i. nuevos procesos no-metatÉticos catalizados por

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


1.3.2. 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


1.4.2. 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


2.1.2. 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


2.2.2. 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


2.3.2. 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


3.2.2. 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


3.3.2. 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


3.4.2. 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


1.1.2. 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


1.2.2. 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.


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.


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.


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.


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.


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.


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


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 tetrasustituidas 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.


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.


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


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.


39

1.3. Ciclotrimerizaciones [2+2+2] mediadas por carbenos de Grubbs y complejos

de iridio


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.


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.


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.


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.


47

1.4. Reacciones de isomerización de olefinas mediadas por carbenos de Grubbs


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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).


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.


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).


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*.


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*.


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.


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.


75

2.2. Cicloisomerización de dienos y eninos catalizada por una especie

modificada de rutenio


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.


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


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


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)


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.


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.


87

2.3. Ciclotrimerizaciones [2+2+2] catalizadas por carbenos de rutenio


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.


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.


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).


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


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).


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.


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


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.


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)


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


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)


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


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


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


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.


(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)


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


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.


(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)


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


66.04; H. 7.33; N. 4.68


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


68.11; H. 7.12; N. 5.54


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


111

IR (neat) 2920, 2820, 1660, 1610, 1580, 1510 cm-1


68.29; H. 6.82; N. 5.54



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


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


68.96; H. 7.43; N. 5.47

1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-1H-pyrrol-2(5H)-one (16):


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


(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


66.76; H. 6.23; N. 5.87


113

3.1.3.2. Tandem RCM-isomerization with seven membered lactams


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):


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


69.06; H. 7.48; N. 5.23



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


68.79; H. 7.42; N. 5.15



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


69.06; H. 7.48; N. 5.23


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


69.01; H. 7.27; N. 5.41


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:


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):


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%)


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%)


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):


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.


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


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-



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%)


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%)


119


64.77; H. 6.74; N. 3.9

Ethyl [1-(2,4-dimethoxybenzyl)-6-oxo-1,4,5,6-tetrahydropyridin-3-yl]acetate (14):


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


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-



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%)


65.76; H. 7.06; N. 3.94

3.1.4.2. General procedure for the synthesis of cyclopropanes by tandem RCM-

isomerization-cyclopropanation


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


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-


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%)


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-


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%)


65.92; H. 6.89; N. 3.85


123

3.2. Cycloisomerization of dienes and enynes catalysed by a modified ruthenium

carbene species


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.


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.


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):


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


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


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))


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


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.


131

1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-3-methyl-4-methylidenepyrrolidin-2-one (32):


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


69.03; H. 7.24; N. 5.33.

1-(2,4-Dimethoxybenzyl)-4-methyl-3-methylidenepyrrolidin-2-one (32’):


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


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.


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


69.89; H. 7.72; N. 5.13.

Diethyl 3,4-dimethylenecyclopentane-1,1-dicarboxylate (38a):138


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.


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.


135

3.3. Ruthenium carbene mediated [2+2+2] cyclotrimerizations


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


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



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.


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



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


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.


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


Dibenzyl 5-(2,2-bis(benzyloxycarbonyl)pent-4-ynyl)-1H-indene-2,2(3H)-dicarbo-

xylate (41b):


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


2,2-Dibenzyl 5,5'-(2,2-bis(benzyloxycarbonyl)propane-1,3-diyl)bis(1H-indene-2,2

(3H)-dicarboxylate) (44b):


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.


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


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.


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.


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


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.


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


Dibenzyl 4,7-dimethyl-5-phenyl-1,3-dihydro-2H-indene-2,2-dicarboxylate (40c):


[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):


[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



145

3.4. Iridium mediated [2+2+2] cyclotrimerizations


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.


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


(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


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


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.


151

1. ANTECEDENTES GENERALES

1.1. El paramagnetismo y su uso en el estudio de la estructura 3D de

biomoléculas por RMN:


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


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


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


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


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.


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.


175

1.2. La reacción de Suzuki-Miyaura


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.


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.


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.


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).


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.


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.


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.


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.


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


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).


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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’


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


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


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


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.


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


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


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).


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


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


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’


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).


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


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


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’


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.


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.


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.



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


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


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.



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


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.


[]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


57.78; H, 7.33; N, 7.37


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


51.39; H, 5.41; N, 8.66

ESI-MS (H2O, positive mode) calculated for C40H52N6NaO20 [M+Na]+: 959.31. Found:

959.34


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.


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


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.


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.


[]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


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.


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


243


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)


(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


48.88; H. 5.79; N, 9.35.


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)


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).


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


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)


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.


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.


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.


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.




(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


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.



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


58.38; H. 7.44; N. 6.46.


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)


(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.


888.30


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.



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, 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.


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.


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)


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


59.37; H. 7.21; N. 3.85.

ESI-MS (MeOH, positive mode) calculated for C37H54N2NaO10S2 [M+Na]+: 773.31.

Found: 773.43


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).



(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


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

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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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18 Villemin, D. Tetrahedron Lett. 1980, 21, 1715-

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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-

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.

23 Herisson, J. L.; Chauvin, Y. Makromol. Chem.

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24 (a) Sanford, M. S.; Ulman, M.; Grubbs, R. H. J.

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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,

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26 Revisión bibliográfica sobre la formación de

heterociclos de tamaño medio por RCM:

Capítulo V .

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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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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

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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-

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40 Revisiones bibliográficas sobre el uso de

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63 Revisión bibliográfica: Aubert, C.; Fenterbank, L.;

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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.

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.

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1025. Revisión bibliográfica: Schmidt, B. Eur. J. Org. Chem. 2004, 1865-1880 y referencias allí

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98 Hanessian, S.; Giroux, S.; Larsson, A. Org. Lett.

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99 Hekking, K. F. W.; Waalboer, D. C. J.; Moelands,

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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,

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101 Fogg, D. E. Can. J. Chem. 2008, 86, 931-941.

102 Schimdt, B.; Biernat, A. Chem.-Eur. J. 2008, 14,

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105 Beligny, S.; Eibauer, S.; Maechling, S.; Blechert,

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106 Scholte, A. A.; An, M. H.; Snapper, M. L. Org.

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107 Ryan, P.; Snapper, M. L. Org. Lett. 2007, 9,

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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.

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,

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110 Kinderman, S. S.; van Maarseveen, J. H.;

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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,

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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.

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.; De´rien, S.; Dixneuf, P. H. Org. Lett. 2005, 7, 3741-3743.

(b) Monnier, F.; Castillo, D.; De´rien, S.; Toupet, L.; Dixneuf, P. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42,

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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.

B. Bioorg. Med. Chem 2004, 12, 4375-4385.

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.;

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.;

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121 Serp, P.; Hernandez, M.; Richard, B.; Kalck, P.

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122 Para estudios por RMN de [Ru]-II a diferentes

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123 Tesis doctoral de Dª Sandra Medina Villar,

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188 Algunos ejemplos recientes: (a) Rosa, M.;

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Capítulo V .

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1H (Dpto. de Química Orgánica,

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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.


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


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Figura 69: HMBC 13C-1H de 50 en D2O, 25 ºC, 700 MHz.

i. nuevos procesos no-metatÉticos catalizados por

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