Preparação de catalisadores amino-modificados a partir de resinas de Merrifield para a síntese de compostos a-diazo Carbonilados funcionalizados

Abstract

Este trabalho de Dissertação apresenta o desenvolvimento de um novo método para a síntese de compostos a-diazo carbonilados funcionalizados empregando os princípios da catálise heterogênea, a partir da reação de transferência de diazo utilizando p- acetamidobenzenossulfonil azida (ABSN 3 ) como reagente transferidor de diazo na presença de um catalisador polimérico básico. Na primeira parte do estudo, foram usadas duas resinas de Merrifield (poliestireno clorometilado) contendo diferentes propriedades (1,26 mmol/g ? 2% crosslinked com divinilbenzeno ? e 2-3 mmol/g ? 1% crosslinked) como precursoras na síntese de catalisadores heterogêneos amino-modificados. Estes catalisadores foram preparados em duas etapas, sendo a primeira a obtenção do intermediário azido-substituído a partir de substituição nucleofílica do cloro pelo íon azoteto e a segunda a redução do grupo azido para amino sob condições brandas (PPh 3 /H 2 O). Em ambas as etapas os polímeros resultantes foram obtidos de forma simples e com rendimentos quantitativos, sendo os intermediários e os catalisadores devidamente caracterizados por espectroscopia no infravermelho, análise elementar (CHN) e por testes qualitativos (teste de Kaiser). A segunda parte da pesquisa consistiu na aplicação destes catalisadores heterogêneos na reação de transferência de diazo a diversas classes de compostos 1,3-dicarbonilados, onde os produtos diazo carbonilados correspondentes foram obtidos com rendimentos de moderados a excelentes (57-96%) e em tempos reacionais que variaram de 1 a 24 h, dependendo do substrato e do catalisador utilizados. Ao final da reação, o catalisador foi prontamente recuperado por filtração a vácuo e lavado com solventes apropriados para fornecer os produtos esperados com alto grau de pureza. Esse tratamento se mostrou simples, eficaz e ambientalmente benigno, uma vez que dispensa work-up aquoso e portanto gera menos resíduos. Os novos catalisadores também foram testados na síntese de um ?-azido-a-diazo-ß- ceto éster pelo método one-pot (partindo de cloreto de p-acetamidobenzenossulfonila, precursor do ABSN 3 ) e pelo método direto (partindo do ABSN 3 previamente preparado), onde foi possível obter o produto diazo esperado por ambos os métodos e com os dois catalisadores heterogêneos, fornecendo rendimentos de até 61%. Na terceira parte do trabalho, foram exploradas as reutilizações dos catalisadores heterogêneos na reação de transferência de diazo para a dimedona e o 3-fenil-3-oxopropanoato de etila. A reutilização sem tratamento prévio do catalisador recuperado resultou em quedas gradativas no rendimento a cada ciclo (cerca de 4-6%), além de tempos reacionais prolongados para a conversão completa ao produto diazo. Já a utilização de tratamento com ácido trifluoroacético seguido de lavagem com trietilamina após cada ciclo reacional produziu uma melhora significativa na atividade catalítica dos dois catalisadores amino-modificados, ocorrendo apenas quedas mínimas nos rendimentos e mantendo os tempos reacionais originais para cada substrato. As resinas amino-modificadas também foram empregadas na reação de Knoevenagel, evidenciando a ampla aplicabilidade dos novos catalisadores em outras reações catalisadas por base. Por último, foi realizada a síntese do 2-amino-N-dodecilacetamida (ANDA), uma substância de importância industrial e tecnológica, em duas etapas a partir do ?-azido-a-diazo-ß-ceto éster, confirmando a versatilidade de compostos diazo multifuncionalizados tanto na sua preparação quanto na aplicação sintética.</br>

Abstract: This Dissertation presents the development of a new methodology for the synthesis of functionalized a-diazo carbonyl compounds through the diazo transfer reaction, using p- acetamidobenzenesulfonyl azide (ABSN 3 ) as the diazo transfer reagent and employing the principles of heterogeneous catalysis. In the first part of this study, two Merrifield resins (chloromethylated polystyrene) displaying different properties (1.26 mmol/g ? 2% crosslinked with divinylbenzene ? and 2-3 mmol/g ? 1% crosslinked) were used as precursors in the synthesis of the amino-modified heterogeneous catalysts of basic character. The catalysts were prepared in two steps, first generating the azido-substituted intermediates from nucleophilic chloro displacement by azide ion then reducing the azido group under mild conditions (PPh 3 /H 2 O). In both steps, the resulting polymers could be obtained in a simple way in quantitative yields, with the intermediates and catalysts being properly characterized by means of infrared spectroscopy, elemental analysis (CHN) and qualitative tests (Kaiser?s test). The second part of the study consisted in the application of these heterogeneous catalysts in the diazo transfer reactions to a diverse class of 1,3- dicarbonyl compounds, with the diazo compounds being obtained in good-to-excellent yields (57-96%) and in reaction times varying from 1 to 24 h depending on the substrate and catalyst employed. At the end of the reaction, the catalyst was readily recovered by vacuum filtration and washed with suitable solvents to furnish the diazo products with high degree of purity. This treatment proved to be simple, effective and environmentally benign once it avoids aqueous work-up and the generation of excessive waste. The novel catalysts were also employed in the synthesis of a ?-azido-a-diazo-ß-keto ester either by a one-pot method (from p-acetamidobenzenesulfonyl chloride, the precursor of ABSN 3 ) or through the direct method (from previously prepared ABSN 3 ). In both cases, the target azido diazo compound was obtained in fair yields (42-61%) with both heterogeneous catalysts. The third part of this study explored the reutilization of the heterogeneous catalysts in the diazo transfer reaction to dimedone and to ethyl 3-phenyl-3- oxopropanoate. The reutilization of the recovered resins without previous treatment resulted in gradual decay of the yield (about 4-6%) after each cycle, and extended reaction times were required to attain complete conversion to the diazo product. On the other hand, by treating the catalysts with trifluoroacetic acid followed by washings with triethylamine after each reaction cycle led to a significative improvement in the results for both amino- modified catalysts, with only a slight decay on the yields and maintaining the original reaction times for each substrate. The amino-modified resins were also employed in the Knoevenagel reaction, which reveals the potential applicability of the new developed catalysts in other base-catalyzed reactions. Finally, the synthesis of 2-amino-N- dodecylacetamide (ANDA), a substance of industrial and technological relevance, was successfully accomplished in two steps starting from the ?-azido-a-diazo-ß-keto ester, highlighting the synthetic application and versatility of multifunctionalized diazo compounds.