Syntéza sloučenin obsahujících 2-nitro-2,3-dihydro-1\kur{H}-inden-1-olový skelet s využitím intramolekulární \kur{Henryho} reakce

Bc. Jakub Valtr

Master's thesis

Synthesis of compounds containing 2-nitro-2,3-dihydro-1\kur{H}-inden-1-ol moiety using intramolecular \kur{Henry} reaction

Abstract:

V rámci diplomové práce byly teoreticky navrženy dva doposud nepopsané syntetické postupy vedoucí k derivátům 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-olu, z nichž jeden byl úspěšně realizován. Tento postup vychází z 2-brombenzaldehydu, jehož aldehydická skupina byla ochráněna acetalizací a brom v poloze 2 byl substituován další aldehydickou skupinou pomocí butyllithia a N,N-dimethylformamidu. Vzniklý 2-(dimethoxymethyl)benzaldehyd byl poté Henryho reakcí s nitromethanem a nitroethanem a následnou eliminací převeden na příslušný nitroalken, jež po redukci tetrahydridoboritanem sodným a po odchránění poskytují 2-(2-nitroethyl)benzaldehyd resp. 2-(2-nitropropyl)benzaldehyd. Cyklizace těchto aldehydů v bazickém prostředí poskytla požadovaný 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ol resp. 2-methyl-2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ol, a to jako směs diastereomerů v poměru 3:1 resp. 4,5:1. Při použití chirálního katalyzátoru (2R,5S)-5-terc-butyl-2,5-dimethyl-2-(pyridin-2-yl)imidazolidin-4-onu a octanu měďnatého byl u 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-olu změněn diastereoisomerní poměr na 1:2,5, kdežto u 2-methyl-2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-olu nemá chirální katalyzátor žádný vliv. Kinetika cyklizace poskytující oba 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-oly byla studována v terciárních aminových pufrech. Bylo zjištěno, že při cyklizaci 2-(2-nitroethyl)benzaldehydu se uplatňují tři následné reakce, kdežto u 2-(2-nitropropyl)benzaldehydu probíhá cyklizace v jednom stupni a je obecně bazicky katalyzovaná. Ze získaných katalytických konstant byla konstruována Br?nstedova korelace s ? = 1,09, což odpovídá pozdnímu tranzitnímu stavu s uplatněním nedokonalé synchronizace vzniku karbaniontu s jeho delokalizací s nitroskupinou.

Abstract:

During work on my diploma thesis I have suggested two synthetic pathways leading to 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ol derivatives which have not been described in the literature yet. One of these newly suggested protocols have been successfully realized. This protocol starts from 2-bromobenzaldehyde, whose aldehydic group was protected by acetalization and its bromine in position 2 was substituted by another aldehydic group using butyllithium and N,N-dimethylformamide. Resulting 2-(dimethoxymethyl)benzaldehyde was then transformed to corresponding nitroalkene using intermolecular Henry reaction with nitromethane and nitroethane followed by consecutive elimination. 2-(2-Nitroethyl)benzaldehyde or 2-(2-nitropropyl)benzaldehyde were obtained by reduction using sodium borohydride and deprotection of aldehydic group. Cyclization of these aldehydes under base conditions gave 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ol and 2-methyl-2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ol in diastereomeric ratio 3:1 and 4,5:1, respectively. When chiral catalyst (2R,5S)-5-tert-butyl-2,5-dimethyl-2-(pyridin-2-yl)imidazolidin-4-one and copper(II) acetate was used for cyclization giving 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ol, the diastereomeric ratio was changed to 1:2,5, whereas for 2-methyl-2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ol there was no influence of the chiral catalyst. Kinetics of cyclization giving both 2-nitro-2,3-dihydro-1H-inden-1-ols was studied in tertiary amine buffers. It was found, that during cyclization to 2-(2-nitroethyl)benzaldehyde involves three consecutive steps, whereas for 2-(2-nitropropyl)benzaldehyde the reaction involves only single general-base-catalyzed step. From catalytic rate constants it was possible to plot linear Br?nsted correlation with slope ? = 1,09, corresponding to a late transition step in which non-perfect synchronization principle makes itself felt due to non-synchronous formation of carbanion and its delocalization with a nitro group.

Keywords

Henryho reakce, chirální katalýza, 2-nitroindan-1-ol, kinetika, cyklizace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2016
• Supervisor: doc. Ing. Jiří Hanusek, Ph.D.

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Master programme / field:
Chemistry and Technology of Materials / Technology of Organic Specialities