Příprava a katalytické využití 2-(prolin-2-yl)imidazolu

Bc. Jan Mrkvička

Master's thesis

Synthesis and catalytic application of 2-(proline-2-yl)imidazole

Abstract:

Tato diplomová práce popisuje přípravu (S)-2-(pyrrolidin-2-yl)imidazolu (3) z (S)-(NCbz-pyrrolidin-2-yl)methanolu. Příprava spočívala v reakční sekvenci, při které byl výchozí (S)-(N-Cbz-pyrrolidin-2-yl)methanol převeden pomocí Swernovy oxidace na (S)-NCbz-pyrrolidin-2-karbaldehyd (1) ve výtěžku 75 %. Následně byla u sloučeniny 1 provedena "Debus-Radziszewského syntéza imidazolu" za vzniku (S)-(N-Cbz-pyrrolidin-2-yl)imidazolu (2) s výtěžkem 48 %. Posledním krokem syntézy bylo hydrogenolytické štěpení Cbz- skupiny, které poskytlo požadovaný (S)-2-(pyrrolidin-2-yl)imidazol (3). (S)-2-(pyrrolidin-2-yl)imidazol (3) byl následně studován jako enantioselektivní organokatalyzátor pro dvě modelové asymetrické reakce, a to na aldolizaci aromatických aldehydů s ketony a Michaelové adici cyklohexanonu na -nitrostyren. V obou reakcích docházelo působením organokatalyzátoru 3 k aktivaci na principu vzniku reaktivního enaminového intermediátu. Zatímco u asymetrické Michaelové adice byla pozorována relativně nízká enantioselektivita (~ 40 % ee), v případě aldolizace bylo po optimalizaci reakčních podmínek dosaženo vysoké enantioselektivity (až 91 % ee). Komplex sloučeniny 3 s Cu(OAc)2 byl dále testován jako enantioselektivní katalyzátor asymetrické Henryho reakce aldehydů s nitromethanem. Ve srovnání s vysoce enantioselektivními měďnatými komplexy analogických ligandů - 2-(imidazol-2- yl)imidazolidin-4-onů - vykazoval studovaný komplex nižší enantioselektivitu, která se pohybovala v závislosti na výchozím aldehydu v rozmezí 37-58 % ee. Důvodem této snížené enantioselektivity je pravděpodobně přítomnost pouze jednoho stereogenního centra ve struktuře ligandu 3, na rozdíl od dříve studovaných imidazolidin-4-onových ligandů.

Abstract:

This thesis describes the preparation of (S)-2-(pyrrolidin-2-yl)imidazole (3) from (S)-(N-Cbz-pyrrolidin-2-yl)methanol. The synthesis consists of reaction sequence, in which the starting (S)-(N-Cbz-pyrrolidin-2-yl)methanol was transformed via Swern oxidation to (S)-NCbz-pyrrolidine-2-carbaldehyde (1) in 75% yield. Subsequently, the "Debus-Radziszewski imidazole synthesis" was performed with the compound 1 to give (S)-(N-Cbz-pyrrolidine-2-yl)imidazole (2) in yield of 48 %. The final step was cleavage of Cbz- protecting group using hydrogenolysis to afford target (S)-2-(pyrrolidin-2-yl)imidazole (3). Further, (S)-2-(pyrrolidin2-yl)imidazole (3) was studied as an enantioselective organocatalyst in two model asymmetric reactions, i.e. aldol reaction of several aromatic aldehydes with ketones and Michael addition of cyclohexanone to -nitrostyrene. Both reactions are based on formation of reactive enamine intermediate from a starting compound and catalyst 3. Unfortunately, only poor enantioselectivity (~40 % ee) was observed in the asymmetric Michael addition. On the other hand, the asymmetric aldol reactions were performed with high enantioselectivity (up to 91 % ee) under optimized reaction conditions. The complex of the compound 3 with copper(II) acetate was tested as enantioselective catalyst for asymmetric Henry reaction of aldehydes with nitromethane. In comparison with highly enantioselective copper(II) complexes of analogical ligands - 2-(imidazol-2-yl)imidazolidine-4-ones - the tested copper(II) complex of the ligand 3 exhibited lower enantioselectivity in range of 37-58 % ee. The enantioselectivity varied with the type of used aldehyde. The observed lower enantioselectivity can be the most likely explained by the presence of only single stereogenous centre in the structure of ligand 3, compared with the structure of those previously studied ligands derived from imidazolidine-4- ones

Keywords

Asymetrická Henryho reakce, Asymetrická aldolizace, Enantioselektivní organokatalýza, Deriváty L-prolinu, Deriváty imidazolu

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2022

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Pavel Drabina, Ph.D.

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Master programme / field:
Chemistry / Organic Chemistry