Reações Pericíclicas Intramoleculares na Síntese de Novos Cromenos

Abstract

O trabalho apresentado nesta tese de doutoramento teve como objetivo a síntese de novos derivados de cromenos através de reações pericíclicas intramoleculares. A concretização deste objetivo foi conseguida através do estudo de reações de ciclo-adição 1,3-dipolar intramolecular de iletos azometinos, e de ciclo-adição 1,7- e 1,3-dipolar intramolecular de aniões metil 1-azafulvénio. Foi também explorada a síntese de derivados de cromenos via rearranjo de Claisen de éteres arílicos e propargílicos. Na primeira parte deste trabalho foi explorada a síntese de derivados de cromeno-pirróis e cromeno-pirrolo[1,2-c]tiazóis, através da reação de ciclo-adição 1,3-dipolar intramolecular de iletos azometinos com dipolarófilos internos. Esses iletos azometinos foram gerados in situ, a partir da condensação descarboxilativa dos aminoácidos sarcosina e ácido 1,3-tiazolidina-4-carboxílico com salicilaldeídos, contendo alquinos e alenos como grupos funcionais, e que atuaram como dipolarófilos internos. Os vários alquinos e alenos utilizados neste estudo, permitiram a formação de diferentes derivados de cromeno-pirróis e cromeno-pirrolo[1,2-c]tiazóis, incluindo tetra-hidrocromeno[4,3-b]pirróis, tetra-hidrocromeno[3’,4’:4,5]pirrolo[1,2-c]tiazóis, 3-metilenocromano[4,3-b]pirróis, tetra-hidrocromeno[2,3-b]pirróis e tetra-hidro-1Hcromeno[3’,2’:4,5]pirrolo[1,2-c]tiazóis. As reações do ácido 1,3-tiazolidina-4-carboxílico apresentaram estereosseletividade, com o ciclo-aducto maioritário a resultar do dipolo com configuração anti. Posteriormente, foi estudada a reatividade de aniões metil 1-azafulvénio, gerados in situ através da eliminação queletrópica de dióxido de enxofre de 2,2-dioxo-1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazóis contendo dipolarófilos internos, a qual resultou na formação de novos derivados de cromenos. A fase inicial deste estudo consistiu na síntese de 2,2-dioxo-1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazóis, substituídos em C-3 por grupos arílicos contendo ligações insaturadas. A termólise em condições de irradiação por micro-ondas dos 2,2-dioxo-1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazóis permitiu a geração dos aniões metil 1-azafulvénio correspondentes. Pela primeira vez, foi descrita a intercepção de aniões metil 1-azafulvénio em reações de ciclo-adição intramolecular [8π+2π] e [4π+2π]. Estes atuaram como 1,7- e 1,3-dipolos originando derivados de 6H-cromeno[4,3-e]indolizinas e 6H-cromeno[3,4-b]pirrolizinas, respetivamente. Os aniões metil 1-azafulvénio participaram também em reações de electrociclização-1,7 formando os respetivos C-estiril-1H-pirróis. Por outro lado, o rearranjo de Claisen dos éteres arílicos e propargílicos presentes nos C-estiril-1H-pirróis, nos 1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazóis e nos 2,2-dioxo-1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazóis, levou à síntese de derivados de 2H-cromenos, incluindo derivados quirais. Finalmente, a síntese de aziridinas derivadas do salicilaldeído, e o estudo da sua reatividade como via para a preparação de novos derivados de cromeno-pirróis, foi outro dos tópicos explorados no doutoramento. Foram preparadas 2-benzoil- e 2-(benziloxicarbonil)aziridinas, contendo alquinos e alenos, a partir de chalcones e fenilacrilatos, respetivamente. A abertura conrotatória das aziridinas por aquecimento gerou os iletos azometinos correspondentes, os quais participaram na reação de ciclo-adição 1,3-dipolar intramolecular, com os alquinos e os alenos a atuarem como dipolarófilos, originando 1,4-di-hidrocromeno[4,3-b]pirróis e 3-metilenocromano[4,3b]pirróis. Em síntese, as várias estratégias sintéticas estudadas ao longo do doutoramento permitiram a preparação de uma grande variedade de derivados de cromenos, incluindo cromenos quirais, uma classe de compostos com propriedades químicas e biológicas muito interessantes.

The main objective of the work presented in this PhD thesis was the synthesis of new chromene derivatives via intramolecular pericyclic reactions. This goal was achieved by studying intramolecular 1,3-dipolar cycloaddition reactions of azomethine ylides, and intramolecular 1,7- and 1,3-dipolar cycloaddition reactions of azafulvenium methides. The synthesis of chromene derivatives via Claisen rearrangement of aryl propargyl ethers was also studied. In the first part of this work, the synthesis of chromeno-pyrroles and chromeno-pyrrolo[1,2-c]thiazoles via intramolecular 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides with internal dipolarophiles was explored. These azomethine ylides were generated in situ from the decarboxylative condensation reaction of aminoacids sarcosine and 1,3-thiazolidine-4-carboxylic acid with salicylaldehydes bearing alkynes and allenes as functional groups, acting as internal dipolarophiles. Several alkynes and allenes used in this study allowed the formation of different chromeno-pyrrole and chromeno-pyrrolo[1,2-c]thiazole derivatives, including tetrahydrochromeno[4,3b]pyrroles, tetrahydrochromeno[3’,4’:4,5]pirrolo[1,2-c]thiazoles, 3-methylenechromano[4,3-b]pyrroles, tetrahydrochromeno[2,3-b]pyrroles and tetrahydro-1H-chromeno[3’,2’:4,5]pirrolo[1,2-c]thiazoles. Stereoselectivity was observed when 1,3-thiazolidine-4-carboxylic acid was used as dipole precursor, with the major cycloadduct resulting from the dipole with anti configuration. The reactivity of azafulvenium methides, generated by the chelotropic extrusion of sulfur dioxide from 2,2-dioxo-1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazoles bearing internal dipolarophiles, was subsequently studied, and allowed the formation of new chromene derivatives. Initially, this study involved the synthesis of 2,2-dioxo-1H,3H-pyrrolo[1,2c]thiazoles substituted at C-3 by aryl groups bearing unsaturated bonds. The microwave irradiation of 2,2-dioxo-1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazoles allowed the generation of the corresponding azafulvenium methides. For the first time, the interception of azafulvenium methides in intramolecular [8π+2π] and [4π+2π] cycloaddition reactions was described. These intermediates acted as 1,7- and 1,3-dipoles affording 6H-chromeno[4,3-e]indolizine and 6H-chromeno[3,4-b]pyrrolizine derivatives, respectively. The azafulvenium methides also participated in 1,7-electrocyclization reactions forming the corresponding C-styryl-1H-pyrroles. On the other hand, the Cstyryl-1H-pyrroles, 1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazoles and 2,2-dioxo-1H,3H-pyrrolo[1,2c]thiazoles bearing aryl propargyl ethers were converted into the corresponding 2Hchromenes via Claisen rearrangement. Finally, the synthesis of aziridines, derived from salicylaldehyde, as well as the study of their reactivity as a route to new chromeno-pyrrole derivatives, was also explored. The 2-benzoyl- and 2-(benzyloxycarbonyl)aziridines bearing alkynes and allenes were prepared from chalcones and phenylacrilates, respectively. The thermal conrotatory ring opening of the aziridines generated the corresponding azomethine ylides. These participated in the intramolecular 1,3-dipolar cycloaddition reaction with alkynes and allenes, acting as dipolarophiles, affording 1,4-dihydrochromeno[4,3b]pyrroles and 3-methylenechromano[4,3-b]pyrroles. In summary, the various synthetic strategies explored during this PhD allowed the preparation of a wide variety of chromene derivatives, including chiral chromenes, a class of compounds with very interesting chemical and biological properties.