Combining the diaza-Diels-Alder reaction and palladium-catalyzed aminations to prepare amino-substituted porphyrins

A strategy to tackle the synthesis of azoporphyrins with unsubstituted terminal meso positions was investigated. It comprised the combination of diaza-Diels–Alder (DADA) reaction of 1,3-dienes with dialkyl azodicarboxylates, decarboxylative hydrolysis of the bis(carbamates), palladium-catalyzed amination of bromoporphyrin precursors, and retro-DADA reactions to release the ultimate targets. The somewhat confused historical results on the DADA reactions of 1,3-cyclohexadiene were clarified, but the hydrolyses yielded extremely air-sensitive amines which decomposed completely in minutes via autooxidation and retro-DADA reaction. With anthracene or 2,3-dimethyl-1,3-butadiene as the diene, the synthesis of azoporphyrin was not achieved but three amino-substituted porphyrins were obtained in moderate yields under mild conditions. The X-ray crystal structures of several of the intermediates and the final aminoanthracene-porphyrin nickel(II) complex were determined.

SYNTHESIS AND RETRO AZA DIELS-ALDER REACTION OF SOME NEW ISOQUINUCLIDINE DERIVATIVES

N-Benzyl- and N-(alpha-methoxycarbonylethyl)-2,4,6-triphenyl-1,2-dihydropyridines were submitted to Diels-Alder reactions with maleic anhydride or N-phenylmaleimide yielding, diastereoselectively, the corresponding endo-anti adducts. These novel isoquinuclidines showed to be resistant to N-alkylation or N-protonation, undergoing an unexpected fragmentation via a retro aza Diels-Alder process.

Exploration of novel routes to azo-linked oligoporphyrins

This research explored new ways of chemically combining porphyrins, which are vital biomolecules, to produce new pigments known as azoporphyrins, for applications in advanced technologies. Although the final targets have not yet been realized, numerous novel compounds and known compounds lacking experimental data in the literature were fully characterised by a range of techniques. The data will facilitate subsequent studies of other novel routes to azoporphyrins and related molecules.

Novel furan polymer materials based on the reversible Diels-Alder reaction

A futura e inevitável escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos seus preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento impressionante de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de fornecedores de energia, mas também de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, em particular da biomassa vegetal. Entre estes, os polímeros derivados de monómeros furânicos constituem uma classe única de materiais cujas estruturas podem, em princípio, simular virtualmente os seus homólogos actualmente derivados de recursos fósseis. O anel furânico é uma estrutura heterocíclica com um carácter diénico pronunciado, o que torna-o um dieno particularmente apropriado para a reacção de Diels-Alder (DA) com dienófilos como a maleimida. Um dos aspectos mais relevantes da reacção de DA é a sua reversibilidade em função da temperatura, a qual permite que os aductos sejam facilmente revertidos nos seus precursores por aumento da temperatura (reacção de retro-DA). No caso específico da combinação furano-maleimida, a formação do aducto predomina até cerca de 60ºC, enquanto a reacção inversa é dominante acima de 100ºC. A combinação desta característica da reacção de DA com a química de compostos furânicos pode abrir um novo caminho para a preparação de materiais macromoleculares funcionais com base em fontes renováveis e com aplicações promissoras como auto-reparação e reciclabilidade. O principal objectivo desta Tese, é a síntese e caracterização de novos materiais poliméricos termo-reversíveis, aplicando a reacção de DA a monómeros complementares com estruturas dos tipos furânico (o dieno, designado por A) e de maleimida (o dienófilo, designado por B). A primeira etapa neste trabalho envolveu a síntese, purificação e caracterização de novos monómeros furânicos e de maleimida do tipo AA, A3, BB, B3, AB, AB2, cada um com diferentes grupos separadores das funções reactivas. Posteriormente, estes monómeros foram polimerizados e despolimerizados por ciclos de DA/retro-DA utilizando diferentes combinações. A formação e dissociação de todos os aductos de DA foram seguidas por ambas espectroscopias de UV e RMN de 1H. O primeiro sistema de DA estudado foi uma combinação modelo entre reagentes mono-funcionais (-A+-B), nomeadamente o acetato furfurílico (FA) e a N-metilmaleimida (MM), ambos comercialmente disponíveis. O objectivo desta abordagem foi estudar a cinética e o equilíbrio da formação/dissociação dos aductos de DA e obter indicações sobre as condições mais adequadas a serem usadas na preparação dos correspondentes novos materiais macromoleculares. Além disso, pretendia-se verificar a presença ou ausência de reacções secundárias que poderiam intervir em ambas as vias directa e inversa das reacções, mesmo após vários ciclos. A espectroscopia de UV forneceu informação quantitativa sobre a cinética de formação do aducto através da diminuição progressiva da absorvência máxima a 293 nm correspondente ao grupo maleimida, a diferentes temperaturas (35, 50, 65 ºC) Reciprocamente, a correspondente reacção de retro-DA foi seguida a 90 ºC através do aumento do mesmo pico. A reversibilidade destes sistemas foi verificada com sucesso após uma sequência de ciclos de DA/retro-DA. Adicionalmente, verificou-se que os espectros originaram um ponto isosbéstico, provando que estes sistemas não envolvem quaisquer reacções secundárias. Uma vez que foi usado um excesso de FA, as reacções de DA modelo apresentaram um comportamento cinético de pseudo-primeira ordem, com a constante de velocidade k mais alta (2.1x10-5 dm3mol-1s-1) para T=65 ºC. A correspondente energia de activação foi de 39.0 kJ.mol-1. A reacção de retro-DA seguiu um comportamento de primeira ordem, com constante de velocidade de 1.6x10-6 s-1. A evolução deste sistema por RMN de 1H a 65ºC deu-nos informações mais detalhadas sobre a sua evolução estrutural, ou seja, à medida que a intensidade dos picos atribuídos à formação do aducto aumentaram progressivamente ao longo do tempo, os pertencentes aos reagentes iniciais diminuiram proporcionalmente. O “rendimento final”, calculado após 20 dias à temperatura ambiente, foi de aproximadamente 70%. A reacção de retro-DA foi depois seguida a 90ºC, observando-se tal como na espectroscopia de UV, o deslocamento da reacção no sentido da regeneração dos reagentes de partida. A viabilidade de múltiplos ciclos de DA/retro-DA estabelecidos pela espectroscopia de UV foi igualmente confirmada por RMN de 1H. O passo seguinte envolveu o estudo de um sistema de policondensação linear baseado no crescimento gradual por reacção de DA entre um monómero bisfurânico A-A e um do tipo bismaleimida B-B, seguindo a mesma abordagem que no sistema modelo. O poliaducto linear foi obtido a partir de soluções equimolares dos monómeros, por reacção de DA a 65ºC. O progresso desta polimerização foi seguido por espectroscopia de UV e RMN de 1H e, mais qualitativamente, pelo aumento da viscosidade do meio. A reacção seguiu um comportamento de segunda ordem, com uma constante de velocidade de 9.4x10-6 dm3mol-1s-1, e observou-se novamente um ponto isosbéstico nos dados de UV. Os espectros de RMN apresentaram o padrão esperado, nomeadamente o aumento progressivo dos sinais associados ao aducto e a correspondente diminuição dos grupos furano e maleimida livres. A despolimerização do poliaducto através da reacção de retro-DA foi seguida a 110ºC usando as mesmas técnicas. Os dados de UV mostraram o retorno progressivo da absorção dos grupos de maleimida, seguindo um comportamento cinético de primeira ordem, com constante de velocidade de 2.5x10-6 s-1, até à completa regeneração de ambos os monómeros. Os espectros de RMN providenciaram mais uma vez informação estrutural sobre o progresso da despolimerização, a qual foi acompanhada por uma diminuição progressiva da viscosidade. Adicionalmente, para seguir a retro- DA, adicionou-se um excesso de composto furânico monofuncional, nomeadamente o 2,5-dimetilfurano (DMFu), ao sistema de modo a bloquear as funções maleimida complementares, evitando assim a repolimerização após arrefecimento. Os productos isolados foram então o monómero bisfurânico AA, DMFu que não reagiu e o bisaducto não-polimerizável de BB com DMFu. Este resultado indicou claramente que o polímero foi de facto revertido nos seus monómeros durante a reacção de retro-DA. O terceiro sistema estudado foi outra polimerização linear, seguindo as mesmas condições experimentais que os anteriores, mas com uma estratégia diferente de modo a contornar o problema clássico de assegurar a estequiometria exacta dos monómeros. As estruturas dos monómeros utilizados incorporam ambos os grupos reactivos, i.e, moléculas do tipo A-B. A polimerização prematura destes monómeros intrinsecamente reactivos foi evitada com a protecção do grupo maleimida na forma de um aducto de DA com furano, até a incorporação do substituinte furânico na outra extremidade. Portanto, a policondensação destes monómeros foi iniciada após a desprotecção in situ deste composto mediante aquecimento, seguido de arrefecimento até à temperatura adequada para polimerizar. Os resultados obtidos por UV e RMN sugerem que de facto o uso de monómeros do tipo A-B oferece um melhor sistema linear. Em seguida, foram estudados sistemas de policondensação não-linear por reacção de DA, entre monómeros (um ou ambos) com funcionalidade superior a dois, nomeadamente sistemas do tipo A3+B-B ou A-A+B3, seguindo mais uma vez as mesmas condições experimentais. Uma vez que utilizam monómeros complementares contendo, em média, mais de duas funcionalidades, estes sistemas conduzem a materiais reticulados. Nestes estudos, foram usadas três razões molares de [maleimida]/[furano], nomeadamente 1.0, 0.75 e 0.5, de modo a estudar ambas as situações de não-gelificação e reticulação. Ambos sistemas apresentaram um comportamento regular e boa reciclabilidade quer para gerar situações que possam conduzir à formação de redes a diferentes graus de conversão, ou que possam parar antes da sua obtenção, conforme previsto pela equação de Flory-Stockmayer. Como esperado, a utilização de grupos complementares em quantidades estequiométricas produziu o espessamento mais rápido e a reticulação quase completa; à medida que a quantidade relativa de monómero trifuncional decresceu, as reacções pararam antes da reticulação, ou seja, originaram meios altamente viscosos contendo polímeros solúveis altamente ramificados. As reacções de retro-DA a 110 ºC conduziram à gradual dissolução das partículas de gel (quando presentes), tendo sido comprovado pelos espectros de UV e de RMN de 1H, evidenciado a regeneração dos monómeros. Tal como no sistema do tipo A-A+B-B, a reacção de retro-DA foi seguida adicionando um excesso de DMFu ao sistema reaccional. Como esperado, os produtos finais foram os monómeros furânicos, o DMFu em excesso e o trisaducto ou o bisaducto maleimida-DMFu, o que confirma a eficiência da despolimerização com regeneração dos monómeros iniciais. O último sistema de policondensação por reacção de DA envolveu um monómero assimetricamente substituído do tipo AB2, capaz de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas que não reticulam. Este estudo preliminar deste sistema foi seguido nas mesmas condições experimentais que os anteriores, apresentando um comportamento com as características esperadas.

Diels-Alder reactions as an efficient route to high purity cyclic polymers

A simple and efficient route for the synthesis of cyclic polymer systems is presented. Linear furan protected α-maleimide-ω-cyclopentadienyl functionalized precursors (poly(methyl methacrylate) and poly(tert-butyl acrylate)) were synthesized via atom transfer radical polymerization (ATRP) and subsequent substitution of the bromine end-group with cyclopentadiene. Upon heating at high dilution, deprotection of the dieneophile occurs followed by an intramolecular Diels–Alder reaction yielding a high purity cyclic product.

Studies on the Diels-Alder reaction of maleic anhydride and β-trans-ocimene

The structure of the by-product, obtained in the Diels-Alder condensation of maleic anhydride with β-trans-ocimene followed by distillation of the adduct formed, has been established as 2-isopropylidene-4-methyl-7-carboxy- ,3,3a,6,7,7a-hexahydroindanone (IVa) and the mechanism of its formation from the adduct (II) discussed. Some hitherto unreported reactions of the maleic anhydride adduct (II) and its derivatives are described. These throw light on the stereochemistry of the adduct and derived products.

Synthetic application of the diels-alder adduct of β-trans-ocimene and maleic anhydride-II. An approach towards the synthesis of valerenic acid

By a series of reactions the Diels-Alder adduct IV of maleic anhydride and β-trans-Ocimene gave 1-hydroxy-1,4-dimethyl-7-hydroxymethyloctahydroindane (XII). Its further synthetic elaboration furnished 1,4-dimethyl-7-(2-ethoxycarbonyl-1-propenyl)-Δ1-octahydroindane of the valerenic acid skeleton.

cis-trans Enantiomerism in the Diels-Alder cycloadducts of 6-arylfulvenes with maleic anhydride: resolution of the exo adducts via the N-((1S)-1-(naphth-1-yl)ethyl)imide derivatives: assignment of the absolute configurations based on the crystal structure of an imide diastereomer

A new case of the uncommon cis-trans enantiomerism is presented. The titled anhydride adducts were prepared in good yields by the known reaction of three 6-arylfulvenes with maleic anhydride (aryl = phenyl, p-tolyl and p-anisyl). The exo adducts were converted to the corresponding imides by reaction with (1S)-1-(naphth-1-yl)ethylamine in similar to 80% yields, and the resulting diastereomeric imides separated by silica gel column chromatography. They were hydrolysed and recyclised to the chiral anhydrides, in `one-pot' with 10% NaOH-EtOH, followed by treatment with 2 M HCl, in similar to 40% yields. The titled anhydrides were thus obtained in homochiral form, in enantiomeric purities (generally) of similar to 90% as indicated by chiral HPLC. The chiral anhydrides were also converted to the corresponding imides (presumably stereospecifically), by treatment with ammonia solution in excellent yields. The crystal structure of one of the above diastereomeric imides (derived from 6-phenylfulvene) was determined, and based on the known (S)-configuration of the naphthylethylamine moiety, the `configurations' of the original anhydride adducts were assigned. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Total synthesis of the fungal metabolite (+/-)-acremine G: acceleration of a biomimetic Diels-Alder reaction on silica gel

A total synthesis of the bioactive tetracyclic natural product acremine G has been achieved in which a regio- and stereoselective biomimetic Diels-Alder reaction between two readily assembled building blocks, accelerated on a solid support (silica gel), forms the key step. (c) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A biomimetic total synthesis of allomicrophyllone: protective Diels-Alder reaction as a stratagem

A biomimetic total synthesis of bioactive tetracyclic natural product allomicrophyllone has been achieved in which a protective Diels-Alder reaction employing a disposable sacrificial 1,3-diene directs the regioselectivity of the subsequent Dials-Alder reaction. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Bile-Acids in Asymmetric-Synthesis.2. Cholic-Acid Derived Novel Chiral Auxiliaries For Asymmetric Diels-Alder Reactions

Cholic acid-based chiral acrylate 5 yields a Diels-Alder adduct with cyclopent

Asymmetric Diels-Alder Reactions of Chiral Acrylates of Cholic Acid Derivatives

New steroid-based chiral auxiliaries 6, 9, and 12 have been synthesized from readily available cholic acid. These new chiral auxiliaries place the reactive and the shielding sites in a 1,5 relationship to each other. Diels-Alder reaction of cyclopentadiene with corresponding acrylate esters (7, 10, and 13) have been examined. Acrylates 7 and 10 yielded cycloadducts with 29-88% diastereomeric excess with excellent endo selectivity in the presence of an excess of Lewis acids such as AlCl3, BF3.OEt(2), FeCl3, SnCl4, TiCl4, and ZnCl2. Treatment of acrylate 7 with cyclopentadiene in the presence of BF3.OEt(2) at -80 degrees C gave the endo adduct (>99%) with 88% de. Lewis acid catalyzed and uncatalyzed reactions of acrylates 7 and 10 with cyclopentadiene yielded cycloadducts with opposite stereochemistry. The chiral auxiliary was recovered in a nondestructive manner only via iodolactonization. Acrylate ester of alcohol 12 did not show any selectivity in either catalyzed and uncatalyzed reactions with cyclopentadiene. The presence of a flat aromatic surface at C-7 of the steroid was found to be essential to effect high diastereoselection.

Analysis of geometric and strain effects in homo-Diels-Alder reactions

Molecular mechanics calculations have been carried out to quantify the key geometric and strain effects which are likely to control the homo-Diels-Alder reactivity of 1,4-dienes. The criteria considered include C1..C5 and C2..C4 distances in the diene, twist angle of the two pi units, and the magnitude of strain increase as a result of cycloaddition. By first considering these factors in a number of non-conjugated dienes with known reactivity, the ranges of values within which the reaction is favoured are proposed. Calculations are also reported on several substrates which have not been investigated so far. Promising systems for experimental study are suggested which, in addition to being intrinsically interesting, would place the present proposals on a firm basis.

Reactivity of some tetra substituted furans and thiophenes towards BF3-Et(2)O catalysed Diels-Alder reaction

Some tetra substituted furans and thiophenes were reacted with methyl acrylate under BF3-etherate catalysed Diels-Alder conditions. While the derivatives of furan underwent Diels-Alder reaction in a facile manner, an observation of 2,5-dimethyl-3,4-dianisylthiophene undergoing Diels-Alder reaction with methyl acrylate is remarkable. (C) 1997, Elsevier Science Ltd.