Synthesis of heterocycles containing chalcogens by C-H functionalization: a green approach

Abstract

No presente trabalho desenvolveram-se novas metodologias eficientes, econômicas e ambientalmente adequadas para a síntese de oxadiazóis e benzotiazóis contendo uma porção organocalcogênio. Primeiramente, desenvolvemos a síntese de oxadiazóis selenados e tiolados através da funcionalização de ligação Csp2-H promovida por K2CO3, em um meio reacional livre de metais de transição. Em uma primeira etapa foram preparados oxadiazóis selenados com potencial para aplicações biológicas. Sob condições suaves, a reação ocorreu de maneira eficiente na presença de um equivalente do correspondente oxadiazol I, um equivalente de base (K2CO3), 0,5 equivalentes do correspondente dicalcogeneto de organoíla II, na presença de ar atmosférico. Através dessa metodologia, uma série de oxadiazóis calcogenados III na posição 5 do heterociclo foram obtidos em rendimentos que variaram de bons a excelentes. Adicionalmente, explorou-se a reatividade dos oxadiazóis selenados 3 em reações de troca calcogênio-lítio. Os intermediários oxadiazóis litiado assim obtidos foram capturados, in situ, com diferentes eletrófilos. É importante salientar, também que essa reação ocorreu de forma eficiente quando se aumentou sua escala para 10 mmol.Em uma segunda etapa desenvolvemos um novo método para a incorporação de calcogênios em benzotiazóis via reação de calcogenação direta da ligação C-H. Realizou-se a síntese de 2-organocalcogeno-1,3- benzotiazóis V através da calcogenação direta entre 1,3-benzotiazóis IV e dicalcogenetos de organoíla II catalizada por Fe3O4 nanopartículado. Esta metodologia permitiu a obtenção dos respectivos produtos calcogenolados V, em rendimentos que variaram de moderados a excelentes. Realizou-se, também, com sucesso, a reciclagem do catalisador em 4 ciclos sem um decréscimo acentuado no rendimento.<br>

Abstract : In the present work, we developed efficient, economical and greener procedures for to the synthesis of chalcogenated oxadiazoles and benzothiazoles. In the first part, we developed a K2CO3-promoted procedure for the synthesis of selenated and thiolated oxadiazoles 3 through Csp2-H bond functionalization, under transition metal-free conditions. We prepared for the first time selenated oxadiazoles, compounds with potential for biological applications. Under mild conditions, the reaction worked well in the presence of 1equiv. of oxadiazole I, a half equiv. of diorganyl dichalcogenides II, 1 equiv. of base (K2CO3), without the exclusion of air and moisture, affording a wide range of chalcogenated oxadiazoles III at the C5 position in good to excellent yields. The various substituents with different electronic effects and steric effects tolerated the optimized reaction conditions. Furthermore, selenated oxadiazole was explored for selenium-lithium exchange reaction and lithium-intermediate was trapped by different electrophiles. We were also successful in scaling up the reaction in up to 10 mmol. Subsequently, we developed a new method of incorporation of organoyl chalcogenides in benzothiazoles via direct chalcogenation of C-H bond. In this work, we report the synthesis of 2-organochalcogeno-1,3-benzothiazoles V via direct chalcogenation reactions between 1,3-benzothiazoles IV and diorganyl dichalcogenides II catalyzed by Fe3O4 nano particle. This methodology allowed us to obtain 2-chalcogen-1,3-benzothiazoles in moderate to excellent yields, as well as recycling successful the catalyst in up to 4 cycles without any major decrease in the yield.