Sinteza Si Analiza Structurala A Unor Derivati 1,3 Dioxanici(2 Aril)

CUPRINS

1. INTRODUCERE 2

2. STUDIU DE LITERATURĂ 3

2.1. Stereochimia derivaților 1,3-dioxanici 3

2.1.1. Structura inelului 1,3-dioxanic 3

2.1.2. Stereochimia unor derivați 1,3-dioxanici-2,5 substituiți 5

2.1.2.1. Enatalpii libere conformaționale 5

2.1.2.2. Enatalpii libere de activare ale echilibrelor de inversie 9

2.1.2.3. 2-Aril-1,3-dioxani 12

3. CONTRIBUȚII ORIGINALE 24

4. PARTEA EXPERIMENTALĂ 33

4.1. Generalități 33

4.2. Sinteza și analizarea compușilor 33

4.2.1. Sinteza 4-dietilamino-3-buten-2-onei 33

4.2.2. Sinteza 1,3,5-triacetilbenzenului 34

4.2.3. Sinteza 1,3,5-tris(2’-bromoacetil)benzenului 35

4.2.4. Sinteza 1,3,5-tris(2’-benzoiloxiacetil)benzenului 36

4.2.5. Sinteza1,3,5-tris(5,5-dimetil-2-benzoiloximetil-1,3-dioxan-2-il)

benzenului 39

BIBLIOGRAFIE 41

=== SINTEZA SI ANALIZA STRUCTURALA A UNOR DERIVATI 1,3-DIOXANICI(2-ARIL) ===

1. INTRODUCERE

Derivații 1,3-dioxanici reprezintă sisteme heterociclice hexaatomice saturate studiate intens in ultimii ani datorită caracteristicilor structurale și a stereochimiei lor. Prezintă numeroase proprietăți cu aplicații practice, dintre care amintim: fungicide, biocide, pesticide, erbicide; unii dintre 1,3-dioxani au fost testați din punct de vedere al activității farmacologice și s-a descoperit că au acțiune antiinflamatorie și toxicitate scăzută., sau acțiune analgezică, mucolitică și antipiretică; intră în structura unor saponine ce se găsesc în Ruscus aculeatus L; în cosmetică pentru obținerea parfumurilor;, în sinteza organică drept intermediari în obținerea de alcooli, diene, terpene,, etc.

Analiza conformațională a 1,3-dioxanilor a fost studiată pe un număr mare de reprezentanți datorită:

stabilității compușilor;

obținerii cu randamente bune.

2. STUDIU DE LITERATURĂ

2.1. Stereochimia derivaților 1,3-dioxanici

2.1.1. Structura inelului 1,3-dioxanic

1,3-dioxanul face parte din categoria sistemelor heterociclice hexaatomice saturate, fiind format dintr-un ciclu de 6 atomi, 4 atomi de carbon si 2 atomi de oxigen, situati în pozițiile 1 și 3, și de aceea se mai poate denumi 1,3-dioxaciclohexan.

Ca și alți compuși cu inel hexaatomic, marea majoritate a 1,3-dioxanilor adoptă conformația scaun (s). Pentru inelul 1,3-dioxanic se întâlnesc și conformațiile barcă (b), barcă torsionată (bt, twist boat), și semiscaun (ss) (Figura 1).

Existența celor doi atomi de oxigen din inelul dioxanic face ca simetria acestuia să fie mai redusă decât în cazul ciclohexanului și, în consecință, numărul conformerilor barcă, barcă torsionată și semiscaun este mai mare. Cea mai stabilă conformație a inelului 1,3-dioxanic este cea scaun, dispunerea grupărilor -CH2- face ca energia sistemului să fie minimă. Prin intermediul metodelor cristalografice, care au la bază difracția de raze X,,,,,,,,, au fost determinate cu exactitate distanțele interatomice și unghiurile de torsiune.

Spectrele 1H-RMN au scos în evidență faptul că între geometria inelului 1,3-dioxanic nesubstituit și cel din derivații 2-substituiți ai acestuia, nu există diferențe semnificative, iar rezultatele obținute prin metodele cristalografice pentru derivații 2-substituiți ai 1,3-dioxanului pot fi atribuite heterociclului nesubstituit (Figura 2).

Figura 1. Conformații posibile în cazul inelului 1,3-dioxanic

În Figura 2 sunt prezentate datele obținute pentru 2- p-clorofenil-1,3-dioxan.

Figura 2. Datele experimentale obținute prin analiza 2- p-clorofenil-1,3-dioxanului

Conformațiile barcă b1, b2 (Figura 1) sunt mai bogate în energie decât conformația scaun, datorită eclipsării atomilor de hidrogen sau a perechilor de electroni de la atomii de oxigen ce ocupă pozițiile barcă axial (aa) și barcă ecuatorial (ae) și datorită respingerilor Van der Waals între atomii de hidrogen care ocupă pozițiile flagpole (f). Conformerul barcă torsionată este mai sărac în energie decât conformerul barcă, datorită micșorării energiei de eclipsare prin torsiunea moleculei în jurul legăturii C-C și C-O.

Conformațiile semiscaun (ss) sunt cele mai bogate în energie, însă mai sărace decât aceeași conformație a ciclohexanului.

2.1.2. Stereochimia unor derivați 1,3-dioxanici-2,5 substituiți

2.1.2.1. Entalpii libere conformaționale

Majoritatea compușilor 1,3-dioxanici preferă conformația scaun. Derivații monosubstituiți pot adopta două conformații scaun: prima, în care substituentul R se găsește în poziție axială (I) și a doua în care substituentul se află în poziție ecuatorială (II, Schema 1). Între acești conformeri se stabilește un echilibru conformațional, fiind deplasat în majoritatea situațiilor spre conformerul care are substituentul în poziție ecuatorială. Compușii care prezintă un echilibru conformațional puternic deplasat către unul dintre conformeri poartă numele de anancomerici.

Diferența de entalpie liberă dintre conformerul care are substiuentul situat axial și pentru cel cu substituentul situat ecuatorial, este dată doar de interacțiunile datorate prezenței substituentului în cele două poziții diferite; ea poartă numele de entalpie liberă conformațională și se simbolizează cu A. Prin convenție, un substituent cu preferiță ecuatorială indică valori negative pentru A, iar un substituent cu preferință axială indică valori pozitive pentru A.24,

Schema 1. Echilibrul conformațional în cazul derivaților monosubstituiți, conformația scaun

Grupările alchil și aril din poziția 2 sau 5 a inelului 1,3-dioxanic preferă orientarea ecuatorială, dar valorile entalpiilor libere conformaționale sunt mult mai mari decât cele ale substituenților care se află în poziția 2 a heterociclului (Tabelul 1).,,,

Tabelul 1. Valorile A (kcal/mol) pentru diferiți substituenți alchil și aril în pozițiile 2 și 5 a inelului 1,3-dioxanic

Se înțelege ușor această diferență dacă se analizează energiile conformerilor cu substituenții în pozițiile 2 și 5 axiale în cele două cazuri. Puternicile interacțiuni sin-axiale cu atomii de hidrogen axiali (pozițiile 4 și 6) pentru orientarea axială a substituenților din poziția 2 sunt înlocuite de interacțiuni ușoare cu perechi de electroni „non-liants”(care nu se leagă) ai atomilor de oxigen, când substituentul din poziția 5 este axial. Drept consecință, valorile lui A vor crește odată cu creșterea mărimii substituenților.

În situația în care în poziția 2 se găsesc doi substituenți diferiți, conformația cea mai stabilă poate fi prevăzută prin compararea valorilor A ale celor două grupe. Dar calculele diferențelor de energie dintre cele două conformații posibile ( III, IV- Schema 2) bazată pe adăugarea valorilor A ale substituenților implicați, nu sunt în concordanță cantitativă cu datele experimentale (Tabelul 2).,,,,

Schema 2. Stabilirea echilibrului conformațional pe baza valorilor energiei entalpiei libere conformaționale (Tabelul 2)

Dacă luăm ca și exemplu compusul 2-metil-2-fenil-1,3-dioxan (Tabelul 2), calculele demonstrează că în gruparea metil care ocupă poziția ecuatorială conformația este cu 0,86 kcal/mol mai stabilă decât aceea în care gruparea aromatică este în poziție ecuatorială.

Determinările ce se bazează pe experimente termodinamice demonstrează că această conformație e mai stabilă, cu o diferență de energie de trei ori mai mare (G° = 2.42 kcal/mol).

Tabelul 2. Date termodinamice (valori A, kcal/mol) privind echilibrele conformationale ale 2-metil, 2-R-1,3-dioxanului din Schema 2

Majoritatea grupărilor polare preferă orientarea axială pentru pozițiile 2 și 5 (Tabelul 3).,,, Această preferință conformațională a substituenților din poziția 5 este indusă, fie de intreacțiunile dipolare favorabile (OMe, COOR, SOMe), fie de legăturile de hidrogen intermoleculare (OH). Orientarea axială a substituenților polari în poziția 2 este consecința unui dublu efect anomeric. Valorile entalpiilor libere conformaționale ale grupărilor polare variază mult față de polaritatea solvenților. În unele situații, este vizibilă o schimbare de preferință conformațională (axială sau ecuatorială) a grupelor prin schimbarea solventului.

Tabelul 3. Valorile lui A (kcal/mol) pentru diferiți substituenți din pozițiile 2 și 5 ale inelului 1,3-dioxanic

2.1.2.2. Entalpii libere de activare ale echilibrelor de inversie

Inversia inelului 1,3-dioxanic se realizează mai repede decât cea a ciclohexanului (Tabelul 4). Acest fapt este în opoziție cu datele prefigurate de interacțiunile de repulsie mai puternice din conformațiile semiscaun ale 1,3-dioxanului, datorită diferenței lungimii legăturii C-O (1.43 Å) față de legătura C-C (1.54 Å). Dacă se compară valoarea energiei de inversie determinată pentru 1,3-dioxani cu valorile obținute pentru alte cicluri de șase atomi, nu se constată mari diferențe față de ciclohexan sau de heterociclurile cu sulf.,, Dacă se introduc doi substituenți în aceeași poziție a inelului 1,3-dioxanic, se ajunge la două acțiuni opuse. Unul dintre substituenți se găsește, în mod obligatoriu, situat axial, iar starea fundamentală a moleculei este mai bogată în energie (cu valoarea A a substituentului). Creșterea energiei celor doi substituenți va mări frânarea sterică în conformația semiscaun și, în consecință, va crește bariera de energie pentru inversia heterociclului.Dacă ne referim la 2,2-dimetil-1,3-dioxan, pentru acesta s-a calculat o valoare G# = 10,5 kcal/mol. Diferența dintre aceste valori (2,5 kcal/mol) este destul de apropiată de diferența valorilor A ale grupelor metil din cele două poziții:

A(2) –A(5) = 3.98 -0.89 = 3.09 kcal/mol

Tabelul 4. Valorile pentru G# (kcal/mol) pentru diverse cicluri hexaatomice

Conform datelor prezentate, compușii 1,3-dioxanici suferă o inversie rapidă a ciclului la temperatura ambiantă.

Derivații 1,3-dioxanici pot fi implicați în echilibre de inversie a ciclului prin care conformația de tip A trece în conformație alternativă B (Schema 3).

Schema 3. Echilibrul conformațional

De asemenea, în cazul derivaților disubstituiți geminali s-au constatat influențe ale efectelor prezentate mai sus. Categoria dimetil-1,3-dioxanilor manifestă două efecte opuse datorită existenței celor două grupări metil:

• rotirea în apropierea unui atom de carbon cuaternar se face mai greu decât în apropierea unui atom de carbon secundar, existând o tendință de creștere a energiei de activare;

• gruparea metil situată axial va duce la mărirea energiei fundamentale a moleculei, adică va tinde să scadă energia barierei de inversie.

Gruparea metil din poziția 5 prezintă o entalpie liberă conformațională mică. Grupările 2 și 4 au o entalpie liberă conformațională mare, astfel că energiile de activare a inversiei pentru 2,2-dimetil și pentru 4,4-dimetil-1,3-dioxan vor fi mai scăzute decât pentru 1,3-dioxanul nesubstituit.

2.1.2.3. 2-Aril-1,3-Dioxani

Analiza conformațională a compușilor 2-aril-1,3-dioxanici

Grupările aril din poziția 2 a inelului 1,3-dioxanic, orientate axial sau ecuatorial, pot adopta mai multe conformații. Conformațiile sunt proiectate și denumite în funcție de valorile unghiurilor diedre realizate de planul ciclurilor aromatice și de planul de referință a ciclului dioxanic (planul determinat de legăturile oxociclice ai atomilor de carbon din pozițiile 2 și 5). Dacă unghiul prezintă o valoare de 0° vorbim de un rotamer bisecțional, iar dacă valoarea unghiului este de 90° vorbim de un conformer rotagonal.,

Datorită faptului ca substituentul aromatic poate ocupa o poziție ecuatorială sau axială, se disting 4 rotameri (Figura 3):

• ecuatorial-bisecțional;

• ecuatorial-ortogonal;

• axial-bisecțional;

• axial-ortogonal.

Gruparea aril orientată ecuatorial poate adopta ambele orientări, deoarece nu există diferențe semnificative între energiile lor la temperatura camerei. Acest lucru a fost evidențiat prin analize în stare solidă, când gruparea aril se află în ambele poziții, axial și ecuatorial.,

O situație diferită apare totuși în cazul grupării aril orientată axial, deoarece rotamerul ortogonal este mai stabil decât cel bisecțional., În ciuda acestei preferințe, la temperatura camerei rotația grupării aril se produce de la sine.

Figura 3. Rotameri posibili ai 1,3-dioxanului 2-fenil substituit

Gruparea aril orientată ecuatorial poate adopta ambele conformații, deoarece nu există diferențe semnificative între energiile lor la temperatura camerei. Acest lucru a fost evidențiat prin analize în stare solidă, când gruparea aril se află în ambii conformeri.,

O situație diferită apare în cazul grupării aril orientată axial, deoarece rotamerul ortogonal este mai stabil decât cel bisecțional., În ciuda acestei preferințe, la temperatura camerei rotația grupării aril se produce de la sine.

(A)cetali ai unor compuși carbonilici

Prin intermediul (a)cetalizării se pot obține derivați ai 1,3-dioxanului pornind de la compuși carbonilici și 1,3-dioli. Numeroși derivați ai 1,3-dioxanului au rezultat prin reacția de acetalizare a unor aldehide aromatice, având substituenți aromatici în poziția 2 a inelului (Schema 4).

Schema 4. Reacția de acetalizare

Analiza stereochimică a acestor compuși urmărește:

• orientarea grupelor aromatice;

• flexibilitatea sau anancomeria inelului 1,3-dioxanic și preferința substituenților pentru poziția ecuatorială.

De remarcat este faptul că toți compușii analizați manifestă structuri anancomerice. Echilibrul conformațional pentru compușii 1-4 din Schema 4 tinde să se deplaseze spre conformația cu substituenții aromatici situați ecuatorial (Schema 5).

Schema 5. Stabilirea echilibrului conformațional pentru compușii din Schema 4

Structura anancomerică a acestor compuși a fost stabilită prin intermediul spectrelor RMN. Anancomeria heterociclului duce la înregistrarea în spectrele RMN a semnalelor diferite pentru pozițiile axiale și ecuatoriale ale protonilor inelului 1,3-dioxanic și pentru protonii și atomii de carbon ce aparțin grupărilor similare.

Reacția de condensare a diesterului bis-(hidroximetil)malonic cu aldehide aromatice a condus la obținerea unei serii de derivați 2-aril-5,5-disubstituiți ai 1,3-dioxanului.

În cazul compușilor 5 – 12 echilibrul conformațional este deplasat înspre conformerul ce are substituentul (Ar) în poziția ecuatorială (cu entalpia liberă conformațională mare) (Schema 6).

Schema 6. Echilibrele conformaționale ale derivaților 2-aril-5,5-disubstituiți ai 1,3-dioxanului obținuți prin reacția dintre diesterul bis -(hidroximetil)malonic și aldehide aromatice

Cu ajutorul spectrelor 1H-RMN ale acestor tipuri de compuși au fost puse în evidență diferențe între protonii ecuatoriali și axiali ai atomilor de C4 și C6. Diferența dintre grupările carboxil axiale și ecuatoriale este dovedită prin prezența în spectrul RMN a două cvartete corespunzând fragmentelor –CH2- ecuatoriale ( = 4,16 ppm) și axiale ( = 4.30 ppm) și două triplete corespunzătoare grupării –CH3- ecuatoriale ( = 1.23 ppm) și axiale ( = 1.28 ppm).

În cazul compușilor obținuți prin cetalizarea unor aril-metil-cetone cu diolul bis-(hidroximetil)malonic s-au obținut compușii 13 – 19 din Schema 7.

Schema 7. Reacția de cetalizare a unor aril-metil-cetone cu diol

Reacțiile de condensare ale diolului bis-(hidroximetil)malonic cu cetone simetrice (benzofenona) conduc la produși cu structuri “mobile”, iar cetonele nesimetrice conduc la obținere de structuri anancomerice (“fixe”). Se presupune că gruparea fenil adoptă o orientare ortogonală din cauza interacțiunii sterice cu protonii ce aparțin atomilor de carbon C4 și C6.

Dacă se studiază stereochimic derivați ai inelului 1,3-dioxanic care au substituenți chirali în pozițiile 2 și 5, se observă influența elementelor chirale asupra spectrelor RMN datorită diasterotopicității protonilor și a atomilor de carbon. Prin cetalizarea unor cetone aromatice cu centre chirale s-au obținut derivați ai 1,3-dioxanului cu unul sau doi substituenți aromatici diferiți în poziția 2 a inelului 1,3-dioxanic, cu preferință pentru poziția ecuatorială sau axială a grupărilor aril (Schema 8).

Schema 8. Reacții de cetalizare ale unor cetone aromatice cu obținere de derivați 1,3-dioxanici

Schema 9. Deplasarea echilibrului conformațional datorită diferenței de entalpie liberă a grupărilor fenil și hidroxibenzoil

Între entalpiile libere conformaționale ale grupărilor fenil și hidroxibenzil există o diferență, ceea ce duce la deplasarea echilibrului conformațional spre conformația cu gruparea fenil situată axial și gruparea hidroxibenzil situată ecuatorial (Schema 9).

În urma studiului comportamentului rotameric al grupării aril axial situată în poziția 2 a inelului 1,3-dioxanic s-a scos în evidență preferința mărită a acestui substituent pentru rotamerul ortogonal în defavoarea celui bisecțional, în concordanță cu interacțiunile mai slabe în acest rotamer dintre inelul aromatic și protonii axiali din pozițiile 4 și 6. Pentru grupări aril disimetrice rotația acestora în jurul legăturii cu inelul 1,3-dioxanic determină chiralitatea axială a compușilor ce rezultă, chiralitate ce se reflectă în diasterotopicitatea pozițiilor 4 și 6 ale inelului 1,3-dioxanic, sesizată în spectrele RMN.

Toți compușii analizați în acest capitol prezintă structuri anancomerice. Acest fapt duce la înregistrarea în spectrele RMN a unor semnale diferite pentru protonii ecuatoriali și axiali ai inelului dioxanic (pozițiile 4 și 6) și pentru protonii și atomii de carbon care aparțin grupării metil axiale și ecuatoriale din poziția 5.

Dacă rotația grupării aril în jurul legăturii cu heterociclul ar fi împiedicată, ar fi generată atropizomeria acestor compuși. Prin analiza RMN la temperatură scazută s-au identificat semnale caracteristice diferențiate pentru pozițiile 4 și 6, axial și ecuatorial (Tabelul 5).

Tabelul 5. Rezultate 1H-RMN (, ppm) pentru compușii 1-4 din Schema 4 la temperaturi scăzute

La temperatura camerei a fost înregistrat un singur semnal pentru protonii pozițiilor 4 și 6 datorită rotației libere a grupării aril în jurul legăturii cu heterociclul. La temperaturi scăzute, prin analize RMN s-a observat înghețarea rotației grupării aril pe intervalul de temperatură -10°C – -40°C. Este vizibilă apariția semnalelor diferite pentru protonii pozițiilor 4 și 6 în spectrul înregistrat la temperatură scăzută, care devin diasterotopici. Diasterotopicitatea protonilor axiali este mai mare decât cea determinată pentru protonii ecuatoriali.

(A)cetali ai unor compuși dicarbonilici

Compușii care au în structura lor două inele 1,3-dioxanice au fost obținuți prin acetalizarea 1,3-propandiolilor 2-substituiți cu orto-ftaldialdehidă (Schema 10).

Schema 10. Reacția de acetalizare dintre 1,3-propandioli 2-substituiti si orto-ftaldehida

Datele de specialitate prezintă pentru o grupare fenil din poziția 2 a inelului 1,3-dioxanic valori mari ale entalpiei libere conformaționale (2.85-3.40 kcal/mol) astfel încât preferința ecuatorială a grupării aril este certă. Puternica dezecranare a protonilor și a atomilor de carbon a grupării metil axiale, în concordanță cu datele prezentate pentru alți

1,3-dioxani 5, 5 -disubstituiți cu structură anancomerică, se datorează influenței atomilor de oxigen ai heterociclurilor. Compușii din Schema 10 pot prezenta trei izomeri de conformație: (a) trans, trans (e,e); (b) cis, cis (a,a) și (c) cis, trans (a,e) (Figura 4). Diasteroizomerii cis și trans corespunzători compușilor cu grupări carboxil sau ester în pozițiile 5 și 5´ au fost separați prin cromatografie preparativă, iar structurile lor au fost determinate pe baza spectrelor RMN.

Spectrul 1H-RMN al compusului 22 prezintă doar un singur set de semnale pentru cele două heterocicluri echivalente. Orientarea axială a protonilor din pozițiile 5 și 5´ a fost determinată de valorile constante de cuplaj cu protonii ecuatoriali și axiali situați în pozițiile 4 (4´) și 6 (6´). Deși conformațiile substituenților din poziția 5 a inelului 1,3-dioxanic sunt mai mici decât cele ale substituenților din poziția 2 a heterociclului, sintezele compușilor 22 și 23 duc la diasteroizomeri cu toți substituenții situați ecuatorial.

În sinteza compusului 23, au fost obținuți toți diasteroizomerii posibili (cis și trans), în concordanță cu entalpiile libere conformaționale foarte apropiate ale substituenților situați în partea alifatică a heterociclului.

Spectrul 1H-RMN al compusului 23 prezintă două seturi principale de semnale, de intensități apropiate, unul dintre ele aparținând inelelor 1,3-dioxanice cu substituenții etil ecuatoriali.

Se observă că și pentru derivații 1,3-dioxanici obținuți prin reacția de acetalizare dintre tereftaldehidă și diverși 1,3-propandioli substituiți (Figura 5) s-a remarcat structura anancomerică a tuturor compușilor investigați (27-32) și preferința pentru poziția ecuatorială a grupării aromatice în cele două heterocicluri, în timp ce substituenții situați în poziția 5 (5´) a celor două inele dioxanice preferă pozițiile axiale sau ecuatoriale generând izomerii cis-trans, trans-trans și cis-trans (Schema 11).

a b

c

Figura 4. Izomerii de conformație ai compușilor 22-26 din Schema 10

Compușii 27 – 32 pot prezenta un singur diasteroizomer, în timp ce compușii 31 – 32 prezintă trei diasteroizomeri. Diasteroselectivitatea reacției de acetalizare pentru diasteroizomerul trans-trans este explicată prin preferința substituenților situați în poziția 5 (5’) pentru poziția ecuatorială.

Schema 11. Reacția de acetalizare dintre tereftaldehidă și diverși 1,3-propandioli substituiți

3. CONTRIBUȚII ORIGINALE

Scopul acestei lucrări a fost obținerea și analiza compusului 1,3,5-tris( 5,5-dimetil-2-benzoiloximetil-1,3-dioxan-2-il)benzen, care este precursor al compușilor macrociclici de tip „cușcă”. Etapele de sinteză sunt prezentate în schema retrosintetică (Schema 1).

Schema 1

Studiul moleculelor de tip cușcă cu brațe aromatice prezintă un mare interes pentru cercetători, pentru că acești compuși pot coordina cationi metalici alcalini prin interacțiuni cationi – .

Sinteza intermediarilor și a compusului (6)

4-Dietilamino-3-buten-2-onă (2)

Acest compus organic face parte din clasa enaminonelor și a fost obținut în urma reacției chimice dintre 4,4-dimetoxi-2-butanonă și dietilamină, proaspăt distilată (Schema 2):

Schema 2

Reacția a fost realizată cu metanol la reflux, iar după terminarea ei produsul a fost izolat cu un randament de 80% și a fost folosit în continuare fără a fi nevoie de purificare.

1,3,5-Triacetilbenzen (3)

1,3,5-Triacetilbenzenul a fost obținut cu randamente foarte bune prin reacția de autocondensare a enaminonei (2) la reflux în acid acetic (Schema 3):

Schema 3

După terminarea reacției și răcire la 0C s-a obținut un precipitat alb care a fost purificat prin recristalizare din etanol, obținându-se compusul (3), pur cu un randament de 68%. Structura compusului (3) a fost confirmată prin compararea datelor din literatură (punct de topire, 1H-RMN, 13C-RMN).

1,3,5-Tris(2’-bromoacetil)benzen (4)

În sintetizarea derivatului tribromurat (4) s-a utilizat un amestec de triacetilbenzen (3), brom și acid acetic glacial, (Schema 4):

Schema 4

Evoluția reacției a fost urmărită cromatografic (cromatografie în strat subțire), iar după consumarea materiei de plecare – compusul (3), amestecul de reacției a fost prelucrat prin metoda extracției lichid – lichid. După recristalizare din etanol s-a obținut un solid, cu un randament de 26%. În continuare este prezentat spectrul 1H-RMN (Figura 1) al compusului (4).

Figura 1. Spectrul 1H-RMN al compusului (4)

1,3,5-Tris(2’-benzoiloxiacetil)benzen (5)

Un amestec format din compusul (4), benzoat de sodiu și acetonă s-a refluxat aproximativ două zile pentru a obține compusul (5) (Schema 5):

Schema 5

După terminarea reacției, amestecul de reacție a fost prelucrat, iar produsul a fost purificat prin recristalizare din acetat de etil.

Structura compusului (5) a fost investigată cu ajutorul spectroscopiei 1H-RMN (Figura 2) și 13C-RMN (Figura 3).

Figura 2. Spectrul 1H-RMN al compusului (5)

Figura 3. Spectrul 13C-RMN al compusului (5)

1,3,5-tris(5,5-dimetil-2-benzoiloximetil-1,3-dioxan-2-il)benzen (6)

Compusul (5) a fost supus unei reacții de cetalizare cu neopentilglicol după procedura clasică, bazată pe cataliză acidă (APTS) și distilare azeotropă a apei (amestec azeotrop toluen-apă, toluenul fiind utilizat ca și solvent), care este produs secundar al reacției (Schema 6).

Reacția de (a)cetalizare este o reacție de echilibru, iar pentru a deplasa echilibrul spre formarea unei cantități cât mai mari din produsul dorit s-a acționat pe două căi:

utilizarea în exces a neopentilglicolului;

îndepărtarea prin distilare azeotropă a apei (produs secundar).

Schema 6

Figura 4. Fragment din spectrul 1H-RMN al compusului (6)

Structura compusului (6) a fost investigată cu ajutorul spectroscopiei 1H-RMN (Figura 4 și Figura 5) și 13C-RMN (Figura 6).

Figura 5. Fragment din spectrul 1H-RMN al compusului (6)

Figura 6. Spectrul 13C-RMN al compusului (6)

4. PARTEA EXPERIMENTALĂ

4.1. Generalități

Solvenții utilizați au fost purificați conform procedurilor standard și distilați înainte de utilizare. Materiile prime au fost achiziționate de la Merck si Aldrich și utilizate fără o purificare prealabilă. Spectrele RMN de protoni și carbon au fost înregistrate cu un spectrometru Bruker ARX 300 (300 MHz pentru 1H și 75 MHz pentru 13C) utilizând ca și solvent CDCl3. Purificarea produșilor care au fost obținuți s-a realizat prin distilare la vid.

. Sinteza și analizarea compușilor

Sinteza 4-dietilamino-3-buten-2-onei

Pentru realizarea experimentului s-a folosit un balon de 250 ml prevăzut cu refrigerant ascendent în care s-a introdus un amestec de reacție de 17,2 ml 4,4-dimetoxi-2-butanonă și 35 ml de metanol (catalizator), în atmosferă inertă. În amestecul de reacție s-a mai introdus o masă de 10 g de dietilamină, care a fost în prealabil distilată, apoi întreg amestecul s-a incălzit două ore. S-a observat modificarea aspectului masei de reacție la incolor galben pal portocaliu roșu brun pe parcursul încălzirii. După ce s-a răcit, conținutul balonului s-a concentrat la rotavapor. S-au obținut 14,551 g compus (2), cu randamentul de 80%.

Proprietățile compusului (2): C6H15NO, M = 117;

lichid maroniu;

punct de fierbere = 178C.

Sinteza 1,3,5-triacetilbenzenului

Pentru obținerea 1,3,5-triacetilbenzenului (3) s-a folosit enaminona obținută în sinteza descrisă mai sus. Într-un balon s-a introdus amestecul de reacție: 15 g compus (2) și 30 ml acid acetic glacial, apoi s-a refluxat două ore. S-a constatat virarea culorii de la galben-brun la roșu brun. După ce s-a oprit refluxarea, amestecul s-a răcit la temperatura camerei, apoi pe gheață. S-a observat formarea cristalelor de compus (3), de culoare albă. S-a filtrat la vid amestecul de reacție, s-a spălat cu apă, după care compusul (3) format s-a recristalizat din etanol. S-a obținut o cantitate de 17.78 g compus (3) cu un randament de 68%.

Proprietățile compusului (3): C12H12O3, M = 204;

cristale brune;

punct de topire = 156C.

Sinteza 1,3,5-tris(2’-bromoacetil)benzenului

1 g de compus (3) s-a dizolvat în 40 ml de acid acetic glacial proaspăt distilat. Amestecul s-a răcit pe o baie de gheață până la 17C (la 17C acidul acetic glacial îngheață). Cu ajutorul unei pâlnii de picurare s-a adaugat 1,12 ml de brom amestecat cu 8 ml de acid acetic glacial. Bromul s-a adaugat astfel: s-a introdus o picătură în amestecul de reacție, după care s-a lăsat 12 ore să se agite. După ce timpul s-a scurs, s-a adăugat și restul de brom, lăsându-se la agitare încă 12 ore. Prin urmărirea reacției s-a folosit cromatografia în strat subțire și s-a observat apariția a patru spoturi în diclorometan. Spotul cu r.f. = 0,46 a fost produsul tribromurat (ultimul din cele patru). Amestecul de reacție s-a turnat peste un alt amestec, format din gheață și apă. Produsul s-a extras de mai multe ori cu diclorometan 100%. De la o colorație rosu-aprins s-a trecut la un portocaliu intens. Faza organică s-a spălat bine cu apă pentru îndepărtarea acidului acetic. Produsul obținut s-a uscat pe sulfat de sodiu anhidru, după care s-a concentrat la rotavapor. S-a obținut 1,3,5-tris(2’-bromoacetil)benzen (4) , un produs de consistență cleioasă, galben brun. S-a purificat prin recristalizare din etanol, masa de compus (4) fiind de 0,561 g, iar randamentul de 26%.

Proprietățile compusului (4): C12H9Br3O3, M = 441;

cristale galben-verzui;

punct de topire = 83C.

Investigațiile 1H-RMN ale compusului (3) au furnizat următoarele date: 1H-RMN (300 MHz, CDCl3) ppm : 4.51 (s, 6H, 2’-H, 2’’-H, 2’’’-H), 8.78 (s, 3H, 2-H, 4-H, 6-H).

4.2.4 Sinteza 1,3,5-tris(2’-benzoiloxiacetil benzenului

Într-un balon s-a introdus compusul (4) obținut în sinteza anterioară, benzoat de sodiu și 150 ml de acetonă. S-a refluxat aproximativ două zile, după care s-a trecut la prelucrarea reacției. Acetona a fost îndepărtată prin distilare la rotavapor. S-a preparat o soluție de saramură (clorură de sodiu și apă), cu care s-a spălat produsul din balon. Folosind o pâlnie de separare și diclorometan ca și solvent de extracție, s-a extras de două ori faza organică și s-a uscat pe sulfat de sodiu anhidru. Produsul s-a filtrat și s-a concentrat la rotavapor. S-a recristalizat din acetat de etil. S-au obținut 0,516 g cu un randament de 72%.

Analizând spectrul 1H-RMN al compuslui (5) s-au găsit următoarele valori:

1H-RMN (300 MHz, CDCl3) ppm 5.61 (s, 6H, 2’-H, 2’’-H, 2’’’-H), 7.48 (t, J = 7.8 Hz, J = 1.5 Hz, 6H, m-H) 7.61 (tt, J = 7.5 Hz, J = 1.8 Hz, J = 1,2 Hz, 3H, p-H), 8.12 (dd, J = 7.8 Hz, J = 1.5 Hz, 6H, o-H).

Investigând spectrul 13C-RMN al compuslui (5) s-au găsit următoarele valori:

13C-RMN (75 MHz, CDCl3) ppm 66.67 (2’-C, 2’’-C, 2’’’-C), 128.70 (m-C), 129.10 (1-C, 3-C, 5-C), 130.14 (2-C, 4-C, 6-C), 131.55 (o-C), 133,76 (p-C), 135.74 (C cuaternar aromatic), 166.05 (-CH2OOC-Ph), 191.08 (-CO-CH2-OOC-).

4.2.5. Sinteza 1,3,5-tris(5,5-dimetil-2-benzoiloximetil-1,3-dioxan-2-il) benzenului

Un amestec de 1 g compus (5), 1,106 g diol (2,2-dimetil, 1,3-propandiol și 60 ml de benzen (exces), catalizator APTS (acid paratoluensulfonic) 0,1 g și s-a refluxat trei zile, într-o instalație prevazută din balon, aparat Dean-Stark și refrigerent ascendent. După ce s-a indepărtat refrigerentul și încălzirea , s-a adăugat acetat de sodiu pentru neutralizare. Apoi s-a agitat magnetic 30 de minute, după care s-a efectuat extracția cu apă într-o pâlnie de separare. Faza organică extrasă s-a uscat pe sulfat de sodiu anhidru. Recristalizarea s-a făcut din metanol. După filtrare și distilarea toluenului la rotavapor s-au obținut 0,582 g compus (6) cu un randament de 40%.

Analizând cele două spectre RMN ale compusului (6) s-au găsit urmăoarele valori:

1H-RMN (300 MHz, CDCl3) ppm 0.47 (s, 9H, 5’-CH3eq, 5’’-CH3eq, 5’’’- CH3eq), 1.25 (s, 9H, 5’-CH3ax, 5’’-CH3ax, 5’’’-CH3ax), 3.30 (d, J = 10,9 Hz, 6H, 4’-Hax, 6-Hax, 4’’-Hax, 6’’-Hax, 4’’’-Hax, 6’’’-Hax), 3.38 (d, J = 10,9 Hz, 6H, 4’-Heq, 6’-Heq, 4’’-Heq, 6’’-Heq, 4’’’-Heq, 6’’’-Heq), 4.33 (s, 6H, 2’-CH2-O, 2’’-CH2-O, 2’’’-CH2-O), 7.39 (t, J = 7.5 Hz, 6H, m-H), 7.51 (tt, J = 7.5 Hz, J = 2.4 Hz, J = 1,2 Hz, 3H, p-H), 7.67 (s, 3H, 2-H, 4-H, 6-H), 7.99 (dd, J = 1,2 Hz, 6H, o-H).

13C-RMN (75 MHz, CDCl3) ppm 22.07 (5’-CH3eq, 5’’-CH3eq, 5’’’-CH3eq), 23.09 (5’-CH3ax, 5’’-CH3ax, 5’’’-CH3ax), 30.37 (5’-C, 5’’-C, 5’’’-C), 70.21 (2’-CH2-O, 2’’-CH2-O, 2’’’-CH2-O), 71.75 ( 4’-C, 6’-C, 4’’-C, 6’’-C, 4’’’-C, 6’’’-C), 99.72 (2’-C, 2”-C, 2’’’-C), 128.42 (m-C), 128.50 (2-C, 4-C, 6-C), 128.66 (o-C), 130.01 (1-C, 3-C, 5-C), 133.25 (p-C), 138.17 (C aromatic cuaternar), 165.99 (-COO-).

Bibliografie

Simon, W. E. J. Cant. Pat. Appl. CA 2117503 AA, 1995.

Simon, W. E. J. Cant. Pat. Appl. EP. 645373 Al, 1995.

a) Anderson, M.; Brinnard, A. G.; Wodall, R. E., Eur. Pat. Appl. Ep. 525877 Al, 1993. b) Anderson, M.; Brinnard, A. G.; Wodall, R. E., Eur. Pat. Appl. Ep.469686 Al, 1992.

Enomoto, M.; Nagano, H.; Haga, T.; Miorita, K.; Sato, M., Jap. Tokai Tokkyo Koko JP 63275580 A2, 1988.

Duksas, V.; Gaidelis, P.; Brukstus, A.; Ramanauskas, J.; Labanauskas, L.; Gasperavicience, G.; Jautakiene, I.; Lapinskas, V.; Lanzikiem, N., Khim-Farm. Zh., 1989, 23 (8), 942.

Torre, A., Eur. Pat. Appl. EP. 272223 Al, 1988.

Lapin, H.; Sanie, C., Bull. Soc. Chim. Fr., 1955, 1552.

Xianming, H.; Kellog, R. M., Recl. Trav. Chim. Pays-bas, 1996, 155, 410.

Ebens, R.; Kellog, R. M., Recl. Trav. Chim. Pays-bas, 1990, 190, 552.

Ryckman, D. M.; Stevens, R. V., J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 4940.

Kanio, M.; Naruse, Y.; Ishihara, K.; Yamanoto, H., J. Org. Chem, 1990, 25, 2457.

Normat, J. F.; Alexakis, A.; Ghribia, A.; Mangeney, P., Tetrahedron, 1989, 45, 507.

Ehrler, J.; Seebach, D., Liebig Ann. Chem., 1990, 379.

Gittins, V. M.; Win-Jones, E.; White, R. F. M., “ring inversion in some six membered heterocyclic compounds”, Ed. John Wiley and sons, 1979, 425.

Kellie, G. M.; Murray-Rust, P.; Ridell, F. G., J. Chem. Soc., Perkin II, 1972, 2384.

Nader, J.F., Tetrahedron Lett., 1975, 1207.

Nader, J.F., Tetrahedron Lett., 1975, 1591.

Shea, K.J.; Dougherty, T.K., J. Org. Chem., 1985, 50, 4439.

Gordillo, B.; Juaristi, E.; Martinez, R.; Toscano, A.; White, P. S.; Eliel, E. L., J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 2157.

Juaristi, E.; Gordillo, B.;Martinez, R.; Toscano, A., J. Org. Chem., 1989, 54, 963.

Eliel, E. L.; Powers, J. R.; Nader, F. W., Tetrahedron, 1974, 30, 515.

Drewers, S. E.; Drewers, M. W.; McNaught, I. J., S. Sfr. Tydskv. Chem., 1985, 38, 101.

Kik, A. J.; Romers, C., Recl. Trav. Chim. Pays-bus, 1970, 89, 313.

Eliel, E. L.; Wilen, S. H.; Doyle, M. P. in “Basic Organic Stereochemistry”, John Wiley & Sons, Ney York, 2001, 474.

Curtis, N. F.; Curtis, Y. M.; Powell, H. J. K., Am. Chem. Soc. A., 1966, 1015.

Busch, D. H., J. Inclusion Phenomen, 1992, 12, 389.

Diederich, F.; Stang, P. J., Templated Organic Synthesis Wiley-vch, Weiheim, Germany, 2002.

Eliel, E. L.; Knoeber, M. C., J. Am. Chem. Soc., 1968, 90, 3444.

Pihlaja, K.; Heikkila, J. Acta. Chem. Scand., 1967, 21, 2390.

Bako, P.; Vizvardi, K.; Toppet, S.; Van der Eycken, E.; Hoornaert, G. J.; Toke, L.; Tetrahedron, 1998, 54, 14975.

Gaudler, J. R.; Saunders, O. L.; Barbarosa, R., J. Org. Chem., 1997, 62, 4677.

Jones, V. I. P.; Ladd, J. A., J. Chem. Soc., 1971.

Bailey, W. F.; Eliel, E. L., J. Am. Chem. Soc., 1974, 96, 1798.

Riddel, F.G.; Robinson, M. J. T., Tetrahedron, 1967, 23, 3419.

Skerj, R.T.; Zhou, Y.; Wilson, T.; Bridger, G. P., J. Org. Chem, 2002, 67, 1407.

Azema, J.; Galaup, C.; Picard, C.; Tisnes, P.; Ramos, P.; Juanes, O.; Rodriguez –Ubis, J. C., Tetrahedron, 2000, 56, 2673.

Tanaka, N.; Suemune, H.; Dakai, K., Tetrahedron Asym, 1992, 3, 1075.

Socaci, C.; Grosu, I.; Ple, G.; Zwanzinger, H.; Mesaros, E.; Mărginean, D.; Mager, S., Hett. Comm., 2000, 6, 219-224.

Le Derf, F.; Marcian, N.; Becher, J.; Richomme, P.; Gogues, A.; Orduna, J., Org. Chem., 1998, 1861.

Grosu, I.; Mager, S.; Ple, G.; Munteanu, L.; Schriger, L., Heterocyclic Comm., 1996, 2, 423.

Sicher, J., Prog. Stereochem, 1962, 3, 202.

Friebolin, H., Ein und Zweidimensionale NMR Spektroskopie Eine Einf, Winkim Basel, Cambridge, New York, N-Y-VCH, 1988.

Libman, J. F.; Greenberg, A., Chem. Rev., 1989, 89, 1215.

Cremer, D.; Gauss, J., J. Am. Chem. Soc., 1986, 108, 7467.

De Kok, A. J.; Romers, C., Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, 1970, 89, 313.

Collins, P. M.; Travis, A. S.; Tsiquaye, K. N.; Lindley, P. F.; Ferrat, D., J. Chem. Soc. Prekin Trans. 1, 1974, 1895.

Kelly, G. M.; Murray-Rust, P. F.; Riddel , G., J. Chem. Soc. Prekin Trans. 2, 1972, 2384.

Nader, F. W., Tetrahedron Lett., 1975, 14, 1591.

Steed, J. W.; Atwood, J. L., Definition and Development of Supramolecular Chemistry, in: Supramolecular Chemistry, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, 2000, 2.

Maggiulli, Cataldo A . and Pink – wah Tang, A facile preparation of E – alyl enaminons, Organic Preparation and Procedures INT., 1984, 16 (1), 31-46.

Mervat Mohammed Abdel – Khralik, Synthetic communications, 2002, 32 (2), 159-164.

CUPRINS

1. INTRODUCERE 2

2. STUDIU DE LITERATURĂ 3

2.1. Stereochimia derivaților 1,3-dioxanici 3

2.1.1. Structura inelului 1,3-dioxanic 3

2.1.2. Stereochimia unor derivați 1,3-dioxanici-2,5 substituiți 5

2.1.2.1. Enatalpii libere conformaționale 5

2.1.2.2. Enatalpii libere de activare ale echilibrelor de inversie 9

2.1.2.3. 2-Aril-1,3-dioxani 12

3. CONTRIBUȚII ORIGINALE 24

4. PARTEA EXPERIMENTALĂ 33

4.1. Generalități 33

4.2. Sinteza și analizarea compușilor 33

4.2.1. Sinteza 4-dietilamino-3-buten-2-onei 33

4.2.2. Sinteza 1,3,5-triacetilbenzenului 34

4.2.3. Sinteza 1,3,5-tris(2’-bromoacetil)benzenului 35

4.2.4. Sinteza 1,3,5-tris(2’-benzoiloxiacetil)benzenului 36

4.2.5. Sinteza1,3,5-tris(5,5-dimetil-2-benzoiloximetil-1,3-dioxan-2-il)

benzenului 37

BIBLIOGRAFIE 39