Activation of B-interElement (E=S, Se) reagents towards selective C-S and C-Se bond formation

Resumen

Els compostos orgànics amb substituents de sofre o seleni són de gran importància degut a la seva aplicació directa en la química, la biologia, la medicina o la ciència de materials. La gran varietat estructural i electrònica dels compostos organosulfurats i organoselenats, sumat al seu comportament químic singular fan que siguin bons lligands per reaccions químiques o presentin activitat biològica rellevant. Els principals mètodes de síntesi per aquests compostos han estat fonamentats en reaccions catalítiques. Les reaccions de cross-coupling i les reaccions d’addició han sigut les opcions amb metall més utilitzades per sintetitzar aquesta família de compostos. Per una altra part també es poden trobar exemples d’organocatàisi on una molècula orgànica s’encarrega de catalitzar la reacció. Les molècules que contenen enllaços B-S o B-Se són de gran importància sintètica degut a la presència d’un àcid de Lewis fort com és l’àtom de bor al costat d’una base de Lewis feble. Aquestes propietats químiques singulars d’aquestes molècules amb enllaços B-S i B-Se fa que presentin reactivitat davant d’una gran varietat de molècules amb diferent funcionalitat. L’any 2006 al grup de del professor Steve Wescott de l’Univeristat de Mount Alison al Canadà es va desenvolupar i patentar la síntesis d’una família de nous compostos amb enllaços B-S i B-Se (pinB-SPh, pinB-STol, pinB-SBn i pinB-SePh) tot i que la seva reactivitat no va ser investigada. Tenint en compte aquests precedents, el principal objectiu d’aquesta tesi es treure profit de les propietats “pull-push” del reactius amb enllaços B-S i B-Se per introduir els fragments de sofre o seleni a substrats amb insaturacions. D’aquesta manera poder desenvolupar noves rutes sintètiques per obtenir compostos organosufurats i organoselenats sense utilitzar metalls de transició. Seguint el treball previ realitzat al grup vam voler demostrar la activació dels reactius de B-S mitjançant cetones i aldehids α,β-insaturats per oferir una Sulfa adició de Michael que no necessita catalitzador ni condicions de reacció dràstiques per formar un nou enllaç C-S en la posició beta. En la reacció de tioboració s’ha vist que es poden formar els intermedis 1,4 i 1,2 depenent de la estructura del substrat. Desprès d’un tractament protic els compostos amb el grup sofre en la posició beta respecte al carbonil s’han pogut sintetitzar amb bons rendiments aïllats. El procediment de tioboració/protonació ha permès sintetitzar una família de 15 compostos en el que els fragments SPh, STol i SBn han sigut transferits dels reactius pinB-SPh, pinB-STol i pinB-SBn mitjançant la simple activació del bor amb el grup carbonil del substrat. Mitjançant les propietats “pull-push” de les unitats Bpin en els reactius pinB-SePh, pinB-SPh i pinB-SBn també vam voler explorar la reactivitat amb triples enllaços conjugats a cetones en un cotext sense metalls de transició ni additius excepte del metanol que s’utilitza com a dissolvent. S’han pogut sintetitzar un total de 26 exemples de vinil sulfats i vinil selenats amb rendiments aïllats que arriben fins al 84% amb una alta regioselectivitat cap a l’isòmer Z. La proposta mecanística ha permès racionalitzar la selectivitat d’aquesta reacció. Quan la mateixa reacció es realitza amb èsters conjugats a triples enllaços i el reactiu pinB-SePh també es possible generar un nou enllaç B-Se en la posició beta. D’aquesta manera s’han pogut sintetitzar 5 Z-vinil selenats conjugats a esters amb rendiments aïllats moderats (fins al 79%). Aquesta reacció en presència d’una fosfina genera un producte diferent, en aquest cas s’obté l’anti-3,4-selenoboració del substrat. Utilitzant aquesta metodologia 4 nous compostos s’han sintetitzat i mitjançant la subseqüent protodeborilació s’han pogut obtenir els compostos selenats en la posició alfa. Considerant que la inserció de molècules amb grups diazo entremig d’enllaços sigma representa una de les maneres més eficients de generar nous enllaços C-X (X = N, O, S, Si, etc.) i en treball previ realitzat al grup amb la inserció de compostos amb grups diazo en la molècula de pinB-Bdan, l’últim projecte de la tesi fa referencia a l’estudi de la reacció d’inserció de la molècula (CH3)3SiCHN2 entremig dels reactius de pinB-SPh i pinB-SBn. El principal objectiu d’aquesta reacció és generar una ruta senzilla i directa per obtenir carbonis sp3 multisubstituïts amb àtoms dels grups principals (Si, B i S). Amb la subseqüent funcionalització d’aquest compostos [HC(SR)(Bpin)(SiMe3)] és poden obtenir compostos amb una diversitat estructural superior i amb un major potencial sintètic. La inserció del reactiu (trimetilsilil)diazometà en els enllaços de B-S s’ha pogut realitzar a una escala de grams obtenint el producte desitjat en rendiments aïllats quantitatius. Un total de 12 halurs d’alquil s’han pogut utilitzar per funcionalitzar selectivament el grup Bpin mitjançant la reacció de deborilació alquilativa amb tert-butòxid de sodi. Els productes alquilats s’han obtingut en rendiments aïllats de fins a 81%. Quan la reacció de deborilació alquilativa s’ha dut a terme amb el compost HC(SBn)(Bpin)(SiMe3) s’ha observat la formació d’un producte reordenat. La seva formació pot ser atribuïda a un procés de reordenament de Sommelet-Haüser. Utilitzant el reactiu TBAF és possible duur a terme la desililació dels productes d’inserció per obtenir els productes tioborats en rendiments aïllats moderats. En el cas d’utilitzar LTMP amb els productes d’inserció es possible treure el protó i alquilar amb halurs d’alquil el carbanió estabilitzat mitjançant el bor i el silici per obtenir productes amb alt grau de funcionalització.