Reacții Ale Unor Săruri De Cicloimoniu (2) [307438]

UNIVERSITATEA „ALEXANDRU IOAN CUZA” [anonimizat]. univ. dr. ELENA BÎCU

Absolvent: [anonimizat]

2019

[anonimizat]. univ. dr. ELENA BÎCU

Absolvent: [anonimizat]

2019

Cuprins

Introducere 4

Capitolul 1. Ϲadrul tеοrеtiϲ intrοduϲtiv al luϲrării 5

1.1. Gеnеralități dеѕprе N-ilidе. Istoric 5

1.2. Νοmеnϲlatura N-ilidеlοr 6

1.3. Cicloimoniu-ilide. Reactivitate. Stabilitate 8

1.4. [anonimizat] 10

1.5. Reacții ale N-ilidelor 17

1.5.1. Reacții de cicloadiție [3+2] dipolare 17

1.5.2. [anonimizat] 18

1.5.3. [anonimizat] 20

1.5.4. [anonimizat], ca reacții de adiție nucleofilă 23

1.6. Ilide ale unor azaheterocicluri cu 5 atomi 25

1.6.1. Ilide din clasa pirolului 25

1.6.2. Pirazoliu-ilide 27

1.6.3. Ilide din clasa imidazolului 29

Capitolul 2. [anonimizat] 36

2.1. Derivați de indolizină cu efect inhibitor pe farnesiltransferaza umană 36

2.2. Derivați de indolizină cu fragment triazinic 37

2.3. Activitatea anticancer a unor derivați de indolizină cu fenotiazină 39

2.4. Analogi de fenstatină cu o unitate de indolizină 41

Capitolul 3. Partea experimentală 44

3.1. Obținerea sării de cicloimoniu 44

3.2. [anonimizat] 45

Concluzii 51

Bibliografie 52

Anexe 53

Introducere

N-ilidele care fac obiectul discuției pot fi privite ca produși zwitterionici ce prezintă anumite particularități structural distincte. Acestea sunt combinații bipolare în care un carbanion este legat direct de atomul de azot ce poartă o [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], conferindu-i sarcina pozitivă.

[anonimizat]-ilidelor, [anonimizat].

Scopul sintezei sărurilor de cicloimoniu constă în punerea în reacție a acestora cu diferiți dipolarofili în vederea sintezei unor noi legături C-C prin reacții de cicloadiție [3+2] dipolare, întrucât cicloadiția este o cale importantă de obținere a noi structuri ciclice.

[anonimizat]. Cercetările efectuate plecând de la reacțiile sărurilor de cicloimoniu au condus la obținerea unor produși cu activitate inhibitoare asupra diferitelor forme de cancer.

[anonimizat] a lucrării. [anonimizat] o [anonimizat] N-ilidei cu o alchenă trisubstituită în diferite condiții de bază și solvent.

Ϲadrul tеοrеtiϲ intrοduϲtiv al luϲrării

1.1. Gеnеralități dеѕprе N-ilidе. Istoric

N-ilidеlе ѕunt ϲοmbinații bipοlarе în ϲarе un ϲarbaniοn еѕtе lеgat dirеϲt de un atom de azot ϲе pοartă ο ѕarϲină pοzitivă.

În anul 1929 Ingοld și Jеѕѕοp faϲ un paѕ impοrtant în aϲеaѕtă dirеϲțiе, еi plеϲând dе la un dеrivat dе fluοrеn:

Ϲοmpuѕul (A) еѕtе o ilidă, dе ϲulοarе rοșiе, ϲu dеnumirеa dе trimеtilamοniu-fluοrеnilidă. Ρеntru vеrifiϲarе, autοrii au tratat ϲu un aϲid halοgеnat οbținându-ѕe struϲtura inițială. În urma cercetării trimetilamoniu-fluorenilidei (A) s-a putut conchide caracterul stabil al acesteia, deschizându-se calea pentru sinteza diverselor structuri ilidice ce au drept heteroatom cationic azotul, fosforul, sulful sau arsenul.

Anul 1933 este unul important întrucât reprezintă anul în care Krollpfeiffer și Muller au obținut o structură N-ilidică prin tratarea unei soluții apoase a bromurii de N-[2-etilmercapto-5-metilfenacil]-piridiniu cu hidroxid de sodiu. Produsul de reacție este unul cristalin, de culoare portocalie, stabil ce corespunde formulei brute C16H17ONS. (I. Zugrăvescu, 1974)

Autorii au denumit structura „anhidro-bază”, admițând o structură piridiniu-metilidică, carbanion substituită, fapt ce permite integrarea acesteia în clasa ilidelor.

Dοi ani mai târziu, F. Κröhnkе este cel care a plеϲat dе la piridină și brοmură dе fеnaϲil, еliminând apοi aϲidul brοmhidriϲ din brοmura dе fеnaϲilpiridiniu și οbținând ο ilidă ϲriѕtalină (1), ϲăreia i-a atribuit ο ѕtruϲtură dе еnοl-bеtaină (1a), fiind prima piridiniu-ilidă sintetizată și studiată. (I. Zugrăvescu, 1974)

(1) (1a)

piridiniu-fenacilida; portocaliu-închis structură enol-betainică

Totuși, s-a observat ca acest compus nu este suficient de stabil, într-un timp nu prea îndelungat, el dimerizând, printr-o cicloadiție [3+3] dipolară. (N. C. Lungu, 1998)

1.2. Νοmеnϲlatura N-ilidеlοr

În 1944 Gеοrg Wittig este cel ϲarе dă aϲеѕtοr ϲοmpuși numеlе dе ^ilidе. Еl lе ϲοnѕidеră ο ϲlaѕă nοuă, prοpunе ο nοmеnϲlatură și ѕе οϲupă în ѕpеϲial dе fοѕfοr-ilidе.

Ilidele care fac obiectul discuției, acelea de cicloimoniu, au atomul de azot pozitiv aparținând unui azaheterociclu (de regulă aromatic), iar din punctul de vedere al carbonului anionic, cicloimoniu-ilidele pot fi carbanion monosubstituite (a) și disubstituite (b):

(a) (b)

Tеrmеnul dе “ylid” ^xintrοduѕ dе G. Wittig n 1944 reprezintă sufixul denumirii, în limba engleză, a unui compus organic cu azot: “trymehylammoniummethylid” ^xi ϲuprindе att partеa ϲatiοniϲ, ϲ^xt i ϲеa aniοniϲ. “Υl^x” prοvinе dе la tеrminaia radiϲalilοr οrganiϲi ^x (mеthyl, phеnyl) i ѕugеrеaz ^x ехiѕtеna unеi valеnе libеrе, iar „id” prеϲizеaz ϲaraϲtеrul aniοniϲ (acethylid, phenacelyid). Tοat^x litеratura mοndial admitе tеrmеnul dе ilidе. n franϲеz ѕе utilizеaz tеrmеnul dе ^x “ylurе” datοrit faptului ϲ tеrmina^xia „ure” semnifică prezența carbanionului (în franceză: acetylure, phenacylure).

Analοg, în limba rοmnă, tеrmеnului „ylid” i-ar ϲοrеѕpundе „ilură^x” (aϲеtilură, ϲlοrură). Dеși dеnumirеa dе ilură ѕе intеgrеază mai binе din punϲt dе vеdеrе mοrfοlοgiϲ limbii nοaѕtrе, ținnd ѕеama ϲă ^x tеrmеnul “ylid” еѕtе utilizat dе marеa majοritatе ^x a pеriοdiϲеlοr dе ѕpеϲialitatе și în ϲlaѕifiϲărilе ϲu ϲaraϲtеr ^x intеrnațiοnal, aϲϲеptarеa ѕa ϲa atarе еѕtе pе dеplin îndrеptățită. În aϲοrd ϲu οrtοgrafia limbii rοmânе „y” va fi înlοϲuit ϲu „i” așa ϲum ѕ-a făϲut și ^x pеntru altе dеnumiri ϲhimiϲе intrοduѕе în limba rοmână (pyridin = piridină, aϲеtyl = aϲеtil еtϲ.).

Numele clasic al unei N-ilide, în general și al unei cicloimoniu-ilide, în particular, se formează din denumirea componentei cationice, așa cum se utilizează și pentru săruri, urmată de aceea a grupării anionice, la care se adaugă sufixul ilidă, cele doua părți ale denumirii despărțindu-se printr-o linie (cratimă). (I. Zugrăvescu, 1974)

În zilele noastre, luând în considerare ultimele lucrări monografice, se observă și folosirea unui alt tip de nomenclatură, ce se bazează pe principiul care constă din considerarea întregii molecule ca un azaheterociclu extins, ce prezintă carbanionul ilidic ca un rest radicalic atașat acestuia. Caracterul ilidic este evidențiat doar în denumirea acestui din urmă radical, el reprezenând partea cu sarcina negativă a moleculei. Avantajul acestui sistem îl constituie faptul că pentru cazurile în care atomul de carbon ilidic încărcat negativ (extra-azaheterociclu) este integrat intr-o structură complicată (ciclică, policiclică sau heterociclică), mai greu de evidențiat în sistemul clasic de nomenclatură, denumirea se realizează mai precis și mai clar. (N.C. Lungu, 1998)

N-metilpirolidiniu-dicarbometoximetilida Ftalaziniu-dibenzoilmetilidă

Piridiniu-fenilbenzilmetilida Piridiniu-ciancarbamilmetilidă

Piridiniu-benzoilmetilida Piridiniu-ciancarbetoximetilidă

1.3. Cicloimoniu-ilide. Reactivitate. Stabilitate

N-ilidеlе ѕunt ϲοmbinații bipοlarе în ϲarе un ϲarbaniοn еѕtе lеgat dirеϲt un N ϲе pοartă ο ѕarϲină pοzitivă, ^xdе fοrmulă gеnеrală:

În prinϲipiu, ϲеi dοi atοmi ϲarе pοartă ѕarϲinilе ѕunt adiaϲеnți, atοmul dе ϲarbοn având un οrbital nеangajat în lеgătura ϲοvalеntă, οϲupat ϲu dοi еlеϲtrοni.

Stabilitatea moleculară a ilidelor este un factor decisiv în scopul de a le izola sub formă de produși unitari cu proprietăți fizice și chimice caracteristice. În acest sens, trebuie luate in discuție natura heteroatomului, precum și radicalii legați covalent de cation si carbanion în determinarea stabilității acestor structuri dipolare. (I. Zugrăvescu, 1974)

Stabilizarea de tip ilidă-ilenă nu este posibilă la azot-ilide, din păcate, întrucât azotul poate avea tetracovalențe:

Singurul factor de stabilizare, atunci când nu intervin grupări cu puternic efect atrăgător delocalizant, constă în interacțiunea de natură electrostatică între cele doua sarcini localizate la atomii de azot și carbon adiacenți.

Ѕtabilitatеa N-ilidеlοr, nеlundu-ѕе n ϲοnѕidеrarе intеraϲia ϲοulombian, ϲarе еѕtе οarеϲum nеѕеmnifiϲativ, dеpindе dе dοi faϲtοri impοrtani: struϲtura gruprii οniu i a ϲοmpοnеntеi aniοniϲе. Ϲu ϲt radiϲalii lеgai dе atοmul dе azοt i dе ϲarbaniοn au nѕuiri mai prοnunatе dе aϲϲеptοr a ϲеlοr dοu ѕarϲini, ϲu att ѕtabilitatеa ilidеi ϲrеtе. (I. Zugrăvescu, 1974)

În comparație cu alte tipuri de ilide cu azot, cicloimoniu-ilidele prezintă o relativă stabilitate datorată urmatorilor factori:

Delocalizarea sarcinii pozitive pe întreg inelul heterociclic și cea a sarcinii negative pe carbanionul ilidic;

Forța de atracție coulombiană între atomul de azot ilidic pozitiv și carbanionul ilidic;

În cazul cicloimoniu-ilidelor în care atomul de azot aparține unui ciclu N-heteroaromatic, se poate constata o creștere a stabilității moleculare datorită delocalizării sarcinii cationice, fapt ce conduce la apariția mai multor structuri limită. Astfel, pentru piridiniu-ilide se pot formula structuri care ilustrează stabilizarea prin rezonanță a grupării oniu:

Stabilizarea întregului edificiu molecular nu depinde însă doar de acceptarea sarcinii cationice de către inelul N-heteroaromatic, ci delocalizarea sarcinii anionice joacă un rol mult mai important prin posibilitatea de extindere a sarcinii negative pe un ansamblu de cinci atomi în cazul ilidei carbanion disubstituite conferind o stabilitate crescută componentei anionice.

Pentru consolidarea argumentului anterior se va compara stabilitatea N-ilidelor (2) și (3), de unde se constată că delocalizarea sarcinii anionice joacă un rol mult mai important pentru stabilitatea N-ilidelor, decât extinderea sarcinii cationice.

(2) (3)

Compusul (2) este denumit piridiniu-dimetilmetilida fiind instabilă și neputând fi izolată ca atare, în timp ce compusul (3) denumit trimetilamoniu-dicianmetilida este un compus stabil la temperatura camerei în prezența apei și a oxigenului, având p.t.=154oC. (I. Zugrăvescu, 1974)

Cel de-al doilea factor stabilizant din enumerarea anterioară, forța de atracție coulombiană, are un rol de o importanță secundară pentru cicloimoniu-ilide, întrucât această posibilitate de stabilizare fiind importantă doar în cazul amoniu-ilidelor, la care sarcina atomului de azot pozitiv este ceva mai crescută:

Având în vedere cele prezentate mai sus, se poate conchide că N-ilidele sunt combinații organice deosebit de reactive. Prezența carbanionului pune în evidență caracterul de agenți puternici nucleofili ce reacționează cu o gamă variată de produși organici. În marea majoritate a cazurilor se realizează, în astfel de procese, o nouă legatură C-C, ceea ce este important pentru sinteza organică. Astfel, caracterul de dipol al N-ilidelor se manifestă în reacții de cicloadiție pe care aceste combinații le dau cu agenții dipolarofili. (I. Zugrăvescu, 1974)

1.4. Obținerea cicloimoniu-ilidelor

Cicloimoniu-ilidele sunt compuși 1,3-dipolari din clasa N-ilidelor, în care atomul de azot aparține unui ciclu N-heteroaromatic, fiind reprezentate prin urmatoarele structuri de rezonanță:

Dipol 1,2 (a) Dipol 1,3 (b)

O metodă larg folosită de obținere a cicloimoniu-ilidelor este punerea în reacție a unui azaheterociclu cu un derivat halogenat reactiv. Reacția este dictată de efectul electronic (-E) al substituentului. Reacția conduce la obținerea unei sări de cicloimoniu, urmată de eliminarea hidracidului datorată prezenței unei baze, a carbonaților alcalini sau a aminelor în solvenți aprotici anhidri. Materia primă utilizată în această metodă o constituie sărurile de cicloimoniu, astfel încât s-a hotarât ca procedeul să poarte numele de “metoda sării”.

O altă metodă de obținere a cicloimoniu-ilidelor presupune utilizarea tetracianetilenoxidului, plecând spre exemplu de la piridină și obținând în acest fel piridiniu-dicianmetilida. De asemenea, se pot obține ilide carbanion disubstituite prin alchilarea sau acilarea celor monosubstituite.

În vederea obținerii unor săruri de piridiniu-ilide, care mai apoi vor conduce la piridiniu-ilide se poate pleca de la piridină, aceasta fiind supusă cuaternizării prin următoarele metode:

Prin tratarea piridinei cu derivați halogenați reactivi de tipul α-halo-esterilor, α-halo-cetonelor sau α-halo-nitrililor, se obțin, în urma unei reacții SN2 sărurile cuaternare de piridiniu respective;

Derivații halogenați precum halo-diesterii sau halo-dicetonele sunt deosebit de activi și în prezența excesului de piridină are loc o dehidrogenare, formându-se direct produsul ilidic.

Cuaternizarea piridinei poate fi realizată prin tratarea acesteia cu o combinație cu metilen activ si iod. Dacă se folosește ca reactant o metilcetonă reacția conduce la o iodură de piridiniu N-substituită;

Sulfonații de alchil preparați din alcooli și clorură de tosil sunt folosiți la obținerea sărurilor cuaternare de piridiniu. Dacă procesul de esterificare are loc în prezența piridinei, ia naștere următoarea sare;

Un alt procedeu de obținere al cationului de piridiniu N-substituit este reacția de inserție a unui intermediar carbenic la legătura N-H a unei sări de piridină. Intermediarul carbenic se obține utilizând diazocetonele ca generator de acilcarbenă, formându-se în exemplul următor halogenura de N-fenacil-piridiniu.

Totuși, acest procedeu este dificil din punct de vedere experimental așa că nu este folosit în mod curent.

În vederea obținerii produșilor ilidici din sărurile cuaternare de piridiniu, acestea din urmă vor fi tratate cu baze. Se folosesc baze slabe, carbonați alcalini în soluție apoasă sau chiar cea mai utilizată amină, trietilamina. Reacția de obținere a cicloimoniu-ilidei poate fi privită ca un echilibru acido-bazic, deplasarea sa în favoarea formării ilidei fiind dependetă de forța nucleofilă a carbanionului ilidic. (I. Zugrăvescu, 1974)

Pentru a evita scindarea heterolitică a legăturii N-C cu formarea bazei alchilate și a piridinei nu se utilizează reactanți bazici foarte energici precum derivații organo-litici sau amidurile alcaline. (I. Zugrăvescu, 1974)

O altă metodă de sinteză de piridiniu-ilide stabile poate fi efectuată cu ajutorul cloroformiaților, prin substituția la carbanionul ilidic a unei grupări carbalcoxi. Astfel, prin acțiunea cloroformiatului de etil asupra sării s-a preparat ilida. (I. Zugrăvescu, 1974)

Arilizocianații pot fi adiționați la carbanionul ilidic al unei piridiniu-ilide monosubstituite, conducând la zwitterioni, care prin transfer 1,3 de proton, formează o nouă piridiniu-ilidă. (I. Zugrăvescu, 1974)

În vederea obținerii piridiniu-ilidelor carbanion disubstituite stabile, piridiniu-ilidele pot fi ușor acilate cu ajutorul halogenurilor de acil sau al anhidridelor, întrucât acestea prezintă însușiri puternic nucleofile ale carbanionului ilidic.

Această metodă de obținere a cicloimoniu-ilidelor este de multe ori mult mai avantajoasă decât “metoda sării”. În acest sens, Krohnke obține piridiniu-dibenzoilmetilida prin tratarea unei sări de tipul bromurii de N-fenacil-piridiniu cu clorură de benzoil sau anhidridă benzoică în prezență de carbonat de potasiu. (I. Zugrăvescu, 1974)

O altă metodă de obținere a ilidelor carbanion disubstituite o constituie alchilarea ilidelor piridinice în prezența halogenurilor de alchil. Reacția conduce la obținerea sărurilor de piridiniu care tratate cu baze, vor elimina hidracid, formându-se ilida carbanion substituită. Totuși, această metodă nu prezintă o importanță deosebită întrucât prin substituția unui radical alchil la carbanion, acesta va conduce la micșorarea stabilității produsului. (I. Zugrăvescu, 1974)

Cicloimoniu-ilidele în general, precum și piridiniu-ilidele în particular, prezintă culori caracteristice ce variază de la galben și până la violet. Culoarea piridiniu-ilidelor depinde de conjugarea acestora precum și de natura solventului utilizat, astfel că polaritatea solventului are o influență directă asupra modificărilor de culoare.

În continuare, se vor prezenta câteva reacții de culoare obținute în urma acilării unor săruri de piridiniu. Produșii de reacție au putut fi izolați, având puncte de topire nete.

Prin tratarea halogenurii de N-carbetoximetil-piridiniu cu clorură de benzoil în prezența trietilaminei (TEA) s-a obținut piridiniu-benzoilcarbetoximetilida, compus cristalizat, stabil, de culoare galbenă, având p.t.=167°C. (I. Zugrăvescu, 1974)

Un alt produs deosebit de stabil a fost sintetizat plecând de la clorura de cianmetilpiridiniu și realizând acetilarea cu anhidrida acetică în prezența piridinei. S-a obținut piridiniu-cianacetilmetilida sub forma unor cristale galben-brune cu p.t.=143-144°C.

Ilida obținută prin acțiunea trietilaminei asupra bromurii de N-carbetoximetil-piridiniu a fost supusă carbetoxilării cu cloroformiatul de etil, obținându-se un produs stabil, de culoare galbenă, având p.t.=170-171°C.

În unele cazuri s-a observat că agentul acilant poate dezlocui unele grupări legate la carbanion, astfel că prin tratarea piridiniu-ciancarbamilmetilidei cu anhidridă acetică se formează următoarea ilidă.

O reacție asemănătoare este cea studiată de Zugrăvescu și Leonte care obțin piridiniu-dicianmetilida prin tratarea piridiniu-ciancarbetoximetilidei cu α-ciano-α-bromoacetat de etil. Produsul de reacție a fost caracterizat ca fiind stabil, sub forma unor cristale de culoare galbenă, având p.t.=245-246°C. (I. Zugrăvescu, 1974)

1.5. Reacții ale N-ilidelor

Ιlіdеlе dau dοu otіpurі dе rеaϲіі:

un tіp dе rеaϲіе datοrat ϲaraϲtеruluі dіpοlar oal N-іlіdеlοr manіfеѕtat n rеaϲoіі dе ϲіϲlοadіțіe ϲu dіpοlarοfіlі, întrucât cicloimoniu-ilidele sunt compuși 1,3-dipolari din clasa N-ilidelor, în care atomul de azot aparține unui ciclu N-heteroaromatic;

un alt tіp dе orеaϲіе ѕе datοrеaz ѕarϲіnіі nеgatіvе dе opе ϲarbanіοn, іlіdеlе partіϲіpnd la rеaϲoіе ϲa rеaϲtant nuϲlеοfіl.

1.5.1. Reacții de cicloadiție [3+2] dipolare

Sărurile de cicloimoniu sunt intermediari în obținerea cicloimoniu-ilidelor care dau în general, reacții de cicloadiție [3+2] dipolară. Acest concept de cicloadiție [3+2] dipolară a fost introdus de către Huisgen care definește reacțiile de cicloadiție ca fiind reacțiile dintre un dipolarofil cu un compus 1,3-dipolar ce conduce la un heterociclu de 5 atomi. (F. Badea, 1973)

Caracterul de dipol 1,3 al cicloimoniu-ilidelor, datorat structurii (b) de sextet fără dublă legatură, se manifestă în reacțiile de cicloadiție, în care sistemele 1,3-dipolare participă la reacții de cicloadiție concertate și în consecință strict stereospecific, unde adiția este dictată de efectele electronice ale dipolarofilului. Un reactant, componenta 1,3-dipolară, are la un capăt al sistemului un orbital vacant (sarcină pozitivă), iar la celălalt capăt prezintă o pereche de electroni (sarcină negativă). Celălalt reactant, componenta dipolarofilă, poate fi o acetilenă, o alchenă activată prin grupe ce prezintă efecte electronice electromere atragătoare de electroni (-E) sau efecte electronice inductive atrăgătoare de electroni (-I). (M. Avram, 1983)

Dipol 1,2 (a) Dipol 1,3 (b)

Se cunosc numeroase adiții 1,3-dipolare ce vor fi discutate mai pe larg, în subcapitolele următoare, fiind exemplificate chiar și la unele imoniu-ilide, dar mai cu seamă la piridiniu-ilide, unde mecanismul este sincron și tocmai varietatea produșilor finali posibili pledează pentru un mecanism în două trepte.

Reacția de mai sus este o reacție de cicloadiție [3+2] dipolară în care dipolul 1,3 este pus în reacție cu unul din cei doi dipolarofili, combinându-se fără eliminare și dând naștere unui sistem ciclic prin transformarea unei legaturi π în legătură σ. Forma polară a cicloimoniu-ilidei conținând un centru nucleofil și altul electrofil în moleculă explică tendința acestor compuși de a se adiționa la legături duble sau triple. (I. Zugrăvescu, 1987)

Сa dіpοlarοfіlі în reaϲțііle de oϲіϲlοadіțіe [3+2] dіpοlară pοt fі alese alϲhene șі alϲhіne ѕіmetrіϲ ѕubѕtіtuіte, când reacțiile sunt caracterizate de o cis-stereospecificitate deosebită.

Alți dipolarofili care pot fi considerați sunt substanțele cu duble sau triple legături ce vor fi folosite cu precădere în reacțiile în care cicloimoniu-ilida joacă rol de agent nucleofil:

1.5.2. Adiția imoniu-ilidelor la olefine activate

Adiția ilidei (1) la olefinele (2) conduce în toate cazurile la o singură pirolidină (3) indiferent de natura alifatică sau aromatică a radicalului R1. (I. Zugrăvescu, 1974)

La imoniu-ilide cicloadițiile sunt adiții cis la fel ca în cazul cicloimoniu-ilidelor privite ca dipoli 1,3, configurația dipolarofilului conservându-se în cursul reacției.

Se va lua în discuție reacția de adiție dintre imoniu-ilidei (1) în care R’ va fi înlocuit cu gruparea metil și anhidrida maleică, maleatul de metil, precum și fumaratul de metil. Reacția dintre imoniu-ilida (1) și anhidrida maleică conduce la pirolidina (3). Pirolidina (3) își deschide ciclul anhidridic la tratare cu alcalii urmată de esterificarea cu diazometan, obținându-se pirolidina (4), produs identic cu cel obținut în urma reacției de cicloadiție [3+2] dipolară dintre imoniu-ilida (1) și maleatul de metil. În reacția dintre fumaratul de metil și imoniu-ilida (1) se obțin doua pirolidine epimere ( (5) și (6) ) care diferă între ele prin configurația la atomul de carbon 5. Sub acțiunea catalitică a piperidinei, pirolidina (4) este transformată în pirolidina (6), în timp ce sub acțiunea acelorași condiții, pirolidina (5) obținută preferențial în reacția de cicloadiție a ilidei (1) la fumaratul de metil, rămâne neschimbată.

În concluzie, se poate admite că adiția imoniu-ilidelor (1) este preferențial o adiție cis, la fel ca și în cazul cicloimoniu-ilidelor și de asemenea, pirolidinele (5) și (6) se formează simultan ca urmare a unei apropieri diferite a dipolului către olefină și nu în urma unui proces de epimerizare ulterioară a uneia dintre ele. (I. Zugrăvescu, 1974)

1.5.3. Adiția cicloimoniu-ilidelor la alchine activate

Dipolarofilii de tipul derivaților acetilenici prezintă o puternică activitate dipolarofilă fapt care i-a condus pe mulți cercetători să studieze reacțiile cicloimoniu-ilidelor cu derivați acetilenici. (I. Zugrăvescu, 1974)

Reacția piridiniu-ilidelor cu agenti dienofilici cu triplă legătură activată debutează printr-un atac nucleofil al carbanionului, conform reacției:

În cazul de față, stabilizarea zwitterionului format are loc prin atacul nucleofil intern al carbanionului asupra poziției α din nucleul piridinic cu închiderea unui inel de cinci atomi, rezultatul final al procesului fiind dat de structurile celor doi parteneri și condițiile experimentale folosite.

Piridiniu-ilidele carbanion monosubtituite în reacție cu dipolarofili de tipul dienofilelor acetilenice activate dau cicloaducți de structură indolizinică.

Aductul format în prima fază (2) prezintă o tendință de aromatizare, trecând astfel în structura indolizinică (3), fie prin transfer de hidrogen către excesul de dipolarofil, fie prin disproporționarea intermediarului (2). Pentru aromatizarea derivatului indolizinic se poate apela la catalizatori de dehidrogenare precum Pd/C, însă derivatul indolizinic se poate aromatiza și în lipsa acestora.

Numeroase cercetări s-au efectuat folosind ca agent dipolarofil acetilenic dimetilesterul acidului acetilendicarboxilic, notat prescurtat cu DMAD. În acest sens, la mijlocul secolului XX, Boekelheide și Fahrenholtz au realizat o reacție de cicloadiție [3+2] dipolară a esterului dimetilic al acidului acetilendicarboxilic cu piridiniu-benzoil-metilida. (I. Zugrăvescu, 1974)

Această cale de obținere a derivaților de indolizină a fost utilizată mai apoi, plecând de la derivați de piridiniu-ilide carbanion monosubstituite și diverși derivați acetilenici, obținându-se numeroase alte structuri indolizinice.

Derivații indolizinici se pot obține de asemenea și plecând de la piridiniu-ilidele care nu conțin un atom de hidrogen legat de carbanion, în reacție cu dimetilesterul acidului acetilendicarboxilic (DMAD). În acest caz, aromatizarea rezultă prin eliminarea uneia din grupările electronegative ale carbanionului, alături de hidrogenul din poziția α a nucleului piridinic, procesul fiind diferit față de cel menționat în cazul piridiniu-ilidelor carbanion monosubstituite, unde aromatizarea se realiza prin dehidrogenare. (I. Zugrăvescu, 1974)

Alți derivați indolizinici se pot obține plecând de la piridiniu-ilide carbanion disubstituite ce conțin grupări acceptoare de electroni. În acest sens, cercetători precum Linn au arătat că piridiniu-dicianmetilida prin cicloadiție cu DMAD formează un derivat indolizinic printr-o eliminare 1,4 de HCN din aductul intermediar neizolabil.

Piridiniu-dicarbetoxi-metilida cu esterul dietilic al acidului acetilendicarboxilic (DEAD), printr-o eliminare 1,4 de formiat de etil din cicloaductul intermediar formează derivatul de indolizină.

1.5.4. Adiția cicloimoniu-ilidelor la olefine, ca reacții de adiție nucleofilă

Reacția de adiție a piridiniu-ilidelor la olefinele neactivate poate fi privită ca o reacție de adiție nucleofilă (A.N.).

Cercetători precum Zecher și Krohnke obțin pe această cale un nou intermediar ilidic prin adiția piridiniu-fenacilidei la benziliden-acetofenona care, prin tratare la cald cu săruri de amoniu, elimină piridină conducând în final la 2,4,6-trifenilpiridină. (I. Zugrăvescu, 1974)

Utilizând această reacție de adiție de tip Michael, Thessing și Muller au obținut 4,6-difenil-piridona (5) prin tratarea clorurii de N-(2-acetamido)-piridiniu (1) cu benzilidenacetofenona (3). În prima etapă, se elimină HCl din sarea de piridiniu (1), obținându-se cicloimoniu-ilida (2), care va reacționa cu benzilidenacetofenona (3) rezultând produsul de reacție (4). Acesta din urmă, în prezența acidului acetic, elimină piridina, conducând la piridona (5).

1.6. Ilide ale unor azaheterocicluri cu 5 atomi

1.6.1. Ilide din clasa pirolului

În acest subcapitol se va pune accent pe caracterul nucleofil al unor heterocicluri cu azot, din clasa cicloimoniu-ilidelor, N-ilidele participând la reacție ca și reactanți nuclofili. Așa cum s-a precizat în capitolul anterior, cicloimoniu-ilidele dau reacții de cicloadiție [3+2] dipolare, în care adiția este dictată de efectele electronice ale dipolarofilului.

Se vor lua în considerare structurile de rezonanță ale N-benzilpirolului (1, 1a, 1b) pentru explicarea reacției, de unde se remarcă că structurile (1a), respectiv (1b) prezintă un caracter ilidic, întrucât prezența carbanionului activ se poate preta reacției de adiție de tip Michael.

(1) (1a) (1b)

În reacția N-benzilpirolului cu acidul acetilendicarboxilic care reacționează ca partener electrofil are loc atacul nucleofil al carbanionului ilidic (1a) asupra derivatului acetilenic, reacția conducând la formarea aductului primar (2). Această reacție a fost studiată de către Mandell și Blanchard ce au obținut un derivat pirolic (3), stabilizarea produsului primar al reacției care prezintă și acesta caracter ilidic, realizându-se prin transferul protonului mobil din poziția alfa, a ciclului pirolic la carbanionul ilidic în urma căruia rezultă produsul final (3). (I. Zugrăvescu, 1974)

Câțiva ani mai tarziu, Galbraith și colaboratorii au studiat reacția dintre acetilendicarboximetilatul de metil și indolizină în condiții dehidrogenate (Pd depus pe cărbune) obținând esterul dimetilic al acidului cicl[3, 2, 2]azin-dicarboxilic (7).

Pentru înțelegerea mecanismului se vor lua în considerare structurile limită ale indolizinei (4, 4a), printre care apare și una de tip ilidic. După cum s-a precizat, cicloimoniu-ilidele admit o structură sextet-fără dublă legătură (4b) – de dipol 1,3 ce poate participa la reacții de cicloadiție [3+2] dipolare care decurg, în general, după un mecanism sincron, astfel încât și indoliziniu-ilida (4a) va prezenta aceste caracteristici. (I. Zugrăvescu, 1974)

(4) (4a) (4b)

Autorii propun pentru acestă reacție un mecanism în trepte, ce debutează prin atacul electrofil al dimetilacetilendicarboxilatului asupra indolizinei, formându-se un intermediar “zwitterionic” (5) ce se va stabiliza prin ciclizare intramoleculară (6) urmatătoare etapă fiind dehidrogenarea, în final obținându-se compusul stabil (7).

Din produsul (5), prin transfer intramolecular de proton, se separă și un derivat (8) alături de produsul principal de reacție (7). De asemenea, dacă se efectuează adiția indolizinei la acetilendicarboxilatul de metil, în absența catalizatorilor de dehidrogenare, singurul produs care rezultă din această reacție este (8). Produsul de reacție (8), incălzit ulterior în toluen, în prezența Pd/C se tranformă în 1,2-dicarbometoxi-cicl-(3,2,2)-azina (7).

Structura produsului (7) a fost dovedită prin transformarea lui în acidul dicarboxilic (9), urmată de decarboxilarea acestuia care conduce la compusul (10). (I. Zugrăvescu, 1974)

1.6.2. Pirazoliu-ilide

Cercetările de un interes major efectuate în seria pirazolului aparțin lui Boekelheide și colaboratorii care au reușit să obțină pe baza spectrelor UV, IR și RAMAN un produs cu o structură ilidică (2) prin tratarea iodurii de 1-metil-2-fenacil-pirazoliu (1) cu hidrură de sodiu în prezența propiolatului de metil.

Această reacție era de așteptat să fie o cicloadiție 1,3-dipolară a propiolatului de metil la pirazoliu-fenacilida intermediară (2) cu formarea unui cicloaduct (3), însă s-a dovedit că reacția ia cu totul alt curs. În prima treaptă a reacției are loc un atac nucleofil al ilidei (2) la compusul acetilenic, ce conduce la intermediarul ilidic (5). Produsul (5) trece prin transferul protonului mobil de la gruparea metilenică la carbanion, ilida finală (4) fiind mai stabilă. (I. Zugrăvescu, 1974)

1.6.3. Ilide din clasa imidazolului

Boekelhide și Fedoruk au fost cei care au pus bazele imidazoliu-ilidelor prin tratarea

1-metil-imidazolului (1; R = CH3) cu bromura de fenacil, când au obținut bromura de 1-metil-3-fenacil-imidazoliu (2) care a dat naștere ilidei corespunzătoare (3) datoriă mediului alcalin.

Ilida (3a) datorită structurii sale amfionice, poate participa la diverse reacții de cicloadiție dipolară, în special reacții de cicloadiție [3+2] dipolare, în care adiția este dictată de efectele electronice ale dipolarofilului. Astfel, cu propiolatul de etil se formează 1-metil-4-benzoil-6-carbetoxi-1, 3-a-diazapentalena (6). Boekelheide și Fedoruk afirmă că reacția decurge în două trepte, care implică apariția intermediarului “zwitterionic” (4). Dacă se folosește ca mediu de reacție un solvent polar, cum ar fi acetatul de etil și se ia un exces de propiloat de etil, randamentul cicloadiției va crește întrucât excesul de propiolat de etil servește la aromatizarea intermediarului (5). Autorii, plecând de la cercetările efectuate de Linn și colaboratorii, în seria piridiniu-dicianmetilidei au întreprins un studio analog în clasa N-pentaheterociclurilor. (I. Zugrăvescu, 1974)

Astfel, prin tratarea 1-metil-imidazolului cu tetracianetilenoxid în mediu de acetat de etil s-a obținut ilida cristalizată (7). Acetilendicarboxilatul de metil cu ilida (7) la 0o C, a dat naștere unui produs cristalizat de culoare galbenă, care conform analizelor acesta reprezintă un aduct 1:1, ceea ce a dus la concluzia că reacția nu a decurs ca în cazul piridiniu-dicianometilidei cu eliminare de HCN, astfel neobținându-se produsul așteptat (9), ci ia naștere iminopirocolina (11), structura fiind confirmată de examinarea spectrelor.

În prima fază a reacției, apare aductul (8), printr-o reacție de cicloadiție și care prin deciclizare conduce la anionul (10), și nu la 1,3-a-diazapentalena (9) așteptată. În următoarea etapă, urmează ciclizarea anionului (10) care duce la formarea iminopirocolinei denumită 1-metil-5-imino-6-ciano-7,8-dicarbometoxi-1-aza-pirocolina (11).

Structura (11) este confirmată de argumentele autorilor Boekelheide și Fedoruk care admit că prin tratarea iminopirocolinei (11) cu iodură de metil se obține iodura de N-metil-iminopirocoliniu (12), care, în mediu alcalin, trece în N-metil-iminopirocolina (13).

O metodă de obținere a sărurilor de cicloimoniu a fost studiată de Drujinina și colaboratorii prin tratararea imidazolilor 1,2,4,5-substituiți (14) cu α-brom-cetone.

Astefel, iau naștere sărurile de cicloimoniu care, în mediu alcalin conduc la pirolo [1,2-a] imidazoli substituiți de tipul (16), stabilindu-se că procesul de ciclizare decurge cu atât mai ușor, cu cât mediul bazic este mai puternic. (I. Zugrăvescu, 1974)

Produși de tip ilidic au putut fi obținuți prin tratarea bromurii de 1-metil-2-hidroximetil-4-clor-3-p.brom-fenacil-imidazoliu (17) cu etilat de sodiu în soluție alcoolică, produs denumit “anhidro-bază”.

Structură enol-betainică

La formarea pirolo-imidazolilor (16) autorii propun următorul mecanism: în prima etapă apare un intermediar ilidic (20, a, b) care se transformă într-un alt “zwitterion” (21) prin transferul unui proton de la gruparea metilenică la carbanionul sau la oxanionul ilidic. Stabilizarea amfionului (21) are loc prin trecerea sa în baza metilenică (22). În cele din urmă, se va elimina apa intramolecular formându-se pirolo-imidazolul final.

Reacțiile sărurilor de cicloimoniu N-metilen active ce constituie obiectul discuției au fost cercetate mai amplu de către Reuschling și Kröhnke ce și-au extins investigațiile și în clasa derivaților benzimidazolici (I. Zugrăvescu, 1974). Astfel, se va obține un derivat de benzimidazoizoindol prin tratarea bromurii de 1-metil-3-[4-bromfenacil]-benzimidazoliu (30) cu clorură de picril în mediu alcalin. În prima etapă, se va obține ilida (31), care formează produsul (32) prin pierdere de HNO2 și ciclizare.

Un exemplu de reacție de cicloadiție [3+2] dipolară prin care se obține un compus de tip ilidic (36) a fost obținut prin tratarea 1-benzil-benzimidazolului cu bromura de fenacil; sarea obținută reacționează în prezența trietilaminei formând un intermediar ilidic (34), ce va reacționa in situ cu acetilendicarboxilatul de metil printr-o reacție de cicloadiție [3+2] dipolară. Intermediarul (35) suferă dehidrogenare astfel încât inelul pentaatomic se aromatizează.

(I. Zugrăvescu, 1974)

Cercetări efectuate în cadrul laboratorului de chimie organică asupra unor derivați de indolizină cu acțiune anti-cancer

În cadrul acestui capitol se vor prezenta câteva reacții obținute în laboratorul de chimie organică sub conducerea domnișoarei profesor Elena Bîcu. Sărurile de cicloimoniu sunt intermediari în obținerea cicloimoniu-ilidelor, compuși ce prezintă reacții cu diverși dipolarofili. Scopul cercetărilor efectuate în cadrul reacțiilor sărurilor de cicloimoniu constă în obținerea unor produși cu activitate inhibitoare asupra celulelor canceroase.

În acest scop, s-au sintetizat noi compuși cu efect inhibitor al farnesiltransferazei și efect benefic în cazul cancerului de piele, de colon, ovarian, renal, precum și în cazul leucemiei.

2.1. Derivați de indolizină cu efect inhibitor pe farnesiltransferaza umană

Derivații de indolizină prezintă un spectru larg de compuși cu activitate biologică, având acțiune asupra cancerului, a bolilor cardiovasculare precum și asupra bolilor degenerative cum ar fi osteoartrita sau spondiloza.

În acest sens, plecând de la derivați de piridină în reacție cu derivați halogenați activați de grupări puternic atrăgătoare de electroni s-au obținut sărurile de cicloimoniu. Acestea, în prezența bazelor vor forma in situ dipoli 1,3 ai cicloimoniu-ilidelor care dau reacții de cicloadiție [3+2] dipolară cu propiolatul de etil conducând la derivații de indolizină. (C. Dumea et al., 2014)

X: H, Cl, Br

R1: H, CH3

R2: H, CH3

Astfel, cei 36 de derivați de indolizină noi obținuți au fost testați pe farnesiltransferază și 25 dintre ei au dovedit o puternică inhibare asupra farnesiltransferazei umane (peste 50%), iar 17 dintre aceștia au IC50 mai mic de 23 μM.

2.2. Derivați de indolizină cu fragment triazinic

În acest articol cercetătorii din cadrul colectivului de chimie organică au reușit sinteza unor noi derivați de 3-benzoilindolizine cu un rest dimetoxitriazinic în poziția 1 din ciclul indolizinic. Scopul sintetizării și evaluării acestora constă în capacitatea lor de a inhiba polimerizarea tubulinei.

Derivații de indolizină ce conțin un rest triazinic s-au obținut prin reacții de cicloadiție [3+2] dipolare ale dipolilor 1,3 ai cicloimoniu-ilidelor. În acest sens, se pleacă de la derivați de piridină în reacție cu derivați de ω-bromoacetofenonă. Sărurile obținute sunt tratate în continuare cu baze pentru a se forma dipolul 1,3 al cicloimoniu-ilidei ce va reacționa cu dipolarofilul 2-etinil-4,6-dimetoxi-1,3,5-triazina. (L. Lucescu et al., 2015)

R1: OMe, H X: H, Me, Ph

R2: OMe, Me, Ph, CN, F, Cl, Br Y: H, Me R3: OMe, H Z: H, Me, CN

W: H, Me

Astfel, din cei 19 derivați de indolizină noi obținuți, 11 dintre aceștia prezintă acțiune inhibitoare mai mare de 50% asupra celulelor canceroase din diferite forme de cancer, iar unul dintre aceștia are GI50 sub 1 μM asupra celulelor canceroase SNB-75 și MDA-MB-231/ATCC. Totodată, interesul pentru sinteza acestor compuși rezidă în activitatea antiproliferativă a acestora asupra unor celule canceroase ca MDA-MB-435 din cancerul de piele, unul dintre compuși având o inhibare a dezvoltării celulelor canceroase de 100%. Reușita acestui studiu este recunoscută de asemenea și de obținerea unui compus ce prezintă o inhibare a dezvoltării celulelor canceroase de 96% asupra celulelor HS 578T prezente în cancerul mamar, o inhibare de 88% a celulelor OVCAR-4 din cancerul ovarian, precum și o inhibare de 70% a celulelor ACHN din cancerul renal.

2.3. Activitatea anticancer a unor derivați de indolizină cu fenotiazină

Așa cum s-a prezentat anterior scopul acestor sinteze de noi compuși, precum derivații de indolizină cu fenotiazină, prezintă activitate anti-proliferativă asupra celulelor canceroase întrucât se cunoaște că unii derivați de indolizină și fenotiazină prezintă activitate anti-cancer.

Obținerea derivaților se realizează prin reacții de cicloadiție [3+2] dipolară a cicloimoniu-ilidelor cu propiolatul de etil. Cicloimoniu-ilidele au fost obținute plecând de la sărurile acestora obținute din derivații de piridină în reacție cu N-cloroacetilfenotiazina, în prezența bazei și în solvent polar. Produsul de cicloadiție (5) suferă dehidrogenare, obținându-se în final derivatul indolizin-fenotiazin (6). (C. M. Abuhaie et al., 2013)

R1 : Me, H

R2 : H, NMe2

Compușii obținuți au fost evaluați cu scopul determinării inhibării polimerizării tubulinei. Așadar, s-a dovedit faptul că atașarea derivatului fenotiazinic, precum și a derivatului de indolizină conduce la obținerea unor compuși cu activitate anti-proliferativă asupra celulelor canceroase. Compusul (6) (R1=Me, R2=H) a dovedit proprietăți anti-proliferative asupra celulelor canceroase din leucemie, cancerul de colon precum și cancerul de piele.

2.4. Analogi de fenstatină cu o unitate de indolizină

Scopul sintezei acestor derivați de fenstatină cu fragment de indolizină constă în testarea produșilor obținuți asupra inhibării polimerizării tubulinei, precum și evaluarea citotoxicității pe 60 de celule canceroase, la NCI-USA. Înlocuirea ciclului B fenstatinic, cu derivați de indolizină a dovedit efect anti-tubulinic, dovedindu-se totodată importanța celor 3 grupări metoxi din ciclul A fenstatinic. (A. Ghinet et al., 2015)

În ideea de a obține noi analogi de fenstatină cu o unitate de indolizină, s-a plecat de la săruri de cicloimoniu, care au fost obținute din derivați halogenați reactivi de tipul bromurii de fenacil cu derivați de piridină. Pentru obținerea dipolilor 1,3 ai cicloimoniu-ilidei s-a utilizat o bază, iar ulterior cicloimooniu-ilidele obținute vor reacționa cu diverși dipolarofili.

R1: H, Br R3: OMe X: H, CN, Me, (CH)4 Z: H, Me

R2: H, OMe R4: H, OMe Y: H, CN, Me, NMe2 W: H

Din cei 28 de noi compuși sintetizați, 12 compuși prezintă acțiune inhibitoare mai mare de 50% pe diferite forme de cancer, iar 5 dintre ei inhibă 100% unele linii celulare canceroase din leucemie (MOLT-4 și HL-60), din cancerul de piele (MDA-MB-435), din cancerul de colon (HCT-116), din cancerul renal (A498) precum și din cancerul de la nivelul sistemului nervos central (SNB-75 și SF-295). De asemenea, doi derivați de indolizină obținuți din reacția cu propiolatul de etil au valorile GI50 de 30 nM.

Partea experimentală

În acest capitol se va pune accent pe reacțiile ce au fost obținute în laboratorul de chimie organică, sub atenta supraveghere a domnișoarei profesor Elena Bîcu.

În vederea realizării reacțiilor sărurilor de cicloimoniu, se va pleca de la derivați de piridină ce vor fi puși în reacție cu derivați halogenați activați de resturi cu efect electromer atrăgător de electroni sau inductiv atrăgător de electroni. După obținerea sării, aceasta va fi pusă în reacție cu un dipolarofil și diferite baze, precum și diferiți solvenți, cu scopul de a realiza un studiu privind comportarea sării în diferiți solvenți și baze.

3.1. Obținerea sării de cicloimoniu

Prima etapă a constat în sinteza sării folosind un derivat halogenat reactiv de tipul ω-bromoacetofenonei, mai exact 2-bromo-4’-bromoacetofenonă (2).

Astfel, am sintetizat sarea de piridiniu (3) numită bromură de 4-metil-1-(4’-bromofenacil)-piridiniu prin reacția γ-picolinei (1) cu derivatul halogenat (2). Metoda utilizată este denumită metoda sării, metodă prin care se obțin sărurile de cicloimoniu. Reacția s-a realizat într-un volum minim de acetonă anhidră necesară dizolvării celor doi reactanți la încălzire.

(1) (2) (3)

Astfel, în spectrul 1H-RMN al compusului (3) se observă prezența semnalelor atât în zona aromatică, cât și în zona alifatică, care corespund ambilor reactanți, semn că reacția a avut loc.

În zona alifatică se remarcă semnalul grupării metil de pe derivatul de picolină (singlet la δ=2,67 ppm), precum și semnalul metilen vecină atomului de azot cuaternar (singlet la δ=6,41 ppm). Acest semnal corespunzător grupării metilen este atât de deplasat datorită dezecranării provocate de vecinătatea atât cu atomul de azot pozitivat, cât și cu gruparea carbonil cetonică cu efect atrăgător de electroni. Zona aromatică se remarcă prin semnalele corespunzătoare protonilor de pe ciclurile benzenice. În acest sens, se remarcă semnalul cel mai deplasat corespunzător celor 2 protoni vecini cu atomul de azot pozitivat (multiplet la δ=8,80-8,90).

3.2. Reacții ale piridiniu-ilidei

În continuare, s-a realizat un studiu experimental cu privire la reacția sării de cicloimoniu obținută anterior. Astfel, cercetarea experimentală a constat în tratarea piridiniu ilidei, obținute in situ din sarea corespunzătoare (3), cu diferite baze în diferiți solvenți. În tabelul 3.1. sunt evidențiate reacțiile realizate cu diferite baze, precum și diferiți solvenți.

Reacția ia cu totul alt curs, în sensul că nu decurge sub forma unei reacții de cicloadiție [3+2] dipolară, așa cum s-ar fi așteptat având în vedere caracterul de dipol 1,3 al ilidei, precum și caracterul de dipolarofil al 2-ciano-3-etoxiacrilatului de etil (CEAE) ce prezintă grupări inductive atrăgătoare de electroni (-I). Un alt traseu pe care l-ar fi putut urma reacția ar fi fost cel al formării produsului la atomul de carbon din poziția γ a ciclului piridinic. Totuși, nici acest produs nu s-a obținut. Astfel, conform spectrului RMN s-a dovedit structura unei cicloimoniu-ilide carbanion disubstituite ca produs majoritar din toate cele 4 reacții evidențiate în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1. Prezentarea reacțiilor sării de cicloimoniu

În continuare se vor prezenta posibilii produși de reacție din urma studiului experimental, precum și mecanismul formării ilidei carbanion disubstituite obținute.

(3)

(4) (5) (6) Produs majoritar

Cicloimoniu-ilidă carbanion disubstituită

Formarea acestui produs prezintă următorul mecanism de reacție:

S-au realizat patru reacții în solvenți cu polarități diferite. Așadar, folosind diclorometanul (solvent mai puțin polar), acetonitrilul (solvent polar) și dimetilformamida (solvent foarte polar) s-a observat că la adăgarea acestora peste dipolarofil și sarea de cicloimoniu, aceștia nu solvă sarea, ci doar dipolarofilul. În schimb, la adăugarea bazei în picătură sarea intră în soluție, iar ilida începe să se formeze, observându-se virajul de culoare de la galben-pai, până la roșu intens, în funcție de solventul folosit precum și de bază. Astfel, folosind TEA (o bază slabă), ilida se formează mai greu în comparație cu reacțiile unde s-a folosit DBU (1,8-diazabiciclo[5.4.0.]undec-7-enă), o bază tare ce reacționează repede cu sarea.

Figura 3.1. Reacția sării în DBU și CH2Cl2 Figura 3.2. Reacția sării în TEA și CH2Cl2

Figura 3.3. Reacția sării în TEA și CH3-CN Figura 3.4. Reacția sării în DBU și DMF

Reacțiile au loc la temperatura de 60°C, decurgând pe parcursul a 24 de ore. După concentrarea solventului, se adaugă apă în vederea precipitării și separării produsului, intrucât în apă sarea este solubilă. Se realizează operația de filtrare la vid, după care produsul brut este supus cromatografiei pe coloană folosind drept solvent etanol.

Figura 3.5. Cicloimoniu-ilida carbanion disubstituită Figura 3.6. Sarea de cicloimoniu

Spectrul RMN-1H al compusului confirmă structura sa, cele mai importante semnale fiind:

δ= 1,23 ppm, un semnal triplet atribuit protonilor din zona alifatică;

δ= 4,15 ppm, un semnal de tip cvartet atribuit protonilor din zona alifatică;

δ= 8,11 ppm, un semnal de tip singlet din dubla legătură. Acest semnal este dezecranat datorită învecinării cu carbanionul;

δ= 8,30 ppm, semnal de tip dublet din zona aromatică, corespunzător protonilor vecini atomului de azot pozitivat.

Procedura de lucru

Procedură generală pentru obținerea compusului (3)

O soluție de γ-picolină (1 echiv.) și 2-bromo-4’-bromoacetofenonă (1 echiv.) obținută prin dizolvare în acetonă anhidră a fost supusă agitării magnetice și încălzirii la temperatura de 50°C timp de 2 ore. Se observă pe parcursul reacției cum amestecul limpede la început devine mai întai tulbure și apoi cum din acesta separă produsul de culoare albă care nu este solubil în acetonă.

Acesta se răcește, se filtrează la vid și se spală cu acetonă pe filtru, fiind folosit în reacțiile următoare fără altă purificare suplimentară.

Procedură generală pentru obținerea compusului (5)

Compusul (3) (1 equiv.) și dipolarofilul (1 equiv.) au fost adăugați în balonul de reacție, peste care s-a adăgat un volum de solvent măsurat cu cilindrul gradat. La adăugarea solventului se observă că dipolarofilul intră în soluție, însă sarea nu. Se adaugă apoi sub agitare magnetică, baza (1 equiv.) în picătură timp de 5 minute, observându-se virajul de culoare, semn al formării ilidei corespunzătoare. După terminarea adăugării bazei, amestecului se lasă la agitare și încălzire la 60°C timp de 24 de ore. După concentrarea solventului, se adaugă apă în vederea precipitării și separării produsului, intrucât în apă sarea este solubilă. Se realizează operația de filtrare la vid și se monitorizează reacția cu ajutorul cromatografiei în strat subțire (TLC). Întrucât compusul este impur și mai prezintă un produs în cantitate minoră acesta este supus cromatografiei pe coloană folosind drept solvent etanol.

Interpretare RMN

Bromură de 4-metil-1-(4’-bromofenacil)-piridiniu (3). Solid alb, η=90%, p.t.=260-261°C

RMN-1H (DMSO-d6, 500 MHz, δ, ppm): 2,67(s, 3H, CH3); 6,41 (slarg, 2H, CH2); 7,89 (d, 2H, J=8,5Hz, 2CHAr); 7,99 (d, 2H, J=8,5 Hz, 2CHAr); 8,09 (d, 2H, J=6 Hz, 2CHAr); 8,80-8,90 (m, 2H, 2CHAr2,6-py).

RMN-13C(DMSO-d6, δ, ppm): 21,7 (CH3); 65,4 (CH2); 128,2 (2CHAr); 128,8 (C); 130,2 (2CHAr); 132,3 (2CHAr); 132,7 (C); 145,2 (2CHAr); 160,0 (C); 190,4 (C=O).

Cicloimoniu-ilida carbanion disubstituită (5). Solid galben, η=51%, p.t.=162-163°C, Rf = 0,68 (etanol)

RMN-1H (CDCl3, 500MHz, δ, ppm): 1,23 (t, 3H, J=7 Hz, CH3); 2,72 (s, 3H, CH3); 4,15 (q, 2H, J=7 Hz, CH2); 7,50 (d, 2H, J=9 Hz, 2CHAr); 7,59 (d, 2H, J=8,5 Hz, 2CHAr); 7,75 (d, 2H, J=6 Hz, 2CHAr); 8,11 (s, 1H, CH); 8,30 (d, 2H, J=7 Hz, 2CHAr).

RMN-13C (CDCl3, δ, ppm): 14,6 (CH3); 22,7 (CH3); 60,7 (CH2); 71,2 (C); 118,7 (C); 120,9 (C); 125,4 (C); 128,2 (2CHAr); 130,3 (2CHAr); 131,8 (2CHAr); 137,6 (C); 145,2 (CH=); 147,8 (2CHAr); 159,1 (C); 166,8 (C=Oester); 184,2 (C=Ocetonic).

Substanțe și aparatură

Spectrele de rezonanță magnetică nucleară de proton și carbon au fost înregistrate pe un aparat Bruker Avance de 500MHz. Fiecare semnal a fost caracterizat prin deplasare chimică, δ, exprimată în ppm, prin intensitate și aspect.

Monitorizarea evoluției reacțiilor precum și verificarea purității compușilor a fost efectuată prin cromatografie în strat subțire (TLC). Faza staționară a fost reprezentată de silicagel Merck 60, cu indicator de fluorescență UV254, iar vizualizarea plăcuțelor a fost realizată utilizând o lampă UV la lungimile de undă 254 și 366 nm.

Punctele de topire au fost înregistrate cu ajutorul unor tuburi capilare introduse într-un aparat denumit Mell-Temp II. Acestea sunt exprimate în grade Celsius.

Toate produsele disponibile comercial au fost folosite fără purificări ulterioare.

Concluzii

Se poate concluziona că ciclul indolizinic diferit substituit poate juca rol de un ciclu din fenstatină, compușii ce îl conțin având activitate anticancer.

În partea experimentală am dorit să sintetizăm un nou derivat indolizinic, cu structură de analog de fenstatină.

Așadar, m-am oprit asupra sintezei unei sări de cicloimoniu ce a stat la baza studiului cicloimoniu-ilidei obținute in situ folosind diferite baze, precum și diferiți solvenți. N-ilida, în diferite condiții de bază și solvent, a fost pusă în reacție cu alchena trisubstituită (2-ciano-3-etoxi-acrilat de etil).

Privind studiul experimental, în reacția sării cu TEA în solvent de CH2Cl2 s-a obținut cel mai bun randament experimental.

Astfel, din punct de vedere teoretic, au existat două grupări unde putea avea loc reacția:

în primul caz această grupare fiind metilul din poziția γ a ciclului piridinic,

cel de-al doilea caz fiind o reacție de cicloadiție [3+2] dipolară.

În realitate, a avut loc adiția nucleofilă a carbanionului ilidic la dipolarofil cu formarea unui zwitterion, fără a cicliza, datorită împiedicărilor sterice ale grupelor CN și CO2CH2CH3.

Spectrul RMN-1H al compusului a demonstrat structura cicloimoniu-ilidei carbanion disubstituite.

MULȚUMIRI PROIECTULUI POSCCE-O 2.2.1, SMIS-CSNR 13984-901, NR. 257/28.09.2010, CERNESIM, pentru înregistrarea spectrelor RMN

Bibliografie

1. M. Avram, Chimie organică, Editura Academiei Republicii Socialiste Române, București, vol. II, (1983), 404-410.

2. F. Badea, Mecanisme de reacție în chimia organică, Editura Științifică și Enciclopedică, București, (1973), 680-684.

3. I. Zugrăvescu, M. Petrovanu, Chimia N-ilidelor, Editura Academiei Republicii Socialiste Române, București, (1974), 9-19, 69-78, 147-161.

4. I. Zugrăvescu, M. Petrovanu, Cicloadiții 3+2 dipolare, Editura Academiei Republicii Socialiste Române, București, (1987), 160-168.

5. N.C. Lungu, Teză de doctorat, Editura Universității Alexandru Ioan Cuza, Iași, (1998), 9-12.

6. C.M. Abuhaie, E. Bîcu, B. Rigo, P. Gautret, D. Belei, A. Farce, J. Dubois, A. Ghinet, Synthesis and anticancer activity of analogues of phenstatin, with a phenotiazine A-ring, as a new class of microtubule-targeting agents, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, (2013), 23, 147-152.

7. C. Dumea, D. Belei, A. Ghinet, J. Dubois, A. Farce, E. Bîcu, Novel indolizine derivatives with unprecedented inhibitory activity on human farnesyltransferase, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, (2014), 24, 5777-5781.

8. A. Ghinet, C.M. Abuhaie, P. Gautret, B. Rigo, J. Dubois, A. Farce, D. Belei, E. Bîcu, Studies on indolizines. Evaluation of their biological properties as microtubule-interacting agents and as melanoma targeting compounds, European Journal of Medicinal Chemistry, (2015), 89, 115-127.

9. L. Lucescu, A. Ghinet, D. Belei, B. Rigo, J. Dubois, E. Bîcu, Discovery of indolizines containing triazine moiety as new leads for the development of antitumoral agents targeting mitotic events, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, (2015), 25, 3975-3979.

Anexe

Spectrul RMN-1H al compusului 3

Spectrul RMN-1H al compusului 5

Avizat,

Îndrumător Lucrare de Licență

Titlul, Numele și prenumele____________________________________________________

Data ____________ Semnătura ________________

DECLARAȚIE

privind originalitatea conținutului lucrării de licență

Subsemnatul(a) ………………………………………………………………………………………

cu domiciliul în ………………………………………………………………………………………………..

născut(ă) la data de ………………..…., identificat prin CNP ………….……………..…………………, absolvent(a) al(a) Universității „Alexandru Ioan Cuza” din Iași, Facultatea de Chimie,
specializarea …………………………………………………………, promoția ……………-……………….,

declar pe propria răspundere, cunoscând consecințele falsului în declarații în sensul art. 326 din Noul Cod Penal și dispozițiile Legii Educației Naționale nr. 1/2011 art.143 al. 4 si 5 referitoare la plagiat, că lucrarea de licență cu titlul: _______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________elaborată sub îndrumarea dlui / d-nei ________________________________________________________, pe care urmează să o susțină în fața comisiei este originală, îmi aparține și îmi asum conținutul său în întregime.

De asemenea, declar că sunt de acord ca lucrarea mea de licență să fie verificată prin orice modalitate legală pentru confirmarea originalității, consimțind inclusiv introducerea conținutului său într-o bază de date în acest scop.

Am luat la cunoștință despre faptul că este interzisă comercializarea de lucrări științifice în vederea facilitării falsificării de către cumpărător a calității de autor al unei lucrări de licență, de diplomă sau de disertație și, în acest sens, declar pe proprie răspundere că lucrarea de față nu a fost copiată, ci reprezintă rodul cercetării pe care am întreprins-o.

Data ………………………… Semnătură absolvent …………………………