Síntese de azirinas contendo um grupo metileno ativado como precursores de heterociclos multifuncionalizados

Abstract

Neste trabalho foi desenvolvida uma rota sintética simples e eficiente para a síntese de 2H-azirinas contendo um grupo metileno ativado. As 2H-azirinas foram preparadas a partir dos ácidos ?,?-insaturados comerciais: (E)-4-fenil-3-butenoico ou (E)-3-hexenoico. A primeira etapa reacional envolveu a esterificação dos ácidos em excesso de MeOH e catálise ácida. Os ésteres ?,?-insaturados foram dibromados por meio de um método diastereosseletivo empregando NaBr e ácido tribromoisocianúrico, resultando nos ésteres anti-?,?-dibromados. Os compostos dibromados foram tratados com NaN3 e DIPEA em DMSO, obtendo-se o (Z)-4-azido-4-fenil-3-butenoato de metila e o (E)-4-azido-2-hexenoato de metila, produtos resultantes de reações de substituição do ?-bromo por azida e eliminação de HBr. O (E)-4-azido-2-hexenoato de metila foi isomerizado para 4-azido-3-hexenoato de metila (mistura 4:1 de isômeros Z/E) por meio de catálise básica utilizando DBU. Por fim, as ?,?-vinil-?-azidas foram submetidas à irradiação de micro-ondas, promovendo a termólise das vinil azidas pela perda de N2 molecular e formação dos heterociclos 3-fenil-2H-azirina-2-acetato de metila e 3-etil-2H-azirina-2-acetato de metila de forma seletiva e em rendimento quantitativo. Dessa forma, as 3-fenil- e 3-etil-2H-azirinas desejadas foram obtidas com sucesso a partir de materiais de partida comerciais em quatro e cinco etapas reacionais e em rendimentos globais de 55% e 43%, respectivamente. Em continuação ao estudo, a reatividade desses heterociclos tensionados contendo o grupamento metileno ativado foi estudada. Ao reagir as 3-fenil- ou 3-etil-2H-azirinas em presença de L-prolina, acetona e H2O, observou-se a formação de pirazinas, resultantes da reação de dimerização das 2H-azirinas. Em adição, buscando a preparação de um oxazol funcionalizado reagiu-se a 3-fenil-2H-azirina com brometo de bromoacetila. O 2-bromometil-5-feniloxazol-4-acetato de metila foi obtido com sucesso a partir do ataque nucleofílico do nitrogênio azirínico à carbonila do brometo ácido e posterior reação de expansão do anel. De forma similar, o 2-azidometil-5-feniloxazol-4-acetato de metila pôde ser preparado em uma reação one-pot a partir da 3-fenil-2H-azirina e do brometo de bromoacetila e posterior adição de NaN3 ao meio, resultando em óleo amarelo em 31% de rendimento. Além dos oxazóis, foi possível sintetizar alguns exemplos de imidazóis a partir da reação entre a 3-fenil-2H-azirina, uma amina e um aldeído em uma reação multicomponente. As reações foram altamente eficientes, tendo em vista que foram obtidos imidazóis tetrassubstituídos em rendimentos moderados (45-63%) de forma rápida, em reações à temperatura ambiente e na ausência de solvente.<br>

Abstract : In the present study, a simple and efficient synthetic route to prepare 2H-azirines containing an activated methylene group was developed. The 2H-azirines were synthesized from commercially available ?,?-unsaturated acids: (E)-4-phenyl-3-butenoic or (E)-3-hexenoic. The first step involved the esterification of the acids using excess of MeOH and acid catalysis. The ?,?-unsaturated esters were dibrominated through a diastereoselective method employing NaBr and tribromoisocyanuric acid, resulting in the anti-?,?-dibromo esters. The dibromo derivatives were treated with NaN3 and DIPEA in DMSO to give methyl (Z)-4-azido-4-phenyl-3-butenoate and methyl (E)-4-azido-2-hexenoate, which were formed from nucleophilic displacement of the bromine at the ?-position by the azide group combined with HBr elimination. Methyl (E)-4-azido-2-hexenoate was isomerized to methyl 4-azido-3-hexenoate (Z/E mixture) employing DBU as a basic catalyst. The alkyl and aryl-substituted ?,?-vinylazido esters were subjected to thermolysis by use of microwave irradiation, which induced the loss of molecular N2 and the selective formation of the corresponding methyl 3-phenyl-2H-azirine-2-acetate and methyl 3-ethyl-2H-azirine-2-acetate in quantitative yields. Therefore, 3-phenyl and 3-ethyl-substituted azirines were successfully obtained from commercially available starting materials in four and five steps and with 55% and 43% overall yields, respectively. Furthermore, the reactivity of these strain heterocycles containing an activated methylene group was studied. Reacting 3-phenyl or 3-ethyl-substituted azirines in the presence of L-proline in aqueous acetone gave rise to pyrazines as a result of a dimerization reaction of the starting azirines. Moreover, reaction between 3-phenyl-substituted azirine and bromoacetyl bromide was conducted, aiming at the formation of a functionalized oxazol. Methyl 2-bromomethyl-5-phenyl-4-oxazol acetate was successfully obtained from the nucleophilic attack of the azirine nitrogen atom to the carbonyl carbon atom and subsequent ring expansion reaction. Similarly, methyl 2-azidomethyl-5-phenyl-4-oxazol acetate was prepared in an one-pot reaction from 3-phenyl-2H-azirine and bromoacetyl bromide and subsequent addition of NaN3, resulting in a yellow oil (31% yield). The synthesis of a representative group of fully substituted imidazoles by reacting 3-phenyl-azirine with an amine and an aldehyde in a multicomponent reaction was also undertaken. The reactions were highly efficient considering that tetrasubstituted imidazoles were readily synthesized in moderate yields (45-63%), in a short reaction time (1-24 h), at room temperature and in the absence of any solvent or additive.