de sis nous enllaços C–C i sis nous cicles, obtenint així un octacicle funcionalitzat en una sola etapa basat en la subestructura d’octaciclo[10.6.1.01,10.03,7.04,9.08,19.011,16.013,17] nonadecà, a partir d’un bicicle. Aplicant aquesta metodologia es va obtenir un octacicle amb la funció iode-trimetilsilil veïnal i en posició cap de pont, possible precursor d’alquens piramidalitzats. Tots els intents de desililació utilitzant diverses fonts de fluorurs no van resultar en la generació de l’alquè piramidalitzat, ja que el grup trimetilsilil va resultar ser inert enfront d’anions fluorurs per impediment estèric. Proves per promoure la generació de l’alquè piramidalitzat utilitzant un catalitzador de pal· ladi per addició oxidant a l’enllaç carboni-iode, no van resultar satisfactòries, però van donar lloc a la co-ciclotrimerització de l’octacicle de partida amb dues unitats d’acetilendicarboxilat de dimetil en un dels dobles enllaços de l’esquelet de partida. Per últim, s’ha pogut estudiar la reactivitat de l’alquè piramidalitzat en l’esquelet de octaciclo[10.6.1.01,10.03,7.04,9.08,19.011,16.013,17]nonadecà per reacció de l’octacicle diiodat amb t- BuLi, amalgama líquida de sodi, o sodi fos a reflux d’1,4-dioxà. En cap cas l’alquè piramidalitzat ha donat lloc a adductes de cicloaddició [4+2] en presència de diens. Utilitzant reactius organolítics, l’alquè piramidalitzat només ha experimentat addicions nucleòfiles del grup t-Butil. Mitjançant reacció amb amalgama de sodi o sodi fos, s’han pogut aïllar el producte de reducció de l’alquè piramidalitzat, un dímer, i un producte derivat de reacció amb el dissolvent de la reacció.

A fast and simple synthetic methodology to prepare complex polycyclic compounds as potential precursors of a hindered pyramidalized alkene, has been developed. The key steps are: (1) the preparation of cyclopenta-2,4-diene-1,1-diyl(bismethylene) diacetate, (2) Diels-Alder reaction of the above diene with different acetylenic dienophiles [dimethyl acetylenedicarboxylate, (2- trimethylsilylethynyl)phenyliodonium triflate and ethine-1,2-diylbis(phenyliodonium) ditrifalte] leading to norbornadienes that contain two acetoxymethyl groups at position 7 and two vicinal methoxycarbonyl, two vicinal iodine atoms or vicinal iodine and trimethylsilil functionalization at positions 2 and 3. The acetoxymethyl groups of the resulting norbornadienes were transformed into iodomethyl, and were reacted with the potassium salt of cyclopentadiene to give octacyclic compounds derived from a double domino nucleophilic substitution / Diels-Alder reaction, which contain the octacyclo[10.6.1.01,10,03,7.04,9.08,19.011,16.013,17]nonadecane skeleton. The octacyclic compound containing an iodine and a trimethylsilyl group in vicinal bridgehead position, could not be transformed into the desired pyramidalized alkene on reaction with different fluoride anion sources, and under different reaction conditions. Only reactions on the less hindered C=C bond of this compound were observed as well as the substitution of the iodide by a fluoride in several derivatives. The octacyclic compound containing two iodine atoms gave the pyramidalized alkene on reaction with molten sodium in boiling 1,4-dioxane, sodium amalgam, or t-BuLi. However, when these reactions were carried out in the presence of dienes such as 1,3- diphenylisobenzofuran, anthracene or 11,12-dimethylene-9,10-ethanoanthracene, no Diels- Alder adducts were ever observed. When t-BuLi was the organolithium reagent used to generate the pyramidalized alkene, only the product of t-butyl and hydrogen addition was obtained. Under molten sodium or sodium amalgam, the main adduct detected was the product of reduction of the strained alkene. Only a dimer of the pyramidalized alkene was isolated and fully characterized on reaction with sodium amalgam, and under refluxing dioxane, the product of insertion of the solvent could be isolated as a diastereomeric mixture. These results differ from those previously reported with related pyramidalized alkenes, due to the steric hindrance experienced by the pyramidalized alkene generated in the octacyclo[10.6.1.01,10,03,7.04,9.08,19.011,16.013,17]nonadecane skeleton