Allenylazíny a nové štruktúrne typy protónových húb

RNDr. Juraj Galeta, Ph.D.

Disertační práce

Allenyl azines and new structural types of proton sponges

Abstract:

Homoallenyl azines, symmetrical or nonsymmetrical ones as well, represent important substrates for the preparation of several types of heterocyclic compounds. They produce bicyclic (dihydropyrrolo[1,2-b]pyrazoles), tricyclic (1,10-diazatricyclo[5.2.1.04,10]deca-2,6-dienes and 1,3,10-triazatricyclo[5.2.1.04,10]dec-6-en-2-(thi)ones) and even tetracyclic (11,12-diazatetracyclo[4.4.2.04,11.09,12]dodeca-1,6-dienes) skeletons. All of them are discussed in Thesis. The first project deals with thermally initiated combined intra-intermolecular criss-cross cycloadditions of nonsymmetrical homoallenyl azines with different types of dipolarophiles. Thus, we isolated expected tricyclic derivatives and, moreover, two new types of bicyclic compounds. Pure products were isolated and fully characterized and mechanism of their formation was proposed. The end of this part is dedicated to discussion about the reactivity of nonsymmetrical allenyl azines without a dipolarophile. The second part contains the entire optimized synthetic pathway leading to a new class of proton sponges. As a starting material served tetracyclic derivative formed after intramolecular criss-cross cycloaddition reactions of symmetrical homoallenyl azines. In acidic environment in the presence of cyanoborohydride it undergoes an acid-promoted rearrangement yielding a stable caged bidentate secondary amine in a quantitative yield. Following alkylation of the secondary amine in basic environment led to desired proton sponges – substituted 11,12-diazatetracyclo[4.4.0.13,10.15,8]dodecanes. The structure of free base and monoprotonated form was clearly proved by several crystallographic analyses. Their basicities were determined by transprotonation NMR experiments with suitable reference base. Subsequent reactivity and stability tests did not prove any sensitivity of cage core towards strong bases or acids and nucleophilic character. Knoevenagel and Claisen-Schmidt condensation, Pudovik reaction and Michael addition served as transformations for their catalytic abilities study.

Abstract:

Homoallenylazíny, či už symetrické alebo nesymetrické, predstavujú významný substrát na prípravu niekoľkých typov heterocyklických zlúčenín. Sú to bicyklické (dihydropyrrolo[1,2-b]pyrazoly), tricyklické (1,10-diazatricyklo[5.2.1.04,10]deka-2,6-diény a 1,3,10-triazatricyklo [5.2.1.04,10]dec-6-én-2-(ti)óny) a dokonca aj tetracyklické (11,12-diazatetracyklo [4.4.2.04,11.09,12]dodeka-1,6-diény) heterocykly. Všetky sú v práci diskutované. V prvej časti sa zaoberám problematikou tepelne iniciovaných kombinovaných intra-intermolekulárnych criss-cross cykloadícií nesymetrických homoallenylazínov s rôznymi dipolarofilmi. Tu som izoloval očakávané tricyklické deriváty, ako aj dva nové typy bicyklických zlúčenín. Navrhli sme reakčné mechanizmy, produkty izolovali a plne charakterizovali. V závere tejto časti diskutujem reaktivitu nesymetrických allenylazínov bez dipolarofilu. Druhá časť pojednáva o príprave nového typu protónových húb. Ako východiskový materiál slúžil tetracyklický derivát vznikajúci intramolekulárnou criss-cross cykloadíciou symetrických homoallenylazínov. V kyslom prostredí za prítomnosti kyanoborohydridu sa prešmykuje na stabilný klecovitý bidentátny sekundárny amín v kvantitatívnom výťažku. V poslednom kroku sa daný amín alkyloval v bázickom prostredí za vzniku požadovaných protónových húb – substituované 11,12-diazatetracyklo[4.4.0.13,10.15,8]dodekány. Štruktúra voľnej bázy aj protonovanej formy bola dokázaná aj kryštalografickou analýzou. Ich bazicita bola určená transprotonačným NMR experimentom s vhodnou protibázou. Testy preukázali vysokú stabilitu týchto látok v silne bázickom aj v silne kyslom prostredí a nevykazovali nukleofilné vlastnosti. Pre štúdium ich katalytických vlastností slúžili Knoevenagelova a Claisenova-Schmidtova kondenzácia, Pudovikova reakcia a Michaelova adícia.

Klíčová slova

allenylazín, allenyl azine, criss-cross cykloadícia, criss-cross cycloaddition, dipolarofil, dipolarophile, alkýn, alkyne, push-pull, 1, 3-dipól, 3-dipole, heterocyklus, hyterocycle, 10-diazatricyklo[5.2.1.0<, 4, 10>, ]deka-2, 6-diény, 10-diazatricyclo[5.2.1.0<, ]deca-2, 6-dienes, 3, 10-triazatricyklo[5.2.1.0<, ]dec-6-én-2-(ti)óny, 10-triazatricyclo[5.2.1.0<, ]dec-6-en-2-(thi)ones, 11, 12-diazatetracyklo[4.4.2.0<, 11>, .0<, 9, 12>, ]dodeka-1, 12-diazatetracyclo[4.4.2.0<, ]dodeca-1, 12-diazatetracyklo[4.4.0.1<, .1<, 5, 8>, ]dodekány, 12-diazatetracyclo[4.4.0.1<, ]dodecanes, dihydropyrrolo[1, 2-b]pyrazoly, 2-b]pyrazoles, protónová huba, proton sponge, bazicita, basicity, bázická katalýza, base catalysis, Knoevenagel, Claisenova-Schmidtova kondenzácia, Claisen-Schmidt condensation, Pudovikova reakcia, Pudovik reaction, Michaelova adícia, Michael addition.

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 3. 2013

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 17. 5. 2013
• Vedoucí: prof. RNDr. Milan Potáček, CSc.
• Oponent: prof. Ing. Miloš Sedlák, DrSc., prof. Ing. Jiří Svoboda, CSc.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Chemie (čtyřleté) / Organická chemie