i. nuevos procesos no-metatÉticos catalizados por
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UNIVERSIDAD SAN PABLO CEU
FACULTAD DE FARMACIA
Departamento de Química
I. NUEVOS PROCESOS NO-METATÉTICOS CATALIZADOS
POR COMPLEJOS DE RUTENIO
II. SÍNTESIS Y EVALUACIÓN DE DERIVADOS DE
CARBOHIDRATOS CAPACES DE UNIRSE A LANTÁNIDOS
TESIS DOCTORAL
Álvaro Mallagaray de Benito
Madrid, 2012
Prof. Dra. Gema Domínguez Martín, catedrática de Química Orgánica y Prof.
Dr. Javier Pérez Castells, catedrático de Química Orgánica, ambos de la Facultad de
Farmacia de la Universidad CEU San Pablo.
HACEN CONSTAR:
Que la presente memoria titulada: I. Nuevos procesos no-metatéticos
catalizados por complejos de rutenio. II. Síntesis y evaluación de derivados de
carbohidratos capaces de unirse a lantánidos, ha sido realizada bajo su dirección
en el Departamento de Química de la Facultad de Farmacia de la Universidad San
Pablo CEU de Madrid, por el Licenciado en Farmacia D. Álvaro Mallagaray de
Benito, y que autorizan su presentación para ser calificada como Tesis Doctoral.
Madrid, febrero de 2012
Fdo. Dra. Gema Domínguez Martín Fdo. Dr. Javier Pérez Castells
Esta memoria ha sido dirigida por la Prof. Dra. Gema Domínguez Martín y por
el Prof. Dr. Javier Pérez Castells a los cuales quiero agradecer toda su dedicación, su
paciencia y apoyo durante todo este tiempo. Se que a veces realmente las habéis
necesitado.
También quiero agradecer a la Universidad San Pablo CEU el permitirme
realizar esta investigación, y a la Fundación Universitaria San Pablo CEU la concesión
de una beca para la realización de esta tesis y por las facilidades recibidas a lo largo
de todo el proceso.
Asimismo, quiero agradecer al Dr. Jesús Jiménez-Barbero y a los integrantes
de su grupo por permitirme usar sus instalaciones, así como por su amabilidad y su
tiempo. A la Dra. Ángeles Canales, por su simpatía, conocimientos y generosidad, y a
M. Álvaro Berbís por su paciencia trabajando con las proteínas.
My most sincere thanks to Prof. William J. Kerr for giving me the opportunity to
work in his laboratory at Strathclyde University. The knowledge adquired within his
excellent research group allowed me to finish a chapter of this work. Also, thanks to my
labmates, you really made my stay comfortable.
Quisiera agradecerle al Dr. Armando Navarro-Vázquez su generosa donación
del programa Mspin.
A los compañeros de laboratorio con los que he coincidido durante todo este
tiempo, a los que se fueron antes que yo y que actualmente son amigos, así como a
los que se quedan les deseo lo mejor. Gracias a todos por lo aprendido, lo vivido y lo
enseñado. Seguid adelante y mucho ánimo, siempre me acordaré de vosotros.
A mi madre y hermana, por su apoyo incondicional a mis decisiones, aunque
no siempre fueran de su agrado. Y al resto de mi familia, por poder contar siempre con
ellos.
A Eva, que me ha apoyado en todo momento, gracias por tu cariño y
comprensión. Sabes marcar la diferencia.
A mi padre.
Parte de los resultados obtenidos durante la realización de esta memoria han
dado lugar a las siguientes publicaciones:
“Tandem RCM-isomerization-cyclopropanation reactions”. Mallagaray, A.;
Domínguez, G.; Gradillas, A.; Pérez-Castells, J. Org. Lett. 2008, 10, 597-600.
“Ruthenium carbene mediated [2+2+2] cyclotrimerizations”. Mallagaray, A.;
Medina, S.; Domínguez, G.; Pérez-Castells, J. Synlett, 2010, 2114-2118.
“Rigid lanthanide binding tag for NMR structural analysis of
carbohydrates”. Mallagaray, A.; Canales, A.; Domínguez, G.; Jiménez-Barbero, J.;
Pérez-Castells, J. Chem. Commun. 2011, 47, 7179-7181.
“Cycloisomerization of dienes and enynes catalysed by a modified
ruthenium carbine species”. Mallagaray, A.; Mohammadiannejad-Abbasabadi, K.;
Medina, S.; Domínguez, G.; Pérez-Castells, J. Org. Biomol. Chem., recientemente
enviada.
Abreviaturas utilizadas en esta Memoria
9-BBN 9-Borabiciclo[3.3.1]nonano
Ac Acetilo
ACN Acetonitrilo
ARCM Metátesis asimétrica de cierre de anillos
AROCM Apertura asimétrica de anillo seguida de metátesis cruzada
Bn Bencilo
Boc terc-Butoxicarbonilo
BOM Benciloximetil éter
Bs p-Bromobencenosulfonilo o brosilato
Bz Benzoilo
Cbz Carboxibencilo
c.c.f. Cromatografía en capa fina
CIB Centro de Investigaciones Biológicas
CM Metátesis cruzada
COD 1,5-Ciclooctadieno
CSIC Centro Superior de Investigaciones Científicas
DCC Diciclohexilcarbodiimida
DCE 1,2-Dicloroetano
DCM Diclorometano
DIPEA Diisopropiletilamina
DMAP 4-Dimetilaminopiridina
DMF N,N-Dimetilformamida
Dmob 2,4-Dimetoxibencilo
DMSO Dimetilsulfóxido
DTNB 5,5’-Ditiobis(ácido 2-nitrobenzoico) o reactivo de Ellman
EDTA Ácido etilendiaminotetraacético
equiv. Equivalente químico
HIE Intercambio catalizado de isótopos
H2IMes 1,3-dimesitil-4,5-dihidroimidazol-2-ilideno
HMBC Heteronuclear Multiple Bond Correlation
HOBt 1-Hidroxibenzotriazol
HSQC Heteronuclear Single Cuantum Correlation
iNOS Isoforma inducible de la Oxido Nítrico Sintasa
Mes Mesitilo
MOM Metoximetil éter
Mp Punto de fusión
MPLC Cromatografía líquida de presión media
MTS Metanotiosulfonato
n.d. No detectado
NHC Ligando carbénico N-heterocíclico
OBBD 9-oxo-10-boraciclo[3.3.2]decano
PCS Pseudocontact shift
PhDTA Ácido fenilendiaminotetraacético
PRE Paramagnetic relaxation enhancement
p-TsOH Ácido paratoluensulfónico
RCM Metátesis de cierre de anillos
RDC Residual dipolar coupling
ROM Metátesis con apertura de anillo
ROMP Metátesis-polimerización con apertura de anillo
SM Suzuki-Miyaura
TBAF Fluoruro de tetrabutilamonio
TBS terc-Butildimetilsililo
TBSCl Cloruro de terc-butildimetilsililo
TFA Ácido trifuloroacético
THF Tetrahidrofurano
t.l.c. Thin layer chromatography
TMS Trimetilsililo
TMSE Trimetilsililetilo
Tr Trifenilmetil
Tris Tris(hidroximetil)aminometano
Ts Tosilo
Índice
INTRODUCCIÓN 1
I. Nuevos procesos no-metatéticos catalizados por carbenos de rutenio 3
II. Síntesis y evaluación de derivados de carbohidratos capaces de unirse a 6
lantánidos
INTRODUCTION 9
I. New non-metathetic processes catalysed by ruthenium carbenes 11
II. Synthesis and evaluation of carbohydrate derivatives able to bind lanthanide 14
ions
CAPÍTULO I. NUEVOS PROCESOS NO-METATÉTICOS CATALIZADOS POR 15
CARBENOS DE RUTENIO
1. Antecedentes generales 17
1.1. La reacción de metátesis 17
1.1.1. Introducción y mecanismo 17
1.1.2. Catalizadores más utilizados y su evolución 23
1.1.3. Condiciones y alcance de reacción 30
1.2. Cicloisomerizaciones de 1,6-dienos catalizadas por carbenos de 33
Grubbs
1.2.1. Introducción 33
1.2.2. Mecanismo 35
1.2.3. Cicloisomerizaciones catalizadas por carbenos de Grubbs 36
1.3. Ciclotrimerizaciones [2+2+2] mediadas por carbenos de Grubbs 39
y complejos de iridio
1.3.1. Introducción 39
1.3.2. Mecanismo 41
1.3.3. Ejemplos destacados de ciclotrimerizaciones [2+2+2] 43
catalizados por [Ru]-I e [IrCl(COD)]2
1.4. Reacciones de isomerización de olefinas mediadas por carbenos de 47
Grubbs
1.4.1. Introducción 47
1.4.2. Mecanismo 48
1.4.3. Ejemplos destacados 49
1.5. Reacciones de metátesis combinadas 52
2. Discusión de resultados 61
2.1. Reacciones tándem RCM-isomerización-ciclopropanación 61
2.1.1. Introducción 61
2.1.2. Síntesis de amidas de partida 61
2.1.3. Lactamas de 6 eslabones 63
A) Estudio de las reacciones de isomerización 63
B) Reacción tándem RCM-isomerización 65
C) Reacción de ciclopropanación 66
D) Reacción tándem RCM-isomerización-ciclopropanación 66
2.1.4. Extensión de la metodología a otros compuestos 68
A) Lactamas de 5 eslabones 69
B) Lactamas de 7 eslabones 70
b.1. Reacción de ciclopropanación 71
b.2 Tándem RCM-isomerización-ciclopropanación 72
2.1.5. Síntesis en one pot de ciclopropanos por reacción con dicloro- 73
carbeno
2.2. Cicloisomerización de dienos y eninos catalizada por una 75
especie modificada de rutenio
2.2.1. Introducción 75
2.2.2. Puesta a punto de las condiciones de reacción 75
2.2.3. Alcance de la reacción 79
2.2.4. Estudio de la especie catalítica 81
2.3. Ciclotrimerizaciones [2+2+2] catalizadas por carbenos de 87
rutenio
2.3.1. Introducción 87
2.3.2. Puesta a punto de las condiciones de reacción 87
2.3.3. Alcance de la reacción 90
2.3.4. Estudio de la dimerización de diinos 91
2.3.5. Aplicación del carbeno obtenido por modificación de [Ru]-II en 93
DMF a la reacción de ciclotrimerización [2+2+2]
2.4. [2+2+2] Cyclotrimerizations catalyzed by 95
[Ir(H2IMes)(COD)(PBn3)]PF6
2.4.1. Introduction 95
2.4.2. Synthesis of [Ir(H2IMes)(COD)(PBn3)]PF6 (V) 95
2.4.3. Optimizing the [2+2+2] cyclotrimerization reaction conditions 96
2.4.4. Microwave-induced cyclotrimerisation reactions 98
2.4.5. Study of alternative reaction conditions 99
2.4.6. Secondary products and decomposition study 100
3. Experimental section 103
3.1. Tandem RCM-isomerization-cyclopropanation reactions 103
3.1.1. Preparation of starting materials 103
3.1.2. General procedure for the synthesis of amides by condensation 104
3.1.3. Tandem RCM-isomerization 110
3.1.3.1. Tandem RCM-isomerization with six membered lactams 110
3.1.3.2. Tandem RCM-isomerization with seven membered 113
lactams
3.1.4. Synthesis of cyclopropanes 115
3.1.4.1. General procedure for the synthesis of cyclopropanes 117
from isolated unsaturated lactams using ethyl diazoacetate
3.1.4.2. General procedure for the synthesis of cyclopropanes 120
by tandem RCM-isomerization-cyclopropanation
3.2. Cycloisomerization of dienes and enynes catalysed by a 123
modified ruthenium carbene species
3.2.1. Preparation of starting materials 123
3.2.2. Synthesis and isolation of the catalytic species 126
3.2.3. General procedure for the cycloisomerization reaction 126
3.3. Ruthenium carbene mediated [2+2+2] cyclotrimerizations 135
3.3.1. Preparation of starting materials 135
3.3.2. General procedures for the cyclotrimerization reaction 137
3.3.3. General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization 142
catalysed by [Ru]-II modified in DMF
3.4. Iridium mediated [2+2+2] cyclotrimerizations 145
3.4.1. Preparation of starting materials 145
3.4.2. General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization 146
3.4.3. General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization using 147
microwave conditions
3.4.4. [2+2+2] cyclotrimerization reaction of 39e mediated by 147
activated species
3.4.5. Synthesis of but-1-en-3-yne-1,4-diyldibenzene, 46 and 47 148
CAPÍTULO II. SÍNTESIS Y EVALUACIÓN DE DERIVADOS DE 149
CARBOHIDRATOS CAPACES DE UNIRSE A LANTÁNIDOS
1. Antecedentes generales 151
1.1. El paramagnetismo y su uso en el estudio de la estructura 3D 151
de biomoléculas por RMN
1.1.1. Introducción 151
1.1.2. Aspectos teóricos del paramagnetismo 151
1.1.2.1. Generalidades 151
1.1.2.2. Susceptibilidad magnética isotrópica y anisotrópica 152
1.1.2.3. Información obtenida a través de RMN gracias al 153
paramagnetismo
A) El incremento paramagnético en la relajación (PRE) 154
B) Desplazamientos paramagnéticos 156
b.1. Desplazamientos de contacto 156
b.2. Desplazamientos de pseudocontacto o PCS 156
C) Alineamiento molecular paramagnético 159
1.1.2.4. Selección del ión lantánido 161
1.1.3. Transferencia de la anisotropía a la muestra en estudio 162
1.1.3.1. Moléculas orientadoras no unidas a la biomolécula 162
1.1.3.2. Tags de radicales nitróxidos 164
1.1.3.3. Sustitución de iones naturales por lantánidos 165
1.1.3.4. Introducción de sitios de unión para metales en 165
proteínas mediante ingeniería genética
1.1.3.5. Tags peptídicos unidos a los extremos N- o C- 165
terminales
1.1.3.6. Tags peptídicos unidos a residuos de cisteína 166
1.1.3.7. Tags sintéticos 167
1.1.3.8. Tags de unión a oligosacáridos 173
1.2. La reacción de Suzuki-Miyaura 175
1.2.1. Introducción 175
1.2.2. Mecanismo 176
1.2.3. Análisis de las etapas de la reacción 177
1.2.3.1. Adición oxidativa 177
A) Características generales 177
B) Características específicas de los acoplamientos C(sp3) 178
1.2.3.2. Transmetalación 179
A) Papel de la base en la reacción de Suzuki-Miyaura 180
B) Selección del organoborano 182
1.2.3.3. Eliminación reductora 183
1.2.4. Catalizadores y ligandos 184
1.2.5. Ejemplos de aplicación de la reacción de Suzuki-Miyaura 186
2. Discusión de resultados 187
2.1. Estrategia general 187
2.2. Síntesis química 188
2.2.1. Síntesis de la estructura quelante 188
2.2.2. Síntesis del carbohidrato 189
2.2.3. Síntesis del tag bifenílico 48 190
2.2.4. Síntesis del tag estirénico 49 194
2.2.5. Síntesis del tag aquiral 50 196
2.2.6. Síntesis del linker aquiral para la unión a proteínas 51 202
2.3. Evaluación de los tags por RMN 207
2.3.1. Evaluación del tag bifenílico 48 207
2.3.1.1. Incrementos paramagnéticos en la relajación o PRE 207
en D2O
2.3.1.2. Desplazamientos paramagnéticos (PCS) en D2O 208
2.3.1.3. Acoplamientos dipolares residuales (RDC) en D2O 211
2.3.1.4. Optimización de las condiciones: Control del pD y 211
cálculo del tensor Δ
2.3.2. Evaluación del tag estirénico 49 217
2.3.3. Evaluación del tag aquiral 50 220
2.3.3.1. Uso de Tb3+ como ión paramagnético 220
2.3.3.2. Uso de Dy3+ como ión paramagnético 224
2.3.3.3. Uso de Tm3+ como ión paramagnético 227
3. Experimental section 231
3.1. Synthesis of biphenylic tag 48 231
3.2. Synthesis of styrenic tag 49 239
3.3. Synthesis of achiral tag 50 245
3.4. Synthesis of achiral linker for binding proteins 51 253
CHAPTER III. GENERAL EXPERIMENTAL SECTION 259
CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES 265
CHAPTER IV. CONCLUSIONS 269
CAPÍTULO V. BIBLIOGRAFÍA 273
ANEXO I: Caracterización de los tags 285 283
CD ADJUNTO: Colección de espectros de productos nuevos
Introducción
Introducción
3
INTRODUCCIÓN
La presente Memoria se divide en dos bloques diferenciados: El primero
dedicado a nuevos procesos no-metatéticos catalizados por carbenos de rutenio, y el
segundo centrado en la síntesis y evaluación de derivados de carbohidratos capaces
de unirse a lantánidos. A continuación se detalla un breve resumen de ambas partes.
I. Nuevos procesos no-metatéticos catalizados por carbenos de rutenio
Los complejos de metales de transición son capaces de catalizar o mediar
potentes trasformaciones, que cada vez tienen mayor aplicación en síntesis. Por ello,
es frecuente que sean protagonistas de las etapas claves en la síntesis de moléculas
complejas. La combinación de varios procesos de este tipo en una sola etapa sintética
aumenta aún más su utilidad, y es un objetivo clave en el desarrollo actual de la
síntesis orgánica.
Figura 1
En la pasada década la reacción de metátesis de cierre de anillos (RCM) ha
demostrado ser una poderosa herramienta sintética en la creación de enlaces
carbono-carbono, permitiendo la obtención de sistemas heterocíclicos insaturados de
diferentes tamaños.1 Esto ha sido posible en gran medida gracias al desarrollo de
catalizadores de rutenio discretos, estables, compatibles con un gran número de
grupos funcionales y capaces de reaccionar con numerosos sustratos (Figura 1).2,3
1 Revisiones bibliográficas recientes sobre metátesis: (a) Nolan, S. P.; Clavier, H. Chem. Soc.
Rev. 2010, 39, 3305-3316. (b) Otterlo, W. A. L.; Koning, C. B. Chem. Rev. 2009, 109, 3743-3782. 2 Revisión bibliográfica sobre complejos de Ru en metátesis: Vougioukalakis, G. C.; Grubbs, R.
H. Chem. Rev. 2010, 110, 1746-1787. 3 (a) Síntesis de IIa: Scholl, M.; Ding, S.; Lee, C. W.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 1999, 1, 953-596.
(b) Síntesis de IIIa: Bieniek, M.; Michrowska, A.; Gulajski, L.; Grela, K. Organometallics, 2007, 26, 1096-1099.
Introducción .
4
Aunque la RCM suele ser un proceso limpio que transcurre con buenos
rendimientos, cuando se emplean los catalizadores Ia, IIa y IIIa se detectan, en
ocasiones, otros productos derivados de adiciones de Kharasch, isomerizaciones,
hidrogenaciones, ciclopropanaciones o deshidrataciones.4
Trabajos exhaustivos de Mol5 y Grubbs6 indican que los productos de
descomposición de los catalizadores de rutenio utilizados en la metátesis
(generalmente hidruros de rutenio como IVa u otros) son los responsables de muchas
de estas reacciones secundarias.
Las reacciones no metatéticas pueden ser muy útiles si se controlan las
condiciones que las conviertan en procesos eficientes. Conocidos los precedentes en
los que el catalizador [Ru]-II media en diferentes reacciones, hemos puesto a punto un
método para conseguir en un proceso tándem la RCM, la isomerización y por último
una reacción de ciclopropanación, lo que nos ha permitido obtener de un modo
sencillo y eficaz sistemas bicíclicos [n.1.0] como los indicados en el Esquema 1. La
estructura de estos productos está presente además, en determinadas moléculas con
actividad biológica como el ONO-1714.
Esquema 1
La reacción de cicloisomerización es un proceso de reorganización de dobles
enlaces que convierte dienos y eninos en moléculas cíclicas. Estas transformaciones
pueden estar catalizadas por diferentes complejos rutenio, como son
4 Revisión bibliográfica sobre procesos no metatéticos catalizados por carbenos de Ru: Alcaide,
B.; Almendros, P.; Luna, A. Chem. Rev. 2009, 109, 3817-3858. 5 (a) Dinger, M. B.; Mol, J. C. Organometallics 2003, 22, 1089-1095. (b) Dinger, M. B.; Mol, J. C.
Eur. J. Inorg. Chem. 2003, 2827-2833. 6 Hong, S. H.; Wenzel, A. G.; Salguero, T. T.; Day, M. W.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc.
2007, 129, 7961-7968.
Introducción
5
CpRu(MeCN)3PF67 o [Ru(COD)Cl2]2,
8 o el hidruro IVa (ver Figura 1) cuando es
obtenido como producto de modificación del complejo [Ru]-II con éteres vinílicos.9
Así, mediante la reacción del carbeno de Grubbs [Ru]-II con dimetilformamida
(DMF), hemos desarrollado una nueva especie catalítica capaz de producir
selectivamente cicloisomerizaciones. También se han realizado diferentes
experimentos de RMN con el objetivo de identificar la especie catalítica (Esquema 2).
Esquema 2
Por otra parte, la reacción de cicloadición [2+2+2] catalizada por metales de
transición fue descrita por Reppe en 1948,10 y desde entonces ha experimentado una
expansión sorprendente.11 Consiste en la reacción de tres alquinos para obtener
sistemas bencénicos polisustituidos. Este proceso puede ser catalizado por diferentes
metales de transición, tales como Co, Ru, Ir, Rh, Ni, Pd, y otros.
Utilizando el complejo de Hoveyda-Grubbs [Ru]-III, hemos desarrollado un
nuevo protocolo para realizar reacciones de ciclotrimerización cruzadas diino-alquino.
Este método constituye una aproximación eficiente a la síntesis de arenos sustituídos.
Además, se han optimizado las condiciones de reacción para la síntesis de dímeros y
trímeros dialquínicos usando diferentes complejos de rutenio en función del objetivo.
Complementariamente, hemos demostrado la capacidad de la especie carbénica de
rutenio obtenida por modificación de [Ru]-II en DMF de mediar este tipo de procesos
(Esquema 3).
7 Trost, B. M.; Gutierrez, A. C.; Ferreira, E. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9206-9218.
8 Yamamoto, Y.; Nakagai, Y.; Itoh, K. Chem. Eur. J. 2004, 10, 231-236.
9 Arisawa, M.; Tereda, Y.; Takahashi, M.; Nakagawa, M.; Nishida, A. J. Org. Chem. 2006, 71,
4255-4261. 10
Reppe, W.; Schichting, K. K.; Toepel, T. Justus Liebigs Ann. Chem. 1948, 560, 1-92. 11
Revisión bibliográfica sobre cicloadiciones [2+2+2]: Domínguez, G.; Pérez-Castells, J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3430-3444.
Introducción .
6
Esquema 3
Dentro del mismo trabajo y durante una estancia predoctoral en el grupo del Dr.
William J. Kerr (Universidad de Strathclyde, Glasgow), hemos explorado esta reacción
con una nueva especie de iridio, [(H2IMes)Ir(COD)(PBn3)]PF6 (V), desarrollada en
dicho grupo de investigación (Esquema 4).
Esquema 4
II. Síntesis y evaluación de derivados de carbohidratos capaces de unirse a
lantánidos
Los acoplamientos dipolares residuales se han convertido en una herramienta
importante para el estudio de proteínas en disolución.12 Los metales lantánidos,
normalmente quelados a una estructura de tipo EDTA (ácido
etilendiaminotetraacético), que a su vez se ancla a una proteína, permiten observar
acoplamientos dipolares residuales (RDC) y desplazamientos de pseudocontacto
(PCS).13 Para disminuir los incrementos paramagnéticos de la relajación (PRE), el
metal debe separarse de la biomolécula mediante una estructura rígida o tag. Estos
efectos aportan información valiosa sobre la disposición espacial y las dinámicas
moleculares de la biomolécula. Aunque existen numerosos ejemplos en la bibliografía
12
Revisión bibliográfica sobre el uso de efectos paramagnéticos en la elucidación de biomoléculas por RMN: Otting, G. Annu. Rev. Biophys. 2010, 39, 387-405. 13
Su, X.; McAndrew, K.; Huber, T.; Otting, G. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1681-1687.
Introducción
7
del uso de esta metodología con proteínas,14 en el momento de iniciar el trabajo aquí
descrito no existían ejemplos con carbohidratos.
De esta manera y dentro de un marco de colaboración establecido con el grupo
del Dr. Jesús Jiménez-Barbero (CIB), hemos llevado a cabo la síntesis y la evaluación
de diferentes derivados de azúcares capaces de unirse a metales paramagnéticos.
También se ha desarrollado una versión para unión a proteínas a través de residuos
de cisteína. El objetivo es evaluar la capacidad de estos carbohidratos derivatizados o
tags para unir metales paramagnéticos, y una vez determinado, transferir los efectos
paramagnéticos a diferentes proteínas capaces de unir carbohidratos (Figura 2).
Figura 2
14
Revisión bibliográfica sobre tags para unión a proteínas: Su, X.; Otting, G. J. Biomol. NMR 2010, 46, 101-112.
Introduction
Introduction
11
INTRODUCTION
This Report is divided into two different parts: The first one is devoted to new
non-metathetic processes catalyzed by ruthenium carbenes, and the second to the
synthesis and evaluation of carbohydrate derivatives able to bind lanthanides. These
two chapters are summarized below.
I. New non-metathetic processes catalysed by ruthenium carbenes
Transition metal complexes are able to catalyze powerful transformations,
which have increasing application in organic synthesis. Therefore they are often
involved on the key steps of the synthesis of complex molecules. The combination of
several processes in a single synthetic step further increases its usefulness, and is a
key target in the ongoing development of organic synthesis.
Figure 1
During the past decade, Ring Closing Metathesis (RCM) has proved to be a
powerful tool in creating new carbon-carbon bonds, allowing the synthesis of
unsaturated heterocyclic systems with different sizes.1 This has been possible due to
development of new discrete and stable ruthenium catalysts which are compatible with
a large number of functional groups (Figure 1).2,3
RCM is usually a clean process which proceeds in good yields. However, when
using catalysts Ia, IIa and IIIa, observation of byproducts coming from Kharasch
additions, isomerizations, hydrogenations, cyclopropanations or dehydrations reactions
is a common feature.4
Comprehensive studies performed by Mol5 and Grubbs6 indicate that different
complexes coming from the decomposition of ruthenium catalysts (usually ruthenium
hydrides such as IVa or others) are responsible for many of these side reactions.
Introduction .
12
The control of the reaction conditions affects critically non-metathetic
processes. It is well known that [Ru]-II can catalyze most of these side-reactions.
Based on this, we have developed a RCM-isomerization-cyclopropanation tandem
process, which allows the synthesis of [n.1.0] bicyclic systems in a single-step
(Scheme 1). The structure of these products is also present in certain biologically
active molecules such as ONO-1714.
Scheme 1
Cycloisomerization of enynes and dienes consists of a reorganization of double
and triple bonds which converts acyclic starting materials into cyclic structures. These
transformations can be mediated by different ruthenium complexes, such as
CpRu(MeCN)3PF6,7 [Ru(COD)Cl2]2,8 or hydride IVa (see Figure 1). This latter species
are usually obtained by treatment of catalyst [Ru]-II with vinyl ethers.9
In our present work, we have developed a new catalytic species by heating
Grubbs carbene [Ru]-II in dimethylformamide (DMF). This new species is able to
cycloisomerize dienes and enynes selectively. Several NMR experiments have also
been carried out in order to identify the catalytic complex (Scheme 2).
Scheme 2
Introduction
13
Transition metal catalyzed [2+2+2] cycloadditions have undergone a
remarkable expansion since the first report by Reppe,10 which appeared in the late
forties.11 The reaction consists of a cyclization of three alkynes or other unsaturated
units to obtain different polysubstituted aromatic systems. This process can be
catalyzed by different transition metals such as Co, Ru, Ir, Rh, Ni, Pd, and others.
Using Hoveyda-Grubbs complex [Ru]-III, we have developed a new protocol for
crossed diyne-alkyne [2+2+2] cyclotrimerization. This methodology is an efficient
approach to the synthesis of substituted arenes. In addition, we have optimized the
reaction conditions for the synthesis of diyne dimers and trimers using different
ruthenium complexes. Additionally, we have demonstrated the ability of the ruthenium
carbene species obtained by modification of [Ru]-II in DMF to mediate these processes
(Scheme 3).
Scheme 3
Within the same research project and during a predoctoral stay in Dr. William J.
Kerr’s Group (University of Strathclyde, Glasgow), we have explored the ability of a
new iridium species developed by Kerr’s group, [(H2IMes) Ir (COD) (PBn3)] PF6 (V), to
catalyze [2+2+2] cyclotrimerizations (Scheme 4).
Scheme 4
Introduction .
14
II. Synthesis and evaluation of carbohydrate derivatives able to bind lanthanide
ions.
Residual dipolar couplings are becoming increasingly useful for the study of
proteins in solution.12 It has been recently reported that lanthanides, primarily chelated
to an EDTA (ethylendiaminotetraacetic acid) moiety which is attached to a cysteine
residue, provide anisotropic magnetic susceptibility, allowing the measurement of
residual dipolar couplings (RDC) and pseudocontact shifts (PCS).13 In order to
decrease the effect of the paramagnetic relaxation enhacements (PRE), the metal can
be separated from the biomolecule by a rigid structure or linker. At the beginning of our
work there were several precedents of this methodology for the study of proteins14 but
no precedents had appeared regarding carbohydrates.
In this sense and within a collaboration of our group with Dr. Jesús Jiménez-
Barbero’s (CIB) different derivatives of natural carbohydrate 1-β aminochitobiose, able
to bind paramagnetic ions have been synthesized and evaluated. The aim of this
project is to transfer anisotropic magnetic susceptibility provided by these derivatives to
proteins able to bind carbohydrates. A new structure for binding proteins has also been
developed (Figure 2).
Figure 2
Capítulo I:
Nuevos procesos no-metatéticos catalizados por carbenos de rutenio.
Antecedentes generales
17
1. ANTECEDENTES GENERALES
1.1. La reacción de metátesis
1.1.1. Introducción y mecanismo
En términos generales la metátesis se describe como un proceso de
intercambio de un enlace covalente entre dos moléculas. En particular, para la química
de olefinas se refiere a una redistribución de dobles enlaces carbono-carbono.
Como se muestra en el Esquema 5, la reacción puede tener lugar entre dos
dobles enlaces, entre dos triples enlaces o entre un doble y un triple enlace (metátesis
de eninos). Al mismo tiempo, la reacción se puede dividir en intramolecular e
intermolecular (métatesis de cierre de anillo y metátesis cruzada). Algunos de estos
procesos se pueden hacer enantioselectivos. Además, se pueden dar procesos de
polimerización a partir de un dieno acíclico o de un doble enlace cíclico.
Esquema 5
Capítulo I .
18
La reacción de metátesis de olefinas catalizada por complejos de tipo carbénico
es conocida en química de polímeros desde los años cincuenta.15 Los primeros
catalizadores bien definidos para la metátesis fueron sintetizados a mediados de los
setenta, y estaban basados en titanio,16a tántalo16b y wolframio.16c Por desgracia,
resultaron ser sumamente sensibles al aire y a la humedad y poseían una baja
tolerancia de grupos funcionales.
La metátesis se utilizó en síntesis por primera vez en 1980 por Tsuji17 y
Villemin,18 pero no se produce una verdadera aplicación sintética en química orgánica
hasta principios de los años noventa con el desarrollo de nuevas especies catalíticas
debidas a los grupos de Schrock19 y Grubbs.20
La evolución de las especies catalíticas para la reacción de metátesis de
olefinas ha sido fundamental de cara a su aplicación en síntesis orgánica. Se ha
pasado de sistemas catalíticos complejos, poco estables e incompatibles con
numerosos grupos funcionales como los antes citados a catalizadores discretos,
estables y compatibles, capaces de reaccionar con numerosos sustratos.
De hecho, la metátesis de olefinas es actualmente una de las herramientas
sintéticas más importantes en síntesis orgánica1,21 y en química de polímeros.22 El
15
Anderson, A. W.; Merckling, N. G.; U.S. Patent. 2, 721, 189, 1955; [Chem. Abstr. 1956, 50, 3008i]. 16
(a) Tebbe, F. N.; Parshall, G. W.; Reddy, G. S. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 3611-3613. (b) Schrock, R. R. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 6577-6578. (c) Katz, D. J.; Lee, S. J. Acton, S. Tetrahedron Lett. 1976, 47, 4247-4250. 17
Tsuji, J.; Hashiguchi, S. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 2955-2958. 18
Villemin, D. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 1715-1718. 19
(a) Gajan, D.; Rendón, N.; Wampler, K. M.; Basset, J.-M.; Copéret, C.; Lesage, A.; Emsley, L.; Schrock, R. R. Dalton Trans. 2010, 39, 8547-8551. ( b) Marinescu, S. C.; King, A. J.; Schrock, R. R.; Singh, R.; Müller, P.; Takase, M. K. Organometallics 2010, 29, 6816-6828. (c) Schrock, R. R.; Jiang, A. J.; Marinescu, S. C.; Simpson, J. H.; Müller, P. Organometallics 2010, 29, 5241-5251. (d) Bailey, B. C.; Schrock, R. R.; Kundu, S.; Goldman, A. S.; Huang, Z.; Brookhart, M. Organometallics 2009, 28, 355-360. (e) Jiang, A. J.; Simpson, J. H.; Müller, P.; Schrock, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7770-7780. 20
(a) Keitz, B. K.; Bouffard, J.; Bertrand, G.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8498-8051. (b) Thomas, R. M.; Keitz, B. K.; Champagne, T. M.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7490-7496. (c) Bouffard, J.; Keitz, B. K.; Tonner, R.; Guisado-Barrios, G.; Frenking, G.; Grubbs, R. H.; Bertrand, G. Organometallics 2011, 30, 2617-2627. (d) Teo, P.; Grubbs, R. H. Organometallics 2010, 29, 6045-6050. (e) Samec, J. S. M.; Keitz, B. K.; Grubbs, R. H. J. Org. Chem. 2010, 695, 1831-1837. (f) Keitz, B. K.; Grubbs, R. H. Organometallics 2010, 29, 403-408. 21
Publicaciones recientes sobre metátesis de olefinas: (a) Meek, S. J.; O’Brien, R. V.; Llaveria, J.; Schrock, R. R.; Hoveyda, A. H. Nature 2011, 471, 461-466. (b) Zhao, Y.; Hoveyda, A. H.; Schrock, R. R. Org. Lett. 2011, 13, 784-787. (c) Endo, K.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8525-8527. (d) Kuhn, K. M.; Champagne, T. M.; Hong, S. H.; Wei, W.-H.; Nickel, A.; Lee, C. W.; Virgil, S. C.; Grubbs, R. H.; Pederson, R. L. Org. Lett. 2010, 12, 984-987. (e) Stewart, I. C.; Ketiz, B. K.; Kuhn, K. M.; Thomas, R. M.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8534-8535. 22
Revisión bibliográfica actual sobre metátesis en polímeros: Mutlu, H.; de Espinosa, L. M.; Meire, A. R. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 1404-1445.
Antecedentes generales
19
número de publicaciones en esta área ha experimentado un enorme crecimiento en la
última década (Figura 3).
Figura 3
El primer curso de reacción fue postulado por Chauvin23 en 1970, y desde
entonces se sigue trabajando intensamente para determinar, entre otras cosas, las
especies carbénicas que realmente catalizan el proceso.
En el caso de los carbenos Ia, IIa y IIIa el mecanismo de reacción postulado es
como sigue: la reacción comienza con la coordinación entre el carbeno metálico y una
de las olefinas del sustrato, seguido de una cicloadición [2+2]. El metalaciclobutano A
obtenido sufre un proceso de ciclorreversión y da lugar a una nueva especie carbénica
en la que el catalizador se ha incorporado al producto de partida (B). Este intermedio
sufre una nueva cicloadición y se transforma en la especie bicíclica C, la cual por otra
ciclorreversión, evoluciona hacia la olefina cíclica final (Esquema 6).
23
Herisson, J. L.; Chauvin, Y. Makromol. Chem. 1970, 141, 161-176.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Publicaciones sobre metátesis
Publicaciones
Capítulo I .
20
Esquema 6
Cabe destacar que las especies catalíticas I-IIIa forman un intermedio de tipo
metilénico (VIa-b) tras el primer ciclo catalítico, el cual se puede estabilizar por
coordinación con una fosfina (VIIa-b). Como se detallará más adelante, la alta
actividad catalítica de este intermedio le hace responsable de la descomposición de
las especies carbénicas.
El primer paso de la reacción, en el que se produce la unión de un doble enlace
del sustrato con el centro metálico de la especie catalítica parece ser el limitante de la
velocidad del proceso y por ello ha sido estudiado exhaustivamente.24
La metátesis de olefinas de cierre de anillo (RCM) es eficaz para obtener ciclos
de 5, 6 y 7 miembros con una gran diversidad de grupos funcionales y dobles enlaces
sustituidos.25 Además se han descrito síntesis de ciclos de entre 5 y 38 eslabones,26
24
(a) Sanford, M. S.; Ulman, M.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 749-750. (b) Sanford, M. S.; Love, J. A.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6543-6554. (c) Dias, E. L.; Nguyen, S. T.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3887-3897. 25
(a) Barrett, A. G. M.; Hennessy, A. J.; Vézouët, R.; Procopiou, P. A.; Seale, P. W.; Stefaniak, S.; Upton, R. J.; White, A. J. P.; Willeams, D. J. J. Org. Chem. 2004, 69, 1028-1037. (b) Harris, P. W. R.; Brimble, M. A.; Gluckman, P. D. Org. Lett. 2003, 5, 1847-1850. 26
Revisión bibliográfica sobre la formación de heterociclos de tamaño medio por RCM: Chattopadhyay, S. K.; Karmakar, S.; Biswas, T.; Majumdar, K. C.; Rahaman, H.; Roy, B. Tetrahedron 2007, 63, 3919-3952.
Antecedentes generales
21
siendo escasos los precedentes de ciclos pequeños, los cuales son más proclives a
dar ROMP. Por esto han sido utilizados para obtener procesos tándem ROM/RCM.27
La RCM es en un principio compatible, tanto con heteroátomos presentes en el
esqueleto del anillo a formar, como con los incluídos en los grupos funcionales.
La metátesis de olefinas se ha aplicado intensamente a la síntesis de productos
naturales y con interés terapeútico.28 Algunos ejemplos recientes son la síntesis del
aglicón de lingbouillosido29a lactimidomicina,29b pikromicina,29c (±)-
pseudotabersonina29d y SBL-S156C derivatizada29e (Figura 4).
Figura 4
27
Grela, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5504-5507. 28
Revisiones bibliográficas sobre el uso de la metátesis para la síntesis de productos naturales: (a) Dragutan, V.; Dragutan, I. Platinum Metals Rev. 2011, 55, 33-40. (b) Fürstner, A. Chem. Commun. 2011, 47, 6505-6511. (c) Prunet, J. Eur. J. Org. Chem. 2011, 3634-3647. (d) Cossy, J.; Arseniyadis, S. Meyer, C. “Metathesis in Natural Product Synthesis”, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2010. (e) Hoveyda, A. H.; Malcolmson, S. J.; Meek, S. J.; Zhugralin, A. R. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2010, 49, 34-44. (f) White, D. E.; Stewart, I. C.; Seashore-Ludlow, B. A.; Grubbs, R. H.; Stoltz, B. M. Tetrahedron 2010, 66, 4668-4686. (g) Mori, M. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 121-135. 29
(a) ElMarrouni, A.; Lebeuf, R.; Gebauer, J.; Heras, M.; Arseniyadis, S.; Cossy, J. Org. Lett. 2012, 14, 314-317. (b) Gallenkamp, D.; Füstner, A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9232-9235. (c) Oh, H.-S.; Kang, H.-Y. J. Org. Chem. 2012, 77, 1125-1130. (d) Cheng, B.; Sunderhaus, J. D.; Martin, S. F. Org. Lett. 2010, 12, 3622-3625. (e) Lin, Y. A.; Chalker, J. M.; Davis, B. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16805-16811.
Capítulo I .
22
En particular, y por lo que se refiere a nuestro objetivo, el desarrollo de nuevos
métodos de síntesis de compuestos heterocíclicos con nitrógeno es de una gran
importancia en síntesis orgánica, pues estas sustancias constituyen la estructura
básica de muchos compuestos bioactivos. De entre los heterociclos que contienen
nitrógeno, las lactamas insaturadas constituyen una estructura especialmente versátil
debido a que la presencia del doble enlace permite funcionalizaciones posteriores,
incluyendo entre otras, epoxidaciones, dihidroxilaciones o ciclopropanaciones.
Las estrategias que incluyen reacciones de RCM han sido aplicadas con éxito
para la síntesis de diferentes derivados de lactamas insaturadas (Figura 5).30
Figura 5
30
Revisiónes bibliográficas sobre la síntesis de heterociclos que contiene nitrógeno u oxígeno mediante RCM: (a) Compain, P. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 1829-1846. (b) Deiters, A.; Martin, S. F. Chem. Rev. 2004, 104, 2199-2238. Otras publicaciones: (c) Fustero, S.; Sánchez-Roselló, M.; Jiménez, D.; Sanz-Cervera, J. F.; Pozo, C.; Aceña, J.L. J. Org. Chem. 2006, 71, 2706-2714. (d) Rutjes, F. P.; Schoemaker, H. E. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 677-680. (e) Huwe, C. M.; Kiehl, O. C.; Blechert, S. Synlett 1996, 65-66. (f) Miller, S. J.; Blackwell, H. E.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9606-9614. (g) Fu, G. C.; Nguyen, S. T.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9856-9857.
Antecedentes generales
23
1.1.2. Catalizadores más utilizados y su evolución
En la Figura 6 se muestran los carbenos de rutenio más utilizados en las
reacciones de metátesis.2,31
Figura 6
Por su parte, los carbenos de molibdeno fueron sintetizados por primera vez
por Schrock a principios de los noventa,32 y desde entonces han sufrido una gran
evolución.19,21a-b,33 Por desgracia, pese a presentar una alta reactividad su uso se ve
limitado por su intolerancia al oxígeno, la humedad y a numerosos grupos funcionales.
El rutenio muestra una alta tolerancia al oxígeno y al agua, y una gran afinidad
por las olefinas frente a otros grupos funcionales.34,35 En los años noventa Grubbs36
31
Revisiones bibliográficas sobre catalizadores de metátesis basados en carbenos de Ru: (a) Lozano-Vila, A. M.; Monsaert, S.; Bajek, A.; Verpoort, F. Chem. Rev. 2010, 110, 4865-4909. (b) Monsaert, S.; Lozano-Vila, A.M.; Drozdzak, R.; Voort, P. V. D.; Verpoort, F. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 3360-3372. (c) Samojlowicz, C.; Bieniek, M.; Grela, K. Chem. Rev. 2009, 109, 3708-3742. 32
Schrock, R. R.; Murdazek, J. S.; Bazan, G. C.; Robbins, J.; DiMare, M.; O’Regan, M. B. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 3875-3886. 33
Revisión bibliográfica sobre carbenos de molibdeno y wolframio: Schrock, R. R.; Czekelius, C. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 55-77. 34
(a) Novak, B. M.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 960-961. (b) Novak, B. M.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 7542-7543.
Capítulo I .
24
describe el catalizador Ia ([Ru]-I), fruto de los estudios sobre la naturaleza de los
ligandos que favorecen la reactividad.
Los datos cristalográficos muestran que las especies del tipo (PR3)2Cl2Ru=CHR
adoptan una geometría de pirámide cuadrada distorsionada, donde el sustituyente
alquilideno se encuentra en posición axial y en disposición trans respecto a los
ligandos de fosfina, mientras que los halógenos se distribuyen en posición ecuatorial.
El primer paso de la reacción de metátesis es la unión de un doble enlace del
sustrato al centro metálico de la especie catalítica. Este primer paso parece ser el
limitante de la misma, por lo que se considera que la actividad catalítica puede verse
aumentada al facilitarlo.
En cuanto al mecanismo de unión del sustrato al metal, se postularon dos
posibles vías que podrían justificarlo: Una ruta asociativa y otra disociativa (Esquema
7).
Esquema 7
La ruta asociativa consiste en la unión del sustrato directamente al catalizador,
formándose un intermedio saturado de 18 electrones (IX), que por cicloadición [2+2]
forma el metalaciclobutano que luego evoluciona al producto de metátesis.
La ruta disociativa comienza con la creación de una vacante de coordinación
por pérdida de un ligando fosfina en el catalizador, formándose un intermedio de 14
35
Grubbs, R. H. J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem. 1994, 31, 1829-1833. 36
Días, E. L.; Nguyen, S. T.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3387-3897.
Antecedentes generales
25
electrones (XI).37 Los estudios realizados por Grubbs24a,b utilizando marcadores
isotópicos de fósforo han determinado que la reacción tiene lugar a través de un
mecanismo disociativo. Los datos cinéticos experimentales (CIFIT) apoyan esta
conclusión, y se propone que la reacción se inicia por formación de la especie XI que
presenta una alta afinidad por captar PCy3 libre.
Estos datos llevaron al diseño de nuevas especies catalíticas que estabilizaran
el intermedio XI de la ruta disociativa, lo que dio lugar al catalizador de Grubbs de
segunda generación IIa ([Ru]-II).38
La mayor actividad de IIa frente a Ia se debe, no a la mayor labilidad del
ligando fosfina respecto al catalizador Ia (k1 favorable), sino a que el intermedio de 14
electrones formado tiene una gran avidez por la olefina (bajo k-1/k2), haciendo el
proceso de captación de la misma muy efectivo. El catalizador Ia conduce eficazmente
al complejo de 14 electrones, pero este intermedio presenta más facilidad por
recuperar la fosfina que por unirse a la olefina (alto k-1/k2).39
La explicación del fenómeno reside en que tanto las fosfinas como los ligandos
carbeno N-heterocíclicos (NHC) poseen un fuerte carácter donador σ con poco
carácter retrodonador , pero en el caso de los NHCs el carácter donador σ es mayor
que en las fosfinas. Esto estabiliza mejor los intermedios electrónicamente deficientes
y favorece la afinidad del metal por las olefinas excedentes frente a las fosfinas
donadoras σ.40
37
Sanford, M. S.; Henling, L. M.; Day, M. W.; Grubbs, R. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3451-3454. 38
(a) Weskamp, T.; Schattenmann, W. C.; Spiegler, M.; Herrmann, W. A. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1998, 37, 2490-2493. (b) Ackermann, L.; Fürstner, A.; Weskamp, T.; Kohl, F. J.; Herrmann, W. A. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 4787-4790. (c) Scholl, M.; Ding, S.; Lee, C. W.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 1999, 1, 953-956. (d) Scholl, M.; Trnka, T. M.; Morgan, J. P.; Grubbs, R. H. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 2247-2250. 39
(a) Booyens, S.; Roodt, A.; Wendt, O. F. J. Org. Chem. 2007, 692, 5508-551. (b) Romero, P. E.; Piers, W. E. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5032-5033. 40
Revisiones bibliográficas sobre el uso de diferentes carbenos NHC: (a) Martin, D.; Melaimi, M.; Soleilhavoup, M.; Bertrand, G. Organometallics 2011, 30, 5304-5313. (b) Díez-González, S.; Marion, N.; Nolan, S. P. Chem. Rev. 2009, 109, 3612-3676.
Capítulo I .
26
Figura 7
El siguiente paso consistió en el desarrollo de nuevos complejos sin ligandos
fosfina con el fin de que se asemejaran al intermedio de 14 e- (XI). Estas nuevas
especies se estabilizan por coordinación de un par de electrones de un átomo de
oxígeno incluido en el resto que soporta el carbeno.
El catalizador IIIa ([Ru]-III) desarrollado por Hoveyda41 es estable al aire y
puede ser purificado por cromatografía en gel de sílice (Fígura 7). Este catalizador
muestra una gran reactividad y selectividad. Las especies coordinadas con piridina
descritas por Grubbs42 (VIIIa-b) presentan menores tiempos de iniciación que sus
complejos de primera y segunda generación.
Grela43 introdujo el nitroisopropoxiestireno IIIb, que es más efectivo para la
formación de dobles enlaces trisustituidos en condiciones de reacción más suaves. El
3,4-dimetoxiisopropoxiestireno IIIc demostró44 ser aún más eficaz en RCM, CM y
metátesis de eninos. Por último, cabe destacar que la actividad catalítica de los
carbenos de Grela45 IIId-e puede controlarse mediante la adición de un ácido o de
Ph2SnCl2.
41
(a) Garber, S. B.; Kingsbury, J. S.; Gray, B. L.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8168-8179. (b) Kingsbury, J. S.; Harrity, J. P. A.; Bonitatebus, P. J. Jr.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 791-799. 42
Sanford, M. S.; Love, J. A.; Grubbs, R. H. Organometallics 2001, 20, 5314-5318. 43
(a) Grela, K.; Harutyunyan, S.; Michrowska, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 4038-4040. (b) Michrowska, A.; Bujok, R.; Harutyunyan, S.; Sashuk, V.; Dolgonos, G.; Grela, K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9318-9325. 44
Grela, K.; Kim, M. Eur. J. Org. Chem. 2003, 963-966. 45
Gulajski, L.; Michrowska, A.; Bujok, R.; Grela, K. J. Mol. Catal. A: Chem. 2006, 254, 118-123.
Antecedentes generales
27
Estos catalizadores tienen un tiempo de activación mayor que los que poseen
fosfinas, debido a la riqueza electrónica de los ligandos alcoxibencílicos. La reacción
se puede iniciar siguiendo una ruta disociativa seguida de un mecanismo asociativo o
bien por un mecanismo de intercambio (Esquema 8). La selección de la ruta depende
en gran medida de las propiedades estéricas y electrónicas del carbeno de rutenio y
de la olefina usados en la reacción.46 Así, para obtener tiempos cortos de iniciación
(mecanismo de intercambio) se necesitan carbenos de rutenio electrónicamente
deficientes y estéricamente accesibles. A su vez, las olefinas han de ser ricas en
electrones y poco impedidas.
Esquema 8
Los esfuerzos más recientes se han centrado en expandir las posibilidades de
los carbenos de rutenio. Por un lado se han buscado complejos capaces de mediar en
metátesis de olefinas tetrasustituidas (Figura 8, complejos XV,47d XVI47b-c y XVII47a), y
por otro se han desarrollado carbenos de rutenio quirales. El objetivo en estos últimos
es conseguir metátesis asimétricas transfiriendo la quiralidad al producto formado. Así,
46
Thiel, V.; Hendann, M.; Wannowius, K.-J.; Plenio, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1104-1114. 47
(a) Chung, C. K.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 2008, 10, 2693-2696. (b) Stewart, I. C.; Douglas, C. J.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 2008, 10, 441-444. (c) Stewart, I. C.; Ung, T.; Pletnev, A. A.; Berlin, J. M.; Grubbs, R. H.; Schrodi, Y. Org. Lett. 2007, 9, 1589-1592. (d) Berlin, J. M.; Campbell, K.; Ritter, T.; Funk, T. W.; Chlenov, A.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 2007, 9, 1339-1342.
Capítulo I .
28
los catalizadores XVIIIa-c48b-c han demostrado una alta enantioselectividad y actividad
en las ARCM, mientras que el carbeno XIX48d es capaz de promover RCM, ARCM,
ROMP y CM, estas últimas con formación preferente del isómero Z. El carbeno XX48e
media AROCM con excelentes excesos enantioméricos, y además puede ser
recuperado por cromatografía.
En este sentido es muy importante el esfuerzo reciente en lograr catalizadores
de rutenio capaces de formar selectivamente productos de metátesis con
configuración relativa Z. Aunque en este aspecto los catalizadores basados en
molibdeno presentan mejores resultados, ya existen algunos precedentes con rutenio.
Así, el complejo XXI49 es capaz de mediar reacciones de metátesis de reorganización
de anillos con buenas selectividades E/Z. Finalmente, XXII21c es hasta la fecha el
mejor complejo de rutenio conocido para conseguir selectividad Z (Figura 8).
Por último, cabe reseñar que también se avanza en el desarrollo de
catalizadores capaces de trabajar en agua y disolventes próticos,31a,50 en especies de
rutenio inmovilizadas sobre diversas superficies,31a,51 así como en la profundización de
los aspectos mecanísticos de la reacción.52
48
(a) Tiede, S.; Berger, A.; Schlesiger, D.; Rost, D.; Lühl, A.; Blechert, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1-5. (b) Fournier, P. A.; Savoie, J.; Stenne, B.; Bédard, M.; Grandbois, A.; Collins, S. K. Chem.-Eur. J. 2008, 14, 8690-8695. (c) Grandbois, A.; Collins, S. K. Chem.-Eur. J. 2008, 47, 9323-9329. (d) Grisi, F.; Costabile, C.; Gallo, E.; Mariconda, A.; Tedesco, C.; Longo, P. Organometallics 2008, 27, 4649-4656. (e) Giudici, R. E.; Hoveyda, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3824-3825. 49
Vehlow, K.; Gessler, S.; Blechert, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 8082-8085. 50
Revisión bibliográfica sobre metátesis de olefinas en agua: Burtscher, D.; Grela, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 442-454. 51
Revisión bibliográfica sobre catalizadores de metátesis inmovilizados: Copéret, C.; Basset, J.-M. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 78-92. 52
(a) Marshall, J. E.; Keister, J. B.; Diver, S. T. Organometallics 2011, 30, 1319-1321. (b) Wenzel, A. G.; Blake, G.; VanderVelde, D. G.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6429-6439. (c) Revisión bibliográfica sobre el equilibrio RCM: Monfette, S.; Fogg, D. E. Chem. Rev. 2009, 109, 3783-3816.
Antecedentes generales
29
Figura 8
Capítulo I .
30
1.1.3. Condiciones y alcance de la reacción
En este apartado resumiremos las condiciones de reacción descritas para las
reacciones de metátesis con los complejos [Ru]-I (Ia), [Ru]-II (IIa) y [Ru]-III (IIIa)
(Figura 1), pues son los que se han utilizado en la presente Memoria.
Es difícil establecer unas condiciones generales de reacción para la metátesis,
debido a los numerosos factores que pueden influir en el transcurso del proceso. El
alcance de esta reacción se ve afectado por el tipo de sustrato de partida y por el
producto final formado, aunque también influyen la temperatura, la dilución, el tipo de
disolvente y muy especialmente el tipo de catalizador utilizado.
Figura 9
Entender y controlar las rutas de descomposición es esencial para conocer la
eficacia de los catalizadores de metátesis. Por ello, en los últimos años se ha realizado
un gran esfuerzo para tratar de identificar los productos de descomposición generados
Antecedentes generales
31
en el transcurso de la reacción de metátesis (Figura 9). Así, Grubbs53 describió en
2002 la formación del hidruro IVb por descomposición térmica de [Ru]-I en benceno.
Un año más tarde Mol5 describió la formación de los hidruros IVa-b utilizando
alcoholes primarios y bases, y partiendo de [Ru]-I y [Ru]-II, respectivamente. Grubbs54
también describe la formación de IVa por tratamiento de [Ru]-II con éteres alílicos.
Ambas especies IVa-b catalizan isomerizaciónes de olefinas, y IVa también produce
cicloisomerizaciones de dobles enlaces a altas temperaturas.
Se han descrito varios productos de descomposición específicos del catalizador
[Ru]-II. El carbeno XXIII se forma en la síntesis de [Ru]-II por inserción del Ru en el
enlace C-H de un metilo del ligando H2IMes, y es capaz de isomerizar dobles
enlaces.54 El complejo XXIV se forma por inserción de un bencilideno en el anillo del
ligando H2IMes en presencia de CO,55 y se ha utilizado recientemente para catalizar
reacciones de Pauson-Khand.56 Por último, el intermedio (H2IMes)Cl2Ru=CH2(PCy3)
VIIb (Esquema 6) a 55 ºC y en benceno evoluciona hacia el hidruro XXV, el cual
cataliza isomerizaciones de olefinas. Este mismo intermedio VIIb en atmósfera de
etileno evoluciona hacia XXVI.6
Por todo lo dicho, la estabilidad térmica del catalizador juega un papel
importante en el tiempo de vida medio y en el número de ciclos catalíticos. Estudios
realizados por Nolan57 muestran que el catalizador [Ru]-II no se descompone después
de calentarlo a 100 ºC durante 1 hora en tolueno-d8, mientras que el carbeno [Ru]-I en
las mismas condiciones lo hace en un 75%. La utilización del [Ru]-II está favorecida
cuando se requieren altas temperaturas y largos tiempos de reacción, y además
presenta mejores tiempos de iniciación a temperaturas elevadas.
Debido a esta inestabilidad térmica, uno de los mayores problemas existentes
en las reacciones catalizadas por rutenio es la eliminación de los productos de
descomposición del catalizador. Por ello se han desarrollado diferentes estrategias de
purificación, como son: cromatografía seguida de tratamiento con carbono activo,58c
53
Louie, J.: Grubbs, R. H. Organometallics 2002, 21, 2153-2164. 54
Trnka, T. M.; Morgan, J. P.; Sandford, M. S.; Wihelm, T. E.; Scholl, M.; Choi, T. L.; Ding, S. D.; Day, M. W.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2546-2558. 55
Galan, B. R.; Gembicky, M.; Dominiac, P. M.; Keister, J. B.; Diver, S. T. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15702-15703. 56
Finnegan, D. F.; Snapper, M. L. J. Org. Chem. 2011, 76, 3644-3653. 57
Huang, J.; Schanz, H. J.; Stevens, E. D.; Nolan, S. P. Organometallics 1999, 18, 5375-5380.
58 (a) Galan, B. R.; Kalbarczyk, K. P.; Szczepankiewicz, S.; Keister, J. B.; Diver, S. T. Org. Lett.
2007, 9, 1203-1206. (b) McEleney, K.; Allen, D. P.; Holliday, A. E.; Crudden, C. M.; Org. Lett. 2006, 8, 2663-2666. (c) Cho, J. H.; Kim, B. M. Org. Lett. 2003, 5, 531-533. (d) Ferguson, M. L.; O’Leary, D. J.; Grubbs, R. H. Org. Synth. 2003, 80, 85-88. (e) Ahn, Y. M.; Yang, K. L.; George, G. I. Org. Lett. 2001, 3, 1411-1413. (f) Mendez-Andino J.; Paquette, L. A. Org. Lett. 2000, 2, 1263-1265.
Capítulo I .
32
uso de secuestradores de rutenio y posterior cromatografía,58e-f uso de gel de sílice
modificado58b y tratamiento del crudo de reacción con 2-isocianoacetato potásico58a o
con tris(hidroximetil)fosfina.58d
Según los estudios realizados por Grubbs,24b la reacción de metátesis se ve
favorecida por el uso de disolventes apolares, resultando los más adecuados el
tolueno y el diclorometano. Por otro lado, también señala que la proporción de
catalizador a utilizar en cada caso depende de la eficacia de cada especie, pudiendo
disminuir la cantidad cuando la especie catalítica presenta una rápida iniciación de la
reacción. En general, se utilizan proporciones comprendidas entre un 1% y un 10%
mol. Las nuevas especies catalíticas en las que se elimina el ligando fosfina han
permitido disminuir la cantidad de catalizador utilizado.
Como ya se ha comentado, la reacción de metátesis depende del tipo de
sustrato, pudiendo influir la diferente sustitución del doble o triple enlace. La mayor
reactividad de las especies de rutenio [Ru]-II y [Ru]-III han permitido realizar
ciclaciones con olefinas tri- o tetra- sustituidas que no podían llevarse a cabo con el
catalizador [Ru]-I.
La presencia de heteroátomos con pares de electrones libres en los sustratos
puede producir un efecto quelante sobre el catalizador inactivándolo, por lo que grupos
como el hidroxilo suelen estar protegidos, teniendo el grupo protector influencia en el
rendimiento de la reacción.59 En el caso de las aminas es imprescindible protegerlas
ya que en caso contrario la reacción no evoluciona. Finalmente, la reacción de
metátesis también se ve influenciada por la estabilidad termodinámica del producto
final.60
La influencia de tantos factores en el resultado de la reacción de metátesis nos
impide establecer un comportamiento general, teniendo que tener mucho cuidado con
las afirmaciones referentes a la reactividad de las especies catalíticas puesto que su
comportamiento depende directamente del tipo de sustrato.61
59
Poulsen, C. S.; Madsen, R. J. Org. Chem. 2002, 67, 4441-4449. 60
García-Fandiño, R.; Cadesido, E. M.; Sobarzo-Sánchez, E.; Castedo, L.; Granja, J. R. Org. Lett. 2004, 6, 193-196. 61
Fürstner, A.; Ackermann, L.; Gabor, B.; Goddard, R.; Lehmann, C.; Mynott, R.; Stelzer, F.; Thiel, D. Chem. Eur. J. 2001, 7, 3236-3253.
Antecedentes generales
33
1.2. Cicloisomerizaciones de 1,6-dienos catalizadas por carbenos de Grubbs
1.2.1. Introducción
La reacción de cicloisomerización consiste en una reorganización de dobles
(ruta 1, Esquema 9) o triples enlaces (rutas 2-9, Esquema 9) para formar nuevas
estructuras cíclicas sin pérdida ni ganancia de átomos. Debido a la alta economía
atómica de este proceso, esta reacción ha experimentado un amplio desarrollo en los
últimos años, siendo los eninos7,8,62 y los alenos63 los sustratos más utilizados hasta la
fecha. En el Esquema 9 se pueden ver diferentes productos formados por
cicloisomerización de eninos y dienos.
Esquema 9
62
Revisión bibliográfica de cicloisomerizaciones de eninos: Lee, S. I.; Chatani, N. Chem. Commun. 2009, 371-384. Ver también: (a) Lin, M.; Li, F.; Jiao, L.; Yu, Z.-X. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1690-1693. (b) Nishimura, T.; Maeda, Y.; Hayashi, T. Org. Lett. 2011, 13, 3674-3677. 63
Revisión bibliográfica: Aubert, C.; Fenterbank, L.; Garcia, P.; Malacria, M.; Simonneau, A. Chem. Rev. 2011, 111, 1954-1993. Véase también: (a) Kong, W.; Fu, C.; Ma, S. Chem. Commun. 2009, 4572-4574. (b) Trillo, B.; López, F.; Gulías, M.; Castedo, L.; Mascareñas, J. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 951-954. (c) Zriba, R.; Gandon, V.; Aubert, C.; Fensterbank, L.; Malacria, M. Chem. Eur. J. 2008, 14, 1482-1491.
Capítulo I .
34
Las cicloisomerizaciones pueden estar catalizadas por un amplio abanico de
complejos de diferentes metales,64 como son Pd, Ru, Rh, Ir, Pt, Au, Ni, Fe, Hg y otros.
En algunos casos el complejo metálico ha de ser activado por coordinación con
diferentes ligandos fosfina, los cuales a su vez intervendrán en el mecanismo de
reacción mediante efectos estéricos y electrónicos, determinando así la regio- y
enantioselectividad del proceso (Figura 10).
Figura 10
Esta reacción ha sido utilizada con éxito para la síntesis de diversos productos
naturales. Como ejemplos recientes se puede destacar la síntesis de (-)-
acetilarantoina mediante una ciclación catalizada por complejos de rodio,65 o la
obtención de cefalosporolida H gracias a una cicloisomerización alquino-diol catalizada
por cloruro de oro (I).66 Otro ejemplo sería la obtención de salviasperanol, precursor de
64
Revisión bibliográfica sobre cicloisomerizaciones de 1,n-eninos con diferentes metales: Michelet, V.; Toullec, P. Y.; Genêt, J.-P. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4268-4315. 65
Codelli, J. A.; Puchlopek, A. L. A.; Reisman, S. E. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1930-1933. 66
Revisión bibliográfica de ciclaciones catalizadas por oro para la síntesis de productos naturales: Alcaide, B.; Almendros, P.; Alonso, J. M. Molecules 2011, 16, 7815-7843.
Antecedentes generales
35
komaroviquinona y komarovispirona, dos potentes agentes contra el tripanosoma,
mediante una reacción de cicloisomerización catalizada por tricloruro de galio (Figura
11).67
Figura 11
1.2.2. Mecanismo
El mecanismo aceptado para la cicloisomerización de 1,6-dienos y 1,6-eninos
terminales catalizada por complejos de rutenio se resume en el Esquema 10.64 La
reacción comenzaría con la coordinación del complejo metálico con las insaturaciones,
a lo que seguiría una adición oxidativa para formar el rutenabiciclo G. Este puede
seguir transformándose mediante dos rutas distintas. Una eliminación de hidruro
seguida de una eliminación reductora nos llevaría a los cicloisómeros finales (ruta a);
mientras que si el complejo G sufre una eliminación reductora se formaría el biciclo I,
el cual evolucionaría al producto final mediante una cicloreversión conrotatoria (ruta b).
67
Simmons, E. M.; Sarpong, R. Org. Lett. 2006, 8, 2883-2886.
Capítulo I .
36
Esquema 10
1.2.3. Cicloisomerizaciones catalizadas por carbenos de Grubbs
Aunque abundan los ejemplos de reacciones de cicloisomerización mediadas
por complejos de rutenio, los únicos precedentes encontrados del uso de los carbenos
de Grubbs en estas reacciones se detallan a continuación.
Esquema 11
Antecedentes generales
37
Así, Nishida y Arisawa68 obtuvieron productos de cicloisomerización de 1,6-
dienos terminales por tratamiento de [Ru]-II con exceso de viniloxitrimetilsilano en
DCM a reflujo, consiguiendo rendimientos entre moderados y muy buenos,
dependiendo de la funcionalización del sustrato (Esquema 11). Depués, expandieron
el estudio a la síntesis de derivados de indoles y benzofuranos mediante un
procedimiento tándem isomerización-cicloisomerización.9 Para ello utilizaron el
catalizador [Ru]-II, el cual se modificó in situ de la manera antes descrita, pero esta
vez en xileno. La efectividad del tándem depende en gran medida del grupo protector
del nitrógeno y de los sustituyentes del anillo bencénico (Esquema 12). Por último,
varios experimentos de 1H- y 31P-RMN confirmaron a IVa como la especie catalítica.
Esquema 12
Posteriormente, este mismo grupo69 aplicó esta metodología a la síntesis del
antifúngico fistulosina. De esta manera obtuvieron el cicloisómero indólico deseado,
que posteriormente transformaron en la fistulosina (Esquema 13).
Esquema 13
68
Terada, Y.; Arisawa, M.; Nishida, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4063-4067. 69
Terada, Y.; Arisawa, M.; Nishida, A. J. Org. Chem. 2006, 71, 1269-1272.
Capítulo I .
38
Por otra parte, Mukai e Itoh70 han publicado la formación de ciclohexenos por
cicloisomerización al tratar diferentes fenilsulfonilalenenos con el carbeno [Ru]-II en
DCM a reflujo (Esquema 14).
Esquema 14
Por último, Hanna71 obtuvo mezclas de productos de metátesis y de
cicloisomerización por tratamiento de un precursor sintético enínico con los
catalizadores [Ru]-II y [Ru]-III en DCM a reflujo (Esquema 15).
Esquema 15
70
Mukai, C.; Itoh, R. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 3971-3974. 71
Boyer, F.-D.; Hanna, I. Eur. J. Org. Chem. 2006, 471-482.
Antecedentes generales
39
1.3. Ciclotrimerizaciones [2+2+2] mediadas por carbenos de Grubbs y complejos
de iridio
1.3.1. Introducción
La reacción de cicloadición [2+2+2] consiste en la unión de varios sustratos
insaturados tales como alquinos, nitrilos, alquenos, iminas, isocianatos y
tioisocianatos, con objeto de formar anillos de seis miembros como bencenos,
piridinas, piridonas y 1,3-ciclohexadienos (Esquema 16).
Esquema 16
Debido a su economía atómica y a que da acceso a transformaciones
selectivas imposibles por química convencional, la reacción de ciclotrimerización
[2+2+2] se ha convertido en los últimos años en una poderosa herramienta sintética.
Figura 12
Como ejemplos actuales de aplicaciones en síntesis de productos naturales se
puede destacar la síntesis de sporolido B, un compuesto altamente oxigenado
Capítulo I .
40
derivado de un producto marino que Nicolaou72 ha descrito recientemente. Por su
parte, Witulski publicó la síntesis de varios sesquiterpenos de la familia de las
alciopterosinas,73 como son la M y la L, así como la síntesis de antiostatina A1 (Figura
12).74
Los catalizadores más usados son los de cobalto, siendo [CpCo(CO)2] el que
más difusión ha tenido debido a su versatilidad,75 seguido de sistemas catalíticos
formados por una sal de Co(II) y un agente reductor como CoBr2·6H2O/Zn con triflato
de plata (AgOTf) o hexafluoroantimoniato de plata (AgSbF6).76 También se usan
diferentes complejos de niquel, rodio, niobio así como ácidos de Lewis de titanio.11,77
Figura 13
72
Nicolaou, K. C.; Wang, J.; Tang, Y.; Botta, L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11350-11363. 73
Welsh, T.; Tran, H.-A.; Witulski, B. Org. Lett. 2010, 12, 5644-5647. 74
Alayrac, C.; Schollmeyer, D.; Witulski, B. Chem. Commun. 2009, 1464-1466. 75
Revisión bibliográfica: Gandon, V.; Aubert, C.; Malacria, M. Chem. Commun. 2006, 2209-2217. 76
(a) Goswami, A.; Ito, T.; Okamoto, S. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 2368-2374. (b) Kase, K.; Goswami, A.; Ohtaki, E.; Tanabe, E.; Saino, N. Okamoto, S. Org. Lett. 2007, 9, 931-934. 77
Revisiones bibliográficas sobre el tema: (a) Weding, N.; Hapke, M. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4525-4538. (b) Leboeuf, D.; Gandon, V.; Malacria, M. in Handbook of Cyclization Reactions ed. S. Ma (2010), 1, 367-405. (c) Pramod, R. C.; Janis, L. Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 2307-2327. (d) Kotha, S.; Brahmachary, E.; Lahiri, K. Eur. J. Org. Chem. 2005, 4741-4767.
Antecedentes generales
41
Actualmente se trabaja en la búsqueda de catalizadores económicos, eficientes
y regioselectivos. En la Figura 13 se muestran algunos de los más utilizados en
síntesis.
En esta Memoria hemos realizado cicloisomerizaciones catalizadas por
complejos de Ru y de Ir. Entre los catalizadores de rutenio más destacados, el
complejo de rutenio [Cp*RuCl(COD)] ha sido ampliamente aplicado a la síntesis de
diferentes arenos.77b Es importante por ser capaz de catalizar la transformación de
nitrilos, isocianatos y tioisocianatos en piridinas, piridonas y tiopiridonas
respectivamente con buenos rendimientos. En cuanto a los catalizadores de Grubbs,
hay muy pocas referencias en la bibliografía de su uso con este fin, y todas se centran
en el carbeno [Ru]-I. Blechert78 publicó por primera vez que este complejo era capaz
de catalizar ciclotrimerizaciones [2+2+2] y desde entonces han aparecido solamente
cuatro ejemplos, que describiremos más adelante.
Collman publicó en 1968 el primer ejemplo de cicloadición [2+2+2] con iridio,
consistente en la reacción de [IrCl(N2)(PPh3)2] con acetilendicarboxilato de dimetilo.79
Desde entonces se han descrito numerosos ejemplos, siendo el más destacable el uso
de [IrCl(COD)]2 junto con diferentes ligandos, debido al alto control alcanzado de
regioselectividad.80 Estos complejos han experimentado una gran evolución, en la
mayor parte de los casos orientada a ampliar su alcance mediante el uso de diferentes
ligandos fosfina.81
1.3.2. Mecanismo
De manera general, se puede describir el mecanismo de la reacción de
ciclotrimerización [2+2+2] como sigue: Dos alquinos se coordinan con el complejo
metálico formándose el correspondiente metalaciclopentadieno L por adición oxidativa.
Este se coordina con un tercer alquino, siguiéndose entonces dos posibles rutas.
Puede producirse una inserción en el enlace M-C, obteniéndose así el
heptametalaciclo M, que por eliminación reductora dará el complejo Ñ (ruta a); o puede
darse una cicloadición intramolecular [4+2] para formar el biciclo N que isomeriza a Ñ
78
Peters, J.-U.; Blechert, S. Chem Commun. 1997, 1983-1984. 79
Collman, J. P.; Kang, J. W.; Little, W. F.; Sullivan, M. F. Inorg. Chem. 1968, 7, 1298-1303. 80
(a) Onodera, G.; Matsuzawa, M.; Aizawa, T.; Kitahara, T.; Shimizu, Y.; Kezuka, S.; Takeuchi, R. Synlett, 2008, 755-758. (b) Revisión bibliográfica: Takeuchi, R.; Kezuka, S. Synthesis, 2006, 3349-3366. 81
Revisión bibliográfica sobre los complejos de iridio: Oro, L. A.; Claver, C. Iridium Complexes in Organic Synthesis, ed. Ir: Oro, L. A.; Claver, C., Wiley-VCH, Weinheim, 2009.
Capítulo I .
42
(ruta b). Por último, la descoordinación del metal produce el cicloaducto buscado
(Esquema 17).
Según Takeuchi, los complejos de iridio seguirían ambas rutas en función del
tipo de ligando presente, así como de la estructura de los sustratos empleados.82
Esquema 17
En cuanto a los carbenos de rutenio de tipo Grubbs, como [Ru]-I, Bletcher78
postuló un mecanismo basado en cascadas metatéticas. De esta manera, el carbeno
de rutenio se insertaría en el diino tras una reacción de metátesis de eninos para dar el
rutenaenino O, el cual sufriría una metátesis de eninos de cierre de anillo para par el
aducto P. Este daría una nueva reacción de metátesis de eninos cruzada con un
alquino para dar el cicloalqueno Q. Finalmente una RCM generaría el areno deseado y
regeneraría el catalizador (Esquema 18).
82
Kezuka, S.; Tanaka, S.; Ohe, T.; Nakaya, Y.; Takeuchi, R. J. Org. Chem. 2006, 71, 543-552.
Antecedentes generales
43
Esquema 18
1.3.3. Ejemplos destacados de ciclotrimerizaciones [2+2+2] catalizados por [Ru]-I
e [IrCl(COD)]2
Como ya se ha comentado, existen muy pocos ejemplos del uso de [Ru]-I en
reacciones de cicloadición [2+2+2]. Roy y Das83 prepararon diversos derivados de
carbohidratos mediante reacciones de ciclotrimerización [2+2+2] de alquinos
terminales (Esquema 19).
Esquema 19
83
(a) Roy, R.; Das, S. K. Chem. Commun. 2000, 519-529. (b) Das, S. K.; Roy, R. Tetrahedron Lett. 1999, 40, 4015-4018.
Capítulo I .
44
Witulski84 publicó la ciclotrimerización cruzada quimio- y regioselectiva de N-(2-
butinil)-N-propargiltosil amidas con alquinos terminales mediada por el catalizador de
Grubbs de primera generación y por el catalizador de Wilkinson. Asumieron que la
ciclotrimerización cruzada se basaba en una cascada metátetica lo que contribuiría a
la formación del isómero meta ya que el ciclo metatético inserta el complejo
bencilidénico de forma regioselectiva en el sitio menos impedido de la olefina o del
sustrato acetilénico. Y sus resultados así lo corroboraron, ya que obtuvieron
mayoritariamente isómeros meta con el catalizador de Grubbs e isómeros orto con el
catalizador de Wilkinson, como se describe en el Esquema 20.
Esquema 20
Dos años después esta metodología fue aplicada en la síntesis de diferentes
indacenos a partir de triinos (Esquema 21).85
Esquema 21
En 2006 Deiters86 utilizó el carbeno [Ru]-I para catalizar diferentes
ciclotrimerizaciones [2+2+2] de sustratos inmovilizados sobre distintos soportes.
84
Witulski, B.; Stengel, T.; Fernández-Hernández, J. M. Chem. Commun. 2000, 1965-1966. 85
Hoven, G. B.; Efskind, J.; Rǿmming, C.; Undheim, K. J. Org. Chem. 2002, 67, 2459-2463.
Antecedentes generales
45
Gracias a esta nueva metodología ha logrado una elevada quimio- y regioselectividad
en el proceso, consiguiendo además rendimientos excelentes (Esquema 22).
Esquema 22
Recientemente, Kotha87 sintetizó diversos derivados biarílicos mediante
ciclotrimerizaciones [2+2+2] cruzadas entre diferentes fenilacetilenos funcionalizados y
acetilendicarboxilato de dimetilo, catalizadas por el complejo de Grubbs [Ru]-I
(Esquema 23).
Esquema 23
En cuanto a los complejos de iridio, destaca el trabajo de Shibata88 en el que
muestra varios ejemplos de cicloadiciones [2+2+2] de hexaalquinos usando
[IrCl(COD)]2 y (S)-xilil-BINAP como ligando, consiguiéndose muy buenos rendimientos
y una excelente selectividad (Esquema 24).
86
Young, D. D.; Senaiar, R. S.; Deiters, A. Chem. Eur. J. 2006, 12, 5563-5568. 87
Kotha, S.; Seema, V.; Mobin, S. M. Synthesis 2011, 10, 1581-1586. 88
Shibata, T.; Yoshida, S.; Arai, Y.; Otsuka, M.; Endo, K. Tetrahedron, 2008, 64, 821-830.
Capítulo I .
46
Esquema 24
Por último, utilizando el mismo catalizador, Tsuchikama89 desarrolló
recientemente un nuevo método usando ligandos quirales como 2-(S,S)-MeDUPHOS
para catalizar cicloadiciones [2+2+2] enantioselectivas intra- e intermoleculares de
alquinos, generando productos con quiralidad axial con excelentes rendimientos
(Esquema 25).
Esquema 25
89
Hibata, T.; Tsuchikama, K. Org. Biomol. Chem. 2008, 6, 1317-1323.
Antecedentes generales
47
1.4. Reacciones de isomerización de olefinas mediadas por carbenos de Grubbs
1.4.1. Introducción
La isomerización de dobles enlaces mediada por los catalizadores de Grubbs
es uno de los procesos no metatéticos más estudiados. A veces se trata de un
proceso no buscado de forma que los productos deseados aparecen junto con
cantidades variables de otros compuestos provenientes de la isomerización de los
dobles enlaces recién creados.4,90 Dixneuf91 ha descubierto en un estudio del
mecanismo de RCM de la N,N-dialiltosilamida catalizada por varios compuestos de
rutenio, que tanto las condiciones de reacción como la naturaleza del catalizador
tienen un efecto determinante en el resultado de la mezcla de los productos finales.
Este proceso ha experimentado un gran desarrollo en los últimos años y hoy en
día es ampliamente utilizado en síntesis.92 Cabe destacar que Donohoe93 utilizó esta
estrategia en la síntesis de un precursor del antibiótico KSM-2690B mediante la
formación in situ de IVa por mezcla del carbeno [Ru]-II y exceso de
viniloxitrimetilsilano (Esquema 26).
Esquema 26
90
Grubbs y colaboradores publicaron un método para eliminar las isomerizaciones indeseadas que muchas veces acompañan a las metátesis catalizadas por el catalizador de Grubbs: Hong, S. H.; Sanders, D. P.; Lee, C. W.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17160-17161. 91
Bassetti, M.; Centola, F.; Sémeril, D.; Bruneau, C.; Dixneuf, P. H. Organometallics 2003, 22, 4459-4466. 92
Ejemplos recientes de isomerizaciones catalizadas por complejos de Ru: (a) Sharma, S. K.; Parikh, P. A.; Jasra, R. V. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 2010, 317, 27-33. (b) Fehr, C.; Magpantay, I.; Saudan, L.; Sommer, H. Eur. J. Org. Chem. 2010, 6153-6156. (c) Lastra-Barreira, B.; Crochet, P. Green Chem. 2010, 12, 1311-1314. (d) Grusenmeyer, T. A.; McClure, B. A.; Ziegler, C. J.; Rack, J. J. Inorg. Chem. 2010, 49, 4466-4470. (e) Osintseva, S. V.; Dolgushin, F. M.; Shtel’tser, N. A.; Petrovskii, P. V.; Peregudov, A. S:; Kreindlin, A. Z.; Antipin, M. Y. Organometallics 2010, 29, 1012-1025. Revisión bibliográfica: Schmidt, B. Eur. J. Org. Chem. 2004, 1865-1880 y referencias allí citadas. 93
Donohoe, T. J.; Chiu, J. Y. K.; Thomas, R. E. Org. Lett. 2007, 9, 421-424.
Capítulo I .
48
Un año más tarde, Willis94 aplicó la metodología desarrollada por Hanessian
para la síntesis de la clavosolido D, obteniendo el isómero de la olefina terminal con
buen rendimiento y con configuración predominantemente trans (Esquema 27).
Esquema 27
1.4.2. Mecanismo
Varios estudios95 han intentado profundizar en el mecanismo de isomerización
de dobles enlaces mediada por carbenos de Grubbs, pero debido a la inestabilidad y a
la variedad de hidruros de Ru que pueden intervenir en dicho proceso, el debate aún
está abierto.
En el caso de las lactamas cíclicas, que son las estudiadas en la presente
Memoria, Fustero30c propone un mecanismo basado en inserciones del hidruro de
rutenio obtenido por modificación térmica de [Ru]-II en tolueno, seguidas de
eliminaciones de hidruro. Así, el hidruro se insertaría en la olefina dando lugar a los
dos posibles intermedios ruténicos S y T. Estos a su vez y mediante procesos de
eliminación darían lugar a los diferentes isómeros R’ y R’’, así como a la lactama de
partida R. Cabe destacar que en este caso no se observó el isómero R’’. El autor lo
94
Seden, P. T.; Charmant, J. P. H.; Willis, C. L. Org. Lett. 2008, 10, 1637-1640. 95
(a) Poater, A.; Ragone, F.; Correa, A.; Szadkowska, A.; Barbasiewicz, M.; Grela, K.; Cavallo, L. Chem. Eur. J. 2010, 16, 14354-14364. (b) Bourgeois, D.; Pancrazi, A.; Nolan, S. P.; Prunet, J. J. Organomet. Chem. 2002, 247, 643-644. (c) Gurjar, M. K.; Yakambram, P. Tetrahedron Lett. 2001, 42, 3633-3636.
Antecedentes generales
49
atribuye a la desestabilización causada por el efecto electroatractor de los dos átomos
de flúor sobre la carga parcial positiva del estado de transición W (Esquema 28).
Esquema 28
1.4.3. Ejemplos destacados
Diferentes derivados de aminoácidos protegidos con terc-butoxicarbonilo (Boc)
fueron tratados con [Ru]-I, dando mezclas del producto de isomerización junto con el
de CM seguida de isomerización del doble enlace.96 Cuando se repitió el experimento
con [Ru]-II,97 sólo se observaron productos de isomerización de la olefina terminal
(Esquema 29).
96
McNaughton, B. R.; Bulcholtz, K. M.; Camaaño-Moure, A.; Miller, B. K. Org. Lett. 2005, 7, 733-736. 97
Formentín, P.; Gimeno, N.; Steinke, J. H. G.; Vilar, R. J. Org. Chem. 2005, 70, 8235-8238.
Capítulo I .
50
Esquema 29
Hanessian98 describió posteriormente que al calentar en metanol compuestos
que portaban restos alilo en presencia de un 10 mol% de [Ru]-II se obtienen ésteres,
cetonas y lactamas en los que el grupo alilo se ha transformado en un radical 2-
propenilo no conjugado. Esta reacción se puede aplicar a una gran cantidad de
olefinas terminales funcionalizadas, incluidos los O- y N-aliléteres (Esquema 30). Hay
que destacar que en estas condiciones no se observaron reacciones metatéticas. Los
autores atribuyen este comportamiento a la posible formación del complejo IVa.
Esquema 30
Por otra parte, Rutjes99 observó mezclas de productos de metátesis y de
isomerización al tratar diferentes aminoésteres con [Ru]-II en tolueno a 80 ºC durante
18 h (Esquema 31). En este caso los productos de isomerización podrían ser
atribuidos a la formación de hidruros de descomposición del catalizador [Ru]-II, como
XXV (Figura 9).
98
Hanessian, S.; Giroux, S.; Larsson, A. Org. Lett. 2006, 8, 5481-5484. 99
Hekking, K. F. W.; Waalboer, D. C. J.; Moelands, M. A. H.; van Delft, F. L.; Rutjes, F. P. J. T. Adv. Synth. Catal. 2008, 350, 95-106.
Antecedentes generales
51
Esquema 31
En conclusión, los diferentes estudios demuestran que los productos de
descomposición de los catalizadores en reacciones de metátesis (generalmente
hidruros de rutenio tipo IVa-b o XXV) pueden ser los responsables de la isomerización
de alquenos.2,53
Discusión de resultados
53
1.5. Reacciones de metátesis combinadas
Se consideran procesos combinados a aquellas transformaciones sucesivas
que se realizan sin necesidad de aislamiento ni purificación de los intermedios,
proporcionando gran complejidad molecular en una sola etapa de reacción. En el
ámbito de la metátesis se pueden distinguir entre aquellos que consisten en varias
reacciones metatéticas sucesivas y aquellos en los que éstas se combinan con otro
tipo de transformaciones. En el caso de procesos que implican la sucesión de dos o
más reacciones en el mismo paso, sin que entre una y otra se modifiquen las
condiciones experimentales ni se adicionen nuevos reactivos, suelen emplearse los
términos tándem o dominó.
Dado el alto coste de los reactivos, disolventes, y el despilfarro que supone
cada transformación individual, además del tiempo requerido en el manejo de los
materiales y en la purificación de los productos, la realización de múltiples
transformaciones en el mismo matraz de reacción supone una importante ventaja
económica. Se han descrito un buen número de procesos tándem catalizados por
especies de rutenio, en los cuales el metal promueve dos o más transformaciones
mecanísticamente diferentes en el mismo matraz de reacción.56,100 Generalmente la
metátesis de olefinas se combina con hidrogenaciones,101 isomerizaciones
olefínicas,100a,g,i,99,102 adiciones de Kharasch,103 ciclopropanaciones,104
hidrovinilaciones100h u oxidaciones de olefinas.105
100
Para ejemplos recientes de reacciones tándem con metátesis catalizadas por Ru véase: (a) Oblak, E. Z.; G-Dayababdan, N.; Wright, D. L. Org. Lett. 2011, 13, 2433-2435. (b) Li, J.; Lee, D. Eur. J. Org. Chem. 2011, 4269-4287. (c) Pawluc, P.; Szudkowska, J.; Hreczycho, G.; Marciniec, B. J. Org. Chem. 2011, 76, 6438-6441. (d) Li, B.; Bheeter, C. B.; Darcel, C.; Dixneuf, P. H. ACS Catal. 2011, 1, 1221-1224. (e) Ascic, E.; Jensen, J. F.; Nielsen, T. E. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5188-5191. (f) Borguet, Y.; Sauvage, X.; Zaragoza, G.; Demonceau, A.; Delaude, L. Beilsten J. Org. Chem. 2010, 6, 1167-1173. (g) Consorti, C. S.; Aydos, G. L. P.; Dupont, J. Chem. Commun. 2010, 46, 9058-9060. (h) Gavenonis, J.; Arroyo, R. V.; Snapper, M. L. Chem. Commun. 2010, 46, 5692–5694. (i) Li, J.; Park, S.; Miller, R. L.; Lee, D. Org. Lett. 2009, 11, 571–574. 101
Fogg, D. E. Can. J. Chem. 2008, 86, 931-941. 102
Schimdt, B.; Biernat, A. Chem.-Eur. J. 2008, 14, 6135-6141. (b) Finnegan, D.; Seigal, B. A.; Snapper, M. L. Org. Lett. 2006, 8, 2603-2606. (c) Schmidt, B. Eur. J. Org. Chem. 2003, 5, 816-819. (d) Sutton, A. E.; Seigal, B. A.; Finnegan, D. F.; Snapper, M. L. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13390-13391. 103
(a) Seigal, B. A.; Fajardo, C.; Snapper, M. L. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16329–16332. (b) Schmidt, B.; Pohler, M. J. Organomet. Chem. 2005, 690, 5552–5555. 104
(a) Murelli, R.; Catalán, S.; Gannon, M. P.; Snapper, M. L. Tetrahedron Lett. 2008, 49, 5714–5717. (b) Kim, B. G.; Snapper, M. L. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 52-53. 105
Beligny, S.; Eibauer, S.; Maechling, S.; Blechert, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 1900–1903.
Capítulo I .
54
A continuación se muestran algunos ejemplos relevantes. Snapper106 desarrolló
un proceso de metátesis-oxidación del doble enlace emergente que conduce a dioles o
a hidroxicetonas (Esquema 32).
Esquema 32
Este mismo autor ha demostrado también la efectividad del uso de los
catalizadores de rutenio XXVII y [Ru]-III en un proceso tándem metátesis/Wittig sobre
olefinas107 (Esquema 33).
Esquema 33
Xiang108 desarrolló un tándem CM-hidroarilación intramolecular catalizado por
el catalizador de Hoveyda-Grubbs [Ru]-III para la síntesis de compuestos
heterocíclicos polisustituidos (Esquema 34).
106
Scholte, A. A.; An, M. H.; Snapper, M. L. Org. Lett. 2006, 8, 4759-4762. 107
Ryan, P.; Snapper, M. L. Org. Lett. 2007, 9, 1749 -1752. 108
Chen, J. R.; Li, C.-F.; An, X.-L.; Zhang, J.-J.; Zhu, X.-Y.; Xiao, W.-J. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2489-2492.
Discusión de resultados
55
Esquema 34
Recientemente, Snapper100c ha puesto a punto un proceso RCM-Pauson-
Khand catalizado por [Ru]-II para la síntesis de lactonas policíclicas (Esquema 35).
Esquema 35
La isomerización de olefinas, pese a ser una reacción secundaria puede
utilizarse para el desarrollo de estrategias sintéticas altamente potentes en
combinación con la RCM.100a,g,i,102,109 Desde un punto de vista sintético, las reacciones
tándem que implican metátesis e isomerizaciones de olefinas pueden ser del tipo
“isomerización-RCM” o “RCM-isomerización” (Esquema 36).
109
Para desprotecciones de aminas alílicas mediante reacciones de isomerización con catalizadores de Grubbs, véase: (a) Aznar, F.; García, A.-B.; Quiñones, N.; Cabal, M.-P. Synthesis 2008, 479-484. (b) Aznar, F.; García, A.-B.; Cabal, M.-P. Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 2443-2448. (c) Alcaide, B.; Benito, P.; Alonso, J. M.; Luna, A. Synthesis 2005, 668-672.
Capítulo I .
56
Esquema 36
Hay numerosos ejemplos de la primera de las posibilidades. Así, por citar un
caso destacable, Rutjes110 obtuvo enamidas cíclicas mediante este procedimiento
utilizando el carbeno [Ru]-II en 1,2-dicloroetano (DCE) (Esquema 37).
Esquema 37
Sin embargo, el protocolo “RCM-isomerización” no es tan conocido. Tres
ejemplos relevantes de esta aproximación son el uso que tanto Snapper como
Schmidt, de manera independiente, dieron a la reacción tándem RCM-isomerización
en la síntesis de enoleteres cíclicos,102d,111 que de otra manera habría sido muy difícil
sintetizar, y el amplio estudio de Fustero30c sobre el papel de los átomos de flúor en la
isomerización de lactamas insaturadas obtenidas mediante metátesis, ya comentado.
Es importante señalar que en los dos primeros casos el protocolo requiere la
presencia de un aditivo que promueva la transformación del carbeno de rutenio en su
hidruro correspondiente, responsable del proceso de isomerización, mientras que en el
estudio de Fustero esta transformación está promovida por calor (Esquema 38).102d
110
Kinderman, S. S.; van Maarseveen, J. H.; Schoemaker, H. E.; Hiemstra, H.; Rutjes, F. P. J. T. Org. Lett. 2001, 3, 2045-2048. 111
(a) Bressy, C.; Menant, C.; Piva, O. Synlett 2005, 577-582. (b) Schmidt, B. J. Org. Chem. 2004, 69, 7672-7687.
Discusión de resultados
57
Esquema 38
Por otra parte, existen tan sólo dos precedentes en la literatura del desarrollo
de un tándem metátesis de eninos-ciclopropanación, ambos debidos a Snapper.104
Dado que la capacidad de los alquilidenos de ciclopropanar olefinas112 y que el
mecanismo de ciclopropanación presenta similitudes con el curso de la metátesis de
olefinas (Esquema 39), la reacción en tándem metátesis-ciclopropanación debería ser
viable.113 Originalmente Snapper y sus colaboradores pensaron que sería necesario
modificar el ligando de los catalizadores utilizado en las metátesis olefínicas para
conducir la reacción hacia la ciclopropanación. Sin embargo, a lo largo de su estudio
se vio que esto no era necesario. Así, observaron que el alquilideno [Ru]-I puede
catalizar reacciones de RCM de eninos seguidas de una ciclopropanación selectiva del
dieno resultante mediante la adición de diazoésteres, generando vinil ciclopropanos en
un solo paso sin realizar ninguna modificación del complejo de rutenio.
112
Para revisones bibliográficas sobre reacciones de ciclopropanación catalizadas por Ru, véase: (a) Nishiyama, H. Top. Organomet. Chem. 2004, 11, 81-92. (b) Mass, G. Chem. Soc. Rev. 2004, 33, 183-190. 113
Para ejemplos de este proceso, véase: (a) Peppers, B. P.; Diver, S. T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9524-9525. (b) Casey, C. P.; Hornung, N. L.; Kosar, W. P. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 4908-4916 y referencias en él contenidas. Para estudios computacionales dirigidos a la formación de ciclopropanos con [Ru]-I, véase: (c) van Rensburg, W. J.; Steynberg, P. J.; Meyer, W. H.; Kirk, Megan M.; Forman, G. S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14332-14333. (d) Bernardi, F.; Bottoni, A.; Miscione, G. P. Organometallics 2003, 22, 940-947.
Capítulo I .
58
Esquema 39
Tras examinar el tándem RCM-ciclopropanación en olefinas cíclicas sin éxito,
se descubrió que los 1,3-dienos formados en la RCM de eninos con el carbeno [Ru]-I
pueden ciclopropanarse añadiendo diazoacetato a la reacción a elevada temperatura.
(Esquema 40, (1)). El proceso tándem parece ser específico de [Ru]-I, pues el
complejo [Ru]-II produce solamente el dímero triénico sin rastros de ciclopropanación
(Esquema 40, (2)).114 La ciclopropanación ocurre casi exclusivamente en la olefina
menos impedida con una estereoselectividad E/Z moderada. Hay que destacar que
esta regioselectividad es opuesta a la observada por Dixneuf115 (Esquema 40, (3)).
114
En contraste con las ciclopropanaciones catalizadas por el carbeno [Ru]-II realizadas por Diver (ref. 113a). En todos los casos, aunque no se observaron productos de ciclopropanación si que se vieron fumarato y maleato, los cuales aparecen como producto de descomposición del diazocompuesto. 115
(a) Eckert, M.; Monnier, F.; Shchetnikov, G. T.; Titanyuk, I. D.; Osipov, S. N.; Toupet, L.; Dérien, S.; Dixneuf, P. H. Org. Lett. 2005, 7, 3741-3743. (b) Monnier, F.; Castillo, D.; Dérien, S.; Toupet, L.; Dixneuf, P. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 5474-5477. (c) Demonceau, A.; Abreu Dias, E.; Lemoine, C. A.; Stumpf, A. W.; Noels, A. F.; Pietraszuk, C.; Gulinski, J.; Marciniec, B. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 3519-3522.
Discusión de resultados
59
Esquema 40
Posteriormente, el grupo de Snapper104b extendió esta metodología
desarrollando un tándem CM de eninos-ciclopropanación catalizado por el carbeno
XXVII. Los 1,3-alquinos sustituidos obtenidos tras la CM de alquino y olefinas pueden
ciclopropanarse regioselectivamente por adición lenta de diazoacetato de etilo al crudo
de reacción (Esquema 41). Nuevamente, la ciclopropanación ocurre exclusivamente
en la olefina menos impedida con una estereoselectividad E/Z moderada.
Esquema 41
Capítulo I .
60
Como hemos visto, en la literatura se han descrito varios procedimientos
específicamente dirigidos a las reacciones tándem RCM-isomerización y dos
precedentes del tándem metátesis-ciclopropanación. Pero hasta el momento no se
había descrito un ejemplo del uso de un tándem triple de estas reacciones, en el que
además no se requiera la adición de ningún reactivo adicional.
Discusión de resultados
61
2. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
2.1. Reacciones tándem RCM-isomerización-ciclopropanación
2.1.1. Introdución
En el presente trabajo se ha desarrollado un proceso tándem RCM-
isomerización-ciclopropanación con diazoacetato de etilo para la síntesis de diversas
lactamas bicíclicas catalizadas por el complejo [Ru]-II. Además se ha puesto a punto
un procedimiento en cascada RCM-isomerización seguida de ciclopropanación con
CHCl3/NaOH. Esta metodología nos permite un fácil acceso a productos
estructuralmente relacionados con inhibidores de iNOS116 (Esquema 42).
Esquema 42
2.1.2. Síntesis de las amidas de partida:
Nuestro primer objetivo fue obtener las N-alilamidas 2-4 y 9 que sirven de
sustratos para la reacción de metátesis. Para ello comenzamos sintetizando la N-(2,4-
dimetoxibencil)-2-propen-1-amina 1 por aminación reductora empleando como
sustratos de partida 2,4-dimetoxibenzaldehído y alilamina.117
En el Esquema 43 se muestra la ruta sintética seguida en la preparación de la
amida 2 a través de una reacción de la amina 1 con cloruro de 3-cloropropionilo. En el
mismo paso de reacción se produce la condensación y la eliminación para obtener la
amida α,β-insaturada con un rendimiento del 63%.
116
Inhibidores de la isoforma inducible de la óxido nítrico sintasa. Esta enzima se encuentra relacionada con procesos inflamatorios crónicos, por lo que sus inhibidores pueden ser útiles en el tratamiento de enfermedades tales como el reuma. Uno de los más activos hasta la fecha, el ONO-1714, se encuentra en ensayos clínicos en Japón. 117
Creighton C. J.; Leo G. C.; Yanming D.; Reitz A. B. Bioorg. Med. Chem 2004, 12, 4375-4385.
Capítulo I .
62
Esquema 43
La amina 1 sirvió también de producto de partida en la síntesis de las amidas 3-4
y 9. En este caso la condensación se hizo en presencia de DCC y HOBt utilizando los
ácidos correspondientes30d (Esquema 44). Los rendimientos fueron excelentes.
Esquema 44
En el caso de la amida 9 se utilizó el ácido 2-(2-metil-1,3-dioxolan-2-il)acético.
Para obtener este producto se procedió en primer lugar al tratamiento del acetilacetato
de etilo con etilenglicol en medio ácido. La hidrólisis alcalina del grupo éster produjo
finalmente el ácido correspondiente. La etapa de condensación de este ácido con la
amina 1 condujo al producto 7, cuya desprotección en medio ácido dio lugar al
compuesto 8 que, por una reacción de Wittig, condujo finalmente a la amida 9 deseada
con un rendimiento global desde el acetilacetato de etilo del 34%. (Esquema 45).
Discusión de resultados
63
Esquema 45
De esta forma contábamos con un grupo de amidas precursoras de ciclos de
cinco a ocho eslabones, todas ellas portando un grupo Dmob (2,4-dimetoxibencilo). La
elección del Dmob se debió a la experiencia acumulada en nuestro grupo acerca de la
desprotección del mismo, la cual, es más factible que la de otros grupos protectores.
2.1.3. Lactamas de 6 eslabones:
El objetivo general de este proyecto es poner a punto reacciones tándem, todas
ellas catalizadas por complejos carbenoides de rutenio. En particular queremos
explorar la capacidad de estos compuestos para catalizar reacciones de
ciclopropanación. Para ello escogimos la síntesis de biciclos [n,1,0], comenzando por
compuestos tipo [4,1,0]. Este objetivo también permitía el estudio de procesos de
isomerización de dobles enlaces formados en la RCM, catalizados por los complejos
de rutenio. Actualmente nuestro grupo posee una línea de investigación dedicada a la
síntesis de inhibidores iNOS del tipo 3-oxo-2-azabiciclo[4.1.0]heptano, por lo que la
exploración del potencial del tándem RCM-isomerización-ciclopropanación podría
conducir a compuestos biológicamente activos.
A) Estudio de las reacciones de isomerización:
Para estudiar las reacciones de isomerización elegimos como sustrato la
tetrahidropiridinona 10 obtenida a partir de la amida 3 por una reacción de metátesis
Capítulo I .
64
clásica. Nuestra intención era obtener el isómero 11 exclusivamente o como producto
mayoritario (Esquema 46), ya que la ciclopropanación de este alqueno nos permitiría
obtener precursores de inhibidores de iNOS.
En la Tabla 1 se resumen los resultados obtenidos en este estudio.
Esquema 46
Tabla 1: Selección de las condiciones de isomerización.
Entrada Disolvente Tª
(ºC)
t
(h)
Catalizador
5%, 20mM
Producto
Rendimiento (%)
1 Tolueno 111 137 [Ru]-I 10 (78%)
2 DCM 40 24 [Ru]-II 10 (95%)
3 Cloroformo 61 24 [Ru]-II 10 (93%)
4 Tolueno 111 24 [Ru]-II 10 (19%), 11 (51%), 12 (20%)
5 p-Cimeno 177 24 [Ru]-II 10 (16%), 11 (50%), 12 (27%)
6a Tolueno 200 24 [Ru]-II 10 (15%), 11 (48%), 12 (22%)
7a Cloroformo 140 13 [Ru]-II 10 (17%), 11 (13%), 12 (36%)
a En tubo cerrado.
En primer lugar se utilizó el catalizador de Grubbs de primera generación ([Ru]-
I), pero la isomerización no tuvo lugar, por lo que se procedió a cambiar el catalizador.
Se estudió el efecto de la temperatura y el disolvente con el catalizador Grubbs de
segunda generación ([Ru]-II) (entradas 2, 3, 4 y 5), observándose que las mejores
condiciones eran las mostradas en la entrada 4 (tolueno a reflujo). Con el fin de
mejorar estos resultados procedimos a realizar la reacción en tubo cerrado para ver el
efecto de la presión, sin embargo estos experimentos (entradas 6 y 7) no mostraron en
ningún momento una mejora en la proporción de alquenos isomerizados. Aunque se
obtiene una mezcla de isómeros, éstos se pueden separar fácilmente por
cromatografía.
Discusión de resultados
65
Basándonos en estos resultados decidimos realizar las isomerizaciones en
tolueno a reflujo con el carbeno [Ru]-II.
B) Reacción tándem RCM-isomerización:
Una vez puesta a punto la reacción de isomerización decidimos realizar el
tándem RCM-isomerización en un paso para intentar aumentar su potencial sintético.
Para llevar a cabo el tándem se eligió tolueno como disolvente basándonos en los
resultados anteriormente obtenidos. (Esquema 47).
Esquema 47
El proceso tandem metátesis-isomerización se llevó a cabo de dos maneras
distintas. Por una parte se realizó la reacción de metátesis a temperatura ambiente, y
cuando se completó (c.c.f.) se elevó la temperatura a reflujo para proceder a la
isomerización. Por otra la reacción se sometió a reflujo desde el primer momento,
observándose que la proporción del isómero deseado 11 era mayor en estas últimas
condiciones. Esto demuestra el alcance de esta metodología, ya que el rendimiento
del isómero deseado 11 (64%) es superior al obtenido cuando el proceso se realiza en
Capítulo I .
66
dos pasos (57%), y también es más eficaz que el tandem metátesis-isomerización con
el carbeno [Ru]-I, tolueno e hidruro sódico a reflujo, siguiendo las condiciones
descritas por Schmidt,111b y que condujo solamente a un 23% de 11.
C) Reacción de ciclopropanación:
Nuestro siguiente paso consistió en estudiar el potencial del catalizador [Ru]-II
en reacciones de ciclopropanación. Para ello sometimos al compuesto 11 a las
condiciones de ciclopropanación expuestas en el Esquema 48, obteniendo una mezcla
separable por cromatografía de los diastereómeros 13-trans (36%) y 13-cis (25%),
además de una pequeña cantidad del producto de inserción 14 (17%) y producto de
partida sin reaccionar (16%).
Esquema 48
D) Reacción tándem RCM-isomerización-ciclopropanación:
Puesto que la reacción de ciclopropanación resultó ser sintéticamente efectiva,
decidimos intentar el tandem RCM-isomerización-ciclopropanación. Para ello
ensayamos dos métodos, una primera aproximación en dos pasos y el tandem en one
pot (Esquema 49). Con el primer método se obtiene un 25% del ciclopropano 13-trans
y un 15% del 13-cis, mientras que con el segundo método se aísla un 34% del
ciclopropano 13-trans y un 18% del 13-cis. Estos resultados demuestran que el
proceso one pot es más efectivo que la aproximación en dos pasos (RCM-
isomerización y ciclopropanación) (52% de 13-trans + 13-cis en one pot frente a 40%
de 13-trans + 13-cis en dos pasos).
Discusión de resultados
67
Esquema 49
Los datos del estudio concuerdan con lo expuesto por Snapper,104 esto es, que
se forma preferentemente el isómero trans.
Figura 14: Interacciones n.O.e. observadas
Capítulo I .
68
La asignación estereoquímica relativa de los ciclopropanos 13-trans y 13-cis se
realizó mediante experimentos n.O.e (Figura 14).118
Seguidamente aplicamos las condiciones de reacción anteriormente descritas
sobre la amida 9 en cuya RCM se forma una olefina trisustituida (Esquema 50).
Esquema 50
El tándem RCM-isomerización-ciclopropanación no es efectivo para este
sustrato. Se observa que aunque la RCM tiene lugar el producto resultante 15 no
isomeriza en esas condiciones. Por otro lado es lógico que 15 no ciclopropane al
poseer un doble enlace no activado y estéricamente impedido.
2.1.4. Extensión de la metodología a otros compuestos:
Una vez puesta a punto la metodología del tandem RCM-isomerización-
ciclopropanación en ciclos de 6 eslabones decidimos ensayar su potencial para la
síntesis de diferentes sistemas bicíclicos[n.1.0]. Los sustratos con los que ampliamos
este estudio son las N-alilamidas 2 y 4 que nos permitirán sintetizar compuestos del
tipo azabiciclo[n.1.0] (n = 3, 5).
118
La irradiación del protón H1 del isómero 13-trans muestra un incremento de n.O.e. respecto a H6 del 10%, también se observa para H6 un n.O.e. del 9% cuando se irradia H5a. Por último la irradiación de H7 no muestra n.O.e. en ninguno de los hidrógenos vecinos. Esto nos confirma que el esómero 13-trans es el 1S*, 6S*, 7S*. Los n.O.e. claves en el isómero 13-cis son los obervados cuando se irradian H5a, H5b y H1. La irradiación de H5a mostró un n.O.e. del 9.1% con H6, y la de H5b dio un n.O.e. del 6.8% con H7. También se observó un n.O.e. del 5.3% entre H1 y H6, de lo que se deduce que la estereoquímica del isómero 13-cis es 1S*, 6S*, 7R*.
Discusión de resultados
69
A) Lactamas de 5 eslabones:
Nuestro primer intento consistió en probar el tándem RCM-isomerización con la
N-alilamida 2 en las condiciones mostradas en la entrada 1 de la Tabla 2. Se aisló el
producto de metátesis, pero no se observó producto de isomerización del doble
enlace. Forzamos las condiciones de reacción para intentar la isomerización del doble
enlace a la posición 4,5 (entrada 2 de la Tabla 2), sin resultados positivos. La
isomerización es sumamente desfavorable debido a la conjugación del doble enlace
con el grupo carbonilo en un ciclo de cinco eslabones, por lo que nos centramos en
desarrollar un método que nos permitiera ciclopropanar la olefina conjugada.
(Esquema 51)
Esquema 51
Tabla 2: Ensayo de Isomerización en lactamas α,β-insaturadas.
Entrada Tª
(ºC)
t
(h)
Presión Catalizador
10%, 20mM
Producto
1 111 96 1 Atmósfera [Ru]-II 16 (81%)
2 200 72 Tubo cerrado [Ru]-II 16 (63%)
El tándem RCM-ciclopropanación se ensayó en las condiciones utilizadas con las
lactamas de 6 eslabones, y los resultados fueron buenos. Se obtiene una mezcla de
dos diastereómeros separables mediante cromatografía. Los datos de los
experimentos n.O.e. confirman lo observado en los biciclos[4.1.0], esto es, que el
Capítulo I .
70
isómero trans es mayoritario (Figura 15).119 Cabe destacar que en este caso, al
contrario de lo que ocurre en el resto de las reacciones de ciclopropanación, no se
detectaron productos de inserción.
Figura 15: Interacciones n.O.e. observadas
B) Lactamas de 7 eslabones:
El tándem RCM-isomerización sobre la N-alilamida 4 en las condiciones
descritas en el apartado 2.1.3. B), condujo a una mezcla de cuatro isómeros, de los
cuales, el que tiene el doble enlace en al nitrógeno, isómero 18, es el mayoritario
(62%) (Esquema 52). Estos compuestos se pueden separar fácilmente por
cromatografía, y para facilitar su identificación primeramente se aisló y caracterizó el
compuesto 21 procedente de la RCM con [Ru]-II y en tolueno a t.a. (12 h, 91%), el
cual utilizamos como referencia.
119
En el caso del isómero 17-trans la irradiación de H1 dio un n.O.e. del 6.2% sobre H5, y de un 6.9% con H4a. Si el protón irradiado es H5 se observa un n.O.e. de 6.2% sobre H1 y de 7.3% sobre H4a, lo que demuestra que estos tres protones se encuentran próximos en el espacio. Por último la irradiación de H6 dio un n.O.e. del 6.5% con H4b. Todos estos datos confirman que el isómero 17-trans posee una estereoquímica 1R*, 5S*, 6R*. Los dos n.O.e. claves en el isómero 17-cis son los observados cuando se irradian H4a y H4b. La irradiación de H4a mostró un n.O.e. del 8.6% con H5, y la de H4b dio un n.O.e. del 7% con H5. Por tanto la estereoquímica del isómero 17-cis es 1R*, 5S*, 6S*.
Discusión de resultados
71
Esquema 52
Para aumentar la proporción de la lactama diana 18, se ensayaron diferentes
condiciones que se recogen en la Tabla 3. El tándem realizado en p-cimeno (entrada
2, Tabla 3) mostró un leve aumento del rendimiento, pero este disolvente se desechó
debido a su alto punto de ebullición, lo que dificulta el aislamiento de los productos
finales. Un aumento de la presión (entrada 3, Tabla 3) tampoco mejoró el rendimiento
de la reacción, por ello empleamos las condiciones de la entrada 1 de la Tabla 3.
Tabla 3: Selección de las condiciones de RCM-Isomerización.
Entrada Disolvente Tª
(ºC)
t
(h)
Catalizador
10%, 20mM
Producto
Rendimiento (%)
1 Tolueno 111 12 [Ru]-II 18 (62%) 19 (20%)
20 (5%) 21 (4%)
2 p-Cimeno 177 48 [Ru]-II 18 (65%) 19 (17%)
20 (7%) 21 (6%)
3a Tolueno 170 72 [Ru]-II 18 (60%) 19 (16%)
20 (9%) 21 (3%)
a En tubo cerrado.
b.1. Reacción de ciclopropanación:
Con el tándem RCM-isomerización puesto a punto procedimos a ciclopropanar la
lactama 18 con diazoacetato de etilo en presencia del complejo [Ru]-II en tolueno y a
reflujo (esquema 11). Obtuvimos una mezcla de ciclopropanos 22-trans y 22-cis con
un rendimiento total del 40%, de los cuales el 22-cis se detecta tanto por c.c.f. como
por 1H-RMN, pero que no se pudo aislar de la mezcla. También se detecta una
pequeña cantidad del producto de inserción 23 (Esquema 53).
Capítulo I .
72
Esquema 53
b.2. Tándem RCM-isomerización-ciclopropanación:
Por último el compuesto 4 se sometió a las condiciones del tandem RCM-
isomerización-ciclopropanación anteriormente descritas, obteniéndose una mezcla de
4 isómeros con un rendimiento total del 52% (Esquema 54). Los ciclopropanos así
obtenidos fueron: 24-trans y 24-cis, con un rendimiento del 34% y un ratio de 4:1, y
25-trans y 25-cis, con un rendimiento del 18% y un ratio de 2:1. De cada mezcla de
diastereómeros solo se aisló y caracterizó el isómero trans, mientras que el cis fue
detectado por 1H RMN. Ambos isómeros 24-trans y 25-trans se compararon con los
obtenidos por reacción de ciclopropanación de 19 y 21 con [Ru]-II en presencia de
diazoacetato de etilo, tolueno y a reflujo, concordando en ambos casos.
Esquema 54
Estos resultados demuestran que el carbeno [Ru]-II es capaz de mediar la
ciclopropanación de olefinas no activadas, como son 19 y 21.
Discusión de resultados
73
2.1.5. Síntesis en one pot de ciclopropanos por reacción con diclorocarbeno
Los sistemas bicíclicos[4.1.0] diclorados en la posición 7 son importantes
intermedios en la síntesis de inhibidores de iNOS. Por ello estábamos muy interesados
en poner a punto un tándem RCM-isomerización-ciclopropanación que nos permitiera
su obtención. En este caso, el catalizador de Ru sólo intervendría en las dos primeras
etapas, siendo la ciclopropanación un proceso clásico que transcurre mediante la
formación de diclorocarbeno por reacción de cloroformo con una base.
Esquema 55
Ensayamos tres procedimientos con ligeras variaciones (Esquema 55). En el
primero de ellos utilizamos la metodología de Schmidt,111b pero los resultados no
fueron los esperados, ya que el producto de ciclopropanación se obtuvo con un 10%
de rendimiento. Para mejorar este resultado utilizamos el tándem RCM-isomerización
con las condiciones puestas a punto en este trabajo (utilización de [Ru]-II en vez de
[Ru]-I) y después ciclopropanación según las condiciones de Kawanaka.120 El
rendimiento mejoró ligeramente, obteniendo un 21% de 26. Por último decidimos
realizar la ciclopropanación bajo ultrasonidos, logrando un rendimiento del 55% de 26.
120
(a) Kawanaka, Y.; Kobayashi, K.; Kusuda, S.; Tatsumi, T.; Murota, M.; Nishiyama, T.; Hisaichi, K.; Fujii, A.; Hirai, K.; Naka, M.; Komeno, M.; Odagaki, Y.; Nakai, H.; Toda, M. Bioorg. Med. Chem. 2003, 11, 1723-1743. (b) Kawanaka, Y.; Kobayashi, K.; Kusuda, S.; Tatsumi, T.; Murota, M.; Nishiyama, T.; Hisaichi, K.; Fujii, A.; Hirai, K.; Naka, M.; Komeno, M.; Nakai, H.; Toda, M. Eur. J. Med. Chem. 2003, 277-288.
Discusión de resultados
75
2.2. Cicloisomerización de dienos y eninos catalizada por una especie
modificada de rutenio
2.2.1. Introducción
En esta parte del trabajo se describe la obtención de una nueva especie
catalítica capaz de mediar cicloisomerizaciones mediante la reacción del carbeno de
Grubbs [Ru]-II con dimetilformamida (DMF). Se han puesto a punto las condiciones
óptimas de reacción y se ha estudiado su actividad frente a dienos y eninos. También
se han realizado diferentes experimentos de RMN con la idea de identificar la especie
catalítica (Esquema 56).
Esquema 56
2.2.2. Puesta a punto de las condiciones de reacción
Dentro del estudio de condiciones para la realización del tándem RCM-
isomerización de dienos descrito en el primer apartado de la presente Memoria,
decidimos estudiar la influencia de la DMF como disolvente en la RCM-isomerización
del dieno 27a. Tal y como se muestra en el Esquema 57, realizamos la reacción de
metátesis usando el carbeno de Grubbs [Ru]-II como catalizador a temperatura
ambiente, obteniendo así el producto de metátesis 28a con un 89% de rendimiento.
Este fue el único producto detectable en el espectro de 1H-RMN del crudo de reacción.
Capítulo I .
76
Esquema 57
Para nuestra sorpresa, cuando realizamos la misma reacción a 130 ºC
obtuvimos una mezcla del producto de RCM 28a, el de RCM-isomerización 29a y el de
cicloisomerización 30a.
El desarrollo de nuevas metodologías para la cicloisomerización de dienos
basada en el uso de catalizadores fácilmente manejables es actualmente un reto en la
química organometálica. Por esto, y dados nuestros primeros y prometedores
resultados decidimos realizar un estudio más profundo de la capacidad de los
carbenos de Grubbs para mediar cicloisomerizaciones de dienos en presencia de
DMF.
Puesto que los primeros resultados obtenidos demostraban la necesidad de
aplicar calor para que se diera la cicloisomerización, decidimos averiguar cuál era la
temperatura mínima requerida. Para ello realizamos un seguimiento por 1H-RMN de la
reacción del dieno 27a con [Ru]-II en DMF-d7, a la que se fue aumentando
paulatinamente la temperatura hasta alcanzar los 120 ºC (Figura 16). El experimento
se llevó a cabo con una disolución 0.25 M del producto de partida y 20 mol% de
catalizador.
Discusión de resultados
77
Figura 16
Estos resultados demuestran la necesidad alcanzar una temperatura mínima
de 120 ºC para que se produzca la reacción de cicloisomerización, dándose de forma
paralela tanto la reacción de metátesis como la isomerización de dobles enlaces.
Puesto que los carbenos de Grubbs no son capaces de isomerizar dobles enlaces ni
de promover cicloisomerizaciones a no ser que sean modificados in situ,2 llegamos a
la conclusión de que la DMF estaba modificando el catalizador, y que esto no se
producía hasta que no se alcanzaban temperaturas mínimas de 120 ºC.
Seguidamente, calentamos el catalizador [Ru]-II en DMF a 130 ºC durante
10 minutos, lo enfriamos a t.a. y añadimos el dieno 27a. Solo se observó reacción de
cicloisomerización al alcanzar los 120 ºC, siendo el cicloisómero 30a el producto
mayoritario.
Con esta información diseñamos un nuevo procedimiento de reacción
consistente en calentar a 130 ºC el [Ru]-II en DMF durante un corto período de
tiempo, seguido de la adición del dieno disuelto en DMF y calefacción de la mezcla
t = 10 min. Tª = 100 ºC
[Ru]-II + 27a
t = 0 min. Tª = 25 ºC
27a
t = 20 min. Tª = 120 ºC
[Ru]-II + 27a
t = 40 min. Tª = 120 ºC [Ru]-II + 27a
28a
30a
Capítulo I .
78
nuevamente a 130 ºC (Esquema 58). Con este protocolo estudiamos tanto la influencia
de la carga catalítica como del tiempo de modificación del catalizador, la concentración
y la especie reactiva. Los resultados están resumidos en la Tabla 4.
Esquema 58
Tabla 4: Selección de las condiciones de cicloisomerización.
Entr. Cat.,
(mol%)
Conc.
27a (M)
t1
(min)
t2
(h)
Conv.
(%)
Rendimiento (%)
28a 29a 30a
1 [Ru]-II, 5 0.10 3 3 15 5 n.d. 17
2 [Ru]-II, 5 0.27 30 3 37 n.d. n.d. 26
3 [Ru]-II, 10 0.15 5 3 100 15 32 40
4 [Ru]-II, 10 0.27 10 3 100 7 n.d. 72
5 [Ru]-II, 7.5 0.27 5 3 85 n.d. n.d. 62
6 [Ru]-II, 10 0.44 5 3 95 7 n.d. 59
7 [Ru]-II, 10 0.36 7.5 3 100 15 6 57
8 [Ru]-I, 10 0.27 7.5 3 100 n.d. n.d. n.d.
9 [Ru]-III, 10 0.27 7.5 3 100 47 44 4
10a [Ru]-II, 10 0.27 12 0.5 100 6 n.d. 91
a En el segundo paso se adicionó tolueno en vez de DMF.
Cuando se utilizó un 5 mol% de [Ru]-II los ratios de conversión fueron bajos
(entradas 1 y 2, Tabla 4), mientras que al incrementar el catalizador hasta 10 mol% se
alcanzaron conversiones del 100% (entradas 3 y 4).
También observamos que tras 5 minutos de modificación del catalizador la
cantidad de productos de RCM 28a y RCM-isomerización 29a era considerable
(entrada 3). Sin embargo, cuando se alarga el tiempo de modificación del catalizador a
Discusión de resultados
79
10 minutos solo se observó una pequeña cantidad de producto de RCM 28a,
obteniéndose 30a con muy buen rendimiento (entrada 4). Diferentes pruebas de
concentración de dieno 27a y de tiempo de modificación no ofrecieron mejoras
significativas de la reacción (entradas 5-7).
Seguidamente y por razones comparativas realizamos la reacción con el
carbeno de Grubbs [Ru]-I, obteniendo únicamente productos de degradación no
identificables (entrada 8). El uso del carbeno de Hoveyda-Grubbs [Ru]-III condujo
mayoritariamente a una mezcla de productos de RCM y RCM-isomerización,
obteniéndose el producto de cicloisomerización 30a con un escaso 4% (entrada 9).
Estos resultados son coherentes con la bibliografía, pues es bien sabido que el
carbeno [Ru]-I descompone rápidamente a altas temperaturas,2 y dada la alta
estabilidad del catalizador de Hoveyda-Grubbs [Ru]-III es muy posible que la
modificación del mismo por DMF se encuentre fuertemente impedida.
Por último, con la idea de incrementar aún más los rendimientos evitando
una posible descomposición de los productos de partida debida a las altas
temperaturas y en aras de disminuir la cantidad de DMF, realizamos la segunda parte
de la reacción en tolueno. Así, tras la modificación del complejo [Ru]-II en DMF (5 mL
por mmol) añadimos el dieno 27a disuelto en tolueno, obteniendo un rendimiento
excelente (91% de 30a) en tan sólo 30 minutos de reacción (entrada 10, Tabla 4).
Una vez demostrada la capacidad del complejo [Ru]-II de mediar reacciones
de cicloisomerización selectivas y obtenidas las condiciones óptimas de reacción,
pasamos a estudiar el alcance de la misma.
2.2.3. Alcance de la reacción
A continuación estudiamos el alcance de la reacción utilizando para ello
diferentes 1,5-dienos y 1,5-eninos. En todos los casos la reacción se llevó a cabo en
las mejores condiciones desarrolladas en el punto anterior (entrada 10, Tabla 4), con
ligeras variaciones en t2 según necesidad (ver Parte Experimental). Los resultados se
encuentran resumidos en la Tabla 5.
Capítulo I .
80
Tabla 5: Alcance de la reacción de cicloisomerización.
E.
Reactivo
Productos y rendimientos (%)
Productos de cicloisomerización
Productos de isomerización
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Discusión de resultados
81
La cicloisomerización de los dienos 27b-d procedió con rendimientos
excelentes (entradas 1-3, Tabla 5). Las aminas protegidas en forma de tosilatos o
carbamatos también son toleradas. Así, partiendo de la dialilamina tosilada 27e
obtuvimos su cicloisómero 30e con buenos rendimientos. Junto a este también se
formó una pequeña cantidad del isómero termodinámicamente más estable 30e’. La
suma de ambos alcanza el 90% (entrada 4). En el caso de la dialilamina protegida con
Boc los rendimientos del producto de cicloisomerización 30f fueron claramente
menores (36%), obteniéndose el producto de isomerización 31f con un rendimiento
moderado (entrada 5). Este resultado y otros posteriores demuestran la existencia de
una competición entre los dos procesos, la cual depende en gran medida de la
disposición electrónica y de la estructura del sustrato.
Con la sulfona 27g solo se observó producto de isomerización, el cual se
obtuvo con un rendimiento excelente (entrada 6). En el caso de la lactama 2 obtuvimos
una mezcla de los dos posibles cicloisómeros 32 y 32’ con un rendimiento global del
57%, junto con un 31% del correspondiente producto de isomerización del doble
enlace 33 (entrada 7). La extensión de la reacción a precursores de anillos de seis
miembros dio como resultado la obtención de un 38% del producto de isomerización-
cicloisomerización 34, junto con una mezcla de diferentes isómeros que no fueron
separados (entrada 8). Este resultado parece limitar la reacción a anillos de cinco
miembros, además de abrirnos la posibilidad de realizar reacciones tándem
isomerización-cicloisomerización.
Por último, la reacción de los eninos 37a-b dio como resultado los dienos 38a-b
como únicos productos de reacción (80% y 63% respectivamente, entradas 9 y 10).
2.2.4. Estudio de la especie catalítica
Como parte final del estudio decidimos centrar nuestros esfuerzos en la
identificación de la especie catalítica formada tras la reacción del carbeno [Ru]-II con
DMF.
Para ello adquirimos un espectro 31P-RMN y un 1H-RMN de las especies
formadas tras la reacción de [Ru]-II con DMF. También se realizó un seguimiento por
31P-RMN (162 MHz, Figura 17, a) y por 1H-RMN (300 MHz, Figura 17, b) de la
modificación del catalizador. En todos los casos se utilizaron disoluciones 0.25 M de
[Ru]-II en DMF-d7 y una gota de DMF.
Capítulo I .
82
Figura 17: 1H-RMNs (a) y 31P-RMNs (b) de la reacción de [Ru]-II con DMF-d7.
a)
b)
(19.40 ppm)
(E)-Estilbeno
t = 0 min. Tª = 25 ºC
t = 2 min. Tª = 80 ºC
t = 7 min. Tª = 120 ºC
t = 15 min. Tª = 120 ºC
(9.18 ppm)
t = 0 min. Tª = 25 ºC
t = 0.5 min. Tª = 80 ºC
t = 1.5 min. Tª = 120 ºC
t = 7 min. Tª = 120 ºC
t = 15 min. Tª = 25 ºC
P(Ph)3 (50.60 ppm)
[Ru]-II (32.41 ppm)
Discusión de resultados
83
En los espectros 1H-RMN observamos la desaparición del pico situado a 19.40
ppm, correspondiente al protón carbénico del catalizador de [Ru]-II, así como las
señales correspondientes al grupo fenilo. Al mismo tiempo aparecieron en el espectro
las señales correspondientes al (E)-estilbeno, así como un nuevo singlete a 9.18 ppm.
Esta señal es similar a las descritas para los complejos de rutenio del tipo RuCl3DMF
(Figura 17, a).121
Los experimentos de 31P-RMN mostraron la desaparición de la señal a 32.41
ppm, correspondiente a la fosfina coordinada al rutenio. A la vez se observó la
aparición de una única señal a 50.60 ppm, la cual corresponde a la trifenilfosfina libre
(Figura 17, b).
Con la idea de encontrar posibles hidruros de rutenio abrimos la ventana de
adquisición de los 1H-RMN hasta -35 ppm, aunque en ningún caso se observaron las
señales correspondientes (Figura 18).
Figura 18: 1H-RMN de [Ru]-II modificado térmicamente en DMF-d7 (700 MHz).
121
Serp, P.; Hernandez, M.; Richard, B.; Kalck, P. Eur. J. Inorg. Chem. 2001, 2327-2336.
Capítulo I .
84
De todos estos datos se puede deducir que una molécula de DMF está
coordinando con el complejo de rutenio en la vacante dejada por la pérdida de la
trifenilfosfina, creando un intermedio que pierde a su vez el ligando bencilidénico.
Por último modificamos el carbeno [Ru]-II en DMF, retiramos el disolvente tras
15 minutos de reacción y precipitamos selectivamente la especie activa en una mezcla
de tolueno/hexano. El aceite denso así obtenido se disolvió en CD2Cl2122 y se realizó
un espectro de 1H-RMN, aunque no fue posible adquirir un espectro de 13C-RMN
debido a la rápida descomposición de la especie (Figura 19).
Figura 19: 1H-RMN de la nueva especie carbénica aislada (CD2Cl2, 700 MHz).
En el espectro de 1H-RMN del complejo aislado se pueden observar las
señales tanto del carbeno N-heterocíclico como de una molécula de DMF coordinada
al rutenio.
También adquirimos un espectro de IR, en el que se puede observar una
banda de absorción a 1627.9 cm-1, que probablemente corresponda a esta DMF, junto
con otra a 1915.3 cm-1 (Figura 20). Esta última puede corresponder a una molécula de
122
Para estudios por RMN de [Ru]-II a diferentes temperaturas y disolventes, véase: Gallagher, M. M.; Rooney, A. D.; Rooney, J. J. J. Organomet. Chem. 2008, 693, 1252-1260.
Discusión de resultados
85
monóxido de carbono (CO) unida al rutenio,121 que provendría de la descomposición
térmica de la DMF en CO y dimetilamina. Por desgracia nos fue imposible
cromatografiar o cristalizar este compuesto.
Figura 20: IR de la nueva especie carbénica aislada (film).
Todas estas consideraciones explicarían la incapacidad de esta nueva especie
para catalizar reacciones de metátesis, mientras que es capaz de producir tanto
cicloisomerizaciones como isomerizaciones de dobles enlaces.
Discusión de resultados
87
2.3. Ciclotrimerizaciones [2+2+2] catalizadas por carbenos de rutenio
2.3.1. Introducción
En este apartado comentaré el desarrollo de un nuevo protocolo para realizar
reacciones de ciclotrimerización cruzadas diino-alquino usando el complejo de
Hoveyda-Grubbs [Ru]-III. Este protocolo catalítico ofrece un acercamiento eficiente a
la síntesis de arenos sustituidos. Además, se han optimizado las condiciones de
reacción para la síntesis de dímeros y trímeros dialquínicos usando diferentes
complejos de rutenio en función de la necesidad, y se ha demostrado la capacidad del
nuevo carbeno de [Ru]-II modificado en DMF para mediar este tipo de procesos
(Esquema 59).
Esquema 59
2.3.2. Puesta a punto de las condiciones de reacción
Para el estudio de las condiciones de reacción elegimos como sustratos éter
dipropargílico y fenilacetileno, pues los productos obtenidos tras la reacción de
ciclotrimerización resultan fácilmente aislables por cromatografía. Realizamos la
reacción de cicloadición [2+2+2] usando el carbeno de Grubbs [Ru]-III como
catalizador y variando la cantidad de fenilacetileno, la concentración del éter
propargílico, el disolvente, la temperatura y el tiempo de reacción (Esquema 60).
Esquema 60
Capítulo I .
88
Tabla 6: Selección de las condiciones de reacción.
Entr. Alquino
(equiv.)
Conc.
39a (M)
Disolvente Tª
(ºC)
t
(h)
Rdto.
40a (%)
Rdto.
41a (%)
1 3 1 Tolueno 0 16 20 6
2 3 0.1 Tolueno 60 16 42 <5
3 3 0.25 Tolueno 60 16 58 5
4 3 0.75 Tolueno 60 16 55 8
5 3 1.25 Tolueno 60 16 61 12
6a 3 0.25 Tolueno 95 16 59 23
7 1 1.25 Tolueno 60 16 11 48
8 5 1.25 Tolueno 60 16 62 11
9 3 1.25 Benceno 60 16 60 22
10 3 1.25 Acetona 60 16 88 n.d.
11 3 1.25 Dioxano 60 16 64 23
12 3 1.25 DCE 60 16 79 15
13 3 1.25 DMF 60 16 70 17
14 disolvente 1.25 -- 60 16 77 6
15 3 1.25 Acetona 60 0.5 86 <5
16 3 1.25 Acetona 60 5 min. 77 <5
17b 3 1.25 Acetona 60 16 57 35
a En tubo cerrado para evitar evaporación de 39a;
b La carga catalítica se redujo al 1 mol%.
Los primeros experimentos los realizamos en tolueno con un 2 mol% de [Ru]-III
y 3 equivalentes de fenilacetileno. Estos mostraron la necesidad de calentar a 60 ºC
(temperatura de ebullición del éter propargílico) para obtener rendimientos moderados
del producto deseado 40a (entradas 1 y 2, Tabla 6). La reacción se completó en
ambos casos tras 16 h (c.c.f.). El aumento de la concentración del diino hasta 1.25 M
incrementó el rendimiento de 40a observándose sólo un ligero aumento del dímero
41a (entradas 2-5, Tabla 6). Cuando la reacción se llevó a cabo en tubo cerrado y a 95
ºC (entrada 6), no se observaron incrementos en el rendimiento de 40a.
La necesidad de utilizar 3 equivalentes de monoalquino quedó demostrada en
la entrada 7, pues al hacer reaccionar un equivalente de fenilacetileno con el diino el
rendimiento de 40a disminuyó, incrementándose la cantidad de producto de
dimerización 41a formado. Por otra parte, un incremento en la cantidad de
monoalquino (5 equivalentes, entrada 8, Tabla 6) no se tradujo en un incremento de
40a.
Discusión de resultados
89
El siguiente paso consistió en la selección del disolvente más adecuado
(entradas 9-14, Tabla 6). Los disolventes polares demostraron ser más adecuados que
los apolares, siendo la acetona el mejor de todos (88% de 40a, no se detectó producto
de isomerización, entrada 10, Tabla 6). La importancia de la elección de la acetona
como disolvente se demuestra en el siguiente experimento (entrada 14, Tabla 6),
donde la ausencia de la misma produjo una disminución en el rendimiento de 40a así
como la aparición de producto de dimerización.
Seguidamente procedimos a estudiar el tiempo de reacción bajo estas nuevas
condiciones. El siguiente experimento nos demostró que éste se puede reducir hasta
los 30 minutos sin observar apenas variaciones en el rendimiento de 40a (entrada 15,
Tabla 6). Tras los 5 primeros minutos de reacción el rendimiento de 40a fue del 77%,
observándose en el crudo de reacción una pequeña cantidad de éter propargílico sin
reaccionar. Por último, la disminución de la carga catalítica hasta el 1 mol% produjo
una disminución importante del rendimiento (entrada 17, Tabla 6).
De esta manera fijamos las condiciones de reacción en: Carga catalítica 2
mol%, 3 equivalentes de monoalquino, 1.25 M de diino, acetona como disolvente, 60
ºC y 30 minutos de reacción.
El siguiente paso consistía en estudiar cuál de los tres carbenos de rutenio;
[Ru]-I, [Ru]-II o [Ru]-III mediaba mejor las reacciones de cicloadición [2+2+2] bajo las
condiciones anteriormente descritas.
Esquema 61
Tabla 7: Selección del catalizador.
Entrada Catalizador Rdto. 40a (%) Rdto. 41a (%)
1 [Ru]-I 55 7
2 [Ru]-II 60 22
3 [Ru]-III 88 n.d.
Capítulo I .
90
Para ello se realizó la reacción de ciclotrimerización con los tres carbenos de
rutenio, siendo el complejo [Ru]-III el que demostró un mejor comportamiento tanto en
términos de rendimiento final como de selectividad por el producto de
ciclotrimerización cruzada (Esquema 61, Tabla 7).
2.3.3. Alcance de la reacción
Una vez fijadas todas las condiciones de la ciclotrimerización cruzada entre
diinos y alquinos, pasamos a estudiar el alcance de la reacción. Para ello hicimos
reaccionar varios diinos, tanto terminales como internos, con diferentes alquinos en las
condiciones anteriormente descritas y en presencia del carbeno de Grubbs [Ru]-III.
Este estudio fue realizado por otro miembro de nuestro grupo y se resume en el
Esquema 62.123
Esquema 62
Por último, decidimos extender la metodología a la síntesis de piridinas
(Esquema 63). Así, la reacción de benzonitrilo con el diino interno 42a en presencia
del catalizador [Ru]-III y acetona a 60 ºC nos condujo a la piridina polisustituída 43.
Aunque el rendimiento es moderado, nos abre la puerta a la aplicación de esta
metodología en la síntesis de diferentes piridinas altamente funcionalizadas.
123
Tesis doctoral de Dª Sandra Medina Villar, Universidad CEU San Pablo, en curso.
Discusión de resultados
91
Esquema 63
2.3.4. Estudio de la dimerización de diinos
Puesto que la obtención de los arenos de dimerización del tipo de 41a-c puede
resultar sintéticamente interesante decidimos por a punto las condiciones de reacción
que favorecieran su obtención. Para ello hicimos reaccionar los diinos 39a-c bajo
diferentes condiciones, tal y como se muestra en el Esquema 64 y en la Tabla 8.
Esquema 64
Tabla 8: Condiciones de dimerización.
Entrada Catalizador X Conc. (M) Tª (ºC) 41a-c 44a-c
1 [Ru]-III O 1 -10 20 2
2 [Ru]-III O 2 -10 37 2
3 [Ru]-III O 2 0 3 n.d.
4 [Ru]-III O 4 0 11 3
5 [Ru]-III O 1 10 55 6
6 [Ru]-III O 1 20 32 5
7 [Ru]-II O 1 10 40 16
8 [Ru]-I O 1 10 23 52
9 [Ru]-III (BnO2C)2C 1 10 38 22
10 [Ru]-I (BnO2C)2C 1 10 11 32
11 [Ru]-I (BnO2C)2C 1 60 7 60
12 [Ru]-III NDmob 1 60 51 16
13 [Ru]-I NDmob 1 60 14 23
Capítulo I .
92
El estudio demostró que tanto la temperatura como la concentración son
críticas a la hora de seleccionar entre el dímero 41a y el trímero 44a. La concentración
del sustrato se fijó en 1 M, pues cuando se eleva se obtienen grandes cantidades de
diferentes productos de polimerización, lo que disminuye en gran medida los
rendimientos de la reacción (entradas 1-4). En el caso del diino 39a la temperatura
óptima se fijó en 10 ºC (entrada 5). Cabe destacar que tras la reacción se pudo
recuperar el 50% del catalizador empleado. Por motivos comparativos realizamos esta
misma reacción usando el carbeno de Grubbs [Ru]-II como catalizador, obteniendo
una disminución en la cantidad del dímero 41a obtenido y un aumento del
correspondiente trímero 44a. Por último y dados los buenos resultados que el
catalizador [Ru]-I produce en la síntesis de anillos aromáticos muy sustituidos,
consideramos la posibilidad de aumentar el rendimiento del trímero 44a utilizando este
complejo como catalizador. Nuestras suposiciones se vieron confirmadas al obtener un
52% del trímero 44a y solamente un 23% del correspondiente dímero 41a (entrada 8).
Llegados a este punto decidimos usar las mejores condiciones obtenidas en la
dimerización y trimerización del éter propargílico para el estudio de los diinos 39b-c.
Sin embargo, con 39b a 10 ºC y en presencia del catalizador [Ru]-III (condiciones
óptimas de dimerización) obtuvimos un rendimiento moderado de su correspondiente
dímero 41b (38%, entrada 9), junto con un 22% del trímero 44b. El uso del carbeno de
rutenio [Ru]-I a baja temperatura (condiciones óptimas de trimerización) condujo a
cantidades pequeñas del trímero 44b. Sin embargo, un simple aumento de la
temperatura de reacción hasta 60 ºC nos permitió obtener 44b con un 60% de
rendimiento, siendo el correspondiente dímero 41b el único subproducto observado en
la reacción (entrada 11).
Por último, la reacción del diino 39c en presencia de [Ru]-III a 60 ºC nos
condujo a la obtención de su dímero correspondiente 41c con un 51% de rendimiento,
junto con una pequeña cantidad del trímero 44c (entrada 12). Si se usa [Ru]-I como
catalizador en las mismas condiciones que el caso anterior se obtiene un 14% del
dímero 41c y un 23% de su trímero correspondiente (entrada 13).
Discusión de resultados
93
2.3.5. Aplicación del carbeno obtenido por modificación de [Ru]-II en DMF a la
reacción de ciclotrimerización [2+2+2]
Dados los buenos resultados comentados en el capítulo 2.2. referentes al uso
del carbeno [Ru]-II modificado en DMF en la reacción de cicloisomerización,
decidimos comprobar la capacidad de esta nueva especie catalítica para catalizar
ciclotrimerizaciones [2+2+2].
Esquema 65
Tal y como se muestra en el Esquema 65, realizamos la ciclotrimerización
cruzada entre los diinos 39d y 42b y fenilacetileno o 1-fenilpropino. La reacción resultó
altamente eficiente incluso cuando se construyeron arenos con alto impedimento
estérico, como es 40d. La reacción de ciclotrimerización catalizada por complejos de
rutenio transcurre presumiblemente a través de una cascada de metátesis.78 Estos
resultados abren la posibilidad de que con este complejo la reacción siga un
mecanismo diferente, probablemente relacionado con los observados con complejos
de otros metales utilizados en las reacciones de ciclotrimerización.11
Results and discussion
95
2.4. [2+2+2] Cyclotrimerizations catalyzed by [Ir(H2IMes)(COD)(PBn3)]PF6
2.4.1. Introduction
In this section I will summarize the results obtained during my predoctoral
experience in Strathclyde University under the supervision of Prof. William Kerr.
Prof. Kerr’s Research Group has an established track-record in the area of
iridium catalyzed reactions, mainly focused on catalytic hydrogen isotope exchange
(HIE).124 In these reactions the hydrogens on the starting material are replaced with
deuterium at the ortho-positions. During these investigations a new and promising
iridium catalyst for [2+2+2] cycloadditions reactions (V) was developed.125 The aim of
this part of the program was to study the scope of the [2+2+2] cycloaddition reaction
catalyzed by V.
2.4.2. Synthesis of [Ir(H2IMes)(COD)(PBn3)]PF6 (V)
The synthesis of η4-cycloocta-1,5-diene(1,3-dimesitylimidazoline-2-ylidene)
(tribenzylphosphine)iridium(I) hexafluorophosphate (V) was performed in a
straightforward process which involves the treatment of η4-cycloocta-1,5-dieneiridium(I)
chloride dimer with a sodium ethoxide solution, followed by the addition of 1,3-
dimesitylimidazolium chloride to form intermediate 45. Silver hexafluorophosphate was
added to remove the remaining chloride ligand, followed by the addition of
tribenzylphosphine to form a bright red solution of the complex, which was then
recrystallized and isolated in good yields. (Scheme 66)
Scheme 66
124
(a) Farwick, A.; Engelhart, J.; Tverskoy, O.; Welter, C.; Umlauf, Q.; Rominger, F.; Kerr, W,; Helmchen, G. Adv. Synth Catal 2011, 353, 349-370. (b) Nilsson, G. N.; Kerr, W. J. J. Labelled Compd. Radiopharm. 2010, 53, 662-667 (c) Brown, J.A.; Irvine, S.; Kerr, W. J.; Andersson, S.; Nilsson, G. N. J. Labelled Compd. Radiopharm. 2009, 52, 259-261 (d) Brown, J.A.; Irvine, S.; Kennedy, A. R.; Kerr, W. J.; Andersson, S.; Nilsson, G. N. Chem. Comm. 2008, 9, 1115-1117. 125
L. S. Bennie, MSci Thesis, University of Strathclyde, 2008.
96
2.4.3. Optimizing the [2+2+2] cyclotrimerization reaction conditions
The first step in the optimization of the cyclotrimerization reaction was to carry
out a solvent study. Based on the Kerr Group’s experience with cyclotrimerization
reactions, dimethyl 2,2-di(prop-2-yn-1-yl)malonate (39e) and phenylacetylene were
selected as model substrates. In the first step, twelve solvents were investigated while
all other reaction conditions were kept fixed (5 mol% of catalyst V, 100 mM of diyne
39e and 16 h, Scheme 67). Solvents with different properties were chosen. In addition
to benzene and toluene, acetone, dioxane, THF, tBuOMe and DMF were selected to
ascertain the effect of more strongly coordinating solvents on the reaction, whereas
DCM and DCE were chosen to gauge the effect of weakly coordinating solvents on the
process. Finally, o- and p-xylene, and anisole were studied due to their increasing
boiling points to benzene and high boiling points so as to compare their performance
with benzene.
As shown in Table 9, this study revealed p-xylene to be the solvent of choice for
the cyclotrimerisation reactions with a pleasing 48% yield of the desired product 40e
(entry 13). From this study, it was decided that acetone, dioxane, THF, tBuOMe and
DMF (entries 7-12) coordinated too strongly to the complex and hindered the reaction.
It was also thought that the boiling point of toluene and benzene was perhaps not high
enough to promote the reaction (entries 1-3). The explanation for why DCE proved
more successful than DCM could be that the reaction does, indeed require a higher
temperature for the reaction to occur (entries 5-6). There is not any clear reason for the
differences observed between p-xylene and its ortho isomer or anisole, but steric
effects are suspected (entries 14-16). In summary, high temperatures (around 130-145
ºC), non-polar and aprotic solvents with a -electron rich aromatic system seem to be
needed to perform this reaction effectively.
Scheme 67
Results and discussion
97
Table 9: Solvents study.
Entry Solvent Temperature
(ºC)
Yield (%)
40e 41e (NMR) 39e
1 Benzene r.t. nd. nd. 98
2 Benzene Reflux 30 4 47
3 Toluene Reflux 32 5 39
4a Toluene 150 34 6 27
5 DCM Reflux 5 1 93
6 DCE Reflux 23 3 69
7 THF Reflux 23 10 58
8 tBuOMe Reflux 11 3 65
9 Acetone Reflux 13 3 18
10 Dioxane Reflux 23 4 38
11 DMF r.t. nd. nd. 95
12 DMF Reflux 32 7 24
13 p-Xylene Reflux 48 11 30
14a p-Xylene 190 34 6 24
15 o-Xylene Reflux 31 7 19
16 Anisole Reflux 34 7 26
a Reaction conducted in a sealed tube.
Although the use of p-xylene gave a promising conversion it was thought that
the overall process could be further tuned, so our attention was turned to altering the
equivalents of the monoalkyne, concentration of 39e and the time used in the reaction
(Scheme 67, Table 10).
As can be seen in Table 10, the use of 1 and 5 equivalents of the monoalkyne
resulted in slightly lower yields to those obtained using only 3 equivalents, which was
fixed as optimum (entries 1-3). We explored then the concentration of diyne 39e. To
our delight, the desired product yield increased up to 55% when diyne is added as a
0.3 M solution, whereas higher concentrations resulted in increased conversion but
similar yields (entries 4 and 5). It is worth pointing out that reactions conducted without
solvent resulted in extremely reduced yields, which could give us information about the
active catalytic species (entries 6 and 7). Finally, it was envisaged that extending the
reaction time would allow the reaction to run to completion. However, even if the
conversion was increased greatly (almost no 39e observed after 2 days), the total yield
decreased down to 35%, probably due to thermical decomposition (entry 8). Shorter
reaction times did not allow the reaction to reach completion (entries 9 and 10).
98
Table 10: Selecting reaction conditions.
Entry Equiv. monoyne
Conc. of 39e (M) Time
(h)
Yield (%)
40e 41e (NMR) 39e
1 1 0.1 16 43 11 23
2 3 0.1 16 44 9 20
3 5 0.1 16 39 6 38
4 3 0.3 16 55 15 12
5 3 0.5 16 54 13 8
6a 3 -- 16 22 8 15
7a* 3 -- 16 32 7 22
8 3 0.3 48 35 n.d. <5
9 3 0.3 2 29 7 38
10 3 0.3 4 30 7 35
a No solvent.
a* No solvent and 5 equivalents of phenylacetilene.
2.4.4. Microwave-induced cyclotrimerisation reactions
Encouraged with the promising 55% yield, we envisioned that by using
microwave radiation it might be possible to drive the reaction on and thus increase the
conversion and yield further. By subjecting the substrates to microwave irradiation it
was hoped that the reaction time of the cyclotrimerisation reactions could also be
further reduced.
The microwave promoted reactions were carried out using the optimized 3
equivalents of phenylacetylene and, with five different solvents. Additionally the
reaction was subjected to two different times detailed below. Table 11 shows a
summary of the microwave conditions that were used. When carrying out the reaction
without cooling, the reaction mixture was heated up to the specified temperature, and
once reached, the microwave radiation was cut out until the mixture had cooled
sufficiently. This, therefore, meant the reaction mixture was only subjected to
microwave irradiation for a short period of time. On the other hand, when carrying out
the reaction with cooling on, the mixture never reached the required temperature and
was therefore subjected to microwave radiation for a longer period (Scheme 67, Table
11).
Results and discussion
99
Table 11: Selecting reaction conditions under MW.
Entry Solvent Cooling Temperature
( ºC )
Time
(h)
Yield (%)
40e 41e (NMR)
39e
1 DCE On 85 2 15 3 74
2 p-Xylene Off 140 2 27 5 41
3 o-Xylene Off 145 2 27 6 44
4 Toluene Off 113 2 34 7 46
5 DMF On 150 2 47 11 17
6 Toluene Off 113 1 26 2 67
7 Toluene Off 113 8 34 6 29
The five solvents used for the microwave promoted reactions were DCE, o- and
p-xylene, toluene and DMF (entries 1-5); DMF proved to be the best solvent in
performing the cyclotrimerization under these conditions, although yields were
generally smaller tha with traditional conditions. Longer times did not prompt the
reaction further (entries 6 and 7).
2.4.5. Study of alternative reaction conditions
Catalyst V contains three bulky ligands, which could hinder the metal center for
the alkynes to coordinate and for the reaction to occur. By exposing the catalyst to H2
gas, the COD ligand was hydrogenated and removed leaving free coordination sites on
the iridium metal center, to potentially allow the cyclotrimerisation to proceed more
easily. Based on this rationale, the catalyst was activated with hydrogen at the begining
of the process. However, after subjecting V to this procedure in DCM/benzene, only
19% yield of 40e was obtained (Scheme 68).
Another iridium catalyst (XXVIII) previously developed by Kerr’s group124a was
also explored, albeit the results in terms of conversion and cross ciclotrimerization
product yield were slightly worst in comparison with catalyst V.
The previously optimized conditions were applied next to prop-1-yn-1-
ylbenzene, a bulkier monoalkyne. As expected, due to steric interactions between
methyl group and catalyst’s bulky substituents cyclotrimerization product’s yield
plumped down to <5 % for 40f126 and 10% for 41e.
126
Detected from crude 1H-NMR spectra. Not isolated.
100
Scheme 68
After these discouraging results our attention was focused on the
decomposition of the starting material. It was envisaged that a deep understanding of
the side reactions would allow us to improve both yields and selectivity.
2.4.6. Secondary products and decomposition study:
In order to evaluate the evolution of the different species present in the reaction,
a kinetic experiment was conducted under the best developed conditions (catalyst V, 5
mol% 3 equiv. monoyne, p-xylene, heat and 0.3 M diyne), and a 1H-NMR spectra was
acquired every hour. The results are summarized in Figure 21.
Results and discussion
101
Figure 21
From this graphic it is clear that side reactions are faster than cyclotrimerization,
involving monoyne substrate which is never completely consumed at all. It is also
remarkable that cyclotrimerization reaction takes place in the first 16-18 h, while
monoyne is halved in the first two hours.
The ability of η4-cycloocta-1,5-diene and related iridium complexes to mediate
alkyne head-to-head and head-to-tail dimerization reactions is well known. This
process can be favoured by adding a large excess of the phosphine coordinated to the
iridum core.127 Based on this, we conducted the reaction with 1 equivalent of
tribenzylphosphine, obtaining as the only major products a mixture of the two isomers
coming from the head-to-head dimerization 46 and 47 in an excellent yield (86%) and
very good selectivity 85:15 (E:Z 15:85, Scheme 69). It is remarkable that the
diastereoselectivity observed for this phosphine matches perfectly with other reactions
described in the bibliography.
127
Oro, L. A.; Claver, C. Iridium Complexes in Organic Synthesis, Wiley-VCH ed., 2009.
Kinetics experminets 24 h
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Time (h)
%
Monoyne
Diyne
Cyclotrimerization product
Kinetics experiments 24h
102
Scheme 69
This result opens a new and exciting chemistry for this novel catalyst, especially
knowing that the selectivity towards cis or trans adducts can be shifted just by adding
different ligands.
Experimental section
103
3. EXPERIMENTAL SECTION
3.1. Tandem RCM-isomerization-cyclopropanation reactions
3.1.1. Preparation of starting materials
N-(2,4-Dimethoxybenzyl)prop-2-en-1-amine (1):
Following the literature,117 a solution of allylamine (3.4 g, 60.2
mmol), 2,4-dimethoxybenzaldehyde (10.0 g, 84.2 mmol) and
sodium triacetoxyborohydride (17.8 g, 84.2 mmol) in 210 mL
of 1,2-dichloroethane was stirred at r.t. for 24h. 50 mL of
Na2CO3 (10%) were added and the 1,2-dichloroethane was
eliminated under reduced pressure. The crude was extracted
with diethyl ether (3x50 mL), dried with MgSO4 and concentrated under vacuo. The
resulting mixture was purified by flash chromatography (Hex:EtOAc 4:1 to MeOH, Rf =
0.10, rocket shape in Hex:EtOAc 1:1), affording 1 (8.7 g, 41.97 mmol, 70%) as a pale
yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.13 (d, J = 7.7 Hz, 1H, H6-Ar), 6.46 (s, 1H, H3-
Ar), 6.44 (d, J = 7.7 Hz, 1H, H5-Ar), 5.87-6.00 (m, 1H, NHCH2CH=CH2), 5.08-5.22 (m,
2H, NHCH2CH=CH2), 3.82 (s, 3H, OCH3), 3.81 (s, 3H, OCH3), 3.72 (s, 2H, CH2Ar),
3.23 (dd, J1 = 4.4 Hz, J2 = 1.6 Hz, 2H, NHCH2CH=CH2), 1.68 (s, 1H, NH)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 160.0, 158.6, 137.1, 130.5, 120.7, 115.7, 103.5,
98.5, 55.3, 55.2, 51.5, 48.2
IR (neat) 3350, 3070, 3000, 2940, 2915, 1650, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C12H17NO2 Calculated: C. 69.54; H. 8.27; N. 6.76. Found: C.
69.41; H. 8.12; N. 6.58
Chapter I .
104
N-(2,4-Dimethoxybenzyl)-N-prop-2-en-1-ylprop-2-enamide (2):
3-Chloropropanoyl chloride (1.2 g, 9.7 mmol) was added to a
solution of 1 (2.0 g, 9.7 mmol) and Et3N (3.9 g, 5.37 mL, 38.6
mmol) in 50 mL of THF under argon at 0 ºC. After 24h at r.t.
the crude was filtered, washed with NaHCO3 (2x20 mL), brine
(20 mL), dried with MgSO4 and the solvent was eliminated
under reduced pressure. The resulting mixture was purified by
flash chromatography (Hex:EtOAc 9:1 to 1:1, Rf = 0.46 in Hex:EtOAc 1:1) affording 2
(1.58 g, 6.05 mmol, 63%) as a pale yellow oil.
1H-NMR (DMSO-d6, 300 MHz, 80º C) (ppm): 7.02 (d, J = 7.3 Hz, 1H, H6-Ar), 6.70
(dd, J1 = 16.5 Hz, J2 = 10.4 Hz, 1H, COCH=CH2), 6.58 (s, 1H, H3-Ar), 6.51 (d, J = 7.9
Hz, 1H, H5-Ar), 6.15 (d, J = 16.5 Hz, 1H, COCH=CH2), 5.70-5.85 (m, 1H,
NCH2CH=CH2), 5.64 (d, J = 10.4 Hz, 1H, COCH=CH2), 5.06-5.13 (m, 2H,
NCH2CH=CH2), 4.47 (s, 2H, CH2Ar), 3.95 (d, J = 3.7 Hz, 2H, NCH2CH=CH2), 3.80 (s,
3H, OMe), 3.77 (s, 3H, OMe)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm), 2 rotamers: 166.5, 160.3, 160.0, 158.3, 157.8,
133.0, 132.8, 130.5, 127.8, 127.7, 117.8, 117.1, 116.8, 116.2, 104.0, 103.5, 98.3, 98.0,
55.2, 55.1, 55.0, 54.9, 49.4, 47.9, 45.4, 43.1
IR (neat) 3060, 3000, 2920, 2820, 1740, 1640, 1620, 1580 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
69.18; H. 7.56; N. 5.21
3.1.2. General procedure for the synthesis of amides by condensation
Following the literature,30d a solution of the corresponding acid (1.0 mmol),
HOBt (1.5 mmol) and DCC (1.5 mmol) in DCM (5 mL) was stirred for one hour under
argon. Compound 1 (1 mmol) was then added solved in DCM (5 mL) via canula and
the mixture was stirred for 24h. The crude was filtered, washed with HCl 1N (5 mL),
brine, dried with MgSO4 and concentrated under reduced pressure. Finally the mixture
was purified by flash chromatography.
Experimental section
105
N-Allyl-N-(2,4-dimethoxybenzyl)but-3-enamide (3):
Following the general procedure for the synthesis of amides
by condensation, the reaction of 1 (3.0 g, 14.5 mmol) and 3-
butenoic acid (1.2 g, 14.5 mmol) afforded after flash
chromatography (Hex:EtOAc 6:1, Rf = 0.55 in Hex:EtOAc
1:1) 3 (3.2 g, 11.62 mmol, 81%) as a colorless oil.
1H-NMR (DMSO-d6, 300 MHz, 80º C) (ppm): 7.02 (d, J = 6.7, 1H, H6-Ar), 6.58 (s, 1H,
H3-Ar), 6.51 (d, J = 6.7 Hz, 1H, H5-Ar), 5.87-5.99 (m, 1H, COCH2CH=CH2), 5.62-5.85
(m, 1H, NCH2CH=CH2), 5.00-5.12 (m, 4H, 2xCH2CH=CH2), 4.40 (s, 2H, CH2Ar), 3.88
(s, 2H, NCH2CH=CH2), 3.80 (s, 3H. OMe), 3.77 (s, 3H, OMe), 3.18 (d, J = 5.5 Hz, 2H,
COCH2CH=CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm), 2 rotamers: 171.2, 171.1, 160.3, 160.0, 158.3,
158.0, 133.0, 131.9, 130.6, 127.8, 117.9, 117.4, 117.4, 117.0, 116.7, 116.1, 104.0,
103.6, 98.4, 98.0, 55.2, 55.2, 55.1, 55.0, 49.4, 47.4, 45.5, 42.7, 38.3, 38.2
IR (neat) 3060, 3000, 2920, 2820, 1640, 1620, 1580 cm-1
Elemental analysis: C16H21NO3 Calculated: C. 69.79; H. 7.69; N. 5.09. Found: C.
70.01; H. 7.85; N. 5.30
N-Allyl-N-(2,4-dimethoxybenzyl)pent-4-enamide (4):
Following the general procedure for the synthesis of amides
by condensation, the reaction of 1 (2.51 g, 12.1 mmol) and
4-pentenoic acid (1.4 g, 14.5 mmol) afforded after flash
chromatography (Hex:EtOAc 6:1, Rf = 0.82 in Hex:EtOAc
1:1) 4 (2.9 g, 10.0 mmol, 83%) as a colorless oil.
1H-NMR (DMSO-d6, 300 MHz, 80º C) (ppm): 6.99 (bs, 1H, H6-Ar), 6.57 (s, 1H, H3-
Ar), 6.51 (d, J = 7.3 Hz, 1H, H5-Ar), 5.63-5.98 (m, 2H, 2xCH2CH=CH2), 4.93-5.10 (m,
4H, 2xCH2CH=CH2), 4.41 (s, 2H, CH2Ar), 3.88 (d, J = 4.9 Hz, 2H, NCH2CH=CH2), 3.80
Chapter I .
106
(s, 3H, OMe), 3.77 (s, 3H, OMe), 2.43-2.51 (m, 2H, COCH2CH2CH=CH2), 2.29-2.33 (m,
2H, COCH2CH2CH=CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm), 2 rotamers: 172.4, 172.4, 160.1, 159.8, 158.2,
157.8, 137.4, 137.4, 132.9, 132.8, 130.3, 127.6, 117.8, 116.6, 116.6, 115.9, 114.9,
114.8, 103.8, 103.4, 98.2, 97.9, 55.0, 55.0, 54.9, 54.8, 49.3, 47.4, 45.3, 42.6, 33.0,
31.9, 29.1, 28.6
IR (neat) 3350, 3000, 2915, 2815, 1630, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C17H23NO3 Calculated: C. 70.56; H. 8.01; N. 4.84. Found: C.
70.65; H. 7.88; N. 4.76
Ethyl 2-(2-methyl-1,3-dioxolan-2-yl)acetate (5):
In a Dean-Stark flask, ethyl acetoacetate (10.0 g, 76.84
mmol), ethylene glycol (5.72 g, 92.21 mmol) and p-
toluenesulfonic acid (0.67 g, 0.05 mmol) were solved in 200
mL of benzene and heated to reflux. After 5h the solvent was
removed under reduced pressure, 200 mL of water were added and the crude was
extracted with EtOAc (3x50 mL). Combined organic layers were washed with a solution
of NaHCO3 (5% in water, 50 mL), dried with MgSO4 and evaporated under vacuo. The
resulting crude was purified by flash chromatography (Hex:EtOAc 9:1 to 1:1, Rf = 0.44
in Hex:EtOAc 4:1), affording 5 (12.3 g, 70.67 mmol, 92%) as a colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 4.13-4.20 (q, J = 7.1 Hz, 2H, CO2CH2CH3), 3.98
(bs, 4H, OCH2CH2O), 2.67 (s, 2H, CH2), 1.51 (s, 3H, CH3), 1.27 (t, J = 7.1 Hz, 3H,
CO2CH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 169.4, 107.6, 64.7, 60.5, 44.1, 24.4, 14.1
IR (neat) 2980, 2880, 1730 cm-1
Elemental analysis: C8H14O4 Calculated: C. 55.16; H. 8.10. Found: C. 54.98; H. 8.04
Experimental section
107
2-(2-Methyl-1,3-dioxolan-2-yl)acetic acid (6):
Compound 5 (1.5 g, 8.61 mmol) was added over 25 mL of
NaOH (1N in water) at 4 ºC and was stirred for 30 min. The
pH was changed to acid (pH < 3) with HCl (1N in water) and
the crude was extracted with DCM (3x25 mL). Combined
organic layers were dried with MgSO4 and concentrated under vacuo, affording 6 (1.24
g, 8.50 mmol, 99%, Rf = 0.10, rocket shape in Hex:EtOAc 1:1) as a pale yellow oil
which was directly used in the next reaction.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 3.90 (d, J = 2.8 Hz, 4H, OCH2CH2O), 2.53 (s, 2H,
CH2), 1.40 (s, 3H, CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 176.1, 108.1, 64.3, 45.9, 23.6
IR (neat) 2980, 2880, 1700, 1570 cm-1
Elemental analysis: C6H10O4 Calculated: C. 49.31; H. 6.90. Found: C. 49.26; H. 7.02
N-Allyl-N-(2,4-dimethoxybenzyl)-2-(2-methyl-1,3-dioxolan-2-yl) acetamide (7):
Following the general procedure for the synthesis of
amides by condensation, the reaction of 1 (1.48 g, 7.16
mmol) and 6 (1.32 g, 7.87 mmol) afforded after flash
chromatography (Hex:EtOAc 4:1, Rf = 0.36, rocket shape
in Hex:EtOAc 1:1) 7 (2.01 g, 5.87 mmol, 82%) as a pale
yellow oil.
1H-NMR (DMSO-d6, 300 MHz, 110º C) (ppm): 7.06 (d, J = 7.9 Hz, 1H, H6-Ar), 6.58
(s, 1H, H3-Ar), 6.52 (d, J = 7.9 Hz, 1H, H5-Ar), 5.70-5.85 (m, 1H, NCH2CH=CH2), 5.06-
5.14 (m, 2H, NCH2CH=CH2), 4.47 (s, 2H, CH2Ar), 3.92 (bs, 4H, OCH2CH2O), 3.89 (s,
2H, NCH2CH=CH2), 3.81 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H, OMe), 2.72 (s, 2H, COCH2), 1.44
(s, 3H, CCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm), 2 rotamers: 169.5, 169.4, 160.3, 159.9, 158.3,
158.1, 133.2, 133.0, 130.1, 127.9, 118.0, 117.1, 116.6, 116.0, 108.8, 108.7, 103.9,
Chapter I .
108
103.6, 98.4, 98.1, 64.6, 64.6, 55.3, 55.2, 55.1, 55.1, 50.0, 47.5, 46.1, 42.8, 42.8, 42.7,
24.7
IR (neat) 3350, 2980, 2960, 2940, 2880, 2825, 1720, 1630, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C18H25NO5 Calculated: C. 64.46; H. 7.51; N. 4.18. Found: C.
64.43; H. 7.58; N. 4.07
N-Allyl-N-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxobutanamide (8):
Over compound 7 (1.0 g, 2.98 mmol) a solution of HCl 1N
(30 mL) was added and the reaction was stirred for 12h.
35 mL of NaOH 1N were added and the mixture was
extracted with DCM (3x15 mL), the combined organic
layers were dried with MgSO4 and concentrated under
reduced pressure, affording after flash chromatography
(Hex:EtOAc 1:1, Rf = 0.40 in same mixture) 8 (0.82 g, 2.81 mmol, 95%) as a colorless
oil.
1H-NMR (DMSO-d6, 300 MHz, 110º C) (ppm): 7.08 (d, J = 7.9 Hz, 1H, H6-Ar), 6.58
(s, 1H, H3-Ar), 6.52 (d, J = 7.9 Hz, 1H, H5-Ar), 5.65-5.85 (m, 1H, NCH2CH=CH2), 5.09-
5.14 (m, 2H, NCH2CH=CH2), 4.21 (s, 2H, CH2Ar), 3.86 (d, J = 4.3 Hz, 2H,
NCH2CH=CH2), 3.81 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H, OMe), 3.60 (s, 2H, COCH2CO), 2.17
(s, 3H, COCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm), 2 rotamers: 167.0, 167.0, 160.6, 160.2, 158.3,
158.2, 132.6, 132.4, 130.3, 128.6, 117.3, 117.1, 116.5, 116.2, 104.0, 103.7, 98.5, 98.2,
55.3, 55.3, 55.2, 55.1, 55.1, 49.9, 49.8, 49.6, 47.1, 46.4, 43.1, 30.2, 30.1
IR (neat) 3060, 3000, 2920, 2830, 1720, 1640, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C16H21NO4 Calculated: C. 65.96; H. 7.27; N. 4.81. Found: C.
66.04; H. 7.33; N. 4.68
Experimental section
109
N-Allyl-N-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-methylbut-3-enamide (9):
Over a solution of 8 (0.80 g, 2.75 mmol) and
methyltriphenylphosphonium bromide (1.08 g, 3.02 mmol) in
15 mL of toluene and under argon, dried potassium
carbonate (269.5 mg, 1.95 mmol) and a catalytic amount of
18 crown 6 ether were added and the reaction was refluxed
for 24h. The crude was cooled to r.t., filtered and dried under
reduced pressure. The resulting mixture was purified by flash chromatography
(Hex:EtOAc 4:1, Rf = 0.77 in Hex:EtOAc 1:1), affording 9 (0.41 g, 1.40 mmol, 51%) as
a colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm), 2 rotamers: 7.23 (d, J = 8.6 Hz, 1H, H6-Ar), 6.98
(d, J = 8.6 Hz, 1H, H6-Ar), 6.43-6.48 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 5.71-5.5.83 (m, 1H,
NCH2CH=CH2), 5.07-5.20 (m, 2H, NCH2CH=CH2), 4.90 (d, J = 6.7 Hz, 1H,
COCH2(CH3)C=CH2), 4.79 (bs, 1H, COCH2(CH3)C=CH2), 4.56 (s, 1H,
COCH2(CH3)C=CH2), 4.39 (s, 1H, COCH2(CH3)C=CH2), 3.97 (d, J = 5.5 Hz, 2H,
NCH2CH=CH2), 3.86 (d, J = 5.5 Hz, 2H, NCH2CH=CH2), 3.82 (s, 3H, OMe), 3.81 (s,
3H, OMe), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H, OMe), 3.15 (s, 2H, COCH2(CH3)C=CH2), 3.1
(s, 2H, COCH2(CH3)C=CH2), 1.81 (s, 3H, COCH2(CH3)C=CH2), 1.69 (s, 3H,
COCH2(CH3)C=CH2)
13C-RMN (CDCl3, 75 MHz) (ppm), 2 rotamers: 171.1, 170.9, 160.4, 160.1, 158.4,
158.1, 140.0, 133.2, 133.1, 130.9, 127.8, 118.1, 117.1, 116.9, 116.2, 113.2, 113.2,
104.0, 103.6, 98.5, 98.2, 55.3, 55.3, 55.1, 55.1, 49.5, 47.5, 45.7, 43.0, 42.8, 42.5, 22.7,
22.6
IR (neat) 3060, 2930, 2920, 1630, 1610, 1590 cm-1
Elemental analysis: C17H23NO3 Calculated: C. 70.56; H. 8.01; N. 4.84; O. 16.59.
Found: C. 70.75; H. 7.93; N. 4.83; O. 16.64
Chapter I .
110
3.1.3. Tandem RCM-isomerization
3.1.3.1. Tandem RCM-isomerization with six membered lactams
A solution of [Ru]-II (17.6 mg, 0.02 mmol) in 5 mL of anhydrous toluene was
added via cannula to a solution of 3 (114.0 mg, 0.4 mmol) in anhydrous toluene (20
mM) under gentle reflux. After 12h the dark solution was filtered through Celite and the
solvent was eliminated under reduced pressure. The resulting mixture was purified by
flash chromatography (Hex:EtOAc 1:1, Rf = 0.51 for 11, 0.19 for 12 and 0.16 for 10, all
in Hex:EtOAc 1:1), affording 11 (64.8 mg, 0.26 mmol, 64%), 12 (17.2 mg, 0.07 mmol,
17%) and 10 (10.1 mg, 0.04 mmol, 10%) as dark yellow oils.
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-3,4-dihydropyridin-2(1H)-one (11):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.15 (d, J = 8.8Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.46 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 6.08-6.12 (m, 1H,
NCH), 5.05-5.10 (m, 1H, NCH=CH), 4.62 (s, 2H, CH2Ar),
3.80 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H, OMe), 2.52-2.57 (m, 2H,
COCH2), 2.27-2.33 (m, 2H, COCH2CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 169.3, 160.2, 158.3, 130.3, 130.0, 117.8, 105.5,
103.9, 98.3, 55.3, 55.2, 43.4, 31.4, 20.3
IR (neat) 2980, 2940, 2910, 2820, 1660, 1610, 1580, 1500 cm-1
Elemental analysis: C14H17NO3 Calculated: C. 68.00; H. 6.93; N. 5.66. Found: C.
68.11; H. 7.12; N. 5.54
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-5,6-dihydropyridin-2(1H)-one (12):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.21 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.50-6.56 (m, 1H, COCH), 6.40 (bs, 2H, H3 & H5-Ar),
5.96 (d, J = 9.9 Hz, 1H, COCH=CH), 4.58 (s, 2H, CH2Ar), 3.81
(s, 3H, OMe), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.34-3.39 (m, 2H, NCH2),
2.28-2.34 (m, 2H, NCH2CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 164.6, 160.1, 158.6, 139.1, 130.4, 125.6, 117.9,
104.2, 98.3, 55.3, 55.3, 44.8, 43.9, 24.2
Experimental section
111
IR (neat) 2920, 2820, 1660, 1610, 1580, 1510 cm-1
Elemental analysis: C14H17NO3 Calculated: C. 68.00; H. 6.93; N. 5.66. Found: C.
68.29; H. 6.82; N. 5.54
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1,6-dihydropyridin-2(3H)-one (10):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.20 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.44-6.46 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 5.66-5.77 (m, 2H,
CH=CH), 4.63 (s, 2H, CH2Ar), 3.83-3.87 (m, 2H, NCH2), 3.81
(s, 3H, OMe), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.00-3.02 (m, 2H, COCH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 166.8, 159.9, 158.2,
129.9, 121.8, 120.8, 116.7, 103.9, 97.8, 54.9, 54.9, 48.1,
43.1, 31.8
IR (neat) 3040, 2980, 2960, 2920, 2820, 1630, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C14H17NO3 Calculated: C. 68.00; H. 6.93; N. 5.66. Found: C.
68.27; H. 6.76; N. 5.57
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-4-methyl-1,6-dihydropyridin-2(3H)-one (15):
A solution of [Ru]-II (46.08 mg, 0.05 mmol) in 5 mL of
anhydrous toluene was added via cannula to a solution of
amide 9 (160.0 mg, 0.55 mmol) in anhydrous toluene (22 mL,
20 mM) under argon, and the mixture was heated to reflux.
After 24h the resulting dark brown solution was filtered
through Celite and the solvent was eliminated under reduced
pressure. The resulting mixture was purified by flash chromatography (Hex:EtOAc 1:1,
Rf = 0.26 in same mixture), affording 15 (136.6 mg, 0.52 mmol, 95%) as a colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.19 (d, J = 8.5 Hz, 1H, H6-Ar), 6.45 (bs, 2H, H3 &
H5-Ar), 5.37 (s, 1H, NCH2CH=C), 4.63 (s, 2H, CH2Ar), 3.80 (bs, 8H,
2xOMe&NCH2CH=C), 2.91 (s, 2H, COCH2C=CH), 1.72 (s, 3H, CH3)
Chapter I .
112
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 167.4, 160.2, 158.6, 144.4, 130.3, 117.4, 115.2,
104.2, 98.3, 55.3, 55.3, 48.4, 43.4, 36.8, 21.8
IR (neat) 2990, 2960, 2940, 2880, 1640, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
68.96; H. 7.43; N. 5.47
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1H-pyrrol-2(5H)-one (16):
A solution of [Ru]-II (24.3 mg, 0.03 mmol) in 5 mL of
anhydrous toluene was added via cannula to a solution of
amide 2 (150.0 mg, 0.60 mmol) in anhydrous toluene (24 mL,
20 mM) under argon, and the mixture is heated to reflux.
After 3h the resulting dark brown solution was cooled to r.t.,
filtered through Celite and the solvent was eliminated under
reduced pressure. The resulting mixture was purified by flash chromatography
(Hex:EtOAc 1:2, Rf = 0.14 in Hex:EtOAc 1:1), affording 16 (128.5 mg, 0.55 mmol, 95%)
as a yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.12 (d, J = 8.5 Hz, 1H, H6-Ar), 7.00-7.02 (m, 1H,
NCH2CH=CHCO), 6.44 (s, 1H, H3-Ar), 6.43 (d, J = 8.5 Hz, 1H, H5-Ar), 6.15-6.18 (m,
1H, NCH2CH=CHCO), 4.58 (s, 2H, CH2Ar), 3.89 (s, 2H, NCH2CH=CHCO), 3.81 (s, 3H,
OMe), 3.79 (s, 3H, OMe)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.3, 160.4, 158.3, 142.7, 130.7, 127.9, 117.7,
104.1, 98.3, 55.3, 55.3, 52.7, 40.1
IR (neat) 2990, 2960, 2940, 2880, 1680, 1600, 1580 cm-1
Elemental analysis: C13H15NO3 Calculated: C. 66.94; H. 6.48; N. 6.00. Found: C.
66.76; H. 6.23; N. 5.87
Experimental section
113
3.1.3.2. Tandem RCM-isomerization with seven membered lactams
A solution of [Ru]-II (87.7 mg, 0.1 mmol) in 5 mL of anhydrous toluene was
added via cannula to a solution of 4 (300.0 mg, 1.00 mmol) in anhydrous toluene (20
mM) under gentle reflux. After 24h the dark solution was filtered through Celite and the
solvent was eliminated under reduced pressure. The resulting mixture was purified by
flash chromatography (Hex:EtOAc 1:1, Rf = 0.47 for 18, 0.31 for 19, 0.20 for 20 and
0.19 for 21, all in Hex:EtOAc 1:1), affording 18 (167.0 mg, 0.62 mmol, 62%) as a pale
yellow oil, 19 (54.8 mg, 0.20 mmol, 20%) as a dark yellow oil, 20 (14.6 mg, 0.05 mmol,
5%) and 21 (12.0 mg, 0.04 mmol, 4%) as yellow oils.
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1,3,4,5-tetrahydro-2H-azepin-2-one (18):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.15 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 5.93 (d, J = 9.4 Hz,
1H, NCH), 5.23-5.30 (m, 1H, NCH=CH), 4.61 (s, 2H, CH2Ar),
3.79 (s, 3H, OMe), 3.78 (s, 3H, OMe), 2.56-2.60 (m, 2H,
COCH2), 2.14-2.20 (m, 2H, CO(CH2)2CH2), 1.99-2.08 (m, 2H,
COCH2CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 174.1, 160.0, 158.2, 130.0, 130.0, 117.9, 116.6,
103.9, 98.2, 55.2, 55.2, 44.7, 36.0, 26.3, 26.1
IR (neat) 2990, 2920, 2820, 1650, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
69.06; H. 7.48; N. 5.23
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1,3,6,7-tetrahydro-2H-azepin-2-one (19):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.18 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
H6-Ar) 6.41-6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 5.59 (bs, 2H,
CH=CH), 4.57 (s, 2H, CH2Ar), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H,
OMe), 3.52-3.56 (m, 2H, NCH2), 3.26-3.29 (m, 2H, COCH2),
2.11-2.14 (m, 2H, NCH2CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 173.6, 160.1, 158.3,
Chapter I .
114
130.5, 129.0, 120.9, 118.2, 104.1, 98.1, 55.3, 55.2, 45.4, 43.8, 35.9, 28.5
IR (neat) 3060, 3010, 2990, 2920, 2820, 1640, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
68.79; H. 7.42; N. 5.15
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1,5,6,7-tetrahydro-2H-azepin-2-one (20):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.23 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.46 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 6.16-6.23 (m, 1H,
COCH=CH), 6.03 (d, J = 12.1Hz, 1H, COCH), 4.62 (s, 2H,
CH2Ar), 3.81 (s, 3H, OMe), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.33-3.36 (m,
2H, NCH2), 2.22-2.29 (m, 2H, NCH2CH2), 1.73-1.81 (m, 2H,
N(CH2)2CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 168.8, 160.2, 158.4, 137.8, 130.9, 124.7, 118.2,
104.0, 98.2, 55.3, 55.2, 46.7, 45.2, 28.3, 27.8
IR (neat) 2920, 2820, 1630, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
69.06; H. 7.48; N. 5.23
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1,3,4,7-tetrahydro-2H-azepin-2-one (21):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.15 (d, J = 8.8Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.46 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 5.58-5.74 (m, 2H,
CH=CH), 4.57 (s, 2H, CH2Ar), 3.83-3.86 (m, 2H, NCH2), 3.80
(s, 6H, OMe), 2.76-2.80 (m, 2H, COCH2), 2.39-2.45 (m, 2H,
COCH2CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 174.7, 160.1, 158.4,
131.1, 130.2, 124.7, 118.1, 103. 9, 98.2, 55.3, 55.2, 45.7, 45.5, 33.8, 25.2
IR (neat) 3010, 2990, 2920, 2820, 1640, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
69.01; H. 7.27; N. 5.41
Experimental section
115
3.1.4. Synthesis of cyclopropanes
Preparation of ethyl 3-(2,4-dimethoxybenzyl)-2-oxo-3-azabicyclo[3.1.0]hexane-6-
carboxylate (17-trans and 17-cis) by tandem RCM-cyclopropanation:
A solution of [Ru]-II (67.84 mg, 0.08 mmol) in 5 mL of anhydrous toluene was
added via cannula to a refluxing solution of amide 2 (200.0 mg, 0.8 mmol) in anhydrous
toluene (20 mM) under argon. A solution of ethyl diazoacetate (698.3 mg, 6.1 mmol) in
10 mL of anhydrous toluene was the slowly added during 8h. The resulting dark
solution was filtered through Celite and the solvent was eliminated under reduced
pressure. The mixture was purified by flash chromatography (Petroleum ether:EtOAc
2:1, Rf = 0.58 for 17-cis and 0.50 for 17-trans, both in Hex:EtOAc 1:2) and then by
MPLC (Petroleum ether: EtOAc 6:1), affording 17-trans (87.9 mg, 0.29 mmol, 36%)
and 17-cis (54.8 mg, 0.18 mmol, 22%) as pale yellow oils.
Ethyl (1R*, 5S*, 6R*)-3-(2,4-dimethoxybenzyl)-2-oxo-3-azabicyclo[3.1.0]hexane-6-
carboxylate (17-trans):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.18 (d, J = 9.1 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.43-6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 4.47 (d, J = 14.0 Hz,
1H, CHaAr), 4.40 (d, J = 14.0 Hz, 1H, CHbAr), 4.09 (c, J = 7.3
Hz, 2H, CO2CH2CH3), 3.81 (s, 3H, OMe), 3.80 (s, 3H, OMe),
3.44 (d, J = 7.3 Hz, 1H, NCOCH), 2.86 (dd, J1 = 18.3 Hz, J2 =
7.3 Hz, 1H, NCHa), 2.46 (d, J = 18.3 Hz, 1H, NCHb), 2.02-
2.09 (m, 1H, NCH2CH), 1.29-1.31 (m, 1H, CHCO2Et), 1.23 (t, J
= 7.3 Hz, 3H, CO2CH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 173.4, 170.6, 160.8, 158.6, 131.3, 116.7, 104.0,
98.4, 60.6, 55.4, 55.2, 44.6, 41.1, 34.6, 29.6, 16.8, 14.2
IR (neat) 2960, 2920, 2840, 1720, 1690, 1610, 1585 cm-1
n.O.e. (H1.29-1.31 H2.02-2.09 0%; H1.29-1.31 H2.46 6.5%)
Elemental analysis: C17H21NO5 Calculated: C. 63.94; H. 6.63; N. 4.39. Found: C.
63.76; H. 6.43; N. 4.63
Chapter I .
116
(1R*, 5S*, 6S*)-Ethyl 3-(2,4-dimethoxybenzyl)-2-oxo-3-azabicyclo[3.1.0]hexane-6-
carboxylate (17-cis):
1H-NMR(CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.08 (d, J = 8.6 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.46 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 4.42 (d, J = 14.0 Hz,
1H, CHaAr), 4.20 (d, J = 14.0 Hz, 1H, CHbAr), 4.14 (c, J =
7.3 Hz, 2H, CO2CH2CH3), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.80 (s, 3H,
OMe), 3.48 (dd, J1 =11.6 Hz, J2 = 5.5 Hz, 1H, NCHa), 3.25
(dd, J1 = 12.8 Hz, J2 = 1.2 Hz, 1H, NCHb), 2.45-2.47 (m, 1H,
NCOCH), 2.29-2.32 (m, 1H, NCH2CH), 1.63 (bs, 1H,
CHCO2Et), 1.26 (t, J = 7.3 Hz, 3H, CO2CH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.5, 170.9, 160.6, 158.4, 131.0, 116.7, 104.2,
98.4, 61.1, 55.4, 55.3, 48.3, 40.4, 29.3, 26.0, 20.7, 14.2
IR (neat) 2960, 2920, 2840, 1720, 1690, 1610, 1585 cm-1
n.O.e. (H1.23-1.27 H3.48 5%; H1.23-1.27 H2.45-2.47 2%)
Elemental analysis: C17H21NO5 Calculated: C. 63.94; H. 6.63; N. 4.39. Found: C.
64.07; H. 6.78; N. 4.12
(1S*, 6R*)-7,7-Dichloro-2-(2,4-dimethoxybenzyl)-2-azabicyclo[4.1.0]heptan-3-one
(26):
A solution of [Ru]-II (30.9 mg, 0.03 mmol) in 5 mL of
anhydrous toluene was added via cannula to a refluxing
solution of amide 3 (150.0 mg, 0.60 mmol) in anhydrous
toluene (20 mM) under argon. After 8h the resulting dark
brown solution was cooled to r.t. and aliquat 336 (30 mg, 0.07
mmol), DCM (30 mL) and 500 mg NaOH (50% in water) were
added. The reaction was sonicated for 12h. 15 mL of NH4Cl saturated were added, the
crude was extracted with DCM (3x10 mL), dried with MgSO4, filtered through Celite and
the solvent was eliminated under reduced pressure. The resulting mixture was purified
by flash chromatography (Hex:EtOAc 2:1, Rf = 0.29 in Hex:EtOAc 1:1), affording 26
(65.2 mg, 0.33 mmol, 55%) as a yellow oil.
Experimental section
117
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.30 (d, J = 8.8 Hz, 1H, H6-Ar), 6.48 (bs, 2H, H3 &
H5-Ar), 5.14 (d, J = 14.3 Hz, 1H, CHaAr), 4.19 (d, J = 14.3 Hz, 1H, CHbAr), 3.85 (s,
3H, OMe), 3.82 (s, 3H, OMe), 3.10 (d, J = 9.9 Hz, 1H, NCH), 2.19-2.44 (m, 3H,
COCH2&COCH2CHa), 2.06-2.15 (m, 1H, CH), 1.89-2.01 (m, 1H, COCH2CHb)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 170.4, 160.6, 158.9, 132.2, 116.6, 104.1, 98.1,
65.0, 55.3, 55.3, 44.0, 42.7, 30.5, 28.3, 19.5
IR (neat) 3000, 2915, 2815, 1670, 1610, 1580 cm-1
Elemental analysis: C15H17Cl2NO3 Calculated: C. 54.56; H. 5.19; N. 4.24. Found: C.
54.69; H. 5.32; N. 4.16
3.1.4.1 General procedure for the synthesis of cyclopropanes from isolated
unsaturated lactams using ethyl diazoacetate
A solution of [Ru]-II (33.9 mg, 0.04 mmol) in 5 mL of anhydrous toluene was
added via cannula to a refluxing solution of the unsaturated lactam (0.4 mmol) in
anhydrous toluene (20 mM) under argon. A solution of ethyl diazoacetate (369.5 mg,
3.24 mmol) in 10 mL of dry toluene was then added slowly during 8h. The resulting
dark solution was then filtered through Celite and the solvent was wliminated under
reduced pressure. The resulting mixture was purified by flash chromatography and
then by MPLC.
Preparation of ethyl 2-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-2-azabicyclo[4.1.0]heptane-7-
carboxylate (13-trans and 13-cis):
Following the general procedure for the synthesis of cyclopropanes from
isolated unsaturated lactams using ethyl diazoacetate, the reaction of 11 (100.0 mg,
0.4 mmol) afforded after flash chromatography (Petroleum ether:EtOAc 2:1, Rf = 0.18
for 13-trans and 0.12 for 13-cis, both in Hex:EtOAc 1:1) followed by MPLC (Petroleum
ether:EtOAc 6:1) 13-trans (47.4 mg, 0.14 mmol, 36%) and 13-cis (32.6 mg, 0.1 mmol,
25%) as pale yellow oils, and 14 (23.0 mg, 0.07 mmol, 17%) as a yellow oil.
Chapter I .
118
Ethyl (1S*, 6S*, 7S*)-2-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-2-azabicyclo[4.1.0]heptane-7-
carboxylate (13-trans):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.19 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 4.65 (d, J = 14.3 Hz,
1H, CHaAr), 4.57 (d, J = 14.3 Hz, 1H, CHbAr), 4.02-4.07 (m,
2H, CO2CH2CH3), 3.79 (s, 3H, OMe), 3.75 (s, 3H, OMe), 3.05
(dd, J1 = 8.8 Hz, J2 = 2.2 Hz, 1H, NCH), 2.28-2.46 (m, 2H,
NCOCH2), 2.17-2.22 (m, 1H, bicyclo), 1.88-1.92 (m, 1H,
bicyclo), 1.61-1.69 (m, 1H, bicyclo), 1.43-1.45 (m, 1H, CHCO2Et), 1.22 (t, J = 7.1 Hz,
3H, CO2CH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.2, 170.5, 160.5, 158.7, 131.5, 117.1, 104.1,
98.2, 60.5, 55.3, 55.1, 43.3, 40.8, 30.9, 30.7, 21.7, 21.0, 14.2
IR (neat) 3067, 2985, 1602, 1565, 1440 cm-1
n.O.e. (H1.61-1.69 H1.43-1.45 0%; H1.61-1.69 H3.05 9%)
Elemental analysis: C18H23NO5 Calculated: C. 64.85; H. 6.95; N. 4.20. Found: C.
64.96; H. 7.17; N. 3.98
Ethyl (1S*, 6S*, 7R*)-2-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-2-azabicyclo[4.1.0]heptane-
7-carboxylate (13-cis):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.22 (d, J= 9.3 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 4.99 (d, J= 14.3 Hz,
1H, CHaAr), 4.03-4.15 (m, 2H, CO2CH2CH3), 3.90 (d, J= 14.3
Hz, 1H, CHbAr), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H, OMe), 3.09
(dd, J1 = 8.3, J2= 7.1 Hz, 1H, NCH), 2.28-2.42 (m, 3H,
bicyclo), 2.09-2.17 (m, 1H, bicyclo), 1.82-1.86 (m, 1H,
bicyclo), 1.67 (dd, J1 = 8.8, J2 = 6.6 Hz, 1H, bicyclo), 1.25 (t, J = 7.1 Hz, 3H,
CO2CH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.0, 170.5, 160.5, 158.7, 131.5, 117.1, 104.1,
98.2, 60.5, 55.3, 55.1, 43.3, 40.8, 30.9, 30.7, 21.7, 21.0, 14.2
IR (neat) 3087, 2985, 1602, 1565, 1440 cm-1
n.O.e. (H3.09 H1.67 7%; H1.82-1.86 H1.67 5%)
Experimental section
119
Elemental analysis: C18H23NO5 Calculated: C. 64.85; H. 6.95; N. 4.20. Found: C.
64.77; H. 6.74; N. 3.9
Ethyl [1-(2,4-dimethoxybenzyl)-6-oxo-1,4,5,6-tetrahydropyridin-3-yl]acetate (14):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.15 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.42-6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 6.02 (s, 1H, NCH),
4.61 (s, 2H, CH2Ar), 4.10-4.16 (m, 2H, CO2CH2CH3), 3.81 (s,
3H, OMe), 3.80 (s, 3H, OMe), 2.99 (s, 2H, CCH2CO2), 2.58 (t,
J = 7.7 Hz, 2H, COCH2), 2.35 (t, J = 7.7 Hz, 2H, COCH2CH2),
1.25 (t, J = 7.1 Hz, 3H, CO2CH2CH3)
IR (neat) 2980, 2940, 2910, 2830, 2815, 1730, 1660, 1610, 1580, 1510 cm-1
Elemental analysis: C18H23NO5 Calculated: C. 64.85; H. 6.95; N. 4.20. Found: C.
65.03; H. 6.81; N. 4.32
Preparation of ethyl 2-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-2-azabicyclo[5.1.0]octane-8-
carboxylate (22-cis and 22-trans):
Following the general procedure for the synthesis of cyclopropanes from
isolated unsaturated lactams using ethyl diazoacetate, the reaction of 18 (250.0 mg,
1.0 mmol) afforded after flash chromatography (Petroleum ether:EtOAc 2:1, Rf = 0.41
for 22-trans in Hex:EtOAc 1:1) 22-trans and 22-cis (200 mg, 0.6 mmol, 60%, 4:1
mixture as calculated from well resolved signals in the H-NMR spectrum), isolating only
22-trans after MPLC (Petroleum ether:EtOAc 4:1) as a yellow oil. We also detected the
signals corresponding to 23 in the crude mixture.
Chapter I .
120
(1S*, 7S*, 8S*)-Ethyl 2-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-2-azabicyclo[5.1.0]octane-8-
carboxylate (22-trans):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.18 (d, J = 8.6 Hz, 1H,
H6-Ar), 6.43-6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 5.18 (d, J = 14.6 Hz,
1H, CHaAr), 4.15-4.24 (m, 2H, CO2CH2CH3), 3.80 (s, 6H,
2xOMe), 3.74 (d, J = 14.6 Hz, 1H, CHbAr), 2.94 (t, J = 6.7
Hz, 1H, bicyclo), 2.70-2.81 (m, 1H, bicyclo), 2.18-2.44 (m,
2H, bicyclo), 1.95-2. 05 (m, 1H, bicyclo), 1.77-1.88 (m, 3H,
bicyclo), 1.55-1.66 (m, 1H, CHCO2Et), 1.33 (t, J = 7.3 Hz, 3H, CO2CH2CH3)
13C-NMR (CDCl3) (ppm): 172.5, 169.7, 159.8, 158.2, 129.8, 117.0, 104.5, 98.3, 60.0,
55.4, 55.2, 42.9, 33.7, 30.7, 23.4, 22.7, 20.5, 17.0, 14.2
IR (neat) 3080, 2980, 1610, 1565, 1440 cm-1
n.O.e. (H2.94 H1.55-1.66 0%; H2.94 H1.77-1.88 6%)
Elemental analysis: C19H25NO5 Calculated: C. 65.69; H. 7.25; N. 4.03. Found: C.
65.76; H. 7.06; N. 3.94
3.1.4.2. General procedure for the synthesis of cyclopropanes by tandem RCM-
isomerization-cyclopropanation
A solution of [Ru]-II (101.8 mg, 0.12 mmol) in 5 mL of anhydrous toluene was
added via cannula over a solution of the corresponding N-allylamine (0.8 mmol) in
refluxing anhydrous toluene (20 mM) under argon. A solution of ethyl diazoacetate
(698.3 mg, 6.1 mmol) in 10 mL of anhydrous toluene was then slowly added during 8h.
The resulting dark solution was then filtered through Celite, and the solvent was
eliminated under reduced pressure. The resulting mixture was purified first by flash
chromatography and the by MPLC.
Preparation of ethyl 2-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-2-azabicyclo[4.1.0]heptane-7-
carboxylate (13-trans and 13-cis):
Following the general procedure for the synthesis of cyclopropanes by tandem
RCM-isomerization-cyclopropanation, the reaction of 3 (100.0 mg, 0.4 mmol) afforded
after flash chromatography (Petroleum ether:EtOAc 2:1) followed by MPLC (Petroleum
ether:EcOEt 6:1) 13-trans (45.8 mg, 0.14 mmol, 34%) and 13-cis (24.1 mg, 0.07
Experimental section
121
mmol, 18%) as pale yellow oils. 14 was detected by t.l.c. and NMR but was not
isolated.
Preparation of ethyl 4-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-4-azabicyclo[5.1.0]octane-8-
carboxylate (24-trans and 24-cis) and ethyl 3-(2,4-dimethoxybenzyl)-4-oxo-3-
azabicyclo[5.1.0]octane-8-carboxylate (25-trans and 25-cis):
Following the general procedure for the synthesis of cyclopropanes by tandem
RCM-isomerization-cyclopropanation, the reaction of 4 (200.0 mg, 0.7 mmol) afforded
after flash chromatography (Petroleum ether:EtOAc 2:1, Rf = 0.22 for 24-trans and
0.14 for 25-trans, both in Hex:EtOAc 1:1) 80 mg (0.23 mmol, 34%) of 24-trans and 24-
cis as a 4:1 mixture, and 44.3 mg (0.13 mmol, 18%) of 25-trans and 25-cis as a 2:1
mixture, both as yellow oils. MPLC (Petroleum ether:EtOAc 6:1) allowed isolating of 24-
trans and 25-trans.
(1R* ,7S*, 8R*)-Ethyl 4-(2,4-dimethoxybenzyl)-3-oxo-4-azabicyclo[5.1.0]octane-8-
carboxylate (24-trans):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.16 (d, J = 9.1 Hz,
1H, H6-Ar), 6.45 (m, 2H, H3 & H5-Ar), 4.68 (d, J = 14.6 Hz,
1H, CHaAr), 4.33 (d, J = 14.6 Hz, 1H, CHbAr), 4.10-4.15
(m, 2H, CO2CH2CH3), 3.82 (s, 3H, OMe), 3.81 (s, 3H,
OMe), 3.31-3.40 (m, 1H, bicyclo), 3.04-3.17 (m, 2H,
bicyclo), 2.71 (dd, J1 = 14.6 Hz, J2 = 6.7 Hz, 1H, bicyclo),
1.86-1.94 (m, 1H, bicyclo), 1.71-1.82 (m, 2H, bicyclo), 1.54-
1.61 (m, 1H, bicyclo), 1.46 (t, J = 4.9 Hz, 1H, CHCO2Et),
1.26 (t, J = 7.0 Hz, 3H, CO2CH2CH3)
13C-NMR (CDCl3) (ppm): 173.9, 171.0, 160.4, 158.5, 131.0, 117.7, 104.0, 98.3, 60.6,
55.3, 55.3, 44.8, 44.0, 35.1, 29.7, 26.2, 22.4, 20.7, 14.2
IR (neat) 2940, 2900, 2820, 1720, 1640, 1610, 1580, 1500, 1450 cm-1
n.O.e. (H1.46 H1.71-1.82 0%)
Elemental analysis: C19H25NO5 Calculated: C. 65.69; H. 7.25; N. 4.03. Found: C.
65.88; H. 7.03; N. 4.24
Chapter I .
122
(1S* ,7R* ,8S)-Ethyl 3-(2,4-dimethoxybenzyl)-4-oxo-3-azabicyclo[5.1.0]octane-8-
carboxylate (25-trans):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.20 (d, J = 9.1 Hz,
1H, H6-Ar), 6.45 (bs, 2H, H3 & H5-Ar), 4.68 (d, J = 14.0
Hz, 1H, CHaAr), 4.41 (d, J = 14.0 Hz, 1H, CHaAr), 4.10 (q,
J = 7.3 Hz, 2H, CO2CH2CH3), 3.82 (s, 3H, OMe), 3.81 (s,
3H, ,OMe), 3.77-3.85 (m, 1H, bicyclo), 3.36 (dd, J1 = 15.9
Hz, J2 = 7.3 Hz, 1H, bicyclo), 2.17-2.48 (m, 3H, bicyclo),
2.00-2.07 (m, 2H, bicyclo), 1.61-1.67 (m, 1H, bicyclo), 1.48
(t, J = 4.3 Hz, 1H, CHCO2Et), 1.26 (t, J = 7.1 Hz, 3H, CO2CH2CH3),
13C-NMR (CDCl3) (ppm): 173.8, 173.4, 160.4, 158.5, 131.2, 117.9, 104.2, 98.4, 60.6,
55.3, 55.3, 46.9, 45.2, 32.7, 25.8, 24.7, 22.7, 20.8, 14.2
IR (neat) 2940, 2900, 2820, 1720, 1640, 1610, 1500, 1450 cm-1
n.O.e. (H1.48 H1.61-1.67 0%)
Elemental analysis: C19H25NO5 Calculated: C. 65.69; H. 7.25; N. 4.03. Found: C.
65.92; H. 6.89; N. 3.85
Experimental section
123
3.2. Cycloisomerization of dienes and enynes catalysed by a modified ruthenium
carbene species
3.2.1. Preparation of starting materials
The following substrates were prepared according to reported procedures:
diethyl 2,2-diallylmalonate (27a),128 dibenzyl 2,2-diallylmalonate (27b),128 5,5-diallyl-2,2-
dimethyl-1,3-dioxane (27c),129 6,6-diallyl-2,2,3,3,9,9,10,10-octamethyl-4,8-dioxa-3,9-
disilaundecane (27d),129 N,N-diallyl-4-methylbenzenesulfonamide (27e),68 tert-butyl
diallylcarbamate (27f),68 3-(allylsulfonyl)prop-1-ene (27g),130 and diethyl 2-allyl-2-(prop-
2-yn-1-yl)malonate (37a)131.
Diethyl cyclopent-3-ene-1,1-dicarboxylate (28a),132 diethyl cyclopent-2-ene-1,1-
dicarboxylate (29a),133a (E)-N-allyl-4-methyl-N-(prop-1-en-1-yl)benzenesulfonamide
(31e)91 and (E)-1-(allylsulfonyl)prop-1-ene (31g)133b have already been described and
matched with the bibliography data.
Dibenzyl malonate:
Over a solution of malonic acid (2.0 g, 19.22 mmol) in
EtOAc (96 mL) benzyl alcohol (4.36 g, 4.17 mL, 40.4 mmol),
1,3-dicyclohexylcarbodiimide (8.93 g, 40.36 mmol) and 4-
dimethylaminopyridine (66.0 mg, 0.03 mmol) were added.
After 24h stirring at r.t. the crude was filtered, washed with water (3x30 mL), brine (30
mL), dried with MgSO4, filtered and the solvent was evaporated under reduced
pressure. The residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 20:1, Rf =
0.27 in Hex:EtOAc 9:1) affording 4.48 g, 15.78 mmol, 82% of a yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.33 (s, 10H, Ar), 5.17 (s, 4H, 2xAr-CH2O), 3.47
(s, 2H, COCH2CO)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 166.3, 135.3, 128.6, 128.5, 128.3, 67.3, 41.6
128
Nečas, D.; Turský, M.; Tišlerová, I.; Kotora, M. New J. Chem. 2006, 30, 671-674. 129
Okamoto, S.; Livinghouse, T. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 1223-1224. 130
Alonso, D. A.; Nájera, C.; Varea, M. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 3459-3461. 131
Pagenkopf, B. L.; Livinghouse, T. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2285-2286. 132
Nugent, W. A.; Feldman, J.; Calabrese, J. C. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 8992-8998. 133
(a) T, S. Abram, R. Baker, C, M. Exon, V, B. Rao, J. Chem. Soc., Perkin. Trans. 1 1982, 285-294. (b) Fuson, R. C.; Price, C. C.; Burness, D. M. J. Org. Chem. 1946, 11, 475-481.
Chapter I .
124
IR (neat) 3091, 3066, 3034, 2953, 2894, 1732 cm-1
Dibenzyl diprop-2-en-1-ylpropanedioate (27b):
Over a suspension of NaH 60% (420.0 mg, 10.56 mmol) in
anhydrous THF (25 mL) a solution of dibenzyl malonate (1.0 g,
3.5 mmol) in anhydrous THF (5 mL) was added and the mixture
was stirred for 30 min at r.t. A solution of propargyl bromide (80%
in toluene, 1.26 g, 1.18 mL, 10.56 mmol) in anhydrous THF (5 mL) was added and the
reaction was heated to reflux for 2h. The crude was cooled to r.t., HCl 0.1N in water
was added (15 mL) and the mixture was extracted with DCM (3x20 mL). The combined
organic layers were washed with water (15 mL), brine (15 mL), dried with MgSO4,
filtered and solvents were removed under vacuo. The residue was purified by silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 20:1, Rf = 0.51 in Hex:EtOAc 9:1) affording 30b (1.08 g,
2.97 mmol, 85%) as a colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.32-7.23 (m, 10H, Ar), 5.67-5.53 (m, 2H,
2xCH2CH=CH2), 5.10 (s, 4H, 2xAr-CH2O), 5.06-5.00 (m, 4H, & 2xCH=CH2), 2.67 (d, J
= 7.4 Hz, 4H, 2xCH2CH=CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 170.4, 135.4, 132.0, 128.5, 128.3, 128.2, 119.4,
67.0, 57.6, 36.8
IR (neat) 3068, 3035, 2982, 2956, 1734, 1641, 1609 cm-1
Elemental analysis: C23H24O4 Calculated: C. 75.80; H. 6.64. Found: C. 75.85; H. 6.65.
Experimental section
125
6-Allyl-2,2,3,3,9,9,10,10-octamethyl-6-(prop-2-ynyl)-4,8-dioxa-3,9-disilaundecane
(37b):
2-Allyl-2-(prop-2-ynyl)propane-1,3-diol134 (400.0 mg, 2.6 mmol),
TBSCl (1.70 g, 10.4 mmol) and imidazol (884.0 mg, 13.0 mmol)
were dissolved in anhydrous DMF (13 mL) and the reaction was
conducted under argon for 2 h at r.t. A mixture of water/ice (30 mL)
and diethyl ether (30 mL) was added and the organic layer was
extracted, washed with water (5x10 mL), brine (3x10 mL), dried with MgSO4 and the
solvent was evaporated. The resulting oil was purified by silica gel chromatography
(Hexane, Rf = 0.88 in Hexane) obtaining 37b (862.2 mg, 2.25 mmol, 87%) as a
colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 5.84-5.60 (m, 1H, CH=CH2), 5.08-5.01 (m, 2H,
CH=CH2), 3.41-3.34 (m, 4H, 2xCH2O), 2.08-2.06 (m, 4H, 2xCH2), 1.89 (t, J = 2.6 Hz,
1H, C≡CH), 0.85 (s, 18H, 2xC(CH3)3), 0.00 (s, 12H, 2x(CH3)2Si))
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 134.2, 117.8, 81.7, 69.8, 63.6, 43.3, 35.1, 25.9,
21.0, 18.3, -5.6
IR (neat) 3077, 2955, 2930, 2858, 1640 cm-1
Elemental analysis: C21H42O2Si2 Calculated: C. 65.90; H. 11.06. Found: C. 66.04; H.
11.18
134
Singh, R. K. Synthesis 1985, 54-55.
Chapter I .
126
3.2.2. Synthesis and isolation of the catalytic species
Catalyst [Ru]-II (80.0 mg, 0.094 mmol) was placed in a flame-dried two-necked
flask, and two cycles of vacuum-argon were performed. Anhydrous DMF (2 mL) was
added and the suspension was heated at 130 ºC for 12 min. The solvent was
eliminated under reduced pressure (1 mbar, 80 ºC), the dark oily residue was cooled to
4 ºC and dissolved in cold toluene (0.8 mL). Cold hexane was added until a black and
sticky oil residue precipitated and the supernatant was removed. The oil was washed
twice with toluene (0.5 mL), hexane (2 mL) and dried under vacuum, affording 20.9 mg
of a black dense oil.
1H-NMR (CD2Cl2, 300 MHz) (ppm): 9.21 (bs, 1H), 7.04 (s, 4H), 4.40 (bs, 4H), 2.45 (s,
12H), 2.35 (s, 6H), 1.74 (bs, 6H)
IR (neat) 2923, 2850, 1915, 1628, 1482, 1443, 1263 cm-1
3.2.3. General procedure for the cycloisomerization reaction
Catalyst [Ru]-II (36 mg, 0.042 mmol) was placed in a flame-dried two-necked
flask equipped with a condenser, and two cycles of vacuum-argon were performed.
Anhydrous DMF (0.2 mL) was added and the suspension was heated at 130 ºC for 12
min. The dark solution was cooled to r.t., anhydrous toluene (0.9 mL) was added
followed by the addition of diene (0.42 mmol) in anhydrous toluene (1 mL). The mixture
was gently refluxed until no more starting material was detected (t.l.c.), cooled to r.t.,
filtered through Celite and solvents were removed under reduced pressure. The
resulting dark-brown oil was purified by flash chromatography.
Experimental section
127
Diethyl 3-methyl-4-methylenecyclopentane-1,1-dicarboxylate (30a):135
Following the general procedure for cycloisomerization, starting
with 27a (100.0 mg, 0.416 mmol) after 30 min 30a was obtained
after silica gel chromatography (Hex:EtOAc 49:1, Rf = 0.63 in
Hex:EtOAc 9:1) as a colorless oil (91.0 mg, 0.38 mmol, 91%).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 4.91 (d, J = 2.0 Hz, 1H, C=CHa), 4.80 (d, J = 2.1
Hz, 1H, C=CHb), 4.19 (q, J = 7.2 Hz, 2H, CO2CH2CH3), 4.18 (q, J = 7.0 Hz, 2H,
CO2CH2CH3), 3.08-2.90 (m, 2H, CO2CCH2C=CH2), 2.57-2.51 (m, 2H, CO2CCH2CH),
1.80-1.70 (m, 1H, CO2CCH2CH), 1.25 (t, J = 7.0 Hz, 3H, CO2CH2CH3), 1.24 (t, J = 7.2
Hz, 3H, CO2CH2CH3), 1.11 (d, J = 6.1 Hz, 3H, CCH3)
Dibenzyl 3-methyl-4-methylenecyclopentane-1,1-dicarboxylate (30b):
Following the general procedure for cycloisomerization, starting
with 27b (100.0 mg, 0.27 mmol) after 16h 30b was obtained after
silica gel chromatography (Hex:EtOAc 20:1, Rf = 0.53 in
Hex:EtOAc 9:1) as a colorless oil (92.8 mg, 0.25 mmol, 93%).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.31-7.22 (m, 10H, Ar), 5.11 (s, 2H, Ar-CH2O),
5.11 (s, 2H, Ar-CH2O), 4.90 (d, J = 2.1 Hz, 1H, C=CHa), 4.79 (d, J = 2.2 Hz, 1H,
C=CHb), 3.11-2.93 (m, 2H, CO2CCH2C=CH2), 2.63-2.53 (m, 2H, CO2CCH2CH), 1.83-
1.74 (m, 1H, CO2CCH2CH), 1.09 (d, J = 6.3 Hz, 3H, CCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 172.0, 171.9, 153.5, 135.9, 128.9, 128.6, 128.3,
106.1, 67.6, 67.5, 58.8, 42.5, 41.0, 37.6, 18.4
IR (neat) 3067, 3034, 2961, 2932, 2873, 1733, 1659 cm-1
Elemental analysis: C23H24O4 Calculated: C. 75.80; H. 6.64. Found: C. 75.72; H. 6.54.
135
Crich, D.; Hwang, T.; Gastaldi, S.; Recupero, F.; Wink, D. J. J. Org. Chem. 1999, 64, 2877-2882.
Chapter I .
128
2,8,8-Trimethyl-3-methylidene-7,9-dioxaspiro[4.5]decane (30c):129
Following the general procedure for cycloisomerization, starting with 27c
(100.0 mg, 0.509 mmol) after 25 min 30c was obtained after silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 49:1, Rf = 0.45 in Hex:EtOAc 9:1) as a
colorless oil (66.2 mg, 0.33 mmol, 66%).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 4.86 (s, 1H, C=CH2), 4.78 (s, 1H, C=CH2), 3.64-
3.55 (m, 4H, 2xCH2O), 2.54-2.46 (m, 1H, CHCH3), 2.42-2.17 (m, 2H, CH2C=CH2), 1.99
(dd, 1H, J1 = 13.0 Hz, J2 = 8.2 Hz, CH2CHCH3), 1.43 (s, 3H, CH3C), 1.42 (s, 3H, CH3C),
1.08 (d, J = 6.7 Hz, 3H, CH3CH), 1.03 (dd, J1 = 12.8 Hz, J2 = 10.5 Hz, 1H, CH2CHCH3)
(3-Methyl-4-methylenecyclopentane-1,1-diyl)bis(methylene)bis(oxy)bis(tert-butyl
dimethylsilane) (30d):129
Following the general procedure for cycloisomerization, starting
with 27d (100.0 mg, 0.26 mmol) after 45 min 30d was obtained
after silica gel chromatography (Hexane, Rf = 0.50 in Hexane) as a
colorless oil (88.1 mg, 0.23 mmol, 88%).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 4.77 (s, 1H, C=CH2), 4.69 (s, 1H, C=CH2), 3.41-
3.33 (m, 4H, 2xCH2O), 2.49-2.45 (m, 1H, CHCH3), 2.14 (s, 2H, CH2C=CH2), 1.79 (dd,
1H, J1 = 12.9 Hz, J2 = 8.3 Hz, CH2CHCH3), 1.08 (d, J = 6.7 Hz, 3H, CH3CH), 0.97 (dd,
J1 = 12.8 Hz, J2 = 10.5 Hz, 1H, CH2CHCH3), 0.86 (s, 18H, 2xC(CH3)3), 0.00 (s, 12H,
2x(CH3)2Si))
Experimental section
129
3-Methyl-4-methylene-1-[(4-methylphenyl)sulfonyl]pyrrolidine (30e):136
Following the general procedure for cycloisomerization, starting with 27e
(100.0 mg, 0.398 mmol) after 20 min and purification through silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 20:1, Rf = 0.29 for 30e and Rf = 0.24 for
30e’, both in Hex:EtOAc 9:1) 30e (71.1 mg, 0.282 mmol, 71%) and 30e’
(19.0 mg, 0.075 mmol, 19%) where obtained as white solids.
Mp: 60-63 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.71 (d, J = 7.8 Hz, 2H, Ar), 7.34 (d, J = 8.3 Hz,
2H, Ar), 4.91 (d, J = 1.5 Hz, 1H, C=CHa), 4.85 (d, J = 1.9 Hz, 1H, C=CHb), 3.96 (d, J =
13.7 Hz, 1H, NCHaC=CH2), 3.73 (d, J = 14.2 Hz, 1H, NCHbC=CH2), 3.58 (m, 1H,
NCH2CH), 2.72-2.67 (m, 2H, NCH2CH), 2.44 (s, 3H, CH3-Ar), 1.04 (d, J = 5.9 Hz, 3H,
CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 149.2, 143.6, 132.7, 129.6, 127.8, 106.0, 55.0,
52.1, 37.4, 21.5, 16.0
IR (KBr) 2974, 2921, 2904, 2855, 2838, 1666, 1596 cm-1
3,4-Dimethyl-1-[(4-methylphenyl)sulfonyl]-2,5-dihydro-1H-pyrrole (30e’):137
Mp: 152-156 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.72 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.31 (d,
J = 8.0 Hz, 2H, Ar), 3.97 (s, 4H, 2xNCH2C), 2.42 (s, 3H, CH3-Ar), 1.54 (s,
6H, 2xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 143.2, 134.2, 129.7, 127.5, 126.2, 58.8, 21.5, 11.1
136
Sémeril, D. ; Bruneau, C.; Dixneuf, P. H. Helv. Chim. Acta 2001, 84, 3335-3341. 137
Krafft, M. E.; Boñaga, L. V. R.; Wright, J. A.; Hirosawa, C. J. Org. Chem. 2002, 67, 1233-1246.
Chapter I .
130
tert-Butyl 3-methyl-4-methylenepyrrolidine-1-carboxylate (30f):68
Following the general procedure for cycloisomerization, starting with 27f
(100.0 mg, 0.398 mmol) after 1h and purification through silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 20:1, Rf = 0.36 for 30f and Rf = 0.67 for 31f,
both in Hex:EtOAc 4:1) 30f (35.8 mg, 0.18 mmol, 36%) and 31f (40.3 mg,
0.20 mmol, 40%) were obtained as colorless oils.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 4.95 (bs, 1H, C=CHa), 4.89 (q, 1H, J = 2.3 Hz,
C=CHb), 3.98 (q, J = 9.6 Hz, 2H, NCH2C=CH2), 3.78-3.61 (m, 1H, NCH2CH), 2.91 (t, J
= 9.2 Hz, 1H, NCHaCH), 2.79-2.63 (m, 1H, NCHbCH), 1.47 (s, 9H, 3xCH3), 1.12 (d, J =
6.7 Hz, 3H, CHCH3)
IR (neat) 3083, 2974, 2932, 1699, 1406 cm-1
(1E)-1-(Prop-2-en-1-ylsulfonyl)prop-1-ene (31g):133b
Following the general procedure for cycloisomerization, starting with
27g (100.0 mg, 0.68 mmol) after 3h was obtained after silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 4:1, Rf = 0.43 in Hex:EtOAc 2:1) 31g
(90.1 mg, 0.61 mmol, 90%) was obtained as colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 6.94-6.82 (m, 1H, CHCH3), 6.30 (dd, J1 = 15.1 Hz,
J2 = 1.6 Hz, 1H, SO2CH=CH), 6.00-5.79 (m, 1H, CH2CH=CH2), 5.47-5.41 (m, 2H,
CH2CH=CH2), 3.71 (d, J = 7.3 Hz, 2H, CH2CH=CH2), 1.97 (dd, J1 = 6.9 Hz, J2 = 1.6 Hz,
3H, CH=CHCH3)
IR (neat) 2975, 2921, 2855, 1731, 1640 cm-1
Elemental analysis: C6H10O2S Calculated: C. 49.29; H. 6.89. Found: C. 49.38; H.
6.80.
Experimental section
131
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-3-methyl-4-methylidenepyrrolidin-2-one (32):
Following the general procedure for cycloisomerization, starting
with 2 (100.0 mg, 0.383 mmol) after 16h and purification
through silica gel chromatography (Hex:EtOAc 4:1, Rf = 0.60
for 32 and Rf = 0.55 for 32’, both in Hex:EtOAc 1:1) 32 (45.4
mg, 0.17 mmol, 45%) and 32’ (12.3 mg, 0.045 mmol, 12%)
were obtained as pale yellow oils.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.13 (d, J = 8.8 Hz, 1H, Ar), 6.46-6.44 (m, 2H, Ar),
5.03-5.00 (m, 2H, C=CH2), 4.48 (s, 2H, CH2Ar), 3.90-3.77 (m, 2H, NCH2C=CH2), 3.81
(s, 3H, OMe), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.05 (q, J = 7.3 Hz, 1H, CHCH3), 1.32 (d, J = 7.3 Hz,
3H, CHCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 175.7, 160.8, 159.0, 144.6, 131.2, 117.1, 108.0,
104.5, 98.7, 55.7, 55.7, 51.6, 41.8, 40.7, 15.8
IR (neat) 2924, 2851, 1711, 1649, 1615, 1589 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
69.03; H. 7.24; N. 5.33.
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-4-methyl-3-methylidenepyrrolidin-2-one (32’):
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.16 (d, J = 8.8 Hz, 1H,
Ar), 6.47-6.43 (m, 2H, Ar), 6.00 (d, J = 2.4 Hz, 1H, C=CHa),
5.27 (d, J = 2.4 Hz, 1H, C=CHb), 4.56 (d, J = 14.6 Hz, 1H,
CHaAr), 4.48 (d, J = 14.6 Hz, 1H, CHbAr), 3.81 (s, 3H, OMe),
3.81 (s, 3H, OMe), 3.45 (t, J = 7.8 Hz, 1H, NCHaC=CH2), 2.92-
2.80 (m, 2H, NCHbC=CH2 & NCH2CH), 1.18 (d, J = 6.4 Hz,
3H, CHCH3)
IR (neat) 2921, 2858, 1645, 1589, 1507 cm-1
Elemental analysis: C15H19NO3 Calculated: C. 68.94; H. 7.33; N. 5.36. Found: C.
68.79; H. 7.40; N. 5.25.
Chapter I .
132
1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-3-ethyl-4-methylenepyrrolidin-2-one (34):
Following the general procedure for cycloisomerization,
starting with 3 (100.0 mg, 0.68 mmol) after 16h 34 was
obtained after silica gel chromatography (Hex:EtOAc 6:1 to
2:1, Rf = 0.23 in Hex:EtOAc 2:1) (38.0 mg, 0.25 mmol, 38%)
as a brown oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.12 (d, J = 9.1 Hz, 1H, Ar), 6.46-6.42 (m, 2H, Ar),
5.05-5.01 (m, 2H, C=CH2), 4.57 (d, J = 14.5 Hz, 1H, CHaAr), 4.39 (d, J = 14.6 Hz, 1H,
CHbAr), 3.82-3.67 (m, 2H, NCH2C=CH2), 3.80 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H, OMe), 3.03
(bs, 1H, COCH), 1.93-1.72 (m, 2H, CHCH2CH3), 0.89 (t, J = 7.3 Hz, 3H, CHCH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 174.8, 160.6, 158.7, 142.1, 130.9, 116.9, 108.3,
104.3, 98.4, 55.4 (2xC), 51.6, 47.7, 40.4, 24.0, 9.7
IR (neat) 2962, 2930, 2854, 1693, 1663, 1613, 1589 cm-1
Elemental analysis: C16H21NO3 Calculated: C. 69.79; H. 7.69; N. 5.09. Found: C.
69.89; H. 7.72; N. 5.13.
Diethyl 3,4-dimethylenecyclopentane-1,1-dicarboxylate (38a):138
Following the general procedure for cycloisomerization, starting
with 37a (100.0 mg, 0.42 mmol) after 20 min 38a (79.9 mg, 0.34
mmol, 80%) was obtained after silica gel chromatography
(Hex:EtOAc 20:1, Rf = 0.42 in Hex:EtOAc 6:1) as pale yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 5.38 (s, 2H, 2xC=CHa), 4.95 (s, 2H, 2xC=CHb),
4.19 (q, J = 7.2 Hz, 4H, 2xOCH2CH3), 3.03 (s, 4H, 2xCCH2C), 1.24 (t, J = 7.0 Hz, 6H,
2xOCH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.2, 144.6, 105.5, 61.5, 57.7, 41.1, 14.0
138
Wu, J. Y.; Stanzl, B. N.; Ritter, T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13214-13216.
Experimental section
133
IR (neat) 2983, 2939, 2909, 2877, 1733, 1655 cm-1
(3,4-Dimethylenecyclopentane-1,1-diyl)bis(methylene)bis(oxy)bis(tertbutyl
dimethylsilane) (38b):
Following the general procedure for cycloisomerization, starting with
37b (100.0 mg, 0.26 mmol) after 20 min 38b (63.0 mg, 0.16 mmol,
63%) was obtained after silica gel chromatography (Hexane, Rf =
0.62 in Hexane) as colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 5.34 (s, 2H, C=CH2), 4.83 (s, 2H, C=CH2), 3.39 (s,
4H, 2xCH2O), 2.26 (s, 4H, 2xCH2), 0.87 (s, 18H, 2xC(CH3)3), 0.00 (s, 12H, 2x(CH3)2Si))
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 147.8, 104.6, 64.7, 47.0, 38.6, 25.9, 18.3, -5.5
IR (neat) 2955, 2930, 2857, 1676 cm-1
Elemental analysis: C21H42O2Si2 Calculated: C. 65.90; H. 11.06. Found: C. 65.73; H.
11.19.
Experimental section
135
3.3. Ruthenium carbene mediated [2+2+2] cyclotrimerizations
3.3.1. Preparation of starting materials
Dibenzyl diprop-2-yn-1-ylmalonate (39b),139 diethyl 2,2-di(but-2-yn-1-
yl)malonate (42a)140 and diethyl 2,2-di(prop-2-yn-1-yl)malonate (39d)141 were prepared
according to reported procedures.
N-(2,4-Dimethoxybenzyl)-N-(prop-2-yn-1-yl)prop-2-yn-1-amine (39c):
Propargyl bromide (7.8 g, 65.78 mmol) and Na2CO3 (9.5 g,
89.70 mmol) were suspended in 120 mL of acetone and 30
mL of water. 2,4-Dimethoxybenzylamine (5.0 g, 29.90 mmol)
was added in one drop at r.t. with stirring. After 21 h, the
reaction was quenched with NH4Clsat (50 mL) and the organic
layer was the extracted with DCM (3x50 mL). The organic
layer was then washed with brine, dried with MgSO4, filtered
and the solvent was eliminated under reduced pressure, affording after flash
chromatography (Hex:EtOAc 9:1) 3.8 g (52%) of 39c as a pale yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.26 (d, J = 8.8 Hz, 1H, H6-Ar), 6.48-6.45 (m, 2H,
H3 & H5-Ar), 3.82 (s, 6H, 2xOMe), 3.67 (s, 2H, CH2Ar), 3.46 (d, J = 2.4 Hz, 4H,
2xCH2C≡), 2.27 (bs, 2H, 2xC≡CH)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 160.2, 158.9, 131.4, 118.0, 103.7, 98.4, 79.1, 72.9,
55.4, 55.2, 50.6, 41.7
IR (neat) : 2936, 2835, 1612, 1588 cm-1
Elemental analysis: C15H17NO2 Calculated: C. 74.05; H. 7.04; N. 5.76. Found: C.
74.21; H. 6.96; N. 5.72
139
Shibata, T.; Yamashita, K.; Katayama, E.; Takagi, K. Tetrahedron 2002, 58, 8661-8667. 140
Atkinson, R. S.; Grimshire, M. J. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1: Organic and Bio-Organic Chemistry (1972-1999) 1986, 1215-1224. 141
Sandra Medina Villar DEA, CEU San Pablo University, 2010.
Chapter I .
136
Dibenzyl 2,2-di(but-2-ynyl)malonate (42b):
Over a suspension of NaH (288.2 mg, 12.0 mmol) in
anhydrous THF (20 mL) at 0 ºC and under argon, a solution
of dibenzyl malonate (1.36 g, 4.80 mmol) in anhydrous THF
(5 mL) was added and the mixture was heated to r.t. and
stirred for 30 min. 1-Bromobut-2-yne (1.40 g, 10.6 mmol, 0.95 mL) was added and the
reaction was stirred at r.t. until no more starting material was observed (t.l.c.). Water
(20 mL) was slowly added and the crude was extracted with DCM (3x40 mL). The
organic layers were dried with MgSO4, organic solvents were evaporated and the
resulting oil was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 9:1, Rf = 0.57 in
Hex:EtOAc 4:1) obtaining 42b (1.27 g, 3.26 mmol, 68%) as a colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.33-7.25 (m, 10H, 2xAr), 5.13 (s, 4H, 2xAr-
CH2O), 2.94 (d, J = 2.5 Hz, 4H, 2xCH2C≡CCH3), 1.67 (t, J = 2.5 Hz, 6H,
2xCH2C≡CCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 169.0, 135.4, 128.5, 128.2, 128.1, 79.2, 73.1, 67.3,
57.3, 23.0, 3.5
IR (neat) 3034, 2957, 2921, 1740, 1607, 1587, 1498 cm-1
Elemental analysis: C25H24O4 Calculated: C. 77.30; H. 6.23. Found: C. 77.13; H. 6.16
Experimental section
137
3.3.2. General procedures for the cyclotrimerization reaction
General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization A:
A solution of diyne and monoyne in half the amount of anhydrous solvent
needed to perform the reaction was added via syringe to a heated solution of the
catalyst in the remaining anhydrous solvent. The reaction was controlled by t.l.c., and
when no more diyne was observed the crude was cooled to room temperature, filtered
through Celite and the solvent was eliminated under reduced pressure. The resulting
mixture was purified by flash chromatography.
General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization B:
A solution of diyne in half amount of the anhydrous toluene needed to perform
the reaction was added via syringe to a temperature controlled solution of the catalyst
in the remaining anhydrous toluene. The reaction was controlled by t.l.c., and when no
more diyne was observed the crude was quickly filtered through Celite and the solvent
was eliminated under reduced pressure. The resulting mixture was purified by flash
chromatography.
General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization C:
The diyne and the monoyne were placed in a 3 mL tube, which was filled with
argon and a solution of the catalyst in anhydrous solvent was then quickly added via
syringe. The tube was sealed and heated. After 16 h the reaction was cooled to room
temperature, filtered through Celite and the solvent was eliminated under reduced
pressure. The resulting mixture was purified by flash chromatography.
Chapter I .
138
5-Phenyl-1,3-dihydroisobenzofuran (40a):
Following general procedure A, the reaction of dipropargyl
ether (100.0 mg, 1.06 mmol) and phenylacetylene (325.6 mg,
3.19 mmol) with catalyst [Ru]-III (13.3 mg, 0.021 mmol) in
acetone (1.25 M) at 60 ºC afforded after flash chromatography
(Hex:EtOAc 20:1) 179.0 mg (88 %) of 40 as a yellow solid.
Mp: 84-87 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.66-7.33 (m, 8H, Ar), 5.22 (s, 4H, 2CH2O)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 140.9, 140.6, 139.8, 138.1, 128.7, 127.2, 127.1,
126.4, 121.1, 119.6, 73.4, 73.3
IR (KBr) : 2898, 2850, 1570 cm-1
Elemental analysis: C14H12O Calculated: C. 85.68; H. 6.16. Found: C. 85.81; H. 6.12
5-((Prop-2-ynyloxy)methyl)-1,3-dihydroisobenzofuran (41a):
Following general procedure B the reaction of dipropargyl
ether (100.0 mg, 1.06 mmol) and catalyst [Ru]-III (13.3
mg, 0.021 mmol) in toluene (1.0 M) at 10 ºC afforded after
flash chromatography (Hex:EtOAc 6:1) 55.1 mg (55 %) of
41a as a light yellow oil and 6.0 mg (6 %) of 44a.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.28-7.21 (m, 3H, Ar), 5.12 (s, 4H, 2xCH2O), 4.63
(s, 2H, CH2O), 4.19 (d, J = 2.4 Hz, 2H, CH2C≡C), 2.49 (t, J = 2.4 Hz, 1H, C≡CH)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 139.6, 138.9, 136.6, 127.4, 120.9, 120.8, 79.5,
74.7, 73.4, 71.3, 57.1
IR (neat) : 3280, 2850, 2110, 1490 cm-1
Elemental analysis: C12H12O2 Calculated: C. 76.57; H. 6.43. Found: C. 76.65; H. 6.64
Experimental section
139
Diethyl 1,4-dimethyl-3-phenyl-5H-cyclopenta[c]pyridine-6,6(7H)-dicarboxylate
(43):
Following general procedure C, the reaction of diethyl dibut-
2-yn-1-ylmalonate (42) (200.0 mg, 0.76 mmol) and
benzonitrile (233.9 mg, 2.27 mmol) with catalyst [Ru]-III (24
mg, 0.038 mmol) in acetone (1.25 M) at 60 ºC afforded after
flash chromatography (Hex:EtOAc 4:1) 85.1 mg (30 %) of 43 as a light yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.47-7.35 (m, 5H, Ph), 4.29-4.22 (m, 4H,
2xOCH2CH3), 3.63 (s, 2H, CH2C), 3.60 (s, 2H, CH2C), 2.49 (s, 3H, CH3), 2.20 (s, 3H,
CH3), 1.32-1.27 (m, 6H, 2xOCH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.4, 156.9, 150.3, 149.4, 140,6, 132.5, 129.1,
128.1, 127.5, 124.2, 62.0, 59.4, 40.0, 39.0, 21.8, 16.1, 14.0
IR (neat) : 2985, 2980, 1730, 1585 cm-1
Elemental analysis: C22H25NO4 Calculated: C. 71.91; H. 6.86; N. 3.81. Found: C.
72.06; H. 6.73; N. 3.94
5,5'-Oxybis(methylene)bis(1,3-dihydroisobenzofuran) (44a):
Following general procedure B the reaction of
dipropargyl ether (100.0 mg, 1.06 mmol) and
catalyst [Ru]-I (17.3 mg, 0.021 mmol) in toluene
(1.0 M) at 10 ºC afforded after flash
chromatography (Hex:EtOAc 6:1) 23.2 mg (23 %) of 41a and 51.9 mg (52 %) of 44a as
a yellow solid.
Mp: 94-95 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.29-7.22 (m, 6H, Ar), 5.12 (s, 8H, 4xCH2O), 4.59
(s, 4H, 2xCH2O)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 139.6, 138.9, 136.6, 127.4, 120.9, 120.8, 74.7,
73.4, 71.4
Chapter I .
140
IR (KBr) : 2860, 2790, 1620 cm-1
Elemental analysis: C18H18O3 Calculated: C. 76.57; H. 6.43. Found: C. 76.48; H. 6.52
Dibenzyl 5-(2,2-bis(benzyloxycarbonyl)pent-4-ynyl)-1H-indene-2,2(3H)-dicarbo-
xylate (41b):
Following general procedure B the reaction of
dibenzyl diprop-2-yn-1-ylmalonate (39b) (100.0 mg,
0.28 mmol) and catalyst [Ru]-III (8.7 mg, 0.014
mmol) in toluene (1.0 M) at 10 ºC afforded after
flash chromatography (Hex:EtOAc 6:1) 38.1 mg (38 %) of 41b as a light yellow oil and
21.8 mg (22 %) of 44b.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.34-7.21 (m, 20H, 4xPh), 6.98 (d, J = 8.3 Hz, 1H,
Ar), 6.84-6.82 (m, 2H, Ar), 5.18-5.06 (m, 8H, 4xCH2O), 3.55 (s, 2H, CH2), 3.48 (s, 2H,
CH2), 3.37 (s, 2H, CH2), 2.70 (d, J = 2.4 Hz, 2H, CH2C≡C), 2.11 (t, J = 2.4 Hz, 1H,
C≡CH)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.2, 169.3, 140.1, 138.8, 135.3, 135.1, 134.6,
128.7, 128.5, 128.4, 128.3, 127.9, 125.6, 124.1, 79.1, 72.4, 67.4, 67.3, 60.5, 58.3, 40.4,
40.2, 37.1, 22.1
IR (neat) : 2918, 2850, 1735 cm-1
Elemental analysis: C46H40O8 Calculated: C. 76.65; H. 5.59. Found: C. 76.48; H. 5.68
2,2-Dibenzyl 5,5'-(2,2-bis(benzyloxycarbonyl)propane-1,3-diyl)bis(1H-indene-2,2
(3H)-dicarboxylate) (44b):
Following general procedure B the reaction of
dibenzyl diprop-2-yn-1-ylmalonate (39b) (100.0
mg, 0.28 mmol) and catalyst [Ru]-I (11.5 mg,
0.014 mmol) in toluene (1.0 M) at 60 ºC afforded
after flash chromatography (Hex:EtOAc 6:1) 7.1
mg (7 %) of 41b and 60.3 mg (60 %) of 44b as a yellow syrup.
Experimental section
141
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.33-7.22 (m, 26H, Ph), 7.15-7.12 (m, 4H, Ph),
7.01 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 6.89-6.87 (m, 4H, Ar), 5.13 (s, 8H, 4xCH2O), 4.98 (s, 4H,
2xCH2O), 3.57 (s, 4H, 2xCH2), 3.50 (s, 4H, 2xCH2), 3.19 (s, 4H, 2xCH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.2, 170.6, 139.9, 138.5, 135.4, 135.0, 134.9,
129.0, 128.5, 128.4, 128.3, 128.2, 127.9, 125.9, 123.9, 67.3, 67.0, 60.6, 60.4, 40.4,
40.2, 39.2
IR (neat) : 2950, 2925, 1730 cm-1
Elemental analysis: C69H60O12 Calculated: C. 76.65; H. 5.59. Found: C. 76.49; H. 5.34
N-(2,4-Dimethoxybenzyl)-N-((2-(2,4-dimethoxybenzyl)isoindolin-5-yl)methyl)prop
-2-yn-1-amine (41c):
Following general procedure B the reaction of 39c
(100.0 mg, 0.41 mmol) and catalyst [Ru]-III (12.8
mg, 0.020 mmol) in toluene (1.0 M) at 60 ºC
afforded after flash chromatography (Hex:EtOAc
2:1 to DCM:EtOH 9:1) 51.3 mg (51 %) of 41c as a light brown oil and 16.0 mg (16 %)
of 44c.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.31 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.22-7.18 (m, 2H, Ar),
7.11 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 6.50-6.45 (m, 4H, Ar), 3.96 (s, 4H, 2xCH2N), 3.90 (s, 2H,
CH2N), 3.83 (s, 6H, 2xOMe), 3.81 (s, 3H, OMe), 3.79 (s, 3H, OMe), 3.67 (s, 2H,
CH2Ar), 3.63 (s, 2H, CH2Ar), 3.26 (s, 2H, CH2C≡C), 2.27 (bs, 1H, HC≡C)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 159.9, 158.9, 158.6, 137.4, 131.1, 127.6, 123.0,
121.9, 119.1, 103.8, 103.8, 98.4, 98.4, 79.2, 73.1, 58.7, 58.6, 57.5, 55.4, 55.4, 53.1,
50.8, 41.1
IR (neat) : 3000, 2930, 2835, 1690, 1615 cm-1
Elemental analysis: C30H34N2O4 Calculated: C. 74.05; H. 7.04; N. 5.76. Found: C.
73.97; H. 7.12; N. 5.68
Chapter I .
142
N-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1-(2-(2,4-dimethoxybenzyl)isoindolin-5-yl)-N-((2-(2,4-
dimethoxybenzyl)isoindolin-5-yl)methyl)methanamine (44c):
Following general procedure B the reaction of 39c
(100.0 mg, 0.41 mmol) and catalyst [Ru]-I (16.9
mg, 0.020 mmol) in toluene (1.0 M) at 60 ºC
afforded after flash chromatography (Hex:EtOAc
2:1 to DCM:EtOH 9:1) 13.8 mg (14 %) of 41c and
23.3 mg (23 %) of 44c as a brown solid.
Mp: 87-90 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.40-7.34 (m, 3H, Ar), 7.21 (bs, 4H, Ar), 7.10 (d, J
= 8.3 Hz, 2H, Ar), 6.52-6.42 (m, 6H, Ar), 4.13 (bs, 8H, 4xCH2N), 4.03 (s, 4H, 2xCH2N),
3.83-3.80 (m, 18H, 6xOMe), 3.76 (s, 2H, CH2Ar), 3.50 (s, 4H, 2xCH2Ar)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 160.9, 159.6, 158.8, 158.6, 139.4, 137.8, 136.3,
132.4, 130.4, 127.9, 122.6, 122.1, 119.5, 115.9, 104.3, 104.1, 98.5, 98.2, 57.9, 57.7,
55.4, 55.3, 55.3, 55.2, 52.4, 50.7, 29.6
IR (KBr) : 3000, 2930, 2835, 1680, 1615 cm-1
Elemental analysis: C45H51N3O6 Calculated: C. 74.05; H. 7.04; N. 5.76. Found: C.
74.19; H. 7.23; N. 5.56
3.3.3. General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization catalysed by [Ru]-II
modified in DMF
Catalyst [Ru]-II (7.2 mg, 0.008 mmol) was placed in a flame-dried two-necked
flask equipped with a condenser, and two cycles of vacuum-argon were performed.
Anhydrous DMF (0.2 mL) was added and the suspension was heated at 130 ºC for 12
min. The dark solution was cooled to r.t., anhydrous toluene (0.9 mL) was added
followed by the addition of a mixture of diyne and monoyne (3.0 equivalents) in
anhydrous toluene (3.6 mL per mmol of diyne). The reaction was gently refluxed until
no more starting material was detected (t.l.c.), cooled to r.t., filtered through Celite and
solvents were removed under reduced pressure. The resulting dark-brown oil was
purified by flash chromatography.
Experimental section
143
Diethyl 5-phenyl-1,3-dihydro-2H-indene-2,2-dicarboxylate (40b):142
Following general procedure for cyclotrimerization with
[Ru]-II modified in DMF, starting with 39d (100.0 mg,
0.42 mmol) and phenylacetylene, after 24h 40b (124.5
mg, 0.37 mmol, 87%) was obtained after silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 49:1 to 20:1, Rf = 0.37 in
Hex:EtOAc 9:1) as a brown oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.56-7.53 (m, 2H, Ar), 7.42-7.37 (m, 4H, Ar), 7.33-
7.23 (m, 2H, Ar), 4.21 (q, J = 7.1 Hz, 4H, 2xOCH2CH3), 3.64 (s, 2H, H-3), 3.63 (s, 2H,
H-1), 1.26 (t, J = 7.1 Hz, 6H, 2xOCH2CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.7 (2xC), 141.4, 140.8, 140.4, 139.2, 128.7,
127.2, 127.1, 126.2, 124.5, 123.0, 61.7 (2xC), 60.6, 40.5, 40.3, 14.1 (2xC)
IR (neat) 2981, 2936, 2905, 1733, 1600 cm-1
Elemental analysis: C21H22O4 Calculated: C. 74.54; H. 6.55. Found: C. 74.37; H. 6.63.
Dibenzyl 4,7-dimethyl-5-phenyl-1,3-dihydro-2H-indene-2,2-dicarboxylate (40c):
Following general procedure for cyclotrimerization with
[Ru]-II modified in DMF, starting with 42b (100.0 mg,
0.259 mmol) and phenylacetylene, after 24h 40c was
obtained after silica gel chromatography (Hex:EtOAc
20:1, Rf = 0.38 in Hex:EtOAc 9:1) (105.4 mg, 0.21
mmol, 83%) as a brown oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.40-7.22 (m, 16H, Ar), 5.15 (s, 4H, 2xArCH2O),
3.61 (s, 4H, H-1 & H-3), 2.22 (s, 3H, CH3-C4), 2.10 (s, 3H, CH3-C7)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.6, 142.0, 141.1, 139.3, 137.5, 135.5, 130.6,
130.0, 129.4, 128.6, 128.3, 128.0, 126.6, 67.4, 59.9, 40.3, 39.7, 18.6, 16.7
142
Saino, N.; Amemiya, F.; Tanabe, E.; Kase, K.; Okamoto, S. Org. Lett. 2006, 8, 1439-1442.
Chapter I .
144
IR (neat) 3033, 2950, 2920, 1733, 1600 cm-1
Elemental analysis: C33H30O4 Calculated: C. 80.79; H. 6.16. Found: C. 80.6 3; H.
6.39.
Dibenzyl 4,5,7-trimethyl-6-phenyl-1,3-dihydro-2H-indene-2,2-dicarboxylate (40d):
Following general procedure for cyclotrimerization with
[Ru]-II modified in DMF, starting with 42b (100.0 mg,
0.259 mmol) and 1-phenyl-1-propyne, after 24h 40d
was obtained after silica gel chromatography
(Hex:EtOAc 20:1, Rf = 0.44 in Hex:EtOAc 9:1) (92.3
mg, 0.18 mmol, 71%) as a pale yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.42-7.37 (m, 2H, Ar), 7.33-7.22 (m, 11H, Ar),
7.10-7.07 (m, 2H, Ar), 5.14 (s, 4H, 2xArCH2O), 3.66 (s, 2H, H-3), 3.60 (s, 2H, H-1),
2.17 (s, 3H, CH3), 1.90 (s, 3H, CH3), 1.85 (s, 3H, CH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.7, 142.0, 141.2, 137.4, 135.8, 135.5, 133.5,
129.5, 129.4, 128.9, 128.5, 128.3, 128.3, 128.0, 126.4, 67.4, 59.6, 40.4, 40.2, 17.4,
17.3, 16.4
IR (neat) 3063, 3033, 2924, 1733, 1601 cm-1
Elemental analysis: C34H32O4 Calculated: C. 80.93; H. 6.39. Found: C. 80.78; H. 6.37.
Experimental section
145
3.4. Iridium mediated [2+2+2] cyclotrimerizations
3.4.1. Preparation of starting materials
Dimethyl 2,2-di(prop-2-yn-1-yl)malonate (39e)143 was prepared according to
reported procedure.
Dimethyl 5-phenyl-1H-indene-2,2(3H)-dicarboxylate (40e),144 dimethyl 5-(2,2-
bis(methoxycarbonyl)pent-4-yn-1-yl)-1H-indene-2,2(3H)-dicarboxylate (41e),144 (E)-but-
1-en-3-yne-1,4-diyldibenzene (46)145 and (Z)-but-1-en-3-yne-1,4-diyldibenzene (47)145
have already been described and matched with the bibliography data.
η4-Cycloocta-1,5-diene(1,3-dimesitylimidazoline-2-ylidene)(tribenzylphosphine)
iridium(I) hexafluorophosphate (V):124d
Sodium ethoxide solution (1.2 mL, 1.2 mmol, 1M in
ethanol) was added to a solution of η4-cyclocta-1,5-
dieneiridium(I) chloride dimer (400.0 mg, 0.6 mmol) in
dry benzene (10 ml) in a Schlenk tube. At this point a
colour change from orange to yellow was observed.
This yellow solution was stirred for ten minutes and 1,3-
dimesitylimidazolium chloride (341.0 mg, 1.2 mmol) was added. This solution was left
to stir overnight under an inert atmosphere. The solvent was then removed under high
vacuum (0.1 mmHg) and the resulting orange residue was triturated with dry diethyl
ether (15 mL) before being filtered through celite under argon. The solvent was then
concentrated in vacuo and a yellow solid was formed which was then dissolved in THF
(15 mL) to yield a yellow solution. Silver hexafluorophosphate (303.0 mg, 1.2 mmol)
was added to the yellow solution and a colour change from yellow to orange was
observed. The orange solution was stirred prior to filtration through celite under argon.
Tribenzylphosphine (304.0 mg, 1.2 mmol) was then added to the orange solution which
turned deep red. The red solution was stirred for one hour and then the solvent was
concentrated in vacuo. The product was isolated by recrystallisation with DCM and
ether, to give V (619.4 mg, 0.61 mmol, 49% yield) as a red crystalline solid.
143
Llerena, D.; Buisine, O.; Aubert, C.; Malacria, M. Tetrahedron, 1998, 54, 9373-9392. 144
Yamamoto, Y.; Arakawa, T.; Ogawa, R.; Itoh, K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12143-12160. 145
Hambrecht, J.; Straub, H.; Müller, E. Chem. Ber, 1974, 107, 2985-2991.
Chapter I .
146
1H-NMR ((CD3)2CO, 400 MHz) (ppm): 7.38 (s, 2H, Ar), 7.33 (s, 2H, Ar), 7.25-7.14 (m,
9H, Ar), 6.85-6.84 (m, 6H, Ar), 4.66-4.60 (m, 2H, cod-CH), 3.50-3.48 (m, 2H, cod-CH),
2.83 (d, 2JP-H = 8.7 Hz, 6H, PCH2Ar), 2.56 (s, 6H, ArCH3), 2.45 (s, 6H, ArCH3), 2.28 (s,
6H, ArCH3), 1.81-1.70 (m, 2H, cod-CH2), 1.61-1.54 (m 4H, cod-CH2) and 1.35-1.26 (m,
2H, cod-CH2)
13C-NMR ((CD3)2CO, 100 MHz) (ppm): 175.9, 140.8, 137.3, 137.0, 136.4, 134.3,
134.2, 131.2, 130.6, 129.2, 127.5, 87.6, 75.4, 32.0, 30.8, 30.6, 21.4, 20.6, 19.5
31P-NMR (CDCl3, 162 MHz) (ppm): -8.1 (PBn3) and -144.4 (PF6)
3.4.2. General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization
A two necked round bottom flask equipped with a reflux condenser was flame
dried under vacuum and allowed to cool under N2 atmosphere. The iridium catalyst,
39e and the appropriate amount of phenylacetylene were added to the flask along with
the solvent, and the reaction mixture was stirred at the desired temperature. The
reaction was left under these conditions for the specified time, cooled to r.t. and dried
under reduced pressure. The resulting mixture was purified by flash chromatography
(Petroleum ether:EtOAc 20:1 to 6:1).
Best result achieved with catalyst V:
Following the general procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization, the reaction
of V (25.3 mg, 0.024 mmol), 39e (100.0 mg, 0.48 mmol) and phenylacetylene (147.1
mg, 0.16 mL, 1.44 mmol, 3 equiv.) in 1.6 mL of p-xylene (0.3 M of 39e) under reflux for
16 h afforded after purification 81.9 mg (55%, 0.26 mmol) of 40e and 15% (NMR) of
41e.
Best result achieved with catalyst XXVIII:
Following the general procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization, the reaction
of XXVIII (21.65 mg, 0.024 mmol), 39e (100.0 mg, 0.48 mmol) and phenylacetylene
(147.1 mg, 0.16 mL, 1.44 mmol, 3 equiv.) in 1.6 mL of p-xylene (0.3 M of 39e) under
reflux for 16 h afforded after purification 65.2 mg (44%, 0.21 mmol) of 40e and 12%
(NMR) of 41e.
Experimental section
147
[2+2+2] cyclotrimerization reaction of 39e with prop-1-yn-1-ylbenzene:
Following the general procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization, catalyst V
(25.3 mg, 0.024 mmol), 39e (100.0 mg, 0.48 mmol) and prop-1-yn-1-ylbenzene (167.27
mg, 0.16 mL, 1.44 mmol, 3 equiv.) in 1.6 mL of p-xylene (0.3 M of 39e) were stirred
under reflux for 16 h. After cooling the reaction, <5% (NMR from crude mixture, not
isolated) of 40f jointly with 10% (NMR) of 41e were observed.
3.4.3. General procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization using microwave
conditions
The iridium catalyst, 30e and the appropriate amount of phenylacetylene were
added to a microwave vial along with 1.6 mL of solvent. The reaction was subjected to
set of microwave conditions for the specified time, cooled to r.t. and dried under
reduced pressure. The resulting mixture was purified by flash chromatography
(Petroleum ether:EtOAc 20:1 to 6:1).
Best results achieved under MW irradiation:
Following the general procedure for the [2+2+2] cyclotrimerization using
microwave conditions, the reaction of V (25.3 mg, 0.024 mmol), 39e (100.0 mg, 0.48
mmol) and phenylacetylene (147.1 mg, 0.16 mL, 1.44 mmol, 3 equiv.) in 1.6 mL of
DMF (0.3 M of 39e) for 2 h afforded after purification 81.9 mg (47%, 0.26 mmol) of 40e
and 11% (NMR) of 41e. MW conditions: 150 ºC, cooling on.
3.4.4. [2+2+2] cyclotrimerization reaction of 39e mediated by activated species
A two necked round bottom flask equipped with a reflux condenser was flame
dried under vacuum and allowed to cool under N2 atmosphere. Catalyst V (25.3 mg,
0.024 mmol) and 3 mL of DCM were added to the reaction vessel which was then
cooled to -78ºC in a dry ice/acetone bath, prior to being evacuated and filled with
hydrogen gas three times via a balloon. The reaction mixture was then allowed to warm
to room temperature and stirred vigorously for 5 minutes before removal of the
hydrogen atmosphere and the solvent by vacuum at r.t. Diyne 39e (100.0 mg, 0.48
mmol) and phenylacetylene (147.1 mg, 0.16 mL, 1.44 mmol, 3 equiv.) were then added
solved in 1.6 mL of benzene (0.3 M of 39e) via syringe, and the mixture was refluxed
Chapter I .
148
for 16 h. The reaction was then quenched and purified, affording 33.1 mg (19%, 0.10
mmol) of 40e, 4% (NMR) of 41e.
3.4.5. Synthesis of but-1-en-3-yne-1,4-diyldibenzene, 46 and 47
A two necked round bottom flask equipped with a reflux condenser was flame
dried under vacuum and allowed to cool under N2 atmosphere. Catalyst V (25.3 mg,
0.024 mmol), 39e (100 mg, 0.48 mmol), phenylacetylene (147.1 mg, 0.16 mL, 1.44
mmol, 3 equiv.) and tribenzylphosphine (146.1 mg, 0.48 mmol) were solved in 1.6 mL
of p-xylene (0.3 M of 39e). The mixture was stirred under reflux for 16 h, cooled to r.t.
and dried under reduced pressure. The resulting mixture was purified by flash
chromatography (Hexane, Rf = 0.27 for 46 and 0.32 for 47), affording a mixture of 46 +
47 (126.5 mg, 1.24 mmol, 86%, E:Z 85:15 (NMR)).
Capítulo II:
Síntesis y evaluación de derivados de carbohidratos capaces de unirse a
lantánidos.
Antecedentes generales
151
1. ANTECEDENTES GENERALES
1.1. El paramagnetismo y su uso en el estudio de la estructura 3D de
biomoléculas por RMN:
1.1.1. Introducción
El paramagnetismo se debe a la presencia de electrones desapareados.
Puesto que el momento magnético de los electrones es por lo menos tres órdenes de
magnitud mayor que el de los protones, el paramagnetismo causa efectos muy
intensos en los espectros de RMN. Estos efectos son observables a grandes
distancias desde el centro paramagnético, y aunque muchas veces resultan
indeseables pueden modularse para obtener información estructural. En particular
resultan de gran interés en el estudio estructural de macromoléculas.
Podemos encontrar electrones desapareados en radicales orgánicos y en iones
metálicos. Para que sus efectos sean útiles en RMN, los electrones desapareados han
de estar en compuestos que sean químicamente inertes y estables en la solución de
estudio.
Entre los radicales orgánicos, los más utilizados son los nitróxidos debido a su
estabilidad. Por su parte, los metales paramagnéticos han de tener un estado de
oxidación tal que no reaccionen con agua ni con aminoácidos, como es el caso de
Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ y la mayor parte de los iones lantánidos.
1.1.2. Aspectos teóricos del paramagnetismo
1.1.2.1. Generalidades
En los lantánidos (III) (Ln3+) los electrones desapareados se encuentran en los
orbitales no reactivos f. Además, puesto que las interacciones que se dan entre los
iones lantánidos y sus ligandos son mayoritariamente de tipo iónico, estos electrones
no tienden a deslocalizarse para formar enlaces como ocurre, por ejemplo, en el caso
de de los complejos paramagnéticos hemo-hierro. A consecuencia de esto, los
desplazamientos de contacto (los equivalentes paramagnéticos de los acoplamientos
escalares) quedan restringidos a los núcleos más próximos al ión lantánido.
En términos generales las señales de RMN se ensanchan en función del
inverso de la sexta potencia de la distancia al metal paramagnético.146 Por esta razón
146
(a) Vega, A. J.; Fiat, D. Mol. Phys. 1976, 31, 347-355. (b) Guéron, M. J. Magn. Reson. 1975, 19, 58-66. (c) Solomon, I. Phys. Rev. 1955, 99, 559-565. (d) Kubo, R.; Tomita, K. J. Phys. Soc. Jpn. 1954, 9, 888-919.
Capítulo II .
152
se puede afirmar que existe una primera esfera en torno al ión metálico donde las
señales son a duras penas detectables, una segunda en la que se pueden observar,
aunque aparecen ensanchadas, y una tercera en la que los efectos paramagnéticos se
vuelven despreciables (Figura 22).147
Figura 22
El tamaño de estas esferas depende de la capacidad de relajación nuclear del
metal, la cual depende a su vez del número de electrones desapareados, de su tiempo
de relajación y del tiempo de correlación de la molécula.
1.1.2.2. Susceptibilidad magnética isotrópica y anisotrópica
El paramagnetismo originado en un centro paramagnético puede ser descrito
como un tensor de susceptibilidad magnética , el cual se descompone a su vez en
sus tres componentes espaciales, x, y y z.
Este tensor es anisotrópico si el momento magnético del centro paramagnético
varía en función de la orientación de la molécula dentro del campo magnético. Así, el
147
Bertini, I.; Luchinat, C.; Parigi, G.; Pierattelli, R. ChemBioChem 2005, 6, 1536-1549.
Zona ciega
M3+
Efectos paramagnéticos
detectables
Efectos paramagnéticos
despreciables
Antecedentes generales
153
Gd3+ es el único ión lantánido que posee un tensor isotrópico mientras que el resto
poseen tensores fuertemente anisotrópicos.
Puesto que la mayor parte de los efectos paramagnéticos dependen
únicamente de la desviación del tensor de la simetría esférica, este tensor se suele
descomponer en sus componentes isotrópica (iso) y anisotrópica (el tensor Δ), la cual
se caracteriza por sus componentes axial y rómbica (Euaciones 1):
2/)( yxzax
yxrh
Ecuaciones 1
Los tensores y Δ comparten el mismo eje de coordenadas, y el tensor Δ
valdrá 0 cuando x = y = z. La anisotropía del tensor depende del entorno de
coordinación.
1.1.2.3. Información obtenida a través de RMN gracias al paramagnetismo
Mientras que los espines de los electrones desapareados de los radicales de
nitróxido y de ciertos metales como Gd3+, Mn2+ y Cu2+ poseen tiempos de relajación
relativamente largos (del orden de 10 ns),148 los metales con tensores fuertemente
anisotrópicos (todos los iones lantánidos menos Gd3+) poseen tiempos de relajación
cortos (del orden de 0.1 ps).149 Esta diferencia en los tiempos de relajación electrónica
se debe a que en cada caso operan diferentes mecanismos de relajación nuclear.
Estos mecanismos determinarán el tipo de efectos paramagnéticos que observaremos
en los espectros de RMN, los más importantes de los cuales pueden clasificarse en:12
A) Incrementos paramagnéticos de la relajación o PRE
B) Desplazamientos paramagnéticos
C) Alineamiento molecular paramagnético
148
(a) Benmelouka, M.; Borel, A.; Moriggi, L.; Helm, L.; Merbach, A. E. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 832-840. (b) Pintacuda, G.; Moshref, A.; Leonchiks, A.; Sharipo, A.; Otting, G. J. Biomol. NMR 2004, 29, 351-361. 149
Alsaadi, B. M.; Rossetti, F. J. C.; Williams, R. J. P. J. Chem. Soc. 1980, 2147-2150.
Capítulo II .
154
A) Incremento paramagnético en la relajación (PRE)
Los PRE dependen del espín nuclear I y de la distancia al centro
paramagnético r. Los PRE son debidos principalmente a relajaciones dipolares por el
mecanismo de Solomon (para vidas electrónicas largas como ocurre en el caso de
Gd3+, Mn2+ y radicales de nitróxido)146c o bien a mecanismos de relajación del tipo
espín-Curie (para las vidas electrónicas muy cortas, como ocurre en el caso de los
lantánidos paramagnéticos a excepción del Gd3+).146d Ambos mecanismos muestran la
misma dependencia con la distancia, tal y como se explicará más adelante en esta
Memoria.
Por esto, en el caso de las moléculas con giro lento, el término R2PRE determina
los tan molestos efectos de ensanchamiento de las señales en macromoléculas. En el
caso de la relajación dipolar:
6
22
,2r
R cSIPRE
S
Ecuación 2
Donde 1/τc=1/τr + 1/τe (τr es el tiempo de correlación rotacional y τe es una
medida del tiempo de vida del estado de espín electrónico), y S es el espín
electrónico. En el caso de la relajación del tipo espín-Curie:
6
22
0
2
,2
1
r
SSgBR reeeIPRE
C
Ecuación 3
Donde ge y Se son el factor g electrónico y el espín, T es la temperatura y B0 es
la fuerza del campo magnético.
Las Ecuaciones 2 y 3 muestran que los efectos del incremento en el ratio de
relajación dependen del inverso de la sexta potencia de la distancia existente entre el
metal y el núcleo observado, lo que significa que suelen minimizarse rápidamente con
la distancia. Como se indicó anteriormente, estos efectos resultan medibles en la
esfera intermedia alrededor del metal (Figura 22), donde no son lo suficientemente
débiles como para no ser detectables ni suficientemente fuertes para hacer
Antecedentes generales
155
inobservables las señales. Los PRE contienen información acerca de la distancia entre
el electrón del ión metálico y el espín nuclear observado (Figura 23):
Figura 23
Hoy en día el uso de los PRE se encuentra muy extendido en biología. De
hecho, se pueden adquirir comercialmente tags unidos a radicales nitróxidos y
diferentes estructuras quelantes de metales para su unión a residuos de cisteína o a
bases del ADN150 (Figura 24).
Figura 24
150
Revisión bibliográfica sobre el uso de PREs en biología: Clore, G. M.; Iwahara, J. Chem. Rev. 2009, 109, 4108-4139.
Capítulo II .
156
B) Desplazamientos paramagnéticos
Las señales de RMN afectadas por la presencia de electrones desapareados
pueden experimentar una contribución extra en su desplazamiento químico llamado
desplazamiento hiperfino. Estos desplazamientos pueden ser de dos tipos:
b.1. Desplazamientos de contacto
Si los electrones desapareados se pueden deslocalizar sobre el núcleo
resonante, este experimentará un desplazamiento llamado desplazamiento de
contacto de Fermi (δc). Este tipo de desplazamiento contiene información estructural,
aunque es difícil de extraer debido a los mecanismos particularmente complejos que
operan en la deslocalización de los electrones desapareados. No existen protocolos
para esta información, aunque hay algunos precedentes en la literatura en los que se
han aprovechado en el cálculo estructural.151
Normalmente el momento magnético de los electrones desapareados es
anisotrópico, esto es, que toma diferentes valores para las diversas orientaciones de la
molécula en estudio dentro del campo magnético externo. Esto produce un exceso de
energía de acoplamiento dipolar espacial (la no promediada a cero) que causa a su
vez un tipo de desplazamiento hiperfino denominado desplazamiento de
pseudocontacto o PCS.
Teóricamente, cualquier núcleo de una molécula paramagnética puede
experimentar una suma de desplazamientos de contacto y de pseudocontacto. En la
práctica, cuando el número de enlaces químicos que separan el núcleo resonante del
ión metálico es mayor de 4 y no hay enlaces entre ambos, todos los
desplazamientos hiperfinos observados pueden ser considerados como PCS.
b.2. Desplazamientos de pseudocontacto o PCS
Los PCS fueron descritos por primera vez en 1958152 y empleados con éxito en
el estudio tridimensional de nucleótidos pequeños en 1971,153 aunque su primer uso
151
(a) Machonkin, T. E.; Westler, W. M.; Markley, J. L. Inorg. Chem. 2005, 44, 779-797. (b) Machonkin, T. E.; Westler, W. M.; Markley, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5413-5426. (c) Banci, L.; Bertini, I.; Cavallaro, G.; Luchinat, C. J. Biol. Inorg. Chem. 2002, 7, 416-426. (d) Bertini, I.; Fernández, C. O.; Karlsson, B. G.; Leckner, J.; Luchinat, C.; Malmström, B. G.; Nersissian, A. M.; Pierattelli, R.; Shipp, E.; Valentine, J. S.; Vila, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 3701-3707. (e) Bertini, I.; Ciurli, S.; Dikiy, A.; Gasanov, A.; Luchinat, C.; Martini, G.; Safarov, N. J. Am Chem. Soc. 1999, 121, 2037-2046. 152
McConnell, H. M.; Robertson, R. E. J. Chem. Phys. 1958, 29, 1361-1365.
Antecedentes generales
157
en el refinado de la estructura de una proteína obtenida por difracción de rayos X data
de 1995.154
Los PCS se observan como desplazamientos muy acusados de las señales de
RMN de los espines nucleares que se encuentran expuestos a los efectos
paramagnéticos del metal. Este efecto se suele describir en términos del tensor de
susceptibilidad magnética , el cual gobierna la interacción entre el momento
paramagnético dipolar con el campo magnético externo. Los PCS son proporcionales
al tensor Δ (componente anisotrópica) e independientes de iso (componente
isotrópica). Por lo tanto se pueden describir únicamente en función de las
componentes axial (Δax) y rómbica (Δrh) del tensor Δ según la Ecuación 4:155
Ecuación 4
En donde ΔδPCS indica la diferencia de desplazamiento químico entre la
muestra diamagnética y la paramagnética, r la distancia entre el ión metálico y el
núcleo observado y y φ son las coordenadas polares que describen la posición del
espín nuclear con respecto a los ejes del tensor Δ de susceptibilidad magnética
(Figura 25).
Figura 25
153
Barry, C. D.; North, A. C. T.; Glasel, J. A.; Williams, R. J. P.; Xavier, A. V. Nature, 1971, 232, 236-245. 154
Gochin, M.; Roder, H. Bull. Magn. Reson. 1995, 4, 296-305. 155
Bertini, I.; Luchinat, C.; Parigi, G. Prog. NMR Spectrosc. 2002, 40, 249-273.
2cos
2
31cos3
12
1 22
3sen
rrhax
PCS
Capítulo II .
158
De la Ecuación 4 se deriva que los PCS dependen de la tercera potencia de la
distancia entre el metal y el núcleo observado. Esto indica que los PCS pueden ser
medidos para espines nucleares lo suficientemente alejados del centro paramagnético
como para que no se vean muy afectados por los PRE. De hecho, se han llegado a
observar hasta a 40 Å del centro metálico.
Los PCS se suelen representar como isosuperficies superimpuestas sobre la
estructura en 3D de la biomolécula en estudio. Estas isosuperficies representan las
coordenadas espaciales para las cuales la Ecuación 4 predice los mismos valores de
PCS. De esta manera se obtiene una representación alternativa del tensor Δ y de sus
ejes de coordenadas.
Figura 26
A modo de ejemplo, en la Figura 26156 se muestran las isosuperficies de los
PCS inducidos por Dy3+ sobre la estructura cristalina de la proteína 186.157 Las
superficies azules y rojas indican las localizaciones espaciales de los PCS positivos y
negativos a diferentes desplazamientos químicos (±3, ±1.5 y ±0.5 ppm
respectivamente).
Puesto que los PCS se obtienen mediante una simple medición del
desplazamiento químico, cualquier señal observable en RMN es en potencia una
fuente de PCS. Por lo tanto, teóricamente los PCS pueden arrojar información
estructural incluso en sistemas de muy alto peso molecular en los que únicamente con
156
Pintacuda, G.; Keniry, M. A.; Huber, T.; Park, A. Y.; Dixon, N. E.; Otting, G. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2963-2970. 157
Hamdan, S.; Carr, P.D.; Brown, S. E.; Ollis, D. L.; Dixon, N. E. Structure 2002, 10, 535-546.
Antecedentes generales
159
las técnicas más sensibles de RMN 2D 15N-1H o 13C-1H se pueden observar señales.
El único límite es el incremento de los PRE asociado al aumento del peso molecular
(Ecuación 3). Sin embargo, incluso los PCS inducidos por los lantánidos más potentes
están limitados en rango. En los casos en los que espines nucleares estén situados
más allá del alcance de los PCS y los PRE, puede ser interesante medir los
acoplamientos dipolares residuales o RDC resultantes del paramagnetismo del
lantánido, puesto que estos no dependen de la distancia desde el núcleo al ión
metálico.
C) Alineamiento molecular paramagnético
La constante de acoplamiento a un enlace 1J puede experimentar una
contribución dipolar (D) debida a la orientación parcial de la biomolécula en estudio en
presencia de un campo magnético 0. Dicha contribución se llama acoplamiento
dipolar residual (RDC).
Los RDC paramagnéticos se emplearon por primera vez en la determinación
estructural de la proteína citocromo-b5 en 1998.158 Desde entonces han aparecido
numerosos ejemplos en la bibliografía, entre los que cabe destacar aquellos en los que
se observaron RDC 15N-1H mayores de 20 Hz en proteínas unidas a Tm3+.13,159
Se puede conseguir una orientación parcial de la biomolécula disolviéndola en
un medio orientador160 o bien debido a la anisotropía intrínseca del tensor , como
ocurre con las moléculas unidas a iones lantánidos (auto-orientación).161 Cabe
destacar que para una susceptibilidad anisotrópica magnética dada, la auto-
orientación aumenta con el cuadrado del campo magnético externo.
Estos RDC contienen información acerca de la orientación de pares de espines
acoplados escalarmente con respecto al tensor de alineamiento molecular, y son
independientes de la distancia entre el ión paramagnético y el espín nuclear observado
(Figura 27).
158
Banci, L.; Bertini, I.; Huber, J. G.; Luchinat, A.; Rosato, A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12903-12909. 159
Keizers, P. H. J.; Saragliadis, A.; Hiruma, Y.; Overhand, M.; Ubbink, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14802-14812. 160
Tjandra, N.; Bax, A. Science 1997, 278, 1111-1114. 161
Tolman, J. R.; Flanagan, J. M.; Kennedy, M. A.; Prestegard, J. H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995, 92, 9279-9283.
Capítulo II .
160
Figura 27
Para una molécula rígida que posea un centro paramagnético y cuyo tensor Δ
0, los ejes de coordenadas del tensor de alineamiento coinciden con los ejes de
coordenadas del tensor Δ. En este caso el desplazamiento (DAK, en Hz) entre dos
espines A y K causado por el RDC será el indicado en la Ecuación 5:
]2cos5.1)1cos3([)240/()( 22332
0 senxTkrhBD rhaxBAKKAAK
Ecuación 5
Donde A y K son las relaciones giromagnéticas de los espines nucleares A y K
respectivamente, rAK es la distancia internuclear, h es la constante de Planck, KB es la
constante de Boltzmann, T la temperatura y los ángulos y están definidos en la
Figura 27.
El alineamiento causado por lantánidos paramagnéticos resulta muy atractivo
en el caso de que las interacciones de la molécula en estudio con el medio de
alineamiento modifiquen la estructura de la macromolécula, y por lo tanto afecten a los
RDC. Además, se pueden lograr diferentes orientaciones en el alineamiento mediante
el uso de un tag de lantánidos colocado en diferentes posiciones de la molécula, o
bien mediante el uso de diferentes tags colocados sobre la misma posición de la
molécula, incrementando así la información obtenida en el estudio tanto de la
estructura como de las dinámicas moleculares mediante RDC.
Antecedentes generales
161
Cabe destacar que la Ecuación 5 es independiente del peso molecular de la
molécula en estudio, por lo que un único metal lantánido debería ser capaz de alinear
moléculas enormes. A pesar de que la susceptibilidad diamagnética aumenta al
incrementar el peso molecular y puede llegar a ser mayor que la susceptibilidad
paramagnética, restar a esta última una referencia diamagnética nos permite calcular
la componente paramagnética del alineamiento molecular. En una molécula muy
grande, la mayor parte de los espines nucleares apenas se verán afectados por los
PRE, lo que es una gran ventaja para la medida de los RDC.
1.1.2.4. Selección del ión lantánido
Colocados en el mismo entorno químico, los diferentes iones lantánidos
presentan valores muy distintos para el tensor y su anisotropía asociada (Figura
28).162
Figura 28
En función del tensor Δ los iones lantánidos se pueden clasificar, de una
forma aproximada, como altamente paramagnéticos (Dy3+, Tb3+, Tm3+),
moderadamente paramagnéticos (Er3+, Yb3+) y poco paramagnéticos (Eu3+, Ce3+,
162
(a) Otting, G. J. Biomol NMR 2008, 42, 1-9. (b) Pintacuda, G.; John, M.; Su, X. C.; Otting, G. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 206-212.
Capítulo II .
162
Sm3+). Los lantánidos con tensores Δ pequeños también generan PRE pequeños que
pueden ser usados para obtener información estructural a cerca del ión metálico.
Cabe destacar que también existen lantánidos diamagnéticos (La3+, Lu3+).
Estos, junto con otros iones metálicos trivalentes de radios iónicos similares (Y3+, Sc3+)
pueden ser usados como referencias diamagnéticas. Una referencia diamagnética
presenta el complejo proteína-metal en su estado diamagnético. Su importancia reside
en que todos los efectos paramagnéticos se miden como la diferencia entre los datos
observados en el estado paramagnético y el diamagnético, y a que las propiedades
diamagnéticas (en especial los desplazamientos químicos) son sensibles a la unión del
metal con la proteína.
El gadolinio (Gd3+) es un lantánido especial puesto que posee un tensor
isotrópico, por lo que no se alinea en presencia de campos magnéticos. Asimismo,
produce grandes PRE sin PCS detectables.
1.1.3. Transferencia de la anisotropía a la muestra en estudio
1.1.3.1 Moléculas orientadoras no unidas a la biomolécula
Los primeros intentos de conferir anisotropía a moléculas isotrópicas se
basaron en la introducción de estructuras con una elevada anisotropía de
susceptibilidad magnética. Esto hace que el medio se oriente en presencia de campos
magnéticos potentes, produciendo así una difusión rotacional anisotrópica en las
moléculas disueltas en el medio (Figura 29).
Figura 29
Antecedentes generales
163
Los elementos orientadores descritos en la bibliografía163 incluyen bicelas
lipídicas, fragmentos de moléculas altamente anisotrópicas como virus bacteriófagos,
fragmentos de membrana púrpura, fibras de celulosa, cristales líquidos, medios
inmovilizados, hidrogeles,164 y pequeñas moléculas sintéticas con propiedades
anisotrópicas debidas a la distribución de la carga (Tempol) o a la presencia de
metales paramagnéticos (EDTA, DTPA o DTPA-BMA)165 (Figura 30).
Figura 30
Esta solución ofrece alineamientos moleculares débiles, además de ser
incompatible con aquellos sustratos que reaccionen con los medios de alineamiento en
solución. Otro inconveniente es que solo se pueden obtener RDC, no pudiendo
aprovecharse efectos como los PCS o PRE.
163
(a) Kamen, D. E.; Cahill, S. M.; Girvin, M. E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1846-1847. (b) Una buena revisión bibliográfica sobre los diferentes medios orientadores empleados para medir RDC: Tolman, J. R.; Ruan, K. Chem. Rev. 2006, 106, 1720-1736. 164
Gil, R. R.; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7222-7224. 165
(a) Cai, S.; Seu, C.; Kovacs, Z.; Sherry, A. D.; Chen, Y. J. Am. Chem Soc. 2006, 128, 13474-13478. (b) Pintacuda, G.; Otting, G. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 372-373. (c) Arumugam, S.;
Hemme, C. L.; Yoshida, N.; Suzuki, K.; Nagase, H.; Berjanskii, M.; Wu, B.; Van Doren S. R. Biochemistry 1998, 37, 9650-9657.
Capítulo II .
164
1.1.3.2 Tags de radicales nitróxidos
Para solventar estos problemas se desarrolló una segunda generación
consistente en insertar el centro paramagnético directamente en la estructura de la
biomolécula en estudio.14
Los primeros trabajos publicados se basaron en unir radicales nitróxidos a
residuos de cisteína formando puentes disulfuro, lo que hace la unión tag-biomolécula
irreversible. Los más usados han sido los radicales activados en forma de
metanotiosulfonatos166 (MTS) o con un grupo tiopiridona167 (Esquema 70).
Esquema 70
También se han desarrollado radicales activados con maleimida, que
reaccionan con el tiol por adición al doble enlace, y los activados con yodo. Estos tags
presentan el problema de reaccionar también con grupos amina.168
Muchos de estos tags se pueden adquirir comercialmente. Se muestran
algunos ejemplos en la Figura 31.169
Figura 31
1.1.3.3 Sustitución de iones naturales por lantánidos
166
Smith, D. J.; Maggio, E. T.; Kenyon, G. L. Biochemistry 1975, 14, 766-771. 167
Zecherle, G. N.; Oleinikov, A.; Traut, R. R. J. Biol. Chem. 1992, 267, 5889-5896. 168
(a) Berliner, L. J.; Grunwald, J.; Hankovszky, H. O.; Hideg, K. Anal. Biochem. 1982, 119, 450-453. (b) Berliner, L. J. Spin labeling: Theory and applications. Academic Press, New York, 1976. 169
(a) Mchaourab, H. S.; Kálmán, T.; Hideg, K.; Hubbell, W. L. Biochemistry 1999, 38, 2947-2955. (b) Hankovsky, H. O.; Hideg, K.; Lex, L. Synthesis 1980, 91, 4-916. (c) Griff, O. H.; McConnell, H. M. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1966, 55, 8-11.
Antecedentes generales
165
Puesto que los iones lantánidos (Ln3+) poseen un radio iónico similar al del
Ca2+, pueden reemplazarlo en las proteínas que posean un sitio de unión natural para
Ca2+.161,170 Sin embargo, puesto que el Ln3+ posee una carga positiva adicional y tiene
un número de coordinación mayor que el Ca2+, no siempre la sustitución proporciona
los efectos adecuados.171 También hay algunos ejemplos de sustitución de otros
metales como Mg2+ o Mn2+ por Ln3+.156,172
1.1.3.4 Introducción de sitios de unión para metales en proteínas mediante
ingeniería genética
Los sitios de unión para metales pueden ser diseñados e incluidos en las
proteínas mediante ingeniería genética. Esta estrategia depende en gran medida de la
proteína. Incluso aunque se conozca su estructura, el diseño de sitios de unión para
metales con la rigidez y la afinidad necesaria para la obtención de los efectos
paramagnéticos resulta muy complicado. A pesar de todas estas dificultades, existen
algunos ejemplos con buenos resultados en la bibliografía.173
1.1.3.5 Tags peptídicos unidos a los extremos N- o C- terminales
Como alternativa, diferentes grupos han propuesto la fusión de la proteína en
estudio con péptidos capaces de unir de manera específica iones lantánido (Figura
32).159a,174 Aunque en este caso la unión del metal paramagnético es altamente
específica, estos péptidos sólo se pueden unir a los extremos N- o C- terminales de las
proteínas, lo que limita la selección del punto de anclaje. Además suele ser necesario
optimizar la distancia del péptido que separa al metal de la proteína con el fin de evitar
que se promedien los efectos anisotrópicos por un exceso de movilidad del tag.
170
(a) Pidcock, E.; Moore, G. R. J. Biol. Inorg. Chem. 2001, 6, 479-489. (b) Allegrozzi, M.; Bertini, I.; Janik, M. B. L.; Lee, Y. M.; Liu, G.; Luchinant, C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4154-4161. (c) Contreras, M. A.; Ubach, J.; Millet, O.; Rizo, J.; Pons, M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8947-8948. 171
Biekofsky, R. R.; Muskett, F. W.; Schimdt, J. M.; Martin, S. R.; Browne, J. P.; Bayley, P. M.; Feeney, J. FEBS Lett. 1999, 460, 519-526. 172
(a) Brautigam, C.A.; Aschheim, K.; Steitz, T. A. Chem. Biol. 1999, 6, 901-908. (b) Frey, M. W.; Frey, S. T.; Horrocks, W. D.; Kaboord, B. F.; Benkovic, S. J. Chem. Biol. 1996, 3, 393-403. 173
(a) Lee, H. S.; Spraggon, G.; Schultz, P. G.; Wang, F.; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2481-2483. (b) Li, S.; Yang, W.; Maniccia, A. W.; Barrow, D. Jr.; Tjong, H.; Zhou, H. X.; Yang, J. J. FEBS J. 2008, 275, 5048-5061. (c) Xie, J.; Liu, W.; Schultz, P. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 9239-9242. 174
(a) Martin, L. J.; Hähnke, M. J.; Nitz, M.; Wöhnert, J.; Silvaggi, N. R.; Allen, K. N.; Schwalbe, H.; Imperiali, B. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7106-7113. (b) Wöhnert, J.; Franz, K. J.; Nitz, M.; Imperiali, B.; Schwalbe, H. J. Am. Chem. Soc 2003, 125, 13338-13339. (c) Ma, C.; Opella, S. J. J. Magn. Reson. 2000, 146, 381-384.
Capítulo II .
166
Figura 32
1.1.3.6 Tags peptídicos unidos a residuos de cisteína
Con la intención de poder elegir la posición de unión del péptido a la proteína
se desarrolló una segunda generación basada en la unión mediante puentes disulfuro
a residuos de cisteína.
Puesto que es difícil preparar péptidos activados con grupos MTS, se suele
activar primero el grupo tiol cisteínico de la proteína con el reactivo de Ellman (5,5’-
ditiobis(ácido 2-nitrobenzoico) o DTNB) y posteriormente se añade el péptido de unión
a lantánidos.175 De esta manera, el tiol libre del péptido reacciona con la proteína
activada formando un puente disulfuro (Esquema 71).
Esquema 71
La modificación química de un residuo de cisteína con un péptido capaz de unir
iones lantánidos tiene muchas ventajas sobre los péptidos que sólo se pueden unir a
los extremos N- o C- terminales de proteínas:
175
Su, X. C.; Huber, T.; Dixon, N. E.; Otting, G. Chembiochem 2006, 7, 1469-1474.
Antecedentes generales
167
Se pueden colocar en lugares estratégicos de la proteína.
Presentan menor libertad de movimiento debido a impedimentos
estéricos causados por su gran tamaño.
Se pueden utilizar péptidos no marcados junto a proteínas marcadas, lo
que nos permite ver solamente las señales de la proteína seleccionando
los experimentos de RMN adecuados.
Tanto la orientación como la magnitud del tensor Δ de algunos de
estos péptidos ya han sido calculados.159a
A pesar de todas sus virtudes, estos tags presentan como mayor inconveniente
la posición del residuo de cisteína de la proteína en estudio. Si esta se encuentra muy
expuesta al disolvente el tag tendrá demasiado libertad de movimiento, con lo que se
minimizan los PCS y RDC. Si por el contrario se encuentra en el interior de la proteína
el tag no podrá anclarse por impedimento estérico.
1.1.3.7 Tags sintéticos
Con la idea de solucionar los problemas indicados anteriormente se desarrolló
toda una nueva generación de tags de bajo peso molecular, rígidos, capaces de quelar
iones lantánidos y que se unen a las proteínas a través de un puente disulfuro.176
Para evitar en la medida de lo posible que los efectos paramagnéticos (PCS y
RDC) se promedien a causa de la movilidad del tag, el ión lantánido debe estar unido
a través de una estructura rígida a la molécula en estudio (Esquema 72).176e
Esquema 72
176
(a) Rodriguez-Castañeda, F.; Haberz, P.; Leonov, A.; Griesinger, C. Magn. Reson. Chem. 2006, 44, S10-S16. (b) Haberz, P.; Rodriguez-Castañeda, F.; Junker, K.; Becker, S.; Leonnov, A.; Griesinger, C. Org. Lett. 2006, 8, 1275-1278. (c) Leonov, A.; Voigt, B.; Rodriguez-Castañeda, F.; Sakhaii, P.; Griesinger, C. Chem. Eur. J. 2005, 11, 3342-3348. (d) Ikegami, T.; Verdier, L.; Sakhaii, P.; Grimme, S.; Pescatore, B.; Fiebig, K. M.; Griesinger, C. J. Biomol. NMR 2004, 29, 339-349. (e) Dvoretsky, A.; Gaponenko, V.; Rosevear, P. R. FEBS Lett. 2002, 528, 189-192.
Capítulo II .
168
Una de las estrategias desarrolladas para evitarlo consiste en unir el tag
simultáneamente por dos puntos a la proteína a través de dos residuos de cisteína
(Figura 33).159b,177 Este diseño presenta la desventaja de necesitar dos cisteínas
próximas en el espacio. Para las proteínas que no lo poseen de manera natural, se ha
sustituido un aminoácido cercano por una cisteína mediante ingeniería genética.
Figura 33
Aunque estos tags poseen una alta afinidad por los iones lantánidos (mayor
que los basados en EDTA), se suelen unir al metal generando varios diastereómeros.
Esto produce múltiples juegos de señales para cada metal, complicando en gran
medida la asignación de las señales de RMN177c (Figura 34).
177
(a) Vlasie, M. D.; Comuzzi, C.; van den Nieuwendijk, A. M.; Prudêncio, M.; Overhand, M.; Ubbink, M. Chem. Eur. J. 2007, 13, 1715-1723. (b) Keizers, P. H.; Desreux, J. F.; Overhand, M.; Ubbink, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9292-9293. (c) Prudêncio, M.; Rohovec, J.; Peters, J. A.; Tocheva, E.; Boulanger, M. J.; Murphy, M. E. P.; Hupkes, H. K.; Kosters, W.; Impagliazzo, A.; Ubbink, M. Chem. Eur. J. 2004, 10, 3252-3260.
Antecedentes generales
169
Figura 34: Superposición de HSQC 15N-1H de una señal de YCLaNP-dCPsaz
(isotrópico, rojo) y las obtenidas con YbCLaNP-dCPsaz (anisotrópicos, negro).
También se han desarrollado versiones de los tags cíclicos pero con un único
punto de unión a la proteína, aunque de nuevo se han observado varias estructuras de
coordinación, así como disminución de los efectos paramagnéticos debido a la libertad
conformacional del puente que une la estructura quelante con la proteína (Figura
35).177b,178
El año pasado Otting179 publicó una nueva estructura cíclica (DOTA-Amida) con
ocho puntos de coordinación al ión lantánido, donde la libertad de movimiento se ha
minimizado mediante la introducción de tres grupos fenilo muy voluminosos. Según el
autor, gracias a presencia de tres carbonos asimétricos sólo se observa un complejo
de coordinación con el metal paramagnético.
178
Häussinger, D.; Huang, J.; Grzesiek, S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14761-14767. 179
(a) Graham, B.; Loh, C. T.; Swarbrick, J. D.; Ung, P.; Shint, J.; Tagi, H.; Jia, X.; Chhabra, S.; Barlow, N.; Pintacuda, G.; Huber, T.; Otting, G. Bioconjugate Chem. 2011, 22, 2118-2125 (b) Yagi, H.; Banerjee, D.; Graham, B.; Huber, T.; Goldfarb, D.; Otting, G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10418-10421. (c) Cruz, L.; Nguyen, T. H. D.; Ozawa, K.; Shin, J.; Graham, B.; Huber, T.; Otting, G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19025-19215.
Capítulo II .
170
Figura 35
Otra estrategia muy extendida es la basada en tags cortos y rígidos, con lo que
se evita el problema de la excesiva movilidad. Los primeros de estos tags presentaron
el desdoblamiento de los picos de RMN causado por la coordinación con el metal
lantánido con diferentes quiralidades (Esquema 73).176a,d
Esquema 73
Este problema se solventó con el desarrollo de tags basados en estructuras
tipo EDTA enantioméricamente puras, con uno o dos centros estereogénicos y unidos
a la proteína mediante un puente corto y rígido (Figura 36).176b,c
Antecedentes generales
171
Figura 36
Recientemente ha aparecido un tag de muy bajo peso molecular basado en el
ácido dipicolínico. A pesar de ser un ligando tridentado, es capaz de quelar iones
lantánidos con muy alta afinidad.180 Puesto que los iones lantánidos poseen hasta
nueve sitios de coordinación, estos se unen tanto al tag como a residuos cercanos de
la proteína, especialmente a ácidos carboxílicos. De hecho, en principio cualquier
grupo tiol superficial que diste de 5 a 7 Å de un ácido carboxílico es un buen candidato
para esta metodología. Se han conseguido detectar tanto PCS como RDC181 (Figura
37).
Figura 37
Una variante consiste en el uso un trímero formado por tres unidades del ácido
dipicolínico quelados con un ión lantánido ([Ln(DPA)3]3-). Este complejo de
coordinación tiene afinidad por residuos de arginina, y ha sido exitosamente empleado
en la elucidación estructural de ArgN, permitiendo observar tanto PCS como RDC
(Figura 38).182
180
Grenthe, I. J. Am. Chem. Soc. 1960, 83, 360-364. 181
Su, X. C.; Beeren, S.; Liang, H.; Simonsen, S.; Schimtz, C.; Huber, T.; Messerle, B. A.; Otting, G. J. Am Chem. Soc. 2008, 130, 10486-10487. 182
Su, X; Liang, H; Loscha, K. V.; Otting, G. J. Am Chem. Soc. 2009, 131, 10352-10353.
Capítulo II .
172
Figura 38
Por último he de añadir que estas técnicas han empezado a desarrollarse para
la elucidación estructural de proteínas mediante RMN en estado sólido. Aunque esta
tecnología está en sus inicios, existen algunos buenos ejemplos en la bibliografía.183
183
Nadaud, P. S.; Helmus, J. J.; Kall, S. L.; Jaroniec, C. P. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8108-8120 y referencias allí citadas.
Antecedentes generales
173
1.1.3.8. Tags de unión a oligosacáridos
Actualmente se estima que más de la mitad de las proteínas poseen algún tipo
de oligosacárido en su estructura.184 Estos oligosacáridos juegan un papel crítico en el
reconocimiento molecular, y por lo tanto en los procesos que implican tanto la
comunicación entre células como las infecciones víricas. Específicamente, los
oligosacáridos unidos por el residuo N- constituyen la mayor subclase de los glicanos
presentes en glicoproteínas, los cuales suelen poseer la estructura N,N’-
diacetilquitobiosa unida covalentemente al grupo amida de la cadena lateral de
asparagina.
En este momento se poseen numerosas evidencias185 que demuestran que
estos oligosacáridos no solo regulan las funciones biológicas de las proteínas
extracelulares, sino que también se comportan como tags de proteínas, determinando
así su plegamiento, translocación y degradación en las células. Esta información
biológica la evidencian adoptando conformaciones que son específicamente
reconocidas por las proteínas capaces de unir carbohidratos (como por ejemplo las
lectinas).
Los últimos avances en glucómica han permitido caracterizar diferentes N-
oligosacáridos así como determinar sus secuencias, uniones y posición en las
proteínas.186 Sin embargo, la caracterización conformacional de los oligosacáridos
sigue siendo un reto, pues su alta flexibilidad impide la elucidación estructural por
difracción de rayos-X. Aunque la espectroscopía de RMN es capaz de dar gran
cantidad de información acerca de la estructura y las dinámicas moleculares de los
oligosacáridos,187 el uso de los experimentos n.O.e. se encuentra muy limitado debido
a la baja densidad de protones existente en los mismos. Todo esto hace muy
interesante la aplicación de la metodología paramagnética en el estudio de los
carbohidratos.
184
Apweiler, R.; Hermjakob, H.; Sharon, N. Biochim. Biophys. Acta. 1999, 1473, 4–8. 185
(a) Aebi, M.; Bernasconi, R.; Clerc, S.; Molinari, M. Trends Biochem. Sci. 2010, 35, 74–82. (b) Kamiya, Y.; Kamiya, D.; Urade, R.; Suzuki, T.; Kato, K. in Glycobiology Research Trends (Eds.: G. Powell, O. McCabe), NOVA Science, New York, 2009, pp. 27– 40. (c) Kato, K.; Kamiya, Y. Glycobiology 2007, 17, 1031–1044. 186
(a) Kato, K.; Takahashi, N. in Experimental Glycoscience: Glycochemistry (Eds.: T. Kawasaki, S. Hase), Springer, Tokyo, 2008, pp. 413 – 416. (b) Dell, A.; Chalabi, S.; Hitchen, P. G.; Jang-Lee, J.; Ledger, V.; North, S. J.; Pang, P.-C.; Parry, S.; Sutton-Smith, M.; Tissot, B.; Morris, H. R.; Panico, M.; Haslam, S. M. in Comprehensive Glycoscience, Vol. 2 (Ed.: J. P. Kamerling), Elsevier, Amsterdam, 2007, pp. 69–100. 187
(a) Kato, K.; Sasakawa, H.; Kamiya, Y.; Utsumi, M.; Nakano, M.; Takahashi, N.; Yamaguchi, Y. Biochim. Biophys. Acta 2008, 1780, 619–625. (b) Slynko, V.; Schubert, M.; Numao, S.; Kowarik, M.; Aebi, M.; Allain, F. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1274–1281. (c) Widmalm, G. in Comprehensive Glycoscience, Vol. 2 (Ed.: J. P. Kamerling), Elsevier, Amsterdam, 2007, pp. 101 –132. (d) Klepach, T. E.; Carmichael, I.; Serianni, A. S. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9781–9793.
Capítulo II .
174
El grupo de investigación del Dr. Jesús Jiménez-Barbero188 (CIB) posee una
dilatada experiencia en el estudio conformacional tanto de carbohidratos como de
proteínas. El presente trabajo es fruto de una colaboración con dicho grupo en el que
evalúan por técnicas de RMN los diferentes derivados de carbohidratos y proteínas
obtenidos.
Cuando se comenzó la presente Memoria no existían precedentes en la
bibliografía, si bien durante el desarrollo de la misma aparecieron dos trabajos que
posteriormente expondremos.
188
Algunos ejemplos recientes: (a) Rosa, M.; Arsequell, G.; Rougeot, C.; Calle, L. P.; Marcelo, F.; Pinto, M.; Centeno, N. B.; Jiménez-Barbero, J.; Valencia, G. J. Med. Chem. 2012, 53, 1181-1188. (b) Tsvetkov, Y. E.; Burg-Roderfeld, M.; Loers, G.; Ardá, A.; Sukhova, E. V.; Khatuntseva, E. A.; Grachev, A. A.; Chizhov, A. O.; Siebert, H. C.; Schachner, M.; Jiménez-Barbero, J.; Nifantiev, N. E. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 426-435. (c) del Río, J. C.; Rendoret, J.; Gutiérrez, A.; Nieto, L.; Jiménez-Barbero, J.; Martínez, A. T. J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 11088-11099. (d) Canales, A.; Rodríguez-Salarichs, J.; Trigili, C.; Nieto, L.; Coderch, C.; Andreu, J. M.; Paterson, I.; Jimémez-Barbero, J.; Díaz, J. F. ACS Chem. Biol. 2011, 6, 789-799. (e) Nesmelova, I. V.; Berbis, M. A; Miller, M. C.; Cañada, F. J.; André, S.; Jiménez-Barbero, J.; Gabius, H.-J.; Mayo, K. H. Biomol. NMR Assign. 2011, DOI: 10.1007/s12104-011-9339-9 (f) Kuntothom, T.; Raab, M.; Tvaroska, I.; Fort, S.; Pengthaisong, S.; Cañada, J.; Calle, L.; Jiménez-Barbero, J.; Ketudat Cairns, J.R.; Hrmova, M. Biochemistry 2010, 49, 8779-8793. (g) Bandorowicz-Pikula, J.; Buchet, R.; Cañada, F.J.; Clémancey, M.; Groves, P.; Jiménez-Barero, J.; Lancelin, J.-M.; Marcillat, O.; Pikula, S.; Sekrecka-Belniak, A.; Strzelecka-Kiliszek, A. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010, 400, 447-451.
Antecedentes generales
175
1.2. La reacción de Suzuki-Miyaura
1.2.1. Introducción
Desde su descubrimiento, la reacción de Suzuki-Miyaura (SM) se ha convertido
en un pilar de la síntesis orgánica, particularmente de compuestos aromáticos.
Consiste en el acoplamiento de compuestos alquílicos,189 vinílicos o arílicos boronados
o sus sales de diazonio190 con haluros, triflatos y tosilos alquílicos, arílicos o vinílicos
usando complejos de paladio como catalizadores. De esta manera se obtienen como
productos de acoplamiento alcanos, alquenos, arenos, olefinas conjugadas, estirenos
o bifenilos (Figura 39).
Figura 39
189
Una revisión bibliográfica actual sobre acoplamientos de reactivos organometálicos alquílicos catalizados por Pd, Ni y Fe: Jana, R.; Pathak, T. P.; Sigman, M. S. Chem. Rev. 2011, 111, 1417-1492. 190
Revisión bibliográfica sobre el uso de sales de diazonio en los acoplamientos catalizados por Pd: Roglans, A.; Pla-Quintana, A.; Moreno-Mañas, M; Chem. Rev. 2006, 106, 4622-4643.
Capítulo II .
176
La primera publicación data de 1979,191 aunque desde entonces ha
experimentado una evolución enorme.192
1.2.2. Mecanismo
El ciclo catalítico comienza con la adición oxidativa del derivado halógenado o
triflato al complejo de paladio. Seguidamente se produce la transmetalación y por
último la eliminación reductora, gracias a la cual se obtiene el producto de
acoplamiento y se regenera la especie catalítica (Esquema 74).
Esquema 74
191
Miyaura, N.; Suzuki, A. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1979, 866-867. 192
Revisiones bibliográficas sobre la reacción de SM: (a) Wang, Z. Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents; Wiley: Hoboken, NJ, 2009; p. 2733. (b) Felpin, F.-X.; Ayad, T.; Mitra, S. Eur. J. Org. Chem. 2006, 2679-2690. (c) Franzén, R.; Xu, Y. Can. J. Chem. 2005, 83, 266-272. (d) Littke, A. F.; Fu, G. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 4176-4211. (e) Miyaura, N. Top. Curr. Chem. 2002, 219, 11-59. (f) Kotha, S.; Lahiri, K.; Kashinath, D. Tetrahedron 2002, 58, 9633-9695. (g) Suzuki, A. J. Organomet. Chem. 1999, 576, 147-168. (h) Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457-2483.
Antecedentes generales
177
Los factores que afectan a la reacción de SM son múltiples, ya que se deben
tener en cuenta tanto el tipo de organoborano elegido como el haluro o triflato de
arilo/alqueno/alquilo empleado, la base, el disolvente, el catalizador y el proceso de
eliminación de hidruro. Por este motivo desarrollaremos brevemente las tres etapas de
la reacción y la influencia de estos factores en las mismas.
1.2.3. Análisis de las etapas de la reacción
1.2.3.1. Adición oxidativa
A) Características generales:
Esta primera etapa del ciclo catalítico suele ser el paso limitante y depende en
gran medida tanto de la densidad electrónica del sistema como del grupo saliente.
Así, la presencia de grupos electroatractores sobre los haluros o triflatos vinílicos o
arílicos facilitan la reacción, mientras que los electrodonadores la dificultan. El orden
de reactividad del electrófilo es el que sigue:193
I >> Br > OTf >> Cl
Dada la baja reactividad de los derivados clorados numerosos grupos han
desarrollado condiciones específicas para estos sustratos con la idea de aumentar el
alcance de la reacción.192d,194
Se cree que la adición oxidativa transcurre a través de un proceso asociativo
bimolecular (SN2), y por lo tanto con inversión de configuración en los C(sp3).195 Con
los acoplamientos C(sp2) se han propuesto diferentes intermedios de reacción.196
193
Littke, A. F.; Dai, C.; Fu, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4020-4028. 194
(a) Lee, D.–H.; Jin, M.–J.; Org. Lett. 2011, 13, 252-255. (b) Dreher, S. D.; Lim, S.–E.; Sandrock, D. L.; Molander, G. A. J. Org. Chem. 2009, 74, 3626-3631. (c) Fujihara, T.; Yoshida, S.; Terao, J.; Tsuji, Y. Org. Lett. 2009, 11, 2121-2124. (d) Alacid, E.; Nájera, C. J. Org. Chem. 2009, 74, 8191-8195. (e) Alacid, E.; Nájera, C. J. Org. Chem. 2009, 74, 2321-2327. (f) So, C. M.; Yeung, C. C.; Lau C. P.; Kwong, F. Y. J. Org. Chem. 2008, 73, 7803-7806. (g) Hoshi, T.; Nakazawa, T.; Saitoh, I.; Mori, Y.; Suzuki, T.; Sakai, J.–i.; Hagiwara, H.; Akai, S. Org. Lett. 2008, 10, 2063-2066. (h) Guram, A. S.; Wang, X.; Bunel, E. E.; Faul, M. M.; Larsen, R. D.; Martinelli, M. J. J. Org. Chem. 2007, 72, 5104-5112. (i) Song, C.; Ma, Y.; Chai, Q.; Ma, C.; Jiang, W.; Andrus, M. B. Tetrahedron 2005, 61, 7438-7446. (j) Baillie, C.; Zhang, L.; Xiao, J. J. Org. Chem. 2004, 69, 7779-7782. (k) Altenhoff, G.; Goddard, R.; Lehmann, C. W.; Glorius, F.; Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3690-3693. 195
Netherton, M. R.; Fu, G. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 3910-3912. 196
(a) Gooßen, L. J.; Koley, D.; Hermann, H.; Thiel, W. Chem. Commun. 2004, 2141-2143. (b) Senn, H. M.; Ziegler, T. Organometallics 2004, 23, 2980-2988.
Capítulo II .
178
B) Características específicas de los acoplamientos C(sp3):
Cuando se usan haluros y triflatos alquílicos, el intermedio formado tras la
adición oxidativa es muy inestable y tiende a dar eliminación. Para evitarlo se usan
ligandos de fosfina ricos en electrones ya que estabilizan el intermedio de reacción197
(Esquema 75).
Esquema 75
Si se utilizan catalizadores de Pd con ligandos monodentados, la adición
oxidativa da lugar a complejos cis que rápidamente isomerizan al correspondiente
trans.198 En el caso de los alquilboranos y debido a la disposición trans que adoptan
los subsutituyentes tras la transmetalación, la eliminación reductora no puede ocurrir.
Si la isomerización hacia el complejo cis no está favorecida, en su lugar se dará la
eliminación del alquilo obteniendo el correspondiente alqueno (Esquema 76, ruta A).
Esto se ha solucionado usando complejos de Pd con ligandos bidentados que
mantienen la configuración cis, lo que facilita la eliminación reductora y evita la
eliminación en los complejos alquil-Pd (Esquema 76, ruta B).
197
Kirchhoff, J. H.; Netherton, M. R.; Hills, I. D.; Fu, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13662-13663. 198
Casado, A. L.; Espinet, P. Organometallics 1998, 17, 954-959.
Antecedentes generales
179
Esquema 76
Cabe destacar que, mientras que con los haluros alquílicos y bencílicos se
suele dar una inversión de la configuración,199 con los vinílicos la adición oxidativa
tiende a transcurrir con retención de la configuración. Con los haluros alílicos depende
de los disolventes usados:195
Inversión de la configuración: Disolventes polares capaces de
coordinar con el Pd (ACN, DMF).
Retención de la configuración: Disolventes incapaces de coordinar
con el metal (DCM, benceno).
1.2.3.2. Transmetalación
Los organoboranos poseen un alto carácter covalente, por lo que no dan
transmetalación en ausencia de base.200 Tanto Soderquist201 como Woerpel202 han
estudiado de manera independiente la estereoquímica de la transmetalación en las
reacciones de SM, y ambos han demostrado que este paso se da con retención de la
configuración vía formación de un estado de transición cíclico de cuatro miembros
(Esquema 77).
199
Stille, J. J.; Lau, K. S. Y. Acc. Chem. Res. 1977, 10, 434-442. 200
(a) Sato, M.; Miyaura, N; Suzuki, A. Chem. Lett. 1989, 1405-1408. (b) Miyaura, N.; Ihiyama, T.; Sasaki, H.; Ishikawa, M.; Sato, M.; Suzuki, A. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 314-321. 201
Matos, K.; Soderquist, J. A. J. Org. Chem. 1998, 63, 461-470. 202
Ridgway, B. H.; Woerpel, K. A. J. Org. Chem. 1998, 63, 458-460.
Capítulo II .
180
Esquema 77
La ruta que seguirá la formación de este intermedio dependerá en gran medida
de la base y del organoborano empleados, por lo que es necesario estudiar la
influencia de los mismos en la reacción.
A) Papel de la base en la reacción de Suzuki-Miyaura
Tanto el disolvente como la base son cruciales a la hora de realizar una
reacción de acoplamiento de SM, y su selección depende en gran medida del tipo de
organoborano empleado. De hecho, la selección de la base adecuada es crítica para
obtener buenos rendimientos.200 Así, las bases más fuertes como NaOH, TlOH y
NaOMe funcionan bien con mezclas de THF/H2O, mientras que K2CO3 y K3PO4 son
óptimas cuando se emplean DMF o dioxano como disolventes. Las sales de talio
también han demostrado ser eficaces en los acoplamientos de Suzuki C(sp2)-C(sp3).203
La base está implicada en diferentes etapas del ciclo catalítico, como son:201 (1)
formación de complejos de boro con algunos organoboranos; (2) hidrólisis de los
intermedios RL2PdX para formar especies tipo RL2PdOH, las cuales son mucho más
reactivas;192f (3) complejación con subproductos tipo HOBR2, los cuales compiten con
el organoborano por la base; (4) incremento del ratio de la reacción cuando se emplea
OBBD como organoborano; (5) regeneración del catalizador (Esquema 78).
203
(a) Chemler, S. R.; Danishefsky, S. J. Org. Lett. 2000, 2, 2695-2698. (b) Frank, S. A.; Chen, H.; Kunz, R. K.; Schnaderbeck, M. J.; Roush, W. R. Org. Lett. 2000, 2, 2691-2694. (c) Humphrey, J. M.; Aggen, J. B.; Chamberlin, A. R. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11759-11770. (d) Uenishi, J.; Beau, J. M.; Armstrong, R. W.; Kishi, Y. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 4756-4758.
Antecedentes generales
181
Esquema 78
Basándose en esta información recientemente Soderquist201 propuso un nuevo
ciclo catalítico en el que se enfatiza el papel de la base y de los alquilboranos
(Esquema 79):
Esquema 79
Capítulo II .
182
Así, la adición oxidativa es la etapa limitante en le caso de los derivados 9-BBN
alquílicos (Esquema 79, ciclo A). El ión haluro es desplazado por la base para formar
el intermedio 2-enlazado. La coordinación del Pd con el grupo hidroxilo de este
intermedio acelera la transmetalación, que ocurre con retención de configuración a
través de un estado de transición de cuatro centros. El producto de acoplamiento se
formará tras la eliminación reductora. Sin embargo, la formación del complejo
RL2PdIIOH es la etapa limitante con los derivados de OBBD, ya que estos son ácidos
de Lewis más débiles que los 9-BBN (Esquema 79, ciclo B). La reacción sigue con la
formación del intermedio 2-enlazado que evoluciona espontáneamente tras la
eliminación reductora al producto de acoplamiento.
En general, el efecto de la base (MB) se puede estimar en función de la
basicidad y de la afinidad de M+ por los haluros iónicos (esto es, en función de su
constante de estabilidad, Tabla 12, Esquema 80):
Tabla 12: Constantes de estabilidad para X- (log K a 25 ºC).
K+ Cs
+ Ba2
+ Bu4N
+ Tl
+ Cu
+ Ag
+
Cl- -0.7 -0.39 -0.13 0.40 0.49 2.7 3.3
Br- -- 0.03 -- 0.49 0.91 5.9 4.7
I- -0.19 -0.03 -- 0.78 -- 8.9 6.6
Esquema 80
B) Selección del organoborano
Se pueden utilizar muchos tipos de organoboranos en las reacciones de
acoplamiento de SM. Como regla general se puede afirmar que los organoboranos con
bajo impedimento estérico y ricos en electrones favorecen la transmetalación. Su
selección dependerá del carbono al que estén unidos (sp2 o sp3), de su compatibilidad
con el derivado de haluro o triflato con el cual se van a acoplar y de su disponibilidad.
Los organoboranos arílicos más utilizados son los derivados del ácido borónico
y de sus ésteres diisopropílico, pinacolínico y catecol pues son muy estables,
fácilmente sintetizables y dan eficazmente la transmetalación (Figura 40).
Antecedentes generales
183
Figura 40
Como alternativa a los organoboranos se pueden utilizar trifluoroboratos
arílicos, los cuales se preparan por tratamiento del ácido arilborónico correspondiente
con KHF2. Estos son más estables y fáciles de purificar que sus correspondientes
ácidos borónicos.204
Con los organoboranos alquílicos podemos encontrarnos dos situaciones
diferentes:189
Acoplamientos C(sp2)-C(sp3): Se suelen usar derivados alquílicos de 9-BBN o
de OBBD, aunque se necesitan catalizadores tipo PdCl2(dppf). Esto se debe a que el
ángulo que adopta el ligando dppf favorece la eliminación reductora frente a la β
eliminación.205 También se pueden utilizar esteres borónicos cuando se usan sales de
talio. Los derivados alquílicos secundarios de boro no dan acoplamiento.200
Acoplamientos C(sp3)-C(sp3): Este tipo de acoplamiento es el más difícil de
conseguir. Normalmente se utilizan derivados de 9-BBN, aunque recientemente se han
desarrollado diferentes condiciones para este tipo de acoplamientos con ligandos
voluminosos, ricos en electrones y empleando Ni en vez de Pd.206
1.2.3.3. Eliminación reductora
No suele ser la etapa limitante de la reacción, a excepción de que se empleen
electrófilos alílicos.207 Compite con la eliminación, se da con retención de la
configuración y por regla general la velocidad para los complejos de PdII es:192h
Aril-Aril > Aril-alquil > n-propil-n-propil > etil-etil > metil-metil
204
Molander, G. A.; Biolatto, B. J. Org. Chem. 2003, 68, 4302-4314. 205
(a) Hayashi, T.; Konoshi, M.; Kobori, Y.; Kumuda, M.; Higuchi, T.; Hirotsu, K. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 158-163. (b) Brown, J. M.; Guiry, P. J. Inorg. Chim. Acta. 1994, 220, 249-259. 206
(a) Lu, Z.; Fu. G. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6676-6678. (b) Achonduh, G. T.; Hadei, N.; Valente, C.; Avola, S.; O’Brien, C. J.; Organ, M. G. Chem. Commun. (Cambridge, U. K.) 2010, 46, 4109-4111. (c) Valente, C.; Baglione, S.; Candito, D.; O’Brien, C. J.; Organ, M. G. Chem. Commun. (Cambridge, U. K.) 2008, 735-737; (d) Saito, B.; Fu, G. C.; J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9602-9603. 207
Menéndez, M.; Cuerva, J. M.; Gómez-Bengoa, G.; Cardenas, D. J.; Echevarren, A. M. Chem. Eur. J. 2002, 8, 3620-3628.
Capítulo II .
184
1.2.4. Catalizadores y ligandos
El complejo más usado es Pd(PPh3)4, aunque también se utilizan otras fuentes
de paladio como los complejos de paladio(II) Pd(OAc)2 y Pd2(dba)3, que son reducidos
in situ a su forma activa Pd0.
Tal y como se muestra en la Figura 41, además de trifenilfosfina se emplean
otras fosfinas bifenílicas ricas en electrones como L-I, L-II y L-III. Estas han
demostrado ser especialmente útiles en los acoplamientos C(sp2)-C(sp2) con cloro y
en sustratos muy impedidos, ya que forman complejos tipo LPd0, que son mucho más
reactivos que sus correspondientes L2Pd0.208 También se pueden utilizar
diaminoclorofosfinas tetraortosubstituidas del tipo de L-IV, los cuales también han
demostrado ser eficientes en los acoplamientos C(sp2)-C(sp2) impedidos.209
Figura 41
Como alternativa se pueden usar carbenos N-heterocíclicos como L-V o L-VI,
pues también se utilizan en los acoplamientos arílicos de derivados clorados
estéricamente impedidos.210
En el caso de los acoplamientos C(sp2)-C(sp3) los catalizadores más
empleados son Pd(PPh3)4 y PdCl2(dppf), debido a que favorecen la eliminación
reductora frente a la β eliminación. Por último, para los acoplamientos C(sp3)-C(sp3) se
208
Billingsley, K. L.; Barder, T. E.; Buchwald, S. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5359-5363. 209
Ackermann, L.; Potukuchi, H. K.; Althammer, A.; Born, R.; Mayer, P. Org. Lett. 2010, 5, 1004-1007. 210
Würtz, S.; Glorius, F. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1523–1533.
Antecedentes generales
185
han desarrollado fosfinas especialmente ricas en electrones y muy impedidas
estéricamente con el fin de evitar la eliminación.189
En los últimos años han aparecido numerosos complejos de Pd tipo “pinza”
debido a su capacidad para transferir quirlidada los productos (Figura 42).211
Figura 42
También se han desarrollado un gran número de catalizadores heterogéneos
de Pd debido a su simplicidad de uso y a su facilidad de reciclado. Así, podemos
encontrar en la literatura tanto nanopartículas de Pd soportadas sobre gel de sílice,
polímeros y otros materiales inorgánicos como complejos de Pd inmovilizados sobre
polímeros y soportes inorgánicos (Figura 43). 212
Figura 43
211
Una revisión bibliográfica reciente sobre complejos tipo “pinza” de Pd: Selander, N.; Szabó, K. J. Chem. Rev. 2011, 111, 2048-2076. 212
Revisiones bibliográficas sobre catalizadores heterogéneos de Pd: (a) Molnár, Á. Chem. Rev. 2011, 111, 2251-2320. (b) Yin, L.; Liebscher, J. Chem. Rev. 2007, 107, 133-173.
Capítulo II .
186
1.2.5. Ejemplos de aplicación de la reacción de Suzuki-Miyaura
La reacción de SM se ha aplicado con éxito en la síntesis de numerosos
compuestos con actividad biológica, como es la síntesis de aglicones de
vancomicinas,213 (+)-estreptonigrina,214 bifenomicina B,215 aristolactama BII216 y
fomactina A217 (Figura 44).
Figura 44
213
Xie, J.; Okano, A.; Pierce, J. G.; James, R. C.; Stamm, S.; Crane, C. M.; Boger, D. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 134, 1284-1297. 214
Donohoe, T. J.; Jones, C. R.; Barbosa, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16418-16421. 215
Lépine, R.; Zhu, J. Org. Lett. 2005, 14, 2981-2984. 216
Kim, J. K.; Kim, Y. H.; Nam, H. T.; Kim, B. T.; Heo, J.-N. Org. Lett. 2008, 16, 3543-3546. 217
Revisión bibliográfica sobre acoplamiento catalizados por paladio en síntesis de compuestos biológicamente activos: Nicolau, K. C.; Bulger, P. G.; Sarlah, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4442-4489.
Discusión de resultados
187
2. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
2.1 Estrategia general
Nuestro objetivo fue el desarrollo de nuevas estructuras quelantes de metales
lantánidos unidas a un carbohidrato, el cual fuera capaz de unirse a su vez a lectinas,
como la WGA. De esta manera podríamos transferir los efectos paramagnéticos y
estudiar así las interacciones carbohidrato-proteína.
Para comprobar la viabilidad de esta idea elegimos como modelo un
carbohidrato de estructura simple, 1--aminoquitobiosa, y diseñamos tres estructuras
consistentes en diferentes linkers rígidos unidos al grupo amino anomérico del
carbohidrato, y acabados todos ellos en estructuras quelantes de iones metálicos
basados en el ácido etilendiaminontetraacético o EDTA (48 y 49) y en el ácido
fenilendiaminotetraacético o PhDTA (50), el último de los cuales posee la ventaja
sintética de no tener centros estereogénicos en su estructura. Como linkers decidimos
usar estructuras tipo bifenílicas y estirénicas, pues además de ser rígidas ambas
presentan una longitud aproximada de 7 Å entre los carbonos de sus extremos, lo que
situaría el metal a más de 10 Å del carbohidrato minimizando así el efecto de los PRE
(Figura 45).
Figura 45
Además decidimos expandir esta metodología al estudio de proteínas con
grupos cisteína expuestos, para cual se sintetizó un análogo de 50 con un grupo
Capítulo II .
188
metanotiosulfonato, que es un buen electrófilo apto para la unión a un residuo de
cisteína (linker 51, Figura 46).
Figura 46
La síntesis de estos compuestos se diseñó de forma convergente, siendo el
paso clave en los compuestos 48 y 50 un tándem boronación-Suzuki.
2.2 Síntesis química
2.2.1 Síntesis de la estructura quelante
Puesto que los derivados de carbohidratos 48 y 49 presentan un centro
asimétrico en la estructura de la unidad quelante, en caso de sintetizar una mezcla
racémica obtendríamos dos diastereómeros diferentes tras la quelación con el metal.
Esto produciría dos juegos de señales de RMN diferentes, complicando la asignación
de las mismas. Para evitarlo, decidimos construir la unidad quelante mediante
partiendeo de uno de los enantiómeros.
Así, nuestro primer objetivo fue obtener el ácido (R)-2,3-bis(bis(2-terc-butoxi-2-
oxoetill)amino)propanoico 52 que será el encargado, tras la desprotección de los
cuatro ésteres terc-butílicos, de la quelación de los iones lantánidos en los tags 48 y
49.
Tal y como se muestra en el Esquema 81, el ácido L-aspártico se transformó
mediante una sustitución nucleófila en cloruro del ácido (S)-2,3-diaminopropanoico218
52, el cual se tetraalquiló y seguidamente se saponificó176c para dar el ácido deseado
53 con un rendimiento global del 39%.
218
Rao, S. L. N. Biochemistry 1975, 14, 5218-5221.
Discusión de resultados
189
Esquema 81
2.2.2 Síntesis del carbohidrato
La 1--aminoquitobiosa se sintetizó partiendo de la quitina, la cual se hidrolizó y
peracetiló en condiciones ácidas, dándonos el compuesto 54 con la configuración (R)
en el carbono anomérico C1 como único disacárido. Posteriormente y tal y como
describe la literatura,219 este compuesto se halogenó en el carbono anomérico, se
sustituyó el cloro por una azida y por último se redujo ésta con óxido de platino bajo
atmósfera de hidrógeno, obteniendo de esta manera el disacárico 55 heptaacetilado
con estereoquímica (R) en el carbono anomérico C1. Por último se liberaron todos los
hidroxilos por tratamiento con metóxido sódico en metanol, obteniendo así la 1--
aminoquitobiosa (Esquema 82).
Esquema 82
219
Para la síntesis de 1--aminoquitobiosa heptaacetilada véase: Spinola, M. S.; Jeanloz, R. W. J. Biol. Chem. 1970, 245, 4158-4162. Para la desacetilación véase: Wagner, M.; Dziadek, S.; Kunz, H. Chem. Eur. J. 2003, 9, 6018-6030.
Capítulo II .
190
2.2.3 Sintesis del tag bifenílico 48
La síntesis del tag bifenílico se basa en una reacción de Suzuki entre el p-
yodobenzoato de trimetilsililetilo (TMSE) 56 y el p-aminoboronato 57. Se seleccionó el
TMSE para proteger el ácido carboxílico debido a que este grupo puede ser eliminado
selectivamente en presencia de ésteres terc-butílicos y soporta bien las condiciones
básicas de la reacción de Suzuki.
Como muestra el Esquema 83, el éster 56 se sintetizó con un rendimiento del
76% mediante una esterificación del ácido p-iodobenzoico con 2-(trimetilsilil)etanol en
presencia de DCC como agente activante del ácido y DMAP como catalizador.
Esquema 83
El siguiente paso consistió en la boronación de la p-yodoanilina empleando
complejos de paladio. Tanto esta reacción como el acoplamiento de Suzuki-Miyaura
comparten la especie catalítica y el disolvente (Esquema 84), por lo que algunos
grupos han desarrollado una versión dominó de ambos pasos.208,220
Esquema 84
220
Baudoin, O.; Guénard, D.; Guéritte, F. J. Org. Chem. 2000, 65, 9268-9271.
Discusión de resultados
191
Con esta idea estudiamos de manera individual las condiciones de reacción de
la boronación, de la reacción de Suzuki-Miyaura y por último de la versión dominó
boronación-Suzuki.
Así, las primeras pruebas realizadas con [Pd2dba3] como catalizador en
presencia del ligando de fosfina L-III dieron malos resultados, tanto si se empleaba el
boronato B-I como su dímero B-II (entradas 1 y 2, Tabla 13). El diacetato de paladio
tampoco dio buenos resultados (entrada 3), pero cuando pasamos a probar el
catalizador descrito por Mahajan221 como óptimo para la boronación de anilinas libres
obtuvimos buenos rendimientos al emplear el boronato B-I (entrada 5). Una simple
disminución del tiempo de reacción incrementó el rendimiento de 57 hasta un 80%
(Esquema 85, Tabla 13).
Esquema 85
221
Bhalla, V.; Tejpal, R.; Kumar, M.; Puri, R. K.; Mahajan R. K. Tetrahedron Letters 2009, 50, 2649-2652.
Capítulo II .
192
Tabla 13: Selección de las condiciones de boronación.
Entrada Catalizador
L,
(mol%)
Base,
(eq)
t
(h)
Boronato,
(eq)
Rendimiento
57 (%)
1 [Pd2dba3] L-III, 20 KOAc 20 B-I, 1.5 18
2 [Pd2dba3] L-III, 20 KOAc 20 B-II, 1.5 37
3 Pd(OAc)2 L-III, 20 KOAc 20 B-II, 1.5 31
4 PdCl2(dppf) -- Et3N, 3 17 B-II,1,2 n.d.
5 PdCl2(dppf) -- Et3N, 3 14 B-I,1,5 72
6 PdCl2(dppf) -- Et3N, 3 1,5 B-I,1,5 80
Una vez puesta a punto la reacción de boronación realizamos el acoplamiento
de SM entre el compuesto 56 y el 57 utilizando condiciones descritas en la
literatura,192f obteniendo así el compuesto bifenílico 58 con buen rendimiento (75%,
Esquema 86, ruta A).
Esquema 86
Llegados a este punto y en aras de mejorar tanto la efectividad como el interés
sintético de esta etapa decidimos poner a punto las condiciones para realizar la
reacción boronación-Suzuki en una etapa (Esquema 86, ruta B). Para ello probamos
distintas cargas catalíticas y cantidades de trietilamina, así como diferentes tiempos
para la primera etapa de reacción y cantidades del ester 56 (entradas 1-3, Tabla 14).
Puesto que la mayor parte del producto obtenido era el p-aminoboronato 63,
pensamos en una posible degradación de la especie catalítica activa tras la primera
etapa de reacción. Para comprobar esta teoría tras la primera etapa se volvió a añadir
Discusión de resultados
193
el catalizador, pero el rendimiento de 58 no aumentó considerablemente. Por último,
un incremento en la temperatura de reacción nos permitió obtener el éster bifenílico 58
con un muy buen rendimiento (75%, 2 pasos, entrada 5, Tabla 14).
Tabla 14: Selección de las condiciones de la reacción boronación-Suzuki.
Entrada Catal.
(mol%)
Et3N,
(mol%)
t1
(h)
Boronato,
(eq)
T (ºC) Rdt. 57
(%)
Rdto. 58
(%)
1a 10 1.3 1,5 B-I,1,2 95 trazas n.d.
2a 10 1.3 0,5 B-I,1,2 95 n.d. n.d.
3 5 3 1,5 B-I,1,5 95 50 27
4b 5+5 3 1,5 B-I,1,5 95 37 33
5 5 3 1,5 B-I,1,5 reflujo 5 75
(a) Se emplearon 2 equiv. de 56 en vez de 1.5 equiv.
(b) Tras el primer paso se añadieron
otros 5 mol% de catalizador.
La condensación del éster 58 con el ácido 53 empleando HATU como agente
de condensación condujo al compuesto 59, en el cual se hidrolizó selectivamente el
éster de TMSE con TBAF obteniendo así el ácido 60 con un rendimiento global del
70% (Esquema 87).
Esquema 87
Capítulo II .
194
Por último, la reacción entre la 1--aminoquitobiosa y el ácido 60 en
condiciones similares a las descritas anteriormente seguida de la hidrólisis de los
cuatro ésteres terc-butílicos nos condujo al tag bifenílico 48. El rendimiento global de
estos dos últimos pasos fue de un 66%.
La molécula final 48 se asignó mediante experimentos HSQC-editado 13C-1H y
HMBC 13C-1H (Ver Anexo I).
2.2.4 Síntesis del tag estirénico 49
Como se muestra en el Esquema 88, la síntesis del tag estirénico 49 comienza
con la obtención de 4-aminocinamato de 2-(trimetilsilil)etilo (62) por condensación del
ácido con 2-(trimetilsilil)etanol en presencia de DCC y DMAP. El éster 62 se obtuvo
con un rendimiento moderado (44%) debido a la dimerización parcial del producto de
partida. Para intentar minimizar este proceso secundario probamos a proteger la
amina con Boc, pero el rendimiento global tras tres pasos de reacción (protección de la
amina, esterificación y desprotección) no mejoró sensiblemente.
El compuesto 62 así obtenido se acopló a continuación con el ácido 53 en las
condiciones previamente descritas (HATU y DIPEA) y seguidamente se desprotegió
selectivamente el éster de TMSE con TBAF, obteniendo el ácido 64 con un
rendimiento global del 65% (dos pasos).
Por último, se condensó de la 1--aminoquitobiosa con el ácido 64 en
condiciones similares a las anteriormente descritas para el tag bifenílico 48 y se
hidrolizaron los cuatro ésteres terc-butílicos, para llegar al tag 49 con un rendimiento
tras las dos etapas de reacción del 57% (Esquema 88).
Discusión de resultados
195
Esquema 88
La molécula final 49 se asignó por analogía con 48 y mediante un experimento
HSQC 13C-1H (ver Anexo-I).
Capítulo II .
196
2.2.5 Síntesis del tag aquiral 50
A continuación decidimos preparar un nuevo tag basado en la estructura del
PhDTA (50), el cual es un conocido agente quelante de cationes metálicos222 que no
ha sido empleado aun en el diseño de tags para estudios de RMN. Aunque es más
corto que 48 y 49, sigue colocando al ión metálico a una distancia superior a 10 Å de
la biomolécula en estudio.
El primer paso consistió en la síntesis de p-yodobenzoato de 2,2,2-tricloroetilo
(66). Seleccionamos 2,2,2-tricloroetanol como agente protector debido a su gran
tolerancia a medios básicos y a altas temperaturas, condiciones que normalmente se
dan en las reacciones de Suzuki. Así, la reacción del ácido p-yodobenzoico con
alcohol anteriormente mencionado proporcionó 66 con un 78% de rendimiento
(Esquema 89).
Esquema 89
El siguiente paso consistió en la síntesis del fragmento de PhDTA. En un
principio empleamos 4-bromofenilendiamina como producto de partida, el cual tras una
exhaustiva N-alquilación con bromoacetato de terc-butilo y DIPEA dio el compuesto
trialquilado 67 como producto mayoritario de reacción. Se ensayaron diferentes
condiciones de reacción pero ninguna condujo al compuesto tetraalquilado, por lo que
decidimos comenzar con o-fenilendiamina. Esta se tetraalquiló en condiciones
similares a las anteriormente descritas obteniendo el derivado 68 con un rendimiento
del 83%. El uso de ACN como disolvente resultó ser crítico, pues cuando probamos a
realizar la reacción con DMF o tolueno sólo obtuvimos mezclas de los productos de
mono-, di- y trialquilación con bajos rendimientos. Por último, una bromación mediada
por ácido hipobromoso de 68 con KBr y Oxone® en metanol223 nos condujo al producto
222
(a) Yamamoto, M.; Nakasuka, N.; Tanaka, M. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1992, 65, 1566-1571. (b) Mizuno, M.; Funahashi, S.; Nakasuka, N.; Tanaka, M. Inorg. Chem. 1991, 30, 1550-1553. 223
Narender, N.; Srinivasu, P.; Prasad, M. R.; Kulkarni, S. J.; Raghavan, K. V. ChemInform 2002, 33, 60.
Discusión de resultados
197
de monobromación 69 como único regioisómero con un rendimiento del 78%
(Esquema 90).
Esquema 90
Una vez obtenido el derivado monobromado 69 decidimos estudiar las
condiciones de reacción de boronación. Para ello primeramente probamos las
condiciones puestas a punto con el tag bifenílico 48, recuperando solamente producto
de partida (entrada 1, Tabla 15). Cambiando el catalizador por el diacetato de paladio
y empleando el ligando L-I obtuvimos un rendimiento del 80% del producto deseado
70, siendo el compuesto de desbromación 68 el único subproducto de la reacción.
Este se sometió de nuevo a la bromación, aumentando de esa manera la eficiencia del
proceso. Por último, comprobamos que el cambio de dioxano por DMF disminuye el
rendimiento y la conversión global (Esquema 91, Tabla 15).
Esquema 91
Capítulo II .
198
Tabla 15: Selección de las condiciones de boronación de 69.
Entr. Catalizador,
(mol%)
L,
(mol%)
Base T
(h)
Dvte Rdto. 68
(%)
Rdto. 70
(%)
1 PdCl2(dppf), 5 -- Et3N 2 Dioxano n.d. n.d.
2 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 2.5 Dioxano 20 80
3 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 2 DMF 6 25
Una vez fijadas las condiciones de boronación, pasamos a estudiar el
acoplamiento de Suzuki (Esquema 92).
Esquema 92
Puesto que nuestra idea era desarrollar una reacción boronación-Suzuki en un
único paso, mantuvimos tanto el catalizador como el ligando constantes y exploramos
diferentes bases, tiempos de reacción y disolventes (Tabla 16). Así, usando
condiciones descritas en la bibliografía220 (DMF como disolvente y K3PO4 como base)
la reacción procedió con rendimientos moderados, observando una rápida
degradación del producto final (entradas 1 y 2). La sustitución de la base por hidróxido
de bario disminuyó aún más la formación de 71. Cuando cambiamos la DMF por
dioxano en presencia de K3PO4 la reacción procedió con buen rendimiento (66%,
entrada 4), el cual volvió a disminuir al usar hidróxido de bario como base.
Discusión de resultados
199
Tabla 16: Selección de las condiciones de Suzuki-Miyaura.
Entr. Catalizador,
(mol%)
L,
(mol%)
Base t
(h)
Disolvente Rendimiento
71 (%)
1 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 K3PO4 24 DMF 25
2 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 K3PO4 2 DMF 43
3 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Ba(OH)2 24 DMF 12
4 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 K3PO4 24 Dioxano 66
5 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Ba(OH)2 24 Dioxano 10
Por último desarrollamos una versión dominó de estas dos reacciones con la
idea de simplificar la síntesis química (Esquema 93).
Esquema 93
Puesto que hasta este punto nos había dado buenos resultados, seguimos
usando p-yodobenzoato de 2,2,2-tricloroetilo (66) como derivado halogenado en el
acoplamiento de SM y probamos diferentes condiciones de reacción utilizando
diacetato de paladio en presencia de la fosfina L-I como catalizador y 4,4,5,5-
tetrametil-1,3,2-dioxaborolano (B-I) como boronato (entradas 1-5, Tabla 17),
obteniendo en todos los casos muy malos rendimientos. El cambio del boronato B-I
por su dímero B-II incrementó el rendimiento del producto deseado 71 hasta el 37%
(entrada 6). El diacetato de paladio posee velocidades de reacción más altas que el
tris(dibencilidenacetona)dipaladio(0) en las boronaciones de haluros aromáticos, pero
este último da menores cantidades del producto de reducción del haluro, principal
producto secundario de la reacción.208 Por esta razón decidimos probar esta nueva
especie catalítica. Para ello aplicamos diferentes condiciones descritas en la
bibliografía208,209 obteniendo un resultado prometedor al emplear el ligando de fosfina
Capítulo II .
200
L-III y acetato potásico como base (entrada 8). Por último, un ajuste fino de estas
condiciones nos llevó al producto 71 con un rendimiento del 71% tras dos pasos de
reacción (entrada 13).
Tabla 17: Selección de las condiciones de la reacción boronación-Suzuki.
Entry Catalizador,
(mol%)
L,
(mol%)
Base
1
t1
(h)
Boronato
(eq)
Base
2
T2
(h)
Rdto.
71 (%)
1 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 1,5 B-I,3 Ba(OH)2 1 n.d.
2a Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 1,5 B-I,3 K3PO4 3,5 13
3 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 1,5 B-I,3 K3PO4 40 < 5
4b Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 1,5 B-I,3 K3PO4 40 < 5
5 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 2,5 B-I,1,2 K3PO4 40 < 5
6 Pd(OAc)2, 5 L-I, 20 Et3N 2,5 B-II, 1,2 K3PO4 40 37
7 [Pd2dba3], 5 L-II, 20 KOAc 2,5 B-II, 1,2 K3PO4 40 23
8 [Pd2dba3], 5 L-III, 20 KOAc 2,5 B-II, 1,2 K3PO4 40 37
9 [Pd2dba3], 5 L-IV, 20 CsF 2,5 B-II, 1,2 CsF 40 n.d.
10 [Pd2dba3], 5 L-III, 20 KOAc 1 B-II, 1,2 K3PO4 3 40
11 [Pd2dba3], 5 L-III, 20 KOAc 1,5 B-II, 1,2 K3PO4 14 48
12c [Pd2dba3], 5 L-III, 20 KOAc 1,5 B-II, 1,2 K3PO4 14 56
13d [Pd2dba3], 5 L-III, 20 KOAc 1,5 B-II, 1,2 K3PO4 24 71
a) Tras el primer paso se añade DMF en lugar de dioxano. b) Tras el primer paso se añadieron otro 5% mol de catalizador. c) Se emplean 3 equivalentes del p-yodobenzoato de 2,2,2-tricloroetilo. d) Se emplean 1.5 equivalentes del p-yodobenzoato de 2,2,2-tricloroetilo.
El siguiente paso consistió en la hidrólisis del éster de 2,2,2-tricloroetilo. La
reacción se realizó en ácido acético, y como se muestra en la Tabla 18, obtuvimos el
ácido correspondiente con un rendimiento moderado del 60% junto con una mezcla de
productos resultantes de la desprotección de uno o varios ésteres de terc-butilo. El
rendimiento tras tres pasos fue del 43%. Con la idea de mejorar este paso sintético
decidimos someter a la reacción de boronación-Suzuki anteriormente puesta a punto a
varios p-yodobenzoatos y realizar posteriormente la hidrólisis de los productos así
obtenidos.
Discusión de resultados
201
Tabla 18: Selección del grupo protector.
Entr. Compuesto Rdto. boronación-
Suzuki (%)
Rdto.
hidrólisis (%)
Rdto. global 75
(3 pasos, %)
1 71, R = 2,2,2-tricloroetilo 71 60 43
2 72, R = Bn224
60 85 51
4 73, R = Etilo 63 14 9
3 74, R = TMSE 76 86 65
Aunque la hidrólisis del éster bencílico con Pd/C y H2 dio buenos rendimientos,
en la reacción de boronación-acoplamiento de 72 el rendimiento fue solo del 60%,
siendo en este caso el rendimiento global de un 51%. Cuando utilizamos el éster
etílico 73 el rendimiento global cayó hasta el 9%. Por último, con el éster de TMSE el
rendimiento global fue del 65%, confirmándonos que es el mejor grupo protector de
ácidos carboxílicos en las reacciones de boronación-Suzuki en one pot.
Por último, la condensación de la 1--aminoquitobiosa con el ácido 75 seguida
de la hidrólisis de los cuatro ésteres terc-butílicos nos condujo al tag aquiral 50 con un
rendimiento para estos dos pasos del 40% (Esquema 94).
Esquema 94
La asignación de la estructura 50 se realizó por analogía con 48 y mediante un
experimento HSQC-editado 13C-1H y un HMBC 13C-1H (ver Anexo-I).
224
Li, Z.; Yeo, S. L.; Pallen, C. J.; Ganesan, A. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 1998, 8, 2443-2446.
Capítulo II .
202
2.2.6 Síntesis del linker aquiral para la unión a proteínas 51
El grupo tiol es uno de los pocos grupos funcionales que no es tolerado por la
reacción de SM, ya que tiende a envenenar el catalizador, con lo que se suelen
obtener productos de disulfuración en vez de acoplamiento.225 Para solventar este
problema existen descritos unos pocos grupos protectores de tioles, por lo que
decidimos probarlos en nuestro sistema. Para ello sintetizamos una serie de
arilderivados monohalogenados176b,225,226 a partir de p-bromo- y p-yodobencenotiol227
(77-86) y los sometimos a la reacción de Suzuki-Miyaura utilizando las condiciones
puestas a punto en el apartado anterior (Esquema 95).
Esquema 95
Como se puede ver en la Tabla 19, ni los p-halobencenotioles 77 y 78, ni los p-
halofenilmetanosulfotioatos 79 y 80, ni el disulfuro 81 dieron lugar a la reacción
(entradas 1-5). Aunque los grupos pivaloilo y 2-metoxiisobutirilo (82 y 83) pueden
funcionar en algunos casos como grupos protectores de tioles en los acoplamientos de
Suzuki,225b tampoco dieron buenos resultados (entradas 6 y 7). Los tioles protegidos
con grupos más voluminosos 84 y 85 demostraron ser buenos sustratos para esta
reacción, pero por desgracia ninguno de ellos pudo ser posteriormente desprotegido
en las condiciones descritas.225a Por último, probamos el derivado quinolínico 86 y
para nuestra sorpresa el rendimiento fue excelente, obteniendo el compuesto de
acoplamiento 87 (R = 2-quinolilmetil) con un 84% de rendimiento.
También probamos la reacción dominó de boronación-Suzuki con los sustratos
84, 85 y 86, aunque en ningún caso obtuvimos producto de acoplamiento de Suzuki,
225
(a) Itoh, T.; Mase, T. J. Org. Chem. 2006, 71, 2203-2206. (b) Zeysing, B.; Gosch, C.; Terfort, A. Org. Lett. 2000, 2, 1843-1845. 226
Kabalka, G. W.; Reddy, M. S.; Yao, M. Tetrahedron Letters 2009, 50, 7340-7342. 227
Percec, S.; Getty, R.; Marshall, W.; Skidd, G.; French, R. Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry 2004, 42, 541–550.
Discusión de resultados
203
probablemente debido al envenenamiento y consiguiente inactivación de la especie
catalítica.
Tabla 19: Selección del haluro de arilo.
Entrada Haluro de arilo Rdto.
Suzuki (%)
1
77, X = Br n.d.
2 78, X = I n.d.
3
79, X = Br n.d.
4 80, X = I n.d.
5
81 n.d.
6
82, Y = CH3 n.d.
7 83, Y = OMe 10%
8
84
80
9
85
74
10
86
84
Los derivados de 2-quinolilmetil tioéteres se pueden transformar en sus
correspondientes disulfuros simétricos mediante una reacción de oxidación con cloruro
férrico o cúprico, y los disulfuros, a su vez, en metanotiosulfonatos.228 Por ello,
comenzamos probando diferentes condiciones de oxidación para el compuesto 87
(Esquema 96, Tabla 20).
228
Yoshizawa, H.; Otaka, A.; Habashita, H.; Fujii, N. Chemistry Letters 1993, 22, 803-807.
Capítulo II .
204
Esquema 96
Tabla 20: Selección de las condiciones de la reacción de oxidación.
Entr. Agente
oxidante
Disolvente Tª (ºC) t
(h)
87
(%)
88
(%)
1 FeCl3 EtOH/H2O reflujo 21 n.d. n.d.
2 FeCl3 DMF/H2O t.a. 21 n.d. 35
3 FeCl3 DMF/H2O t.a. 3.5 15 28
4 FeCl3 Dioxano/H2O t.a. 3.5 51 38
5 CuCl2 EtOH/H2O reflujo 21 n.d. n.d.
6 CuCl2 DMF/H2O t.a. 3.5 n.d. 60
7 CuCl2 THF/H2O 4 a t.a. 4 n.d. 63
8 CuCl2 THF/DMF/H2O 4 a t.a. 4 n.d. 65
Cuando usamos cloruro férrico como agente oxidante en una mezcla de
etanol/H2O a reflujo observamos una mezcla de productos de descomposición. La
misma reacción en DMF/H2O o dioxano/H2O dio unos rendimientos moderados,
recuperando la mayor parte del producto de partida (entradas 1-4). Con cloruro cúprico
en etanol/H2O a reflujo de nuevo observamos descomposición del producto de partida,
pero cuando realizamos la reacción en mezclas de DMF/H2O y THF/H2O en
condiciones más suaves el rendimiento del dímero 88 aumentó considerablemente.
Discusión de resultados
205
Por último, fijamos como condiciones óptimas el uso de una mezcla de DMF/THF/H2O
a baja temperatura, obteniendo así el producto 88 deseado en un 65% (Tabla 20).
Finalmente, la sulfonilación oxidativa mediada por yodo176b,229 de
metanosulfinato sódico con el disulfuro 88 nos dio el tetraéster 89, en el que se
hidrolizaron los cuatro éteres terc-butílicos obteniendo así el linker 51 con un
rendimiento de los dos últimos pasos del 38%.
229
Fujiki, K.; Tanifuji, N.; Sasaki, Y.; Yokoyama, T. Synthesis 2002, 343-348.
Discusión de resultados
207
2.3. Evaluación de los tags por RMN
Esta parte del proyecto se realizó en el CIB (CSIC) en el marco de colaboración
con el grupo del Dr. Jesús Jiménez-Barbero, bajo la supervisión de la Dra. Ángeles
Canales.
2.3.1. Evaluación del tag bifenílico 48
Figura 47
2.3.1.1. Incrementos paramagnéticos en la relajación o PRE en D2O
Para el estudio de los PRE adquirimos varios espectros monodimensionales de
RMN de 1H del compuesto 48 en presencia de cantidades crecientes de Tb3+. Como
se puede observar en la Figura 48, la adición del ión paramagnético produjo el
ensanchamiento de las señales de la molécula. Las señales aromáticas prácticamente
desaparecieron cuando se alcanzó el ratio Tag:Metal 1:1 en D2O, 5 mM, pD 2.0. El ión
Tb3+ ensanchó las señal del protón anomérico más cercano al metal (H-1) en
aproximadamente 40 Hz, mientras que la señal del carbohidrato situada en el extremo
más alejado del metal (H-4’) experimento un ensanchamiento de tan solo 8 Hz. Como
referencia se empleó un experimento de 1H adquirido en condiciones isotrópicas
(Tag:La3+ 1:1 en D2O, 5 mM, pD 2.0).
Capítulo II .
208
Figura 48
2.3.1.2. Desplazamientos paramagnéticos (PCS) en D2O
Los PCS se calculan por comparación entre un espectro adquirido en
condiciones isotrópicas (La3+ o Lu3+) y otro en anistrópicas. Nosotros adquirimos un
HSQC 13C-1H del tag 48 en presencia de 1.0 equivalente de La3+ como referencia
isotrópica y dos HSQC 1H-13C del mismo producto 48 en presencia de Tb3+ y Tm3+
(Tag:Metal 1:0.5 y 1:1, respectivamente) como condiciones anisotrópicas. Todas las
medidas se realizaron en D2O a 5 mM, pH 2.0, 25 ºC, y se midieron a 600 MHz.
Como se muestra en la Figura 49a, la superposición del experimento de
referencia (en rojo) y el adquirido en presencia de Tb3+ (en azul) muestra claramente la
presencia de desplazamientos de las señales causados por el ión paramagnético. Se
detectaron desplazamientos que oscilan desde -0.17 a 0.73 ppm, siendo los
desplazamientos de los protones situados a mayor distancia del metal H-3’ y H-4’ de -
0.14 y -0.15 ppm, respectivamente.
48:La3+
1:1
48:Tb3+
1:1
48:Tb3+
1:0.5
48:Tb3+
1:0.28
H-1
H-4’ H-1’
Discusión de resultados
209
Figura 49: HSQC 13
C-1H de 48 en condiciones isotrópicas (Tag 48:La
3+ 1:1, en rojo) y
anisotrópicas: (a) Tag 48:Tb3+
1:0.5 y (b) Tag 48: Tm3+
1:1, ambas en azul.
H1
H4’
H1’
CH3 2
CH3 2’
H3’
a)
+
-
CH3 2 CH3 2’
H1
H1’
H2’
b)
H1
H1’
H2’
CH3 2’ y CH3 2
+
-
Capítulo II .
210
También se observa para el terbio (Figura 50, Tabla 21) que los protones con
PCS positivos (en rojo en la Tabla 21) pertenecen al los anillos aromáticos, los cuales
se encuentran en las proximidades del ión metálico. Por el contrario, los protones de la
acetilglucosamina más alejada del metal poseen PCS negativos (en azul en la Tabla
21). Este comportamiento es el esperado, y corresponde a la forma de las
isosuperficies calculadas para el tensor de susceptibilidad magnético del terbio.
Figura 50
Tabla 21: PCSs de 48 en presencia de Tb3+ y Tm3+ (Tag:Metal 1:0.5 y 1:1,
respectivamente) a 600 MHz.
Protón PCS (ppm) en
presencia de Tb3+
PCS (ppm) en
presencia de Tm3+
H10 0.73 --
H15 0.64 --
H1 0.22 -0.52
H2 -- -0.49
H3 0.04 -0.27
H4 -0.05 -0.27
H5 -0.01 -0.31
H6a -0.14 -0.23
H6b -- -0.23
CH3 2 0.15 -0.11
H1’ -0.14 -0.13
H2’ -0.12 -0.08
H3’ -0.14 -0.07
H4' -0.15 0
H5’ -0.16 -0.05
H6’a -0.14 -0.06
H6’b -0.17 -0.06
CH3 2’ -0.14 -0.14
Discusión de resultados
211
Cuando 48 está unido a Tm3+ (Figura 49b, Tabla 21), al ser este un metal
menos paramagnético que el Tb3+ y poseer unas isosuperficies diferentes, no
observamos protones con desplazamientos positivos (H-10 y H-15 no se pudieron
calcular debido a PRE), y en el caso del protón más alejado del ión lantánido (H-4’) no
vimos desplazamiento alguno. Todo esto concuerda con lo esperado para los
diferentes metales.
2.3.1.3. Acoplamientos dipolares residuales (RDC) en D2O
Aunque observamos algunas variaciones en los RDC, estas fueron muy
pequeñas, probablemente debido a la alta velocidad de rotación de la molécula en
disolución debido a su pequeño tamaño. Por esto mismo, decidimos no tenerlos en
cuenta.
2.3.1.4. Optimización de las condiciones: Control del pD y cálculo del tensor Δ
Una vez llegados a este punto decidimos optimizar las condiciones de
quelación. En todos los experimentos anteriores el pD es ácido debido a los propios
ácidos carboxílicos de la estructura EDTA, con lo que solo una pequeña fracción de
los grupos carboxílicos se encuentran ionizados.
En el tag 48 la velocidad de intercambio de los iones metálicos con la
estructura quelante es muy alta, de tal manera que lo que se observa por RMN es el
promedio de las estructuras coordinadas y no coordinadas. Aunque esto nos permite
ver un solo juego de señales, debido a la débil coordinación del metal paramagnético
los efectos paramagnéticos quedan en gran medida disminuidos, lo que nos dificulta el
cálculo del tensor Δ. Además, si quisiéramos saturar la unidad quelante con metal
deberíamos añadir este último en un exceso importante, con lo que los iones libres
interaccionarían con nuestro carbohidrato falseándonos los resultados.
Para evitar los problemas mencionados decidimos fijar el pD en 7.8, pues
medios más básicos provocarían la precipitación de los metales en forma de sus
correspondientes hidróxidos.222a Preparamos para ello una solución tampón de D11-Tris
50 mM a pD 7.8 en D2O y añadimos el tag 48 en una concentración 5 mM. Añadimos
entonces cantidades crecientes de Eu3+ hasta que no observamos más tag 48 libre
(relación tag 48:Eu3+ 1:1.05). La operación se repitió para la muestra anisotrópica (Tag
48:La3+ 1:1.05).
Capítulo II .
212
Seleccionamos Eu3+ debido a su débil paramagnetismo, de tal manera que nos
asegurásemos no perder las señales del carbohidrato más cercanas al metal por
efecto de los PRE.
Una vez tuvimos las muestras preparadas calculamos los PCS de la manera
anteriormente descrita, empleando 2 µL de ACN como referencia interna (Figura 51).
Ambos HSQC-editados 13C-1H se adquirieron a 25 ºC y 500 MHz.
Figura 51: HSQC-editado 13C-1H de 48 en condiciones isotrópicas (Tag 48:La3+
1:1.05, en rojo) y anisotrópicas (Tag 48:Eu3+ 1:1.05, en azul).
Con estos datos medimos los desplazamientos de los protones del
carbohidrato y calculamos el tensor Δ. Además de los PCSs necesitábamos las
distancias de los diferentes protones estudiados al centro paramagnético. Para
rpoponer un modelo 3D del tag 48 nos basamos en los siguientes datos: La estructura
de la 1--aminoquitobiosa determinada por RMN, que el puente bifenílico es rígido y
que la estructura del metal quelado con el EDTA ya había sido determinada por
+
-
H1
H1’
H2
CH3 2
Discusión de resultados
213
difracción de rayos X.230 A la hora de construir la estructura hay que destacar que los
iones lantánidos con mayor radio iónico tales como La3+, Pr3+, Sm3+, Gd3+, Tb3+ y Dy3+
forman estructuras de coordinación del tipo [Ln(EDTA)(H2O)3]-, que 6 enlaces de
coordinación con el EDTA y 3 con 3 moléculas de agua, que los iones lantánidos de
radio iónico más pequeño como Er3+ e Yb3+ forman estructuras de coordinación del
tipo [Ln(EDTA)(H2O)2]-, mientras que en el caso de los iones intermedios (Eu3+) se da
un equilibrio entre estas dos especies. Puesto que existen datos de las distancias para
cada uno de estos complejos obtenidos mediante difracción de rayos-X pudimos
proponer una estructura tridimensional aproximada de nuestro modelo que demostró
ser coherente con los datos obtenidos. Esta parte del trabajo, junto con los cálculos
realizados con el programa Mspin, fue realizada por la Dra. Ángeles Canales.
Mediante esta estructura se determinaron las distancias de los diferentes
protones del carbohidrato al centro paramagnético, que fueron introducidas junto con
los PCS observados en el programa Mspin,231 el cual determinó el valor del tensor Δ
y calculó los valores teóricos de los desplazamientos para todos los protones del tag
48 quelado a Eu3+ en función del tensor calculado. Estos resultados están resumidos
en la Tabla 22.
Tabla 22: PCS de 48 en presencia de Eu3+ (Tag:Metal 1:1.05) observados a
500 MHz y calculados con el tensor Δ.
Protón PCS (ppm) observados
PCS (ppm) calculados
H1 -0.10 -0.14
H2 -0.11 -0.14
H3 -0.08 -0.09
H4 -0.07 -0.11
H5 -0.08 -0.09
H1’ -0.05 -0.06
H2’ -0.04 -0.03
H3’ -0.03 -0.03
H4’ -0.03 -0.02
H5’ -0.04 -0.03
230
Graeppi. N.; Powell, D. H.; Laurenczy, G.; Zékány, L.; Merbach, A. E. Inorganica Chimica Acta 1995, 235, 311-326. 231
Mi más sincero agradecimiento al Dr. Armando Navarro-Vázquez por su generosa donación del programa Mspin especialmente adaptado al cálculo de PCSs y RDCs mediante experimentos HSQC
13C-
1H (Dpto. de Química Orgánica, Universidad de Vigo, España).
Capítulo II .
214
Seguidamente empleamos estos valores para calcular la correlación lineal
entre los valores de los PCS observados y los calculados (Figura 52).
Figura 52
La estimación del error de cálculo viene definida por el factor Q (Mspin), que en
este caso fue de 0.36. Este valor es similar a los presentes en la bibliografía para este
mismo tag.232 En este caso en concreto todos los 1H PCS calculados salen
ligeramente superiores a los observados, probablemente debido a una incorrecta
posición del centro metálico en la estructura quelante del EDTA (demasiado cerca del
carbohidrato). Aun así esto demuestra la capacidad de nuestro método para obtener
tanto PRE como PCS del carbohidrato modelo, y la viabilidad del uso de los mismos
en la elucidación estructural.
Posteriormente a la publicación de la primera parte de este estudio233
aparecieron dos trabajos que emplean tanto la 1--aminoquitobiosa como el tag aquí
desarrollado.
En uno de ellos se hace un estudio de las posibilidades de esta metodología en
el estudio estructural de carbohidratos.234 Para ello, los autores seleccionaron como
azúcar modelo la 1--aminoquitobiosa y como tag una modificación del previamente
232
Erdélyi, M.; d’Auvergne, E.; Navarro-Vázquez, A.; Leonov, A.; Griesinger, C. Chem. Eur. J. 2011, 17, 9368-9376. 233
Mallagaray, A.; Canales, A.; Domínguez, G.; Jiménez-Barbero, J.; Pérez-Castells, J. Chem. Commun. 2011, 47, 7179-7181. 234
Yamamoto, S.; Yamaguchi, T.; Erdélyi, M.; Griesinger, C.; Kato, K. Chem. Eur. J. 2011, 17, 9280-9282.
R² = 0,938
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
cal
cula
do
experimental
Discusión de resultados
215
descrito por Griesinger en 2006,176b llegando a unas conclusiones similiares a las
previamente descritas por nuestro grupo.
El segundo trabajo se centra en el estudio de la dinámica molecular del enlace
glicosídico de la lactosa, empleando para ello el enantiómero (S) del tag descrito
previamente en esta Memoria.232
Llegados a este punto decidimos dar por terminado el estudio del tag 48 y
emplear la metodología con él desarrollada en el estudio de los tags 49, 50 y 51, pues
su carácter inédito así como su mayor rigidez (en el caso de 50 y 51) los hacía mucho
más interesantes para nosotros.
Discusión de resultados
217
2.3.2. Evaluación del tag estirénico 49
Figura 53
El primer problema con esta estructura surgió en su purificación final, pues
isomeriza rápidamente al isómero cis en presencia de agua. Esto puede ser debido al
pH ácido generado por los grupos carboxílicos de la estructura. Por este motivo no
pudimos someterla a cromatografía, con lo que se purificó mediante precipitación en
THF a baja temperatura.
Realizamos varios estudios cinéticos por RMN que demostraron que si los
ácidos carboxílicos estaban libres y a pD 2.0 el equilibrio se alcanzaba cuando la
relación E:Z era aproximadamente 2:1 (5 días a t.a., Figura 54).
Figura 54
H-9
(E)
H-9
(Z) H-10
(Z)
49
precipitado
49 cromatogra-
fiado
49 en D2O
t = 5 días
49:La3+
1:1
t = 0
49:La3+
1:1
t = 5 días
Capítulo II .
218
En ningún caso fue posible aislar y caracterizar el isómero cis.
Por otro lado, si el compuesto 49 se encuentra quelado a un ión lantánido no se
observa isomerización. Así, se preparó una solución de 49 (E):La3+ 1:1 en D2O y se
adquirió un protón a tiempo 0 y otro tras 5 días a t.a., no observando isomerización
aparente.
Puesto que la capacidad de unir iones lantánidos y la presencia de PRE de la
estructura de tipo EDTA ya había quedado demostrada con el tag bifenílico 49,
pasamos a estudiar los PCS obtenidos con este tag estirénico 49.
Como se ve en la Figura 55, adquirimos un experimento HSQC 1H-13C de 49 en
presencia de 1 equivalente de La3+ (en rojo) y lo superpusimos a otro experimento
HSQC 13C-1H de 49 en presencia de 1 equivalente de Tb3+ (en azul). Todas las
medidas se realizaron en D2O a pD 2.0, 5 mM, 25 ºC y a 700 MHz.
Figura 55: HSQC 13C-1H de 49 en condiciones isotrópicas (Tag 49:La3+ 1:1, en
rojo) y anisotrópicas (Tag 49:Tb3+ 1:1, en azul).
Por desgracia, en este caso observamos desplazamientos muy pequeños,
siendo los mayores de 0.155 y 0.148 ppm para los protones del anillo aromático
próximo al ión lantánido (H-12 y H-13 respectivamente). En el caso del protón más
+
-
CH3 2 CH3 2’
H1
Discusión de resultados
219
alejado del metal (H4’) prácticamente no se observó desplazamiento alguno (Tabla
23).
Tabla 23: PCS de 49 en presencia de Tb3+ (Tag:Metal 1:1) a 700 MHz.
Protón PCS (ppm) en
presencia de Tb3+
H12 0.155
H13 0.148
H9 0.148
H1 0.083
H2 0.090
H3 0.040
H4 0.028
H5 0.046
H6a 0.024
H6b 0.022
CH3 2 0.067
H1’ 0.002
H2’ 0.024
H3’ 0.012
H4’ 0.005
H5’ 0.011
H6’a 0.007
H6’b 0.005
CH3 2’ 0.012
Esto puede ser debido a la falta de rigidez que el doble enlace confiere a la
estructura, ya que existen dos enlaces sencillos (C8-C9 y C10-C11) sobre los que
existe libertad relativa de giro.
Llegados a este punto, debido a los bajos PCS observados y a la tendencia de
49 por isomerizar en soluciones acuosas hacia su isómero cis, dando mezclas
inseparables de los isómeros Z:E, decidimos abandonar su estudio y centrarnos en el
tag aquiral 50.
Capítulo II .
220
2.3.3. Evaluación del tag aquiral 50
Figura 56
2.3.3.1. Uso de Tb3+ como ión paramagnético
De modo similar a como se hizo con 48 para el estudio de los PRE, adquirimos
varios espectros monodimensionales de RMN de 1H del compuesto 50 en presencia
de cantidades crecientes de Tb3+, en D2O, a pD 2.0, 5 mM y 700 MHz. Tanto en este
estudio con Tb3+ como en los dos posteriores con Dy3+ y Tm3+ se usó como referencia
un experimento de 1H adquirido en condiciones isotrópicas (Tag:La3+ 1:1 en D2O, pD
2.0, 5 mM, 700 MHz).
Tal y como se observa en la Figura 57, la adición del ión paramagnético
produjo tanto el ensanchamiento de las señales de la molécula como la aparición de
un nuevo juego de señales, correspondiente a la forma quelada al metal. Esto se debe
a que el PhDTA forma enlaces con el metal de vida media más larga que el EDTA, con
lo que las señales no se promedian en RMN y observamos tanto la forma coordinada
como la no coordinada. Esta propiedad nos permite estudiar el equilibrio regido por la
Ecuación 6.
Ecuación 6
Discusión de resultados
221
De esta manera fuimos añadiendo cantidades crecientes de metal con la idea
de desplazar el equilibrio hacia la forma coordinada. Así, cuando alcanzamos el ratio
L:Tb3+ 1:3 los picos correspondientes a la estructura libre prácticamente
desaparecieron, a la vez que se dibujó un nuevo patrón de señales, correspondientes
a la forma coordinada con el metal (Figura 57).
Figura 57
Seguidamente, tal como hicimos con el tag 48, fijamos el pD con una solución
tampón de D11-Tris 50 mM a pD 7.8 en D2O. De este modo, conseguimos desplazar
completamente el equilibrio hacia la forma coordinada sin necesidad de añadir exceso
de metal paramagnético (Figura 57).
Los PRE observados fueron menores a los obtenidos con el tag 48. Así, el
ensanchamiento de la señal del protón anomérico más cercano al metal (H-1)
disminuyó hasta los 30 Hz, mientras que en el protón anomérico más lejano (H-1’) se
observó un ensanchamiento de unos 8 Hz.
50:La3+
1:1
pD 2.0
50:Tb3+
1:1
pD 2.0
50:Tb3+
1:3
pD 2.0
50:Tb3+
1:1
pD 7.8, Tris
50:Tb3+
1:2
pD 2.0
H-1 H-4’ & 5’ H-1’ H-19 & 20
H-1 H-1’
Capítulo II .
222
Los PCS se calcularon por comparación entre un espectro de HSQC-editado
13C-1H del tag aquiral 50 adquirido en condiciones isotrópicas (ratio tag 50:La3+ 1:1, en
rojo) y otro adquirido en condiciones anistrópicas (ratio tag 50:Tb3+ 1:1, en azul).
Ambos experimentos se realizaron en una solución tampón D11-Tris 50 mM, pD 7.8, 5
mM, 600 MHz, 25 ºC y 2 µL de ACN como referencia interna (Figura 58).
Figura 58: HSQC-editado 13C-1H de 50 en condiciones isotrópicas (Tag 50:La3+
1:1, en rojo) y anisotrópicas (Tag 50:Tb3+ 1:1, en azul).
A continuación se muestran los PCS extraídos de la figura anterior (Tabla 24).
Estos valores se introdujeron en el Mspin, junto con las coordenadas del tag 50
H1
CH3 2
CH3 2’
H1’
+
- H1
H1’
H2’
CH3 2’
CH3 2
Discusión de resultados
223
calculado de manera similar al tag bifenílico 48. Nuevamente la Dra. Ángeles Canales
utilizó datos cristalográficos obtenidos por difracción de rayos-X para el diseño de la
estructura quelante,222b y se encargó del procesado de los PCS obtenidos. La Figura
59 muestra la correlación lineal de los valores experimentales frente a los calculados
por el programa Mspin:
Tabla 24: PCS de 50 en presencia de Tb3+ (Tag:Metal 1:1) observados a
600 MHz y calculados con el tensor Δ.
Protón PCSs (ppm) observados
PCSs (ppm) calculados
H1 1.091 1.419
H2 1.037 1.488
H3 0.716 0.717
H4 0.713 0.979
H5 0.741 0.808
H1’ 0.425 0.551
H2’ 0.410 0.276
H3’ 0.298 0.293
H4’ 0.285 0.209
H5’ 0.384 0.357
Figura 59
R² = 0,9495
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
cal
cula
do
experimental
Capítulo II .
224
El factor Q (Mspin) fue de 0.308. Cabe destacar que se calcularon los cuatro
confórmeros posibles alrededor del enlace bifenílico (C12-C13), obteniéndose para
todos ellos valores similares en el factor Q, lo que confiere robustez a nuestro método.
Estos resultados son similares a los obtenidos para el tag 48, lo que nos animó
a continuar el estudio con otro inón fuertemente paramagnético y de radio iónico
similar, como es Dy3+.
2.3.3.2. Uso de Dy3+ como ión paramagnético
De manera similar a como se hizo en el caso anterior, realizamos un estudio de
coordinación usando Dy3+ como ión paramagnético. Los experimentos se realizaron en
las mismas condiciones que los dos anteriores, con cantidades crecientes de metal, en
D2O, pD 2.0, 25 ºC y 700 MHz. Nuevamente observamos un equilibrio entre la forma
coordinada y la no coordinada, el cual se desplaza hacia la derecha al aumentar la
cantidad de metal. Por último, si el pD se fija en a 7.8 con una solución tampón de D11-
Tris 50 mM en D2O se obtiene una sola estructura de coordinación sin necesidad de
añadir exceso de metal. (Figura 60).
Figura 60
50:La3+
1:1
pD 2.0
50:Dy3+
1:1
pD 2.0
50:Dy3+
1:2.5
pD 2.0
50:Dy3+
1:1
pD 7.8, Tris
50:Dy3+
1:2
pD 2.0
H-1 H-4’ & 5’ H-1’ H-19 & 20
H-1 H-1’
Discusión de resultados
225
Los PRE observados fueron similares a los obtenidos con el tag 48. Así, la
señal del protón anomérico más cercano al metal (H-1) se ensanchó en torno a 40 Hz,
mientras que en el protón anomérico más lejano (H-1’) se observó un ensanchamiento
de unos 8 Hz.
Los PCS se calcularon por comparación entre un espectro de HSQC-editado
13C-1H del tag aquiral 50 adquirido en condiciones isotrópicas (ratio tag 50:La3+ 1:1, en
rojo) y otro adquirido en condiciones anistrópicas (ratio tag 50:Dy3+ 1:1, en azul).
Ambos experimentos se realizaron en una solución tampón D11-Tris 50 mM, pD 7.8, 5
mM, 600 MHz, 25 ºC y 2 µL de ACN como referencia interna (Figura 61).
Figura 61: HSQC-editado 13C-1H de 50 en condiciones isotrópicas (Tag 50:La3+
1:1, en rojo) y anisotrópicas (Tag 50:Dy3+ 1:1, en azul).
+
- H1
H1’
H2’
CH3 2’
CH3 2
H1
CH3 2
CH3 2’
H1’
Capítulo II .
226
Tabla 25: PCS de 50 en presencia de Dy3+ (Tag:Metal 1:1) observados a
600 MHz y calculados con el tensor Δ.
Protón PCSs (ppm) observados
PCSs (ppm) calculados
H1 1.824 1.975
H2 1.665 2.193
H3 1.075 1.210
H4 0.950 1.050
H5 1.065 1.048
H1’ 0.608 0.631
H2’ 0.483 0.411
H3’ 0.371 0.354
H4’ 0.352 0.318
H5’ 0.469 0.389
Figura 62
En la Tabla 25 y en la Figura 62 figuran los PCS observados y calculados para
este modelo, así como la recta de regresión correspondiente. En este caso el factor Q
(Mspin) fue de tan solo 0.18, el mejor valor obtenido hasta la fecha para los tags
basados en carbohidratos. Un ajuste tan fino con el lantánido más paramagnético nos
permitirá en un futuro un buen modelado de diferentes estructuras, como proteínas,
unidas a este linker y portando Dy3+.
R² = 0,9717
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,5 1 1,5 2
cal
cula
do
experimental
Discusión de resultados
227
2.3.3.3. Uso de Tm3+ como ión paramagnético
Por último analizamos el comportamiento de un ión paramagnético de radio
iónico pequeño como es el Tm3+ con nuestro tag basado en PhDTA, el cual se sabe
que forma estructuras de coordinación diferentes a las que forma cuando se coordina
con Dy3+ o Tb3+. Para ello estudiamos el comportamiento de 50 en cantidades
crecientes de Tm3+, en D2O, pD 2.0 y 700 MHz. Como se puede apreciar en la Figura
63 cuando se alcanza el ratio 50:Tm3+ 1:1 el equilibrio queda prácticamente
desplazado hacia la derecha, pero en este caso se forman varias estructuras de
coordinación. El aumento en la cantidad de metal hasta alcanzar el ratio 50:Tm3+ 1:2.5
no produjo cambios significativos (Figura 63).
Figura 63
Para comprobar la presencia de varias estructuras de coordinación realizamos
un experimento HSQC 1H-13C de 50 en presencia de 1 equivalente de La3+ (en rojo) y
lo superpusimos a otro HSQC 13C-1H de 50 en presencia de 2.5 equivalentes de Tm3+
(en azul, Figura 64).
50:Tm3+
1:2.5
pD 2.0
50:Tm3+
1:1
pD 7.8, Tris
50:La3+
1:1
pD 2.0
50:Tm3+
1:2
pD 2.0
50:Tm3+
1:1
pD 2.0
H-1
H-4’ & 5’
H-1’ H-19 & 20
Capítulo II .
228
Figura 64: HSQC 13C-1H de 50 en condiciones isotrópicas (Tag 50:La3+ 1:1, en
rojo) y anisotrópicas (Tag 50:Tm3+ 1:2.5, en azul).
Todas las medidas se realizaron en D2O a pD 2.0, 25 ºC y a 700 MHz. Como
se observa en la Figura 64 en estas condiciones se formaron por lo menos 2
estructuras distintas de coordinación. Una posible explicación para este
comportamiento del PhDTA con Tm3+ puede ser la descrita por Nakasuka230 en 1992.
Según él los complejos metálicos de PhDTA con iones lantánidos en medios ácidos
pueden protonarse según el siguiente equilibrio (Ecuación 7, Esquema 97):
Ecuación 7
+
-
H1
H1’
CH3 2
H2’
CH3 2’
Discusión de resultados
229
Esquema 97
Puesto que Nakasuka solo observó protonación a pH<3, la solución para
evitarlos pasaría por elevar el pH por encima de este valor. De esta manera,
preparamos una muestra de 50 en una solución tampón tampón D11-Tris 50 mM, pD
7.8, 5 mM y adquirimos un experimento 1H (500 MHz, 25 ºC, Figura 64, último
espectro). Para nuestra satisfacción obtuvimos un único juego de señales, en el que
era posible observar tanto PRE como PCS. Este resultado nos abre la posibilidad de
utilizar en el futuro todo el espectro de iones lantánidos.
Experimental section
231
3. EXPERIMENTAL SECTION
3.1. Synthesis of biphenylic tag 48
(S)-2,3-Bis(bis(2-tert-butoxy-2-oxoethyl)amino)propanoic acid (53)235 and 1--
aminoquitobiose219 were synthesized following the literature.
2-(Trimethylsilyl)ethyl 4-iodobenzoate (56):
4-Iodobenzoic acid (3.0 g, 12.1 mmol), 2-
(trimethylsilyl)ethanol (1.89 mL, 13.3 mmol) and
dicyclohexylcarbodiimide (2.74 g, 13.3 mmol) were
solved in 61 mL of anhydrous CH3CN under Argon
atmosphere. N,N-dimethylpyridin-4-amine (30.0 mg,
0.24 mmol) was added and the reaction was stirred for 24h. The white suspension was
filtered and removed, and the solvent was evaporated under reduced pressure. The
oily residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 49:1, Rf = 0.55 in
Hex:EtOAc 20:1) affording 56 (3.19 g, 9.16 mmol, 76%) as a colorless oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.81 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.75 (d, J = 8.3 Hz,
2H, Ar), 4.41 (t, J = 8.3 Hz, 2H, OCH2), 1.13 (t, J = 8.3 Hz, 2H, CH2Si), 0.08 (s, 9H,
3xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 166.1, 137.5, 130.9, 130.0, 100.5, 63.5, 17.3, -1.5
IR (neat) 2953, 1720, 1587 cm-1
Elemental analysis: C12H17IO2Si Calculated: C. 41.39; H. 4.92. Found: C. 41.47; H.
4.79
235
Leonov, A.; Voigt, B.; Rodriguez-Castañeda, F.; Sakhaii, P.; Griesinger, C. Chem. Eur. J. 2005, 11, 3342–3348.
Chapter II .
232
4-(4,4,5,5-Tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)aniline (57):
Over a solution of 4-iodoaniline (1.5 g, 6.85 mmol),
Pd(dppf)Cl2 (168.0 mg, 0.20 mmol) and 4,4,5,5-
tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (1.49 mL, 10.27 mmol) in
30 mL of anhydrous dioxane and under argon
atmosphere, distilled Et3N (2.86 mL, 20.5 mmol) was added and the reaction was
heated at 90 ºC. After stirring for 1.5h, the crude was cooled to r.t., filtered through
Celite and the solvent was eliminated under reduced pressure. The residue was
purified by silica gel chromatography (the silica gel was previously washed with a
solution of Hex:Et3N 5% in order to remove the acid traces, and then gently with
Hex:EtOAc 6:1 to remove the Et3N. Chromatography was performed in Hex:EtOAc 6:1,
Rf = 0.60 in Hex:EtOAc 1:1) affording 57 (1.2 g, 5.48 mmol, 80%) as a light brown
solid.
Mp: 164-169 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.63 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 6.67 (d, J = 8.8 Hz,
2H, Ar), 3.84 (bs, 2H, NH2), 1.33 (s, 12H, 4xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 149.3, 136.3, 117.2, 114.0, 83.2, 24.7
IR (KBr) 3450, 3358, 2976, 1629, 1603 cm-1
Elemental analysis: C12H18BNO2 Calculated: C. 65.79; H. 8.28; N. 6.39. Found: C.
65.83; H. 8.41; N. 6.32
Experimental section
233
2-(Trimethylsilyl)ethyl 4'-aminobiphenyl-4-carboxylate (58):
Compounds 56 (1.72 g, 4.93 mmol), 57
(0.9 g, 4.11 mmol), Pd(dppf)Cl2 (160.0 mg,
0.21 mmol) and K3PO4 (4.36 g, 20.55
mmol) where suspended in a mixture of 18
mL of dioxane and 1.8 mL of water, and
the mixture was heated at 95 ºC. After 18h
the crude was filtered through Celite and the solvent was eliminated under reduced
pressure. The residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 2:1, Rf =
0.79 in Hex:EtOAc 1:1) affording 58 (1.07 g, 3.41 mmol, 75%) as a white solid.
One pot Methodology:
Over a solution of 4-iodoaniline (1.5 g, 6.85 mmol), Pd(dppf)Cl2 (233.1 mg, 0.28
mmol) and 4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (1.24 mL, 8.56 mmol) in 21 mL of
anhydrous dioxane and under argon atmosphere, fresh distilled Et3N (2.38 mL, 17.1
mmol) was added and the reaction was heated to reflux for 1.5h. The deep-green
solution was cooled to r.t. and 2.1 mL of water, 56 (4.77 g, 13.70 mmol), K3PO4 (6.06 g,
28.54 mmol) and 21 mL of dioxane were added. The mixture was gently refluxed for
24h, the dark-brown crude was cooled to r.t., filtered through Celite and solvents were
eliminated under reduced pressure. The residue was purified by silica gel
chromatography affording 58 (1.61 g, 5.13 mmol, 75%) as previous.
Mp: 101-104 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 8.05 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.60 (d, J = 8.3 Hz,
2H, Ar), 7.48 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 6.78 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 4.44 (t, J = 8.3 Hz,
2H, OCH2), 3.82 (bs, 2H, NH2), 1.16 (t, J = 8.3 Hz, 2H, CH2Si), 0.10 (s, 9H, 3xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 166.7, 146.7, 145.2, 129.8, 129.5, 128.0, 127.9,
125.7, 115.1, 62.9, 17.2, -1.6
IR (KBr) 3433, 3345, 2954, 1693, 1633, 1595 cm-1
Elemental analysis: C18H23NO2Si Calculated: C. 68.97; H. 7.40; N, 4.47. Found: C.
69.08; H, 7.29; N, 4.57
Chapter II .
234
2-(Trimethylsilyl)ethyl (S)-4'-[2,3-bis(bis(2-tert-butoxy-2-oxoethyl)amino)
propanamido]biphenyl-4-carboxylate (59):
(S)-2,3-bis(bis(2-tert-butoxy)-2-oxoethyl)
amino)propanoic acid (53, 1.97 g, 3.51
mmol), 58 (1.0 g, 3.19 mmol), HATU
(1.33 g, 3.51 mmol) and DIPEA (0.57
mL, 3.51 mmol) were solved in a mixture
of 12.8 mL of DMSO and 6 mL of DCM,
and the reaction was stirred at r.t. After
24h, 50 mL of EtOAc were added and the crude was washed twice with 15 mL of
phosphate buffer (0.1M, pH 2.0) and 15 mL of brine. The organic layer was dried
(molecular sieves 0.4 nm) and concentrated under reduced pressure. The residue was
purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 20:1 to 9:1, Rf = 0.52 in Hex:EtOAc
4:1) affording 59 (2.15 g, 2.51 mmol, 79%) as a yellow oil.
[]26D = -18.4 (c = 0.25, DCM)
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 10.73 (s, 1H, NHCO), 8.09 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar),
7.81 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 7.65 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 7.60 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar),
4.45 (t, J = 8.3 Hz, 2H, OCH2), 3.78-3.73 (m, 1H, (S)-CH), 3.65-3.59 (m, 6H,
3xNCH2CO2), 3.48-3.36 (m, 3H, NCH2CO2 & (S)-CHCH2N), 3.01 (dd, J1 = 14.2 Hz, J2 =
7.8 Hz, 1H, (S)-CHCH2N), 1.47 (s, 36H, 12xCH3), 1.16 (t, J = 8.3 Hz, 2H, CH2Si), 0.10
(s, 9H 3xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.5, 171.3, 170.5, 166.4, 144.8, 138.8, 134.6,
129.8, 128.7, 127.3, 126.3, 119.5, 81.1, 80.8, 64.7, 62.9, 56.3, 54.1, 54.0, 27.9, 27.9,
17.2, -1.6
IR (neat) 3260, 2970, 1715, 1595, 1560 cm-1
Elemental analysis: C45H69N3O11Si Calculated: C. 63.13; H. 8.12; N, 4.91. Found: C.
63.02; H, 8.18; N, 4.81
Experimental section
235
(S)-4'-(2,3-bis(bis(2-tert-Butoxy-2-oxoethyl)amino)propanamido) biphenyl-4-
carboxylic acid (60):
Over a solution of 59 (1.8 g, 2.10 mmol) in
10.5 mL of DMF, TBAF (1 M in THF, 8.41 mL,
8.41 mmol) was added and the mixture was
stirred for 24h. The reaction was cooled to 4
ºC, 20 mL of HCl 1 M were added and the
crude was extracted with DCM (3x15 mL). The
organic layer was dried (molecular sieves 0.4
nm) and solvent was evaporated under vacuo. The residue was purified by silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 4:1 to 1:1, Rf = 0.70, rocket shape in EtOAc) affording 60
(1.4 g, 1.84 mmol, 88%) as a yellow solid.
Mp: 57-61 ºC (Hexane:EtOAc).
[]28D = -18.07 (c = 0.218, DCM)
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 10.76 (s, 1H, NHCO), 10.30 (bs, 1H, CO2H), 8.14
(d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.81 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 7.66 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.59 (d,
J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 3.80-3.76 (m, 1H, (S)-CH), 3.65-3.59 (m, 6H, 3xNCH2CO2), 3.48-
3.36 (m, 3H, NCH2CO2 & (S)-CHCH2N), 3.02 (dd, J1 = 13.9 Hz, J2 = 7.5 Hz, 1H, (S)-
CHCH2N), 1.45 (s, 36H, 12xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.7, 171.6, 171.3, 170.7, 145.8, 139.0, 134.8,
130.7, 127.8, 127.6, 126.6, 119.8, 81.4, 81.2, 64.9, 56.4, 54.3, 54.2, 28.1, 28.1
IR (KBr) 3265, 2980, 1732, 1689, 1605, 1521 cm-1
Elemental analysis: C40H57N3O11 Calculated: C. 63.56; H. 7.60; N, 5.56. Found: C.
63.38; H, 7.53; N, 5.35
Chapter II .
236
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-{{(2S)-3-{{4'-{[2-acetamido-4-O-(2-acetamido-2-desoxy--D-
glucopyranosyl)-2-desoxy--D-glucopyranosyl]carbamoyl}biphenyl-4-yl}amino}-
3-oxopropane-1,2-diyl}bis(azanetriyl)}tetraacetate (61):
A solution of 60 (603.0 mg, 0.79
mmol), HATU (362.0 mg, 0.95
mmol) and DIPEA (0.157 mL,
0.95 mmol) were preincubated in
a solution of 4 mL of DMSO and
2 mL of DCM, and after 10 min 1-
-aminoquitobiose (225.0 mg, 0.58 mmol) was added and the reaction mixture was
stirred for 24 h. The crude was carefully poured (to avoid foams) over 30 mL of water
covered by 20 mL of EtOAc, and the organic layer was extracted. The aqueous layer
was carefully washed three times with 15 mL of EtOAc, all the organic layers were
joined together, dried (molecular sieves 0.4 nm) and concentrated under reduced
pressure. The residue was purified by silica gel chromatography (CH3Cl:EtOH 6:1, Rf =
0.82, rocket shape in CH3Cl:EtOH 1:1) affording 61 (836.0 g, 0.72 mmol, 90%) as a
white solid.
Mp: 230 ºC, dec. (Hexane:DCM).
1H-NMR (CD3OD, 500 MHz) (ppm): 7.90 (d, J = 8.2 Hz, 2H, Ar), 7.78 (d, J = 8.4 Hz,
2H, Ar), 7.74 (d, J = 8.4 Hz, 2H, Ar), 7.67 (d, J = 8.7 Hz, 2H, Ar), 5.17 (d, J = 9.8 Hz,
1H, OCHN -AChb), 5.17 (bs, 1H, OCHO -AChb), 4.03 (t, J = 10.1 Hz, 1H, -AChb),
3.96 (dd, J1 = 11.7 Hz, J2 = 1.6 Hz, 1H, -AChb), 3.86 (d, J = 10.7 Hz, 1H, -AChb),
3.79-3.64 (m, 10H, 3x-AChb, (S)-CH & 3xNCH2CO2), 3.55-3.47 (m, 6H, 4x-AChb &
NCH2CO2), 3.44-3.40 (m, 1H, -AChb), 3.40-3.33 (m, 1H, -AChb), 3.26 (dd, J1 = 13.7
Hz, J2 = 5.2 Hz, 1H, (S)-CHCH2N), 3.07 (dd, J1 = 13.9 Hz, J2 = 7.8 Hz, 1H, (S)-
CHCH2N), 1.98 (s, 3H, COCH3), 2.05 (s, 3H, COCH3), 1.49 (s, 36H, 12xCH3)
13C-NMR (CD3OD, 125 MHz) (ppm): 173.8, 172.9, 172.6, 171.9, 171.6, 169.0, 144.6,
138.8, 135.6, 132.0, 128.2, 127.5, 126.8, 120.3, 102.3, 81.8, 81.6, 80.5, 80.2, 77.1,
77.1, 74.8, 73.2, 71.0, 65.1, 61.6, 60.6, 56.5, 56.4, 54.6, 27.5, 27.4, 22.1, 21.7
IR (KBr) 3302, 2978, 2930, 1735, 1663, 1607, 1537 cm-1
Elemental analysis: C56H84N6O20 Calculated: C. 57.92; H. 7.29; N, 7.24. Found: C.
57.78; H, 7.33; N, 7.37
Experimental section
237
2,2',2'',2'''-{{(2S)-3-{{4'-{[2-Acetamido-4-O-(2-acetamido-2-desoxy--D-
glucopyranosyl)-2-desoxy--D-glucopyranosyl]carbamoyl}biphenyl-4-yl}amino}-
3-oxopropane-1,2-diyl} bis(azanetriyl)}tetraacetic acid (48):
Compound 61 (610.0 mg, 0.52 mmol) was dissolved in 5.7 mL of the following
mixture: TFA/DCM/iPr3SiH, 5:5:1.8, v/v. After 24h, toluene (5 mL) was added, and the
solvent was removed by evaporation under reduced pressure. Pure product was
obtained by precipitation from EtOH:Acetone followed by a reverse phase silica gel
chromatography (A to A:B 4:1). The combined fractions showing fluorescence in UV
(=254 nm) were lyophilized affording 48 (354.1 mg, 73%) as a white solid.
Mp: 178 ºC, dec. (MeOH:Acetone).
1H-NMR (D2O, 600 MHz) (ppm): 7.54 (d, J = 7.4 Hz, 2H, H-10), 7.33 (s, 2H, H-11),
7.28 (s, 4H, H-14 & 15), 5.11 (d, J = 9.6 Hz, 1H, H-1), 4.51 (d, J = 8.3 Hz, 1H, H-1’),
4.07 (s, 4H, H-22), 4.00 (bs, 1H, H-18), 3.88 (t, J = 10.1 Hz, 1H, H-2), 3.81 (d, J = 11.6
Hz, 1H, H-6’a), 3.75-3.72 (m, 2H, H-6a & H-3), 3.66-3.53 (m, 11H, H-2’, 19a, 6’b, 20, 4,
6b, 5 & 19b), 3.47 (t, J = 9.4 Hz, 1H, H-3’), 3.39-3.37 (m, 2H, H-4’ & 5’), 1.98 (s, 3H,
CH3-2’), 1.80 (s, 3H, CH3-2)
13C-NMR (D2O, 125 MHz) (ppm): 175.8 (2xC, C-23), 175.3 (C-7’), 175.0 (C-7), 170.3
(C-8), 169.5 (2xC, C-21), 168.6 (C-17), 143.9 (C-12), 137.0 (C-16), 135.9 (C-13), 131.2
(C-9), 128.3 (2xC, C-10), 127.9 (2xC, C-14), 127.0 (2xC, C-11), 121.42 (2xC, C-15),
101.9 (C-1’), 79.9 (C-1), 79.6 (C-4), 76.6 (C-5), 76.3 (C-5’), 73.9 (C-3’), 73.0 (C-3), 70.1
Chapter II .
238
(C-4’), 61.1 (C-18), 61.0 (C-6’), 60.5 (C-6), 56.8 (2xC, C-22), 56.0 (C-2’), 55.1 (C-19),
54.3 (C-2), 52.5 (2xC, C-20), 22.6 (C-CH3-2’), 22.4 (C- CH3-2)
IR (KBr) 3356, 2978, 3094, 2931, 1732, 1661, 1539 cm-1
Elemental analysis: C40H52N6O20 Calculated: C. 51.28; H. 5.59; N, 8.97. Found: C.
51.39; H, 5.41; N, 8.66
ESI-MS (H2O, positive mode) calculated for C40H52N6NaO20 [M+Na]+: 959.31. Found:
959.34
Experimental section
239
3.2. Synthesis of styrenic tag 49
(E)-2-(Trimethylsilyl)ethyl 3-(4-aminophenyl)acrylate (62):
Over a solution of 2-(trimethylsilyl)ethanol
(2.12 mL, 1.76 g, 14.90 mmol), DCC (2.84 g,
13.77 mmol), Et3N (1.52 mL, 1.11 g, 10.93
mmol) and DMAP (27 mg, 0.20 mmol) in
acetonitrile (62.5 mL) at 4ºC, 4-aminocinnamic
acid hydrochloride was slowly added in small portions over 6h. After addition, the crude
was stirred at r.t. for 10h, the yellow suspension was filtered, toluene (30 mL) was
added and solvents were eliminated under reduced pressure. The crude was purified
by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 4:1) (Rf = 0.40 in Hex:EtOAc 2:1) affording
62 (1.18 g, 4.48 mmol, 44%) as an orange solid.
Mp: 73-75 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.60 (d, J = 15.6 Hz, 1H, CO2CH=CHC), 7.35 (d,
2H, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 6.65 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 6.23 (d, J = 15.6 Hz, 1H,
CO2CH=CHC), 4.28 (t, J = 8.8 Hz, 2H, CO2CH2), 3.97 (s, 2H, NH2), 1.06 (t, J = 8.8 Hz,
2H, CH2Si), 0.07 (s, 9H, Si(CH3)3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 167.8, 148.6, 144.7, 129.8, 124.6, 114.7, 113.8,
62.3, 17.3, -1.5
IR (KBr) 3427, 3347, 3229, 2951, 2892, 1688, 1645, 1624, 1592 cm-1
Elemental analysis: C14H21NO2Si Calculated: C. 63.84; H. 8.04; N. 5.32. Found: C.
63.72; H. 7.93; N. 5.43.
Chapter II .
240
(E)-2-(Trimethylsilyl)ethyl (S)-3-(4-(2,3-bis(bis(2-tert-butoxy-2-oxoethyl)amino)
propanamido)phenyl)acrylate (63):
Compounds 62 (580 mg, 2.20 mmol),
HATU (1.00 g, 2.645 mmol) and
DIPEA (0.43 mL, 341.7 mg, 2.645
mmol) were preincubated in a mixture
of 9.2 mL of DMSO and 3.6 mL of
DCM for 10 min, (S)-2,3-bis(bis(2-tert-
butoxy)-2-oxoethyl) amino)propanoic acid (53, 1.48 g, 2.645 mmol) was added and the
reaction was stirred at r.t. for 24h. EtOAc (50 mL) was added and the crude was
washed twice with 15 mL of phosphate buffer (0.1M, pH 2.0) and 15 mL of brine. The
organic layer was dried (molecular sieves 0.4 nm) and concentrated under reduced
pressure. The residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 9:1, Rf =
0.41 in Hex:EtOAc 4:1) affording 63 (1.26 g, 1.56 mmol, 71%) as a yellow oil.
[]24D = -17.30 (c = 0.35, DCM)
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 10.80 (s, 1H, NHCO), 7.74 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar),
7.64 (d, J = 15.6 Hz, 1H, CO2CH=CHC), 7.49 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 6.35 (d, J = 15.6
Hz, 1H, CO2CH=CHC), 4.29 (t, J = 8.3 Hz, 2H, CH2Si), 3.76-3.72 (m, 1H, (S)-CH),
3.64-3.59 (m, 6H, 3xNCH2CO2), 3.46-3.33 (m, 3H, NCH2CO2 & (S)-CHCH2N), 2.98 (dd,
J1 = 13.7 Hz, J2 = 7.3 Hz, 1H, (S)-CHCH2N), 1.46 (s, 36H, 12xCH3), 1.07 (t, J = 8.3 Hz,
2H, CH2Si), 0.08 (s, 9H, Si(CH3)3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.5, 171.4, 170.4, 167.1, 143.9, 140.5, 129.2,
128.6, 119.1, 116.3, 81.1, 80.8, 64.7, 62.2, 56.2, 54.0, 53.9, 27.9, 27.8, 17.1, -1.7
IR (neat) 3268, 2980, 1739, 1714, 1635, 1606, 1590 cm-1
Elemental analysis: C41H67N3O11Si Calculated: C. 61.09; H. 8.38; N. 5.21. Found: C.
60.97; H. 8.28; N. 5.38.
Experimental section
241
(S,E)-3-(4-(2,3-bis(bis(2-tert-Butoxy-2-oxoethyl)amino)propanamido)
phenyl)acrylic acid (64):
Over a solution of 63 (1.10 g, 1.36 mmol)
in 13.7 mL of DMF, TBAF (1 M in THF,
5.44 mL, 5.44 mmol) was added and the
mixture was stirred for 24h. The reaction
was cooled to 4 ºC, 20 mL of HCl 1 M
were added and the crude was extracted
with DCM (3x15 mL). The organic layer
was dried (molecular sieves 0.4 nm) and solvent was evaporated under educed
pressure. The residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 4:1 to 1:1,
Rf = 0.63, rocket shape in EtOAc) affording 64 (883.1 mg, 1.25 mmol, 92%) as a yellow
solid.
Mp: 59-63 ºC (Hexane:EtOAc).
[]24D = -14.90 (c = 0.291, DCM)
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 10.84 (s, 1H, NHCO), 7.77-7.71 (m, 3H, Ar &
CO2CH=CHC), 7.51 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 6.36 (d, J = 16.1 Hz, 1H, CO2CH=CHC),
3.77-3.73 (m, 1H, (S)-CH), 3.64-3.59 (m, 6H, 3xNCH2CO2), 3.46-3.34 (m, 3H,
NCH2CO2 & (S)-CHCH2N), 2.99 (dd, J1 = 14.2 Hz, J2 = 7.8 Hz, 1H, (S)-CHCH2N), 1.46
(s, 18H, 6xCH3), 1.45 (s, 18H, 6xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 172.3, 171.7, 171.7, 170.7, 146.7, 141.1, 129.2,
129.1, 119.4, 115.3, 81.5, 81.2, 64.9, 56.5, 54.3, 54.1, 28.1, 28.0
IR (KBr) 3263, 2980, 2934, 1737, 1688, 1633, 1604 cm-1
Elemental analysis: C36H55N3O11 Calculated: C. 61.26; H. 7.85; N. 5.95. Found: C.
61.38; H. 7.99; N. 5.86.
Chapter II .
242
tert-Butyl (E)-2,2',2'',2'''-{(2S)-3-{4-{3-[2-acetamido-4-O-(2-acetamido-2-desoxy--
D-glucopyranosyl)-2-desoxy--D-glucopyranosyl]amino-3-oxoprop-1-
enyl}phenylamino}-3-oxopropane-1,2-diyl}bis(azanetriyl)tetraacetate (65):
Product 64 (382.0 mg, 0.48 mmol), HATU (247.0 mg, 0.65 mmol) and DIPEA
(84.0 mg, 0.65 mmol, 0.106 mL) were solved in a mixture of 3.0 mL of DMSO and 1.5
mL of DCM and preincubated for 5 min. 1--aminoquitobiose (275.0 mg, 0.65 mmol)
was added and the reaction mixture was stirred at r.t. for 24 h. The crude was carefully
poured (to avoid foams) over 15 mL of DCM and 20 mL of EtOAc, covered by 30 mL of
water, and the organic layer was extracted. The aqueous layer was carefully washed
three times with 15 mL of EtOAc, all the organic layers were joined together, dried
(molecular sieves 0.4 nm) and concentrated under reduced pressure. The residue was
purified by silica gel chromatography (CHCl3:EtOH 6:1, Rf = 0.42, rocket shape in
CHCl3:EtOH 1:1) affording 65 (502.0 mg, 0.45 mmol, 83%) as a pale yellow solid.
Mp: 200 ºC, dec. (Hexane:DCM).
1H-NMR (CD3OD, 500 MHz) (ppm): 7.72 (d, J = 8.7 Hz, 2H, Ar), 7.57-7.54 (m, 3H, Ar
& COCH=CHC), 6.52 (d, J = 15.8 Hz, 1H, COCH=CHC), 5.10 (d, J = 9.6 Hz, 1H,
OCHN -AChb), 4.56 (d, J = 8.5 Hz, 1H, OCHO -AChb), 3.95-3.89 (m, 2H, -AChb),
3.84 (d, J = 11.2 Hz, 1H, -AChb), 3.76-3.33 (m, 18H, 9x-AChb, (S)-CH &
4xNCH2CO2), 3.28-3.22 (m, 1H, (S)-CHCH2N), 3.06 (dd, J1 = 14.0 Hz, J2 = 7.5 Hz, 1H,
(S)-CHCH2N), 2.04 (s, 3H, COCH3), 1.97 (s, 3H, COCH3), 1.49 (s, 18H, 6xCH3), 1.49
(s, 18H, 6xCH3)
13C-NMR (CD3OD, 125 MHz) (ppm): 173.4, 172.9, 172.5, 172.1, 171.5, 168.1, 141.8,
140.5, 130.5, 128.8, 119.9, 118.9, 102.2, 81.7, 81.6, 80.1, 79.6, 77.2, 74.8, 73.5, 71.0,
65.2, 61.6, 60.6, 56.4, 56.4, 54.8, 54.7, 54.6, 53.8, 27.4, 27.4, 22.0, 21.7
IR (KBr) 3406, 2980, 2933, 1732, 1640, 1605 cm-1
Experimental section
243
Elemental analysis: C52H82N6O20 Calculated: C. 56.20; H. 7.44; N. 7.56. Found: C.
56.29; H. 7.34; N. 7.67.
(E)-2,2',2'',2'''-{(2S)-3-{4-{3-[2-Acetamido-4-O-(2-acetamido-2-desoxy--D-
glucopyranosyl)-2-desoxy--D-glucopyranosyl]amino-3-oxoprop-1-
enyl}phenylamino}-3-oxopropane-1,2-diyl}bis(azanetriyl)tetraacetic acid (49):
Compound 65 (209.0 mg, 0.18 mmol) was placed in a flame-dried flask, filled
with argon, cooled to 8ºC and 2.5 mL of the following mixture were added:
TFA/DCM/iPr3SiH, 5:5:1.8, v/v. After 48 h at 8 ºC, cooled anhydrous THF (30 mL) was
added, and the white precipitate was quickly filtered under reduced pressure, affording
49 (110.1 mg, 0.12 mmol, 69%) as a white solid.
Mp: 178 ºC, dec. (MeOH:DCM).
1H-NMR (D2O, 500 MHz) (ppm): 7.53 (d, J = 8.4 Hz, 2H, H-12), 7.47-7.43 (m, 3H, H-
10 & 13), 6.46 (d, J = 15.8 Hz, 1H, H-9), 5.12 (d, J = 9.5 Hz, 1H, H-1), 4.54 (d, J = 8.4
Hz, 1H, H-1’), 4.13 (s, 4H, H-20), 4.09 (s, 1H, H-16), 3.89-3.83 (m, 2H, H-2 & 6’a),
3.81-3.53 (m, 13H, H-6a, 3, 2’, 17a, 6’b, 18, 4, 6b, 5 & 17b), 3.51 (t, J = 8.2 Hz, 1H, H-
3’), 3.48-3.37 (m, 2H, H-4’ & 5’), 2.01 (s, 3H, CH3-2’), 1.91 (s, 3H, CH3-2)
13C-NMR (D2O, 125 MHz) (ppm): 175.9 (2xC, C-21), 175.2 (C-7’), 175.0 (C-7), 169.0
(C-8), 169.5 (2xC, C-19), 169.0 (C-15), 142.8 (C-10), 138.6 (C-14), 131.5 (C-11), 129.5
(C-12), 121.6 (C-13), 118.9 (C-9), 101.7 (C-1’), 79.2 (C-1), 79.0 (C-4), 76.6 (C-5), 76.2
(C-5’), 73.8 (C-3’), 73.1 (C-3), 70.0 (C-4’), 60.9 (C-16), 60.8 (C-6’), 60.3 (C-6), 56.9
(2xC, C-20), 55.9 (C-2’), 54.9 (C-17), 54.2 (C-2), 52.4 (2xC, C-18), 22.4 (C-CH3-2’),
22.3 (C- CH3-2)
IR (KBr) : 3384, 3103, 2919, 1788, 1664, 1600 cm-1
Chapter II .
244
Elemental analysis: C36H50N6O20 Calculated: C. 48.76; H. 5.68; N. 9.48. Found: C.
48.88; H. 5.79; N, 9.35.
ESI-MS (H2O, positive mode) calculated for C36H50N6NaO20 [M+Na]+: 909.30. Found:
909.27
Styrenic tag 49 coordinated to lanthane3+:
1H-NMR (D2O, 500 MHz) (ppm): 7.57 (d, J = 7.8 Hz, 2H, H-12), 7.51-7.45 (m, 3H, H-
10 & 13), 6.49 (d, J = 15.8 Hz, 1H, H-9), 5.12 (d, J = 9.5 Hz, 1H, H-1), 4.54 (d, J = 8.4
Hz, 1H, H-1’), 4.15 (bs, 5H, H-20 & 16), 3.88-3.57 (m, 15H, H-2, 6’a, 6a, 3, 2’, 17a, 6’b,
18, 4, 6b, 5 & 17b), 3.50 (t, J = 8.4 Hz, 1H, H-3’), 3.43-3.38 (m, 2H, H-4’ & 5’), 1.99 (s,
3H, CH3-2’), 1.90 (s, 3H, CH3-2)
Experimental section
245
3.3. Synthesis of achiral tag 50
2,2,2-Trichloroethyl 4-iodobenzoate (66):
DMAP (40.0 mg, 0.32 mmol) was added in one drop over a
solution of 4-iodobenzoic acid (4.0 g, 16.13 mmol), 2,2,2-
trichloroethanol (2.0 mL, 20.97 mmol) and DCC (4.32 g, 20.97
mmol) in DCM (65 ml), and the reaction was stirred for 70h at
r.t. A solution of HCl 1N (30 mL) was added and the mixture
was extracted with DCM (3x20 mL). The organic layer was
dried with MgSO4 and concentrated under reduced pressure. The crude was purified by
silica gel chromatography (Hex:EtOAc 49:1 to 20:1, Rf = 0.79 in Hex:EtOAc 20:1), and
then recrystallized from Hexane at -20ºC, affording 66 (4.79 g, 12.62 mmol, 78%) as a
colorless solid.
Mp: 67-69 ºC (Hexane).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.87 (d, J = 8.8 Hz, 2H, Ar), 7.84 (d, J = 8.8 Hz,
2H, Ar), 4.97 (s, 2H, CH2)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 164.4, 138.0, 131.3, 128.0, 102.0, 94.8, 74.4
IR (KBr) 3057, 3008, 2963, 1722, 1583 cm-1
Elemental analysis: C9H6Cl3IO2 Calculated: C. 28.49; H. 1.59. Found: C. 28.58; H.
1.73
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-(1,2-phenylenebis(azanetriyl))tetraacetate (68):
tert-Butyl bromoacetate (45.0 mL, 388.38 mmol) was added
over a solution of benzene-1,2-diamine (7.0 g, 64.73 mmol)
and N-ethyldiisopropylamine (DIPEA) (66.5 mL, 388.38
mmol) in 323.0 mL of ACN, and the mixture was heated at 60
ºC. After stirring for 24h, additional DIPEA (22.2 mL, 129.46
mmol) and tert-butyl bromoacetate (15.0 mL, 129.46 mmol)
were added, and the reaction was heated to reflux for 60h. The solvent was evaporated
Chapter II .
246
under reduced pressure, hexane (300 mL) was added and the suspension was
vigorously stirred for 1h under reflux, cooled to r.t. and filtered. The solvent was
removed under reduced pressure, phosphate buffer (0.1M, pH 2.0, 200 mL) was added
and the mixture was extracted with dichloromethane (DCM) (3x100 mL). The organic
layer was dried (molecular sieves 0.4 nm) and concentrated under reduced pressure.
The residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 49:1 to 20:1, Rf =
0.40 in Hex:EtOAc 6:1) affording 68 (30.60 g, 53.72 mmol, 83%) as a yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.02-6.90 (m, 4H, Ar), 4.16 (s, 8H, 4xNCH2CO2),
1.39 (s, 36H, 12xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 169.8, 169.7, 142.6, 140.4, 125.1, 124.3, 122.5,
115.1, 81.3, 81.2, 53.2, 53.1, 28.1, 28.0
IR (neat) 2980, 2932, 1741, 1596 cm-1
Elemental analysis: C30H48N2O8 Calculated: C. 63.81; H. 8.57; N. 4.96. Found: C.
63.89; H. 8.64; N. 5.05.
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-(4-bromo-1,2-phenylene)bis(azanetriyl)tetraacetate (69):
Oxone® (540.0 mg, 0.88 mmol) was added over a
suspension of KBr (0.84 mg, 0.70 mmol) and 68 (500
mg, 0.88 mmol) in dry methanol (4.4 mL), and the
reaction was stirred at r.t. After 4h the reaction was
filtered through Celite, the solvent was eliminated under
reduced pressure, the residue was dissolved with DCM
and filtered trough a filtering plate (loaded with 2.5 cm of silica gel over 1 cm of Celite,
diameter = 3.5 cm), using 10 mL of DCM as solvent. The solvent was eliminated under
reduced pressure, affording 69 (Rf = 0.40 in Hex:EtOAc 6:1) (447 mg, 0.69 mmol,
78%) as an orange oil which was directly used in the next reaction.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.08 (d, J = 1.9 Hz, 1H, Ar), 7.03 (dd, J1 = 8.3 Hz,
J2 = 1.9 Hz, 1H, Ar), 6.87 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 4.14 (s, 4H, 2xNCH2CO2), 4.11 (s, 4H,
2xNCH2CO2), 1.41 (s, 18H, 6xCH3), 1.39 (s, 18H, 6xCH3)
Experimental section
247
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 169.8, 169.7, 142.7, 140.5, 125.2, 124.4, 122.6,
115.1, 81.3, 81.2, 53.3, 53.2, 28.1
IR (neat) 2970, 2920, 1730, 1580 cm-1
Elemental analysis: C30H47BrN2O8 Calculated: C. 55.98; H. 7.36; N. 4.35. Found: C.
55.87; H. 7.19; N. 4.41.
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1,2-
phenylene)bis(azanetriyl)tetraacetate (70):
Product 69 (2.87 g, 4.42 mmol), Pd(OAc)2 (50 mg,
0.22 mmol), 2-(dicyclohexylphosphino)biphenyl (310
mg, 0.884 mmol) and distilled Et3N (1.79 g, 2.46 mL,
17.68 mmol) were placed in a flame-dried flask
under argon, and fresh distilled dioxane (14 mL) was
added. 4,4,5,5-Tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane
(1.70 g, 1.92 mL, 13.26 mmol) was added and the
reaction mixture was heated at 85 ºC for 2.5h. The crude was cooled to r.t., filtered
trough Celite and the solvents were removed under vacuo. The deep brown residue
was purified by silica gel chromatography (the silica gel was previously washed with a
solution of Hex:Et3N 5% in order to remove the acid traces, and then gently with
Hex:EtOAc 20:1 to remove the Et3N. Chromatography was performed in Hex:EtOAc
20:1 to 9:1, Rf = 0.42 in Hex:EtOAc 6:1) affording 70 (2.44 g, 3.54 mmol, 80%) as a
yellow solid.
Mp: 94-97 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.43 (s, 1H, Ar), 7.37 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 6.96
(d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 4.21 (s, 4H, 2xNCH2CO2), 4.15 (s, 4H, 2xNCH2CO2), 1.40 (s,
18H, 6xCH3), 1.38 (s, 18H, 6xCH3), 1.31 (s, 12H, 4xCH3COB)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 170.2, 169.9, 144.2, 140.3, 129.5, 128.1, 120.0,
83.3, 80.9, 80.9, 53.2, 30.8, 28.1, 25.0, 24.8
IR (KBr) 2979, 2932, 1741, 1602 cm-1
Elemental analysis: C36H59BN2O10 Calculated: C. 62.60; H. 8.61; N. 4.06. Found: C.
62.73; H. 8.65; N. 4.03.
Chapter II .
248
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-(4'-((2,2,2-trichloroethoxy)carbonyl)biphenyl-3,4-diyl)bis
(azanetriyl)tetraacetate (74):
Product 69 (2.0 g, 3.08 mmol),
[Pd2(dba)3] (159.33 mg, 0.15 mmol),
2-dicyclohexylphosphino-2',4',6'-
triisopropylbiphenyl (252,89 mg,
0.62 mmol), bis(pinacolate) diboron
(938.56 mg, 3.70 mmol) and KOAc
(604.54 mg, 6.16 mmol) were placed in a flame-dried flask under argon, and fresh
distilled dioxane (12 mL) was added. After heating at 95 ºC for 1.5 h, the crude was
cooled to r.t. and water (6 mL), 56 (1.61 g, 4.62 mmol), K3PO4 (3.27 g, 15.4 mmol) and
dioxane (20 mL) were added. The mixture was heated at 95 ºC for 24h, cooled to r.t.,
filtered trough Celite and the solvents were removed under vacuo. The deep brown
residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 20:1 to 9:1, Rf = 0.33 in
Hex:EtOAc 6:1) affording 74 (1.84 g, 2.34 mmol, 76%) as a pale yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.95 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.50 (d, J = 8.3 Hz,
2H, Ar), 7.17 (s, 1H, Ar), 7.13 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 6.97 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 4.34
(t, J = 8.4 Hz, 2H, OCH2), 4.11 (s, 8H, 4xNCH2CO2) 1.31 (s, 18H, 6xCH3), 1.31 (s, 18H,
6xCH3), 1.06 (t, J = 8.4 Hz, 2H, CH2Si), 0.00 (s, 9H, 3xCH3);
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.4, 168.2, 146.7, 143.1, 142.9, 135.1, 131.3,
130.1, 127.8, 122.9, 122.6, 121.5, 82.5, 82.5, 64.5, 54.8, 54.7, 29.5, 29.5, 18.8, 0.00
IR (neat) 2979, 2931, 1733, 1606 cm-1
Elemental analysis: C42H64N2O10Si Calculated: C. 64.26; H. 8.22; N. 3.57. Found: C.
64.21; H. 8.09; N. 3.48.
Experimental section
249
3',4'-bis(bis(2-tert-Butoxy-2-oxoethyl)amino)biphenyl-4-carboxylic acid (75):
Over a solution of 74 (1.65 g, 2.10 mmol) in
10.5 mL of DMF, TBAF (1 M in THF, 8.41 mL,
8.41 mmol) was added and the mixture was
stirred for 24h. The reaction was cooled to 4
ºC, 20 mL of HCl 1 M were added and the
crude was extracted with DCM (3x15 mL). The
organic layer was dried (molecular sieves 0.4
nm) and solvent was evaporated under vacuo. The mixture was purified by silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 1:2, Rf = 0.40, rocket shape in Hex:EtOAc 1:1) affording
75 (1.24 g, 1.81 mmol, 86%) as a yellow solid.
Mp: 158-161 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 8.12 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.64 (d, J = 8.3 Hz,
2H, Ar), 7.29 (s, 1H, Ar), 7.25 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 7.09 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 4.22
(s, 8H, 4xNCH2CO2), 1.41 (s, 18H, 6xCH3), 1.38 (s, 18H, 6xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 75 MHz) (ppm): 171.4, 169.9, 169.9, 144.7, 141.6, 141.2, 133.3,
130.4, 127.2, 126.2, 121.3, 121.1, 119.9, 81.0, 81.0, 53.2, 53.1, 27.9, 27.9
IR (KBr) 2979, 2931, 1721, 1684, 1605 cm-1
Elemental analysis: C37H52N2O10 Calculated: C. 64.89; H. 7.65; N. 4.09. Found: C.
64.78; H. 7.53; N. 4.01.
Chapter II .
250
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-(4'-((2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-5-((2S,3R,4R,5S,6R)-3-
acetamido-4,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-yloxy)-4-
hydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-ylcarbamoyl) biphenyl-3,4-
diyl)bis(azanetriyl)tetraacetate (76):
Product 75 (319.0 mg, 0.48
mmol), HATU (220.0 mg,
0.58 mmol) and DIPEA
(91.27 mg, 0.58 mmol, 0.095
mL) were solved in a mixture
of 2.5 mL of DMSO and 1.5
mL of DCM and preincubated for 5 min. 1--aminoquitobiose (225.35 mg, 0.58 mmol)
was added and the reaction mixture was stirred at r.t. for 24 h. The crude was carefully
poured (to avoid foams) over 20 mL of DCM covered by 30 mL of water, and the
organic layer was extracted. The aqueous layer was washed three times with 15 mL of
DCM, all the organic layers were joined together, dried (molecular sieves 0.4 nm) and
concentrated under reduced pressure. The residue was purified by silica gel
chromatography (CHCl3:EtOH 6:1, Rf = 0.56 in CHCl3:EtOH 1:1) affording 76 (343.0
mg, 0.32 mmol, 67%) as a pale yellow solid.
Mp: 185 ºC, dec. (Hexane:DCM).
1H-NMR (CD3OD, 300 MHz) (ppm): 7.76 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.57 (d, J = 8.5 Hz,
2H, Ar), 7.19-7.15 (m, 2H, Ar), 7.00 (d, J = 8.2 Hz, 1H, Ar), 5.04 (d, J = 9.7 Hz, 1H,
OCHN -AChb), 4.44 (d, J = 8.3 Hz, 1H, OCHO -AChb), 4.14 (s, 4H, 2x NCH2CO2),
4.12 (s, 4H, 2x NCH2CO2), 3.93-3.50 (m, 10H, -AChb), 3.40-3.34 (m, 2H, -AChb),
1.93 (s, 3H, COCH3), 1.86 (s, 3H, COCH3), 1.32 (s, 18H, 6xCH3), 1.27 (s, 18H, 6xCH3)
13C-NMR (CD3OD, 75 MHz) (ppm): 175.3, 175.2, 174.4, 174.3, 172.2, 172.1, 170.5,
170.5, 146.5, 143.3, 143.1, 135.1, 133.0, 129.6, 127.9, 123.1, 122.5, 121.4, 103.7,
82.8, 82.8, 81.8, 81.7, 78.5, 78.5, 76.2, 74.7, 72.4, 63.1, 62.0, 57.7, 56.0, 55.0, 54.8,
28.9, 28.9, 23.6, 23.2
IR (KBr) 3374, 2979, 2932, 1737, 1659, 1609 cm-1
Elemental analysis: C53H79N5O19 Calculated: C. 58.39; H. 7.30; N. 6.42. Found: C.
58.38; H. 7.44; N. 6.46.
Experimental section
251
2,2',2'',2'''-(4'-((2R,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-5-((2S,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-
4,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-yloxy)-4-hydroxy-6-
(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-ylcarbamoyl)biphenyl-3,4-
diyl)bis(azanetriyl)tetraacetic acid (50):
Compound 76 (280.0 mg, 0.26 mmol) was dissolved in 2.9 mL of the following
mixture: TFA/DCM/iPr3SiH, 5:5:1.8, v/v. After 24h another 2.9 mL of the deprotection
mixture were added, and after 48h from the beginning toluene (5 mL) was added, and
the solvent was removed by evaporation under reduced pressure. Pure product was
obtained by precipitation from MeOH:Diethyl ether followed by a reverse phase silica
gel chromatography (A to A:B 3:1). Fractions showing fluorescence in UV (=254 nm)
were lyophilized affording 50 (135.1 mg, 0.17 mmol, 60%) as a pale yellow solid.
Mp: 207 ºC, dec. (MeOH:Acetone).
1H-NMR (D2O, 700 MHz) (ppm): 7.65 (d, J = 7.9 Hz, 2H, H-10), 7.52 (d, J = 7.9 Hz,
2H, H-11), 7.27 (s, 1H, H-14), 7.16 (d, J = 7.9 Hz, 1H, H-18), 7.09 (d, J = 7.9 Hz, 1H,
H-17), 5.16 (d, J = 9.8 Hz, 1H, H-1), 4.52 (d, J = 8.5 Hz, 1H, H-1’), 4.26 (bs, 8H, H-19 &
H-21), 3.92 (t, J = 9.8 Hz, 1H, H-2), 3.83 (d, J = 11.1 Hz, 1H, H-6’a), 3.78-3.73 (m, 2H,
H-6a & H-3), 3.68-3.56 (m, 5H, H-2’, 6’b, 4, 6b & 5), 3.48 (t, J = 8.7 Hz, 1H, H-3’), 3.43-
3.37 (m, 2H, H-4’ & 5’), 1.97 (s, 3H, CH3-2’), 1.87 (s, 3H, CH3-2)
13C-NMR (D2O, 125 MHz) (ppm): 175.3 (2xC, C-22), 175.2 (C-7’), 175.2 (C-7), 175.0
(2xC, C-20), 170.7 (C-8), 144.3 (C-12), 141.5 (C-15), 141.4 (C-16), 134.1 (C-13), 131.0
(C-9), 128.3 (2xC, C-10), 127.0 (2xC, C-11), 122.3 (C-18), 121.7 (C-17), 119.8 (C-14),
101.8 (C-1’), 79.8 (C-1), 79.4 (C-4), 76.7 (C-5), 76.3 (C-5’), 73.9 (C-3’), 73.0 (C-3), 70.1
Chapter II .
252
(C-4’), 60.9 (C-6’), 60.4 (C-6), 56.0 (C-2’), 54.3 (C-2), 52.6 (2xC, C-21), 52.6 (2xC, C-
19), 22.5 (C-CH3-2’), 22.3 (C- CH3-2)
IR (KBr) 3348, 2936, 1674, 1610 cm-1
Elemental analysis: C37H47N5O19 Calculated: C. 51.33; H. 5.47; N. 8.09. Found C.
51.30; H. 5.41; N. 7.93.
ESI-MS (H2O, positive mode) calculated for C37H47N5NaO19 [M+Na]+: 888.28. Found:
888.30
Experimental section
253
3.4. Synthesis of achiral linker for binding proteins 51
2-((4-Iodophenylthio)methyl)quinoline (86):
An aqueous solution of NaOH 1.0 M (44.5 mL) was
added over a solution of 4-iodobenzenethiol (3.50 g,
14.8 mmol) in ethanol (25 mL) at 4 ºC. 2-
(chloromethyl)quinoline hydrochloride (3.17 g, 14.83
mmol) was slowly added and the reaction mixture was
stirred at 4 ºC for 10 min. The white suspension was
heated to r.t. and stirred for 48 h, then extracted with DCM (3x40 mL), dried over
MgSO4 and filtered. The solvent was eliminated under reduced pressure and purified
by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 4:1, Rf = 0.36 in Hex:EtOAc 4:1) affording 86
(5.37 g, 14.24 mmol, 96%) as a yellow solid.
Mp: 73-76 ºC (Hexane:EtOAc).
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 8.09 (d, J = 8.5 Hz, 1H, Ar), 8.03 (d, J = 8.5 Hz,
1H, Ar), 7.77 (d, J = 8.1 Hz, 1H, Ar); 7.70 (dt, J1 = 8.1 Hz, J2 = 1.5 Hz, 1H, Ar), 7.54-
7.49 (m, 4H, Ar), 7.09 (d, J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 4.41 (s, 2H, CH2S)
13C-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 157.6, 147.6, 137.8, 137.0, 135.9, 131.0, 129.8,
129.1, 127.6, 127.1, 126.5, 120.8, 91.2, 40.8
IR (KBr) 3067, 2967, 1599 cm-1
Elemental analysis: C16H12INS Calculated: C. 50.94; H. 3.21; N. 3.71. Found C.
50.90; H. 3.33; N. 3.84.
Chapter II .
254
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-(4'-(quinolin-2-ylmethylthio)biphenyl-3,4-diyl)bis(azanetriyl)
tetraacetate (87):
Over a solution of product 70 (1.25 g,
1.81 mmol), [Pd2dba3]HCl (93.7 mg,
0.09 mmol), 2-dicyclohexyl phosphine
-2',4',6'-triisopropylbiphenyl (172.6
mg, 0.36 mmol) and compound 86
(1.03 g, 2.72 mmol) in dioxane (23
mL), water (3.5 mL) and K3PO4 (1.92
g, 9.05 mmol) were added and the reaction mixture was heated at 90 ºC for 12 h. The
crude was cooled to r.t., filtered trough Celite and the solvents were removed under
reduced pressure. The residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc
4:1, Rf = 0.22 in Hex:EtOAc 4:1) affording 87 (1.24 g, 1.52 mmol, 84%) as a yellow oil.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 8.09 (d, J = 8.5 Hz, 1H, Ar), 8.05 (d, J = 8.8 Hz,
1H, Ar), 7.77 (d, J = 8.1 Hz, 1H, Ar); 7.69 (dt, J1 = 8.1 Hz, J2 = 1.5 Hz, 1H, Ar), 7.52 (d,
J = 8.5 Hz, 2H, Ar), 7.39 (s, 4H, H3,Ar), 7.16 (d, J = 2.0 Hz, 1H, Ar), 7.11 (dd, J1 = 8.3
Hz, J2 = 2.0 Hz, 1H, Ar), 7.02 (d, J = 8.3 Hz, 1H, Ar), 4.45 (s, 2H, CH2S), 4.18 (s, 4H,
2xNCH2CO2), 4.17 (s, 4H, 2xNCH2CO2), 1.39 (s, 18 H, 6xCH3), 1.35 (s, 18 H, 6xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 170.1, 170.0, 158.2, 147.7, 141.5, 141.0, 139.3,
136.8, 134.2, 133.8, 130.2, 129.6, 129.1, 127.5, 127.1, 127.0, 126.3, 121.5, 121.0,
120.7, 119.7, 81.1, 81.0, 53.5, 53.4, 41.5, 28.2, 28.1
IR (neat) 2979, 2931, 1740, 1599 cm-1
Elemental analysis: C46H59N3O8S Calculated: C. 67.87; H. 7.31; N. 5.16. Found C.
67.91; H. 7.20; N. 5.11.
Experimental section
255
4’,4’’’-Ditiobis(tetra-tert-butyl 2,2',2'',2'''-(( [1,1'-biphenyl]-3,4-diyl)bis(azanetriyl))
tetraacetate) (88):
Over a solution of product 87 (656.0 mg, 0.81
mmol) in 4.5 mL of DMF and 4.5 mL of THF, a
solution of CuCl2 (270.6 mg, 2.01 mmol) in 2.6
mL of water was added and the mixture was
stirred until no more starting material was
observed (t.l.c., 8h). A solution of EDTA (2%
in water, 10 mL) was added and the mixture
was extracted with dichloromethane (3x15
mL), dried (molecular sieves 0.4 nm) and
concentrated under reduced pressure. The residue was purified by silica gel
chromatography (Hex:EtOAc 6:1, Rf = 0.71 in Hex:EtOAc 2:1) affording 88 (352,7 mg,
0,53 mmol, 65%) as a yellow syrup.
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.46 (d, J = 8.6 Hz, 4H, Ar), 7.40 (d, J = 8.6 Hz,
4H, Ar), 7.13 (d, J = 2.0 Hz, 2H, Ar), 7.07 (dd, J1 = 8.3 Hz, J2 = 2.0 Hz, 2H, Ar), 6.96 (d,
J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 4.11 (s, 8H, 4xNCH2CO2), 4.10 (s, 8H, 24xNCH2CO2), 1.32 (s, 36
H, 12xCH3), 1.29 (s, 36 H, 12xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 170.1, 170.0, 141.6, 141.2, 140.3, 135.3, 134.1,
128.6, 127.2, 121.6, 120.9, 119.9, 81.1, 81.0, 53.5, 53.4, 28.1, 28.1
IR (neat) 2978, 2931, 1739, 1603 cm-1
Elemental analysis: C72H102N4O16S2 Calculated: C. 64.36; H. 7.56; N. 4.17. Found C.
64.25; H. 7.48; N. 4.02.
ESI-MS (MeOH, positive mode) calculated for C72H102N4NaO16S2 [M+Na]+: 1365.66.
Found: 1365.70
Chapter II .
256
tert-Butyl 2,2',2'',2'''-(4'-(methylsulfonylthio)biphenyl-3,4-diyl)bis(azanetriyl)
tetraacetate (89):
Iodine (242.5 mg, 0.96 mmol) was added
over a solution of product 88 (320 mg,
0,24 mmol) and sodium
methanesulphinate 85% (183.7 mg, 1.53
mmol) in anhydrous DCM (15.5 mL) under
argon, and the mixture was stirred until no
more starting material was observed by t.l.c. (2h). DCM (15 mL) was added and the
organic layer was washed twice with 1M Na2S2O3 solution in water (15 mL), dried
(molecular sieves 0.4 nm) and concentrated under reduced pressure (35 ºC). The
residue was purified by silica gel chromatography (Hex:EtOAc 6:1, Rf = 0.58 in
Hex:EtOAc 2:1) affording 89 (271.2 mg, 1.52 mmol, 0.36 mmol, 75%) as a yellow solid.
Mp: 50-54 ºC (MeOH:Diethyl ether)
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 7.71 (d, J = 8.3 Hz, 2H, Ar), 7.63 (d, J = 8.3 Hz,
2H, Ar), 7.25 (d, J = 2 Hz, 1H, Ar), 7.20 (dd, J1 = 8.3 Hz, J2 = 2.0 Hz, 1H, Ar), 7.08 (d, J
= 8.3 Hz, 1H, Ar), 4.20 (s, 8H, 4xNCH2CO2), 3.20 (s, 3H, SO2CH3), 1.41 (s, 18H,
6xCH3), 1.38 (s, 18H, 6xCH3)
13C-NMR (CDCl3, 300 MHz) (ppm): 170.0, 169.9, 144.5, 141.9, 141.6, 136.5, 133.1,
128.0, 125.5, 121.6, 121.2, 120.1, 81.2, 81.1, 53.4, 53.3, 47.3, 28.1, 28.1
IR (KBr) 2979, 2931, 1737, 1602, 1592 cm-1
Elemental analysis: C37H54N2O10S2 Calculated: C. 59.18; H. 7.25; N. 3.73. Found C.
59.37; H. 7.21; N. 3.85.
ESI-MS (MeOH, positive mode) calculated for C37H54N2NaO10S2 [M+Na]+: 773.31.
Found: 773.43
Experimental section
257
2,2',2'',2'''-(4'-(Methylsulfonylthio)biphenyl-3,4-diyl)bis(azanetriyl) tetraacetic acid
(51):
Product 89 (200.0 mg, 0.27 mmol) was
dissolved in formic acid (10 mL) and stirred
for 70h. Toluene (20 mL) was added over
the brown oily crude and solvents were
removed under reduced pressure (35 ºC,
0.1 mbar). The crude was solved in
acetone, adsorbed in reverse phase silica gel and purified by a reverse phase silica gel
chromatography (C to C:D 4:1, Rf = 0.90 in C:D 2:1, reverse t.l.c.). The combined
fractions showing pure product were lyophilized, affording 51 (72.5 mg, 0.14 mmol,
51%) as a white solid.
Mp: 190-194 ºC (MeOH:EtOAc).
1H-NMR (CD3OD, 700 MHz) (ppm): 7.79 (d, J = 8.1 Hz, 2H, Ar), 7.73 (d, J = 8.1 Hz,
2H, Ar), 7.37 (s, 1H, Ar), 7.28 (d, J = 7.5 Hz, 1H, Ar), 7.18 (d, J = 7.5 Hz, 1H, Ar), 4.41
(s, 8H, 4xNCH2CO2), 3.29 (s, 3H, SO2CH3)
13C-NMR (CD3OD, 175 MHz) (ppm): 173.2, 144.5, 142.0, 141.6, 136.5, 133.3, 127.6,
125.8, 121.2, 121.1, 119.9, 51.8, 51.7, 46.4
IR (KBr) 2927, 1721, 1604, 1592 cm-1
Elemental analysis: C21H22N2O10S2 Calculated: C. 47.90; H. 4.21; N. 5.32. Found C.
47.81; H. 4.10; N. 5.43.
ESI-MS (MeOH, positive mode) calculated for C21H23N2O10S2 [M+H]+: 527.08. Found:
526.99
Chapter III:General experimental section.
General experimental section
261
GENERAL EXPERIMENTAL SECTION
Matherials and methods
Solvents
All solvents used in this work were purchased to Aldrich or Acros Organics.
Tetrahydrofurane (THF), diethyl ether, benzene and 1,4-dioxane were refluxed
over sodium/benzophenone under argon atmosphere, and distilled just before
use.
Toluene, acetonitrile (ACN) and dichloromethane (DCM) were refluxed over
calcium hydride and distilled under argon prior use.
Chloroform, n-hexane, 1,2-dichloroethane (DCE), p-cymene, o- and p-xylenes
were refluxed over calcium hydride and distilled under argon. Anhydrous
solvents were kept over 4Å molecular sieves and under argon atmosphere.
Acetone was refluxed over 4Å molecular sieves and distilled under argon
atmosphere. Anhydrous acetone was kept over 4Å molecular sieves and under
argon atmosphere.
Petroleum ether was distilled prior to use.
Anhydrous N,N-dimethylformamide (DMF) and tert-butylmethylether (tBuOMe)
were purchased to Aldrich and used without further purification.
MeOH was dried over 3Å molecular sieves (8-12 mesh, Aldrich) for 24 h prior to
use.
Reagents and methodology
All reagents used in this project were obtained from Aldrich or Acros Organics
and, unless stated, were used without purification. Purification of reagents was
undertaken using standard laboratory methods.236
Triethylamine (Et3N) was refluxed over KOH and distilled under argon just
before use.
Phenylacetylene, prop-1-yn-1-ylbenzene and dimethyl 2,2-di(prop-2-yn-1-
yl)malonate were distilled under reduced pressure and nitrogen atmosphere.
K3PO4 and KOAc were ground with a mortar and pestle, dried in oven at 120 ºC
for 24 h and stored in a bench-top dessicator.
236
W. L. F. Armarego and C. Chai, Purification of Laboratory Chemicals, 5th edn., Butterworth-
Heinemann, Oxford, 2003.
Chapter III .
262
3Å and 4Å molecular sieves (8-12 mesh, Aldrich) were activated by heating in
an oven at 120 ºC for 4 h.
All air-sensitive reactions were conducted under argon or nitrogen atmosphere.
Liquid chemicals were transferred using syringes or cannulas. Reactions
conducted at -20 ºC to r.t. were performed in a water/ice/NaCl bath. Lower
temperatures were achieved using an acetone/dry ice bath or a Cryocool CC-
100 II/acetone bath.
Chromatography
Crude purifications were performed by column chromatography under low
pressure, using corresponding eluents.
Silica gel Acros Organics 0.035-0.070 mm, 60 Å was used for standard column
chromatography, and silica gel Varian Bondesil-C18, 40UM was used for reverse
phase column chromatography.
Medium pressure liquid chromatographies (MPLC) were performed using
compact columns Biotage Si 25+M 2593-2.
t.l.c. Standard analyses were performed on commercial aluminium sheets
bearing 0.25 mm layer of Merck Silica gel 60F254, and were detected using ultraviolet
light ( = 254 nm), phosphomolybdic acid (10% in ethanol), potassium permanganate
(0.05% in water), ninhydrin (0.2% in EtOH) or vainilline (2 g in 150 mL of EtOH and 15
mL of 98% H2SO4)
t.l.c. Reverse phase analyses were performed on commercial plates bearing
0.20 mm layer of Macherey-Nagel Silica gel C18-100F254, and were detected using
ultraviolet light ( = 254 nm).
Eluents for reverse phase column chromatography and reverse phase t.l.c.:
A = Water (mili-Q):TFA (0.001%)
B = Methanol:TFA (0.001%)
C = Water (mili-Q):TFA (0.1%)
D = ACN:TFA (0.1%).
General experimental section
263
Analytical techniques
Melting points: Were performed in an open capillary, in a Stuart Scientifyc
SMP3, and are not corrected.
Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy:
1H NMR and 13C NMR routine spectra were adquired in Bruker AM-300,
Bruker DPX 400, Bruker AV. 500 and Bruker AV. 600 spectrometers.
31P spectra were adquired in a Bruker DPX 400 spectrometers.
n.O.e. experiments were adquired in a Bruker AM-300 spectrometer.
HSQC, HSQC-edited and HMBC experiments were adquired in Bruker
AV. 500, Bruker AV. 600 and Bruker AVIII. 700 spectometers.
Chemical shifts (TM) are in parts per million ( relative to
tetramethylsilane at 0.00 ppm.
Abbreviations used: s (singlet), bs (broad singlet), d (doublet), dd
(doublet of doublets), dt (doublet of triplets), t (triplet), q (quartet), m
(multiplet, as an interval).
Deuterated solvents used: CDCl3, DMSO-d6, CD3OD, D2O, CD2Cl2,
toluene-d6, acetone-d6 and DMF-d7.
IR spectroscopy: IR spectra were determined by a FT-IR Perkin-Elmer 2000
spectrometer. Solid products were adquired from KBr tablets, whilst olis from NaCl
windows.
Elemental analyses: Elemental analyses were carried out at the Elemental
Analysis Center of the Complutense University of Madrid, using a Perkin Elmer 2400
CHN.
Mass spectrometry: Electrospray ionisation mass spectrometry (ESI-MS)
analyses were obtained on an Esquire 3000 (Bruker) spectrometer.
Microwave
Microwave reactions were carried out in a CM-Discover microwave.
Capítulo IV: Conclusiones
Conclusiones
267
CONCLUSIONES
Se ha desarrollado un nuevo tándem triple RCM-isomerización-
ciclopropanación. El catalizador de Grubbs de segunda generación [Ru]-II es capaz de
mediar estos tres procesos sin que se necesite añadir ningún otro reactivo. Aunque la
identidad de las especies catalíticas y el mecanismo de la reacción necesitan estudios
complementarios, se asume la formación de hidruros de rutenio por modificación
térmica del carbeno inicial. Esta metodología ha sido aplicada a la síntesis de lactamas
bicíclicas de diferentes tamaños. Se ha combinado el tándem RCM-isomerización con
ciclopropanaciones clásicas mediadas por diclorocarbenos, obteniendo así productos
relacionados con compuestos que poseen actividad biológica.
Se ha modificado el catalizador [Ru]-II por reacción con DMF. Se ha
demostrado la capacidad de las nuevas especies de rutenio formadas para catalizar
reacciones de cicloisomerización de dienos y eninos. Se ha llevado a cabo un ajuste
fino de las condiciones de reacción, y se han realizado 10 ejemplos diferentes.
Complementariamente, se han hecho estudios espectroscópicos con el objetivo de
caracterizar la nueva especie catalítica que no parece ser un hidruro de rutenio.
Se ha desarrollado un nuevo protocolo para las reacciones de
ciclotrimerización cruzadas [2+2+2] diino-alquino mediadas por el catalizador de
Hoveyda-Grubbs [Ru]-III. Se han explorado diferentes condiciones de reacción, y se
ha llevado a cabo la primera síntesis de una piridina catalizada por [Ru]-III. Además,
se han puesto a punto las condiciones de dimerización y trimerización de diinos
usando [Ru]-I o [Ru]-II según necesidad.
Se ha demostrado la capacidad de la especie de Grubbs modificada en DMF,
“Ru”, para catalizar reacciones de ciclotrimerización [2+2+2].
Se ha realizado un estudio exhaustivo de condiciones de reacción para la
ciclotrimerización cruzada [2+2+2] diino-alquino mediada por el complejo de iridio V.
Adicionalmente, hemos propuesto una actividad catalítica alternativa para V basada en
reacciones de dimerización cabeza-cabeza de alquinos.
Se han sintetizado tres derivados (o tags) del carbohidrato natural 1--
quitobiosa. Estos poseen en su estructura una unidad quelante de iones lantánidos
basada en EDTA o en su homólogo aquiral PhDTA, unida al carbohidrato mediante
diferentes linkers rígidos. La síntesis se realizó de manera convergente, siendo la
reacción de acoplamiento de Suzuki el paso clave. Complementariamente, se ha
puesto a punto un proceso one pot boronación-Suzuki.
Capítulo IV .
268
Estos tres tags han sido evaluados con diferentes iones paramagnéticos
mediante experimentos de RMN, observándo para los linkers bifenílicos PRE
pequeños y fuertes PCS. Se observaron todas las señales del carbohidrato, incluso
con los iones lantánidos con mayor paramagnetismo. Los RDC observados fueron
pequeños, probablemente debido a altos tiempos de correlación rotacional para estas
moléculas en solución. El tag basado en la estructura de PhDTA mostró los mejores
alineamientos y PCS.
Por último, se ha desarrollado un linker bifenílico basado en PhDTA para la
unión a proteínas a través de un residuo de cisteína. Actualmente se están realizando
diferentes estudios con estas moléculas unidas a proteínas.
Chapter IV: Conclusions
Conclusions
271
CONCLUSIONS
A new concurrent tandem catalysed triple process including RCM-isomerization
and cyclopropanation has been developed. The second generation Grubbs’ catalyst
[Ru]-II is able to catalyse the three processes without requiring any other reagent or
additive. The identity of the catalytic species and the mechanism of this transformation
need further study, but a ruthenium hydride formed by thermal modification of the initial
carbene is presumed. This methodology has been applied to the synthesis of bicyclic
lactams with different ring sizes. The RCM-isomerization tandem has been combined
with classical cyclopropanations with dichloro carbenes giving products related to
bioactive compounds.
Grubbs’ second generation catalyst [Ru]-II has been modified by reaction with
DMF. The ability of the new ruthenium species to catalyse several cycloisomerization
reactions with dienes and enynes has been shown. A fine tuning of the reaction
conditions and 10 isomerization examples are described. In addition, several
spectroscopic experiments have been conducted in order to determine the structure of
the new catalytic species.
A new protocol for crossed diyne-alkyne [2+2+2] cyclotrimerization mediated by
Hoveyda-Grubbs complex [Ru]-III has been developed. Different reaction conditions
have been explored. We have achieved the first synthesis of a pyridine system through
a [Ru]-III catalysed [2+2+2] reaction. In addition, conditions for the synthesis of diyne
dimers and trimers using alternatively complexes [Ru]-I or [Ru]-III have been
optimized.
The ability of the new carbenic “Ru” species, formed upon reaction of [Ru]-II
with DMF, to promote [2+2+2] cyclotrimerizations has been proved.
An exhaustive study of reaction conditions for crossed diyne-alkyne [2+2+2]
cyclotrimerization reaction mediated by iridium catalyst V has been performed. In
addition we have observed an alternative catalytic activity of this complex involving a
head-to-head alkyne dimerization.
Three different derivatives of a natural carbohydrate, 1--aminochitobiose,
bearing a lanthanide chelate based on EDTA or on the achiral PhDTA moieties, have
been synthetized. These chelating moieties are attached to the sugar through different
rigid linkers. The synthesis was achieved in a convergent manner, with a Suzuki
coupling as the key step. A one-pot boronation-Suzuki reaction has been optimized.
Chapter IV .
272
These three tags have been evaluated by NMR experiments with different
paramagnetic ions, observing small PREs and strong PCSs for biphenylic linkers. All
the carbohydrate signals were observed, even with lanthanide ions with strong
paramagnetism. Small RDCs were recorded, probably due to the high rotational
tumbling of these molecules in solution. PhDTA based tag showed the best alignment
and PCSs.
In addition, a PhDTA based structure capable to be attached to proteins through
a cysteine residue has been synthetized. Different studies with proteins are currently
underway.
Capítulo V: Bibliografía
Bibliografía
275
BIBLIOGRAFÍA
1 Revisiones bibliográficas recientes sobre
metátesis: (a) Nolan, S. P.; Clavier, H. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3305-3316. (b) Otterlo, W. A. L.; Koning, C. B. Chem. Rev. 2009, 109, 3743-3782.
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metátesis: Vougioukalakis, G. C.; Grubbs, R. H. Chem. Rev. 2010, 110, 1746-1787.
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4 Revisión bibliográfica sobre procesos no
metatéticos catalizados por carbenos de Ru: Alcaide, B.; Almendros, P.; Luna, A. Chem. Rev. 2009, 109, 3817-3858.
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2003, 22, 1089-1095. (b) Dinger, M. B.; Mol, J. C. Eur. J. Inorg. Chem. 2003, 2827-2833.
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M. W.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7961-7968.
7 Trost, B. M.; Gutierrez, A. C.; Ferreira, E. M. J.
Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9206-9218.
8 Yamamoto, Y.; Nakagai, Y.; Itoh, K. Chem. Eur. J.
2004, 10, 231-236.
9 Arisawa, M.; Tereda, Y.; Takahashi, M.;
Nakagawa, M.; Nishida, A. J. Org. Chem. 2006, 71,
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10 Reppe, W.; Schichting, K. K.; Toepel, T. Justus
Liebigs Ann. Chem. 1948, 560, 1-92.
11 Revisión bibliográfica sobre cicloadiciones
[2+2+2]: Domínguez, G.; Pérez-Castells, J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3430-3444.
12 Revisión bibliográfica sobre el uso de efectos
paramagnéticos en la elucidación de biomoléculas por RMN: Otting, G. Annu. Rev. Biophys. 2010, 39,
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13 Su, X.; McAndrew, K.; Huber, T.; Otting, G. J.
Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1681-1687.
14 Revisión bibliográfica sobre tags para unión a
proteínas: Su, X.; Otting, G. J. Biomol. NMR 2010, 46, 101-112.
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Am. Chem. Soc. 1978, 100, 3611-3613. (b) Schrock, R. R. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 6577-
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18 Villemin, D. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 1715-
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19 (a) Gajan, D.; Rendón, N.; Wampler, K. M.;
Basset, J.-M.; Copéret, C.; Lesage, A.; Emsley, L.; Schrock, R. R. Dalton Trans. 2010, 39, 8547-8551.
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R. R.; Jiang, A. J.; Marinescu, S. C.; Simpson, J. H.; Müller, P. Organometallics 2010, 29, 5241-
5251. (d) Bailey, B. C.; Schrock, R. R.; Kundu, S.; Goldman, A. S.; Huang, Z.; Brookhart, M. Organometallics 2009, 28, 355-360. (e) Jiang, A. J.; Simpson, J. H.; Müller, P.; Schrock, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7770-7780.
20 (a) Keitz, B. K.; Bouffard, J.; Bertrand, G.;
Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8498-
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1837. (f) Keitz, B. K.; Grubbs, R. H. Organometallics 2010, 29, 403-408.
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olefinas: (a) Meek, S. J.; O’Brien, R. V.; Llaveria, J.; Schrock, R. R.; Hoveyda, A. H. Nature 2011, 471, 461-466. (b) Zhao, Y.; Hoveyda, A. H.; Schrock, R. R. Org. Lett. 2011, 13, 784-787. (c) Endo, K.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8525-8527. (d) Kuhn, K. M.; Champagne, T. M.; Hong, S. H.; Wei, W.-H.; Nickel, A.; Lee, C. W.; Virgil, S. C.; Grubbs, R. H.; Pederson, R. L. Org. Lett. 2010, 12, 984-987. (e) Stewart, I. C.; Ketiz, B. K.; Kuhn, K. M.; Thomas, R. M.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8534-8535.
22 Revisión bibliográfica actual sobre metátesis en
polímeros: Mutlu, H.; de Espinosa, L. M.; Meire, A. R. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 1404-1445.
23 Herisson, J. L.; Chauvin, Y. Makromol. Chem.
1970, 141, 161-176.
24 (a) Sanford, M. S.; Ulman, M.; Grubbs, R. H. J.
Am. Chem. Soc. 2001, 123, 749-750. (b) Sanford, M. S.; Love, J. A.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6543-6554. (c) Dias, E. L.;
Nguyen, S. T.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3887-3897.
25 (a) Barrett, A. G. M.; Hennessy, A. J.; Vézouët,
R.; Procopiou, P. A.; Seale, P. W.; Stefaniak, S.; Upton, R. J.; White, A. J. P.; Willeams, D. J. J. Org. Chem. 2004, 69, 1028-1037. (b) Harris, P. W. R.; Brimble, M. A.; Gluckman, P. D. Org. Lett. 2003, 5,
1847-1850.
26 Revisión bibliográfica sobre la formación de
heterociclos de tamaño medio por RCM:
Capítulo V .
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27 Grela, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5504-
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28 Revisiones bibliográficas sobre el uso de la
metátesis en la síntesis de productos naturales: (a) Dragutan, V.; Dragutan, I. Platinum Metals Rev. 2011, 55, 33-40. (b) Fürstner, A. Chem. Commun. 2011, 47, 6505-6511. (c) Prunet, J. Eur. J. Org. Chem. 2011, 3634-3647. (d) Cossy, J.;
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29 (a) ElMarrouni, A.; Lebeuf, R.; Gebauer, J.;
Heras, M.; Arseniyadis, S.; Cossy, J. Org. Lett. 2012, 14, 314-317. (b) Gallenkamp, D.; Füstner, A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9232-9235. (c) Oh, H.-S.; Kang, H.-Y. J. Org. Chem. 2012, 77, 1125-
1130. (d) Cheng, B.; Sunderhaus, J. D.; Martin, S. F. Org. Lett. 2010, 12, 3622-3625. (e) Lin, Y. A.; Chalker, J. M.; Davis, B. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16805-16811.
30 Revisiónes bibliográficas sobre la síntesis de
heterociclos que contiene nitrógeno u oxígeno mediante RCM: (a) Compain, P. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 1829-1846. (b) Deiters, A.; Martin, S. F. Chem. Rev. 2004, 104, 2199-2238. Otras
publicaciones: (c) Fustero, S.; Sánchez-Roselló, M.; Jiménez, D.; Sanz-Cervera, J. F.; Pozo, C.; Aceña, J.L. J. Org. Chem. 2006, 71, 2706-2714. (d)
Rutjes, F. P.; Schoemaker, H. E. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 677-680. (e) Huwe, C. M.; Kiehl, O. C.; Blechert, S. Synlett 1996, 65-66. (f) Miller, S. J.; Blackwell, H. E.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9606-9614. (g) Fu, G. C.; Nguyen, S. T.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115,
9856-9857.
31 Revisiones bibliográficas sobre catalizadores de
metátesis basados en carbenos de Ru: (a) Lozano-Vila, A. M.; Monsaert, S.; Bajek, A.; Verpoort, F. Chem. Rev. 2010, 110, 4865-4909. (b) Monsaert,
S.; Lozano-Vila, A.M.; Drozdzak, R.; Voort, P. V. D.; Verpoort, F. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 3360-
3372. (c) Samojlowicz, C.; Bieniek, M.; Grela, K. Chem. Rev. 2009, 109, 3708-3742.
32 Schrock, R. R.; Murdazek, J. S.; Bazan, G. C.;
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33 Revisión bibliográfica sobre carbenos de
molibdeno y wolframio: Schrock, R. R.; Czekelius, C. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 55-77.
34 (a) Novak, B. M.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem.
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35 Grubbs, R. H. J. Macromol. Sci. Pure Appl.
Chem. 1994, 31, 1829-1833.
36 Días, E. L.; Nguyen, S. T.; Grubbs, R. H. J. Am.
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37 Sanford, M. S.; Henling, L. M.; Day, M. W.;
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39 (a) Booyens, S.; Roodt, A.; Wendt, O. F. J. Org.
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5033.
40 Revisiones bibliográficas sobre el uso de
diferentes carbenos NHC: (a) Martin, D.; Melaimi, M.; Soleilhavoup, M.; Bertrand, G. Organometallics 2011, 30, 5304-5313. (b) Díez-González, S.; Marion, N.; Nolan, S. P. Chem. Rev. 2009, 109,
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41 (a) Garber, S. B.; Kingsbury, J. S.; Gray, B. L.;
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42 Sanford, M. S.; Love, J. A.; Grubbs, R. H.
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43 (a) Grela, K.; Harutyunyan, S.; Michrowska, A.
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44 Grela, K.; Kim, M. Eur. J. Org. Chem. 2003, 963-
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45 Gulajski, L.; Michrowska, A.; Bujok, R.; Grela, K.
J. Mol. Catal. A: Chem. 2006, 254, 118-123.
46 Thiel, V.; Hendann, M.; Wannowius, K.-J.;
Plenio, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1104-
1114.
47 (a) Chung, C. K.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 2008,
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Stewart, I. C.; Ung, T.; Pletnev, A. A.; Berlin, J. M.; Grubbs, R. H.; Schrodi, Y. Org. Lett. 2007, 9, 1589-
1592. (d) Berlin, J. M.; Campbell, K.; Ritter, T.; Funk, T. W.; Chlenov, A.; Grubbs, R. H. Org. Lett. 2007, 9, 1339-1342.
48 (a) Tiede, S.; Berger, A.; Schlesiger, D.; Rost, D.;
Lühl, A.; Blechert, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1-5. (b) Fournier, P. A.; Savoie, J.; Stenne, B.; Bédard, M.; Grandbois, A.; Collins, S. K. Chem.-Eur. J. 2008, 14, 8690-8695. (c) Grandbois, A.; Collins, S. K. Chem.-Eur. J. 2008, 47, 9323-9329.
(d) Grisi, F.; Costabile, C.; Gallo, E.; Mariconda, A.;
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85-88. (e) Ahn, Y. M.; Yang, K. L.; George, G. I. Org. Lett. 2001, 3, 1411-1413. (f) Mendez-Andino J.; Paquette, L. A. Org. Lett. 2000, 2, 1263-1265.
59 Poulsen, C. S.; Madsen, R. J. Org. Chem. 2002,
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Sánchez, E.; Castedo, L.; Granja, J. R. Org. Lett. 2004, 6, 193-196.
61 Fürstner, A.; Ackermann, L.; Gabor, B.; Goddard,
R.; Lehmann, C.; Mynott, R.; Stelzer, F.; Thiel, D. Chem. Eur. J. 2001, 7, 3236-3253.
62 Revisión bibliográfica de cicloisomerizaciones de
eninos: Lee, S. I.; Chatani, N. Chem. Commun. 2009, 371-384. Ver también: (a) Lin, M.; Li, F.; Jiao, L.; Yu, Z.-X. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,
1690-1693. (b) Nishimura, T.; Maeda, Y.; Hayashi, T. Org. Lett. 2011, 13, 3674-3677.
63 Revisión bibliográfica: Aubert, C.; Fenterbank, L.;
Garcia, P.; Malacria, M.; Simonneau, A. Chem. Rev. 2011, 111, 1954-1993. Véase también: (a)
Kong, W.; Fu, C.; Ma, S. Chem. Commun. 2009,
4572-4574. (b) Trillo, B.; López, F.; Gulías, M.; Castedo, L.; Mascareñas, J. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 951-954. (c) Zriba, R.; Gandon, V.; Aubert, C.; Fensterbank, L.; Malacria, M. Chem. Eur. J. 2008, 14, 1482-1491.
64 Revisión bibliográfica sobre cicloisomerizaciones
de 1,n-eninos con diferentes metales: Michelet, V.; Toullec, P. Y.; Genêt, J.-P. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4268-4315.
65 Codelli, J. A.; Puchlopek, A. L. A.; Reisman, S.
E. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1930-1933.
66 Revisión bibliográfica de ciclaciones catalizadas
por oro en la síntesis de productos naturales: Alcaide, B.; Almendros, P.; Alonso, J. M. Molecules 2011, 16, 7815-7843.
67 Simmons, E. M.; Sarpong, R. Org. Lett. 2006, 8,
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68 Terada, Y.; Arisawa, M.; Nishida, A. Angew.
Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4063-4067.
69 Terada, Y.; Arisawa, M.; Nishida, A. J. Org.
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70 Mukai, C.; Itoh, R. Tetrahedron Lett. 2006, 47,
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71 Boyer, F.-D.; Hanna, I. Eur. J. Org. Chem. 2006,
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72 Nicolaou, K. C.; Wang, J.; Tang, Y.; Botta, L. J.
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73 Welsh, T.; Tran, H.-A.; Witulski, B. Org. Lett.
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75 Revisión bibliográfica: Gandon, V.; Aubert, C.;
Malacria, M. Chem. Commun. 2006, 2209-2217.
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Goswami, A.; Ohtaki, E.; Tanabe, E.; Saino, N. Okamoto, S. Org. Lett. 2007, 9, 931-934.
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Kotha, S.; Brahmachary, E.; Lahiri, K. Eur. J. Org. Chem. 2005, 4741-4767.
78 Peters, J.-U.; Blechert, S. Chem Commun. 1997,
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82 Kezuka, S.; Tanaka, S.; Ohe, T.; Nakaya, Y.;
Takeuchi, R. J. Org. Chem. 2006, 71, 543-552.
83 (a) Roy, R.; Das, S. K. Chem. Commun. 2000,
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84 Witulski, B.; Stengel, T.; Fernández-Hernández,
J. M. Chem. Commun. 2000, 1965-1966.
85 Hoven, G. B.; Efskind, J.; Rǿmming, C.;
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86 Young, D. D.; Senaiar, R. S.; Deiters, A. Chem.
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87 Kotha, S.; Seema, V.; Mobin, S. M. Synthesis
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88 Shibata, T.; Yoshida, S.; Arai, Y.; Otsuka, M.;
Endo, K. Tetrahedron, 2008, 64, 821-830.
89 Hibata, T.; Tsuchikama, K. Org. Biomol. Chem.
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90 Grubbs y colaboradores publicaron un método
para eliminar las isomerizaciones indeseadas que muchas veces acompañan a las metátesis catalizadas por el catalizador de Grubbs: Hong, S. H.; Sanders, D. P.; Lee, C. W.; Grubbs, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17160-17161.
91 Bassetti, M.; Centola, F.; Sémeril, D.; Bruneau,
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4466.
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catalizadas por complejos de Ru: (a) Sharma, S. K.; Parikh, P. A.; Jasra, R. V. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 2010, 317, 27-33. (b) Fehr,
C.; Magpantay, I.; Saudan, L.; Sommer, H. Eur. J. Org. Chem. 2010, 6153-6156. (c) Lastra-Barreira, B.; Crochet, P. Green Chem. 2010, 12, 1311-1314.
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(e) Osintseva, S. V.; Dolgushin, F. M.; Shtel’tser, N. A.; Petrovskii, P. V.; Peregudov, A. S:; Kreindlin, A. Z.; Antipin, M. Y. Organometallics 2010, 29, 1012-
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citadas.
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100 Para ejemplos recientes de reacciones tándem
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114 En contraste con las ciclopropanaciones
catalizadas por el carbeno [Ru]-II realizadas por
Diver (ref. 113a). En todos los casos, aunque no se observaron productos de ciclopropanación si que se vieron fumarato y maleato, los cuales aparecen como producto de descomposición del diazocompuesto.
115 (a) Eckert, M.; Monnier, F.; Shchetnikov, G. T.;
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116 Inhibidores de la isoforma inducible de la óxido
nítrico sintasa. Esta enzima se encuentra relacionada con procesos inflamatorios crónicos, por lo que sus inhibidores pueden ser útiles en el tratamiento de enfermedades tales como el reuma. Uno de los más activos hasta la fecha, el ONO-1714, se encuentra en ensayos clínicos en Japón.
117 Creighton C. J.; Leo G. C.; Yanming D.; Reitz A.
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118 La irradiación del protón H1 del isómero 13-
trans muestra un incremento de n.O.e. respecto a H6 del 10%, también se observa para H6 un n.O.e. del 9% cuando se irradia H5a. Por último la irradiación de H7 no muestra n.O.e. en ninguno de los hidrógenos vecinos. Esto nos confirma que el esómero 13-trans es el 1S*, 6S*, 7S*. Los n.O.e. claves en el isómero 13-cis son los obervados
cuando se irradian H5a, H5b y H1. La irradiación de H5a mostró un n.O.e. del 9.1% con H6, y la de H5b dio un n.O.e. del 6.8% con H7. También se observó un n.O.e. del 5.3% entre H1 y H6, de lo que se deduce que la estereoquímica del isómero 13-cis es 1S*, 6S*, 7R*.
119 En el caso del isómero 17-trans la irradiación
de H1 dio un n.O.e. del 6.2% sobre H5, y de un 6.9% con H4a. Si el protón irradiado es H5 se observa un n.O.e. de 6.2% sobre H1 y de 7.3%
sobre H4a, lo que demuestra que estos tres protones se encuentran próximos en el espacio. Por último la irradiación de H6 dio un n.O.e. del 6.5% con H4b. Todos estos datos confirman que el isómero 17-trans posee una estereoquímica 1R*, 5S*, 6R*. Los dos n.O.e. claves en el isómero 17-cis son los observados cuando se irradian H4a y
H4b. La irradiación de H4a mostró un n.O.e. del 8.6% con H5, y la de H4b dio un n.O.e. del 7% con H5. Por tanto la estereoquímica del isómero 17-cis es 1R*, 5S*, 6S*.
120 (a) Kawanaka, Y.; Kobayashi, K.; Kusuda, S.;
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Heinemann, Oxford, 2003.
Anexo I: Caracterización de los tags
Caracterización de los tags
287
Tag bifenílico 48
Figura 65: HSQC-editado 13C-1H de 48 en D2O, 25 ºC, 600 MHz.
H-11
H-1’
H-10
H-14
H-15
H-1
H-2’
H-4
H-5
H-5’
H-3’
H-3
H-4’
H-18
H-2
H-6 & 6’
CH3-2’
H-20
CH3-2
H-22
H-19
Anexo I .
288
Figura 66: HMBC 13C-1H de 48 en D2O, 25 ºC, 600 MHz.
Caracterización de los tags
289
Tag estirénico 49
Figura 67: HSQC 13C-1H de 49 con La3+ (1:1) en D2O, 25 ºC, 700 MHz.
H-13
H-1’
H-10
H-12
H-9
H-1
H-2’
H-4
H-5
H-5’
H-3’
H-3
H-4’ H-16
H-2 H-6 & 6’
CH3-2’
CH3-2 H-17
Anexo I .
290
Tag aquiral 50
Figura 68: HSQC-editado 13C-1H de 50 en D2O, 25 ºC, 700 MHz.
H-11
H-1’
H-10
H-14
H-18
H-1
H-2’
H-4
H-5
H-5’
H-3’
H-3
H-4’
H-2
H-6 & 6’
CH3-2’
CH3-2
H-19 & 21
H-17
Caracterización de los tags
291
Figura 69: HMBC 13C-1H de 50 en D2O, 25 ºC, 700 MHz.
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