Fotoodštěpitelné chránící skupiny založené na 2,5-dimethylfenacyl a 4-acetyl-2-nitrobenzyl chromoforech

Laxminarayana Kammari, Ph.D.

Doctoral thesis

Photoremovable Protecting Groups Based on 2,5-Dimethyl and 4-Acetyl-2-Nitrobenzyl Chromophores

Abstract:

Hlavním cílem předkládané disertace bylo přispět k rozvoji oblasti fotolabilních chránících skupin a jejich aplikací. Disertační práce zahrnuje dva projekty. První projekt byl zaměřen na vývoj vhodné fotolabilní chránící skupiny pro špatně odstupující skupiny, jakými jsou například aminy. Využili jsme 2,5-dimethylfenacylový chromofor (2,5-DMP), jehož fotochemické chování bylo v naší výzkumné skupině intenzívně studováno, k chránění aminů a aminokyselin ve formě karbamátů. Ozáření 2,5-DMP karbamátů vedlo k uvolnění příslušných aminů a aminokyselin. Reakce poskytovala vysoké chemické výtěžky (> 86 %) a probíhala s kvantovými výtěžky Φ = 0.04–0.09 v protických i aprotických rozpouštědlech. Fotochemická reakce vychází z velké části z tripletového excitovaného stavu a probíhá přes (E)-fotoenol v singletovém stavu. Doby života enolu v tripletovém stavu stejně jako u (E)- a (Z)-fotoenolů v základním stavu byly stanoveny pomocí laserové zábleskové spektroskopie. Primární fotochemická reakce vede k uvolnění karbamové kyseliny, která následně ztrácí oxid uhličitý za vzniku aminoskupinu obsahující sloučeniny. Bylo také pozorováno, že karbamáty, které jsou tepelně stálé, uvolňovaly aminy s velkým kvantovým výtěžkem ve směsi methanolu a kyseliny. Možnost selektivního a vzájemně orthogonálního uvolnění jedné z několika chránících skupin přítomných v molekule je velice žádanou vlastností chránících skupin. V druhém projektu jsme se zaměřili na přípravu nového fotolabilního linkeru 4-acetyl-2-nitrobenzylu (ANB), který obsahuje pouze jeden chromofor, ale může reagovat v závislosti na reakčních podmínkách jako 2-nitrobenzylová skupina nebo fenacylová skupina. Tato kombinace umožňuje selektivní a orthogonální uvolnění dvou různých substrátů. Fotolabilní linker ABN byl substituován acyloxy skupinami v benzylové i fenacylové pozici. Při ozáření látky docházelo k uvolňování karboxylátu poutaného jako benzyl-ester (1. krok), v přítomnosti dobrého donoru atomu vodíku v reakčním mediu docházelo k odštěpení karboxylové kyseliny z fenacylové pozice (2. krok). Štěpení esterů probíhalo s vysokými chemickými výtěžky, selektivně a orthogonálně.

Abstract:

The main goal of this dissertation is to contribute to the design, development and application of photoremovable protecting groups. This dissertation comprises of two main projects. The first project was intended to develop a suitable photoremovable protecting group for poor leaving groups such as amines. We employed the 2,5-dimethylphenacyl (DMP) moiety, which has been extensively studied in our group, to protect amines and amino acids. The amines and amino acids were protected as photoremovable 2,5-DMP carbamates. Upon irradiation, the 2,5-DMP carbamates released the corresponding amines and amino acids in high chemical yields (> 86%), with adequate quantum yields (Φ = 0.04–0.09) in either aprotic or protic solvents. The photoreaction proceeds mainly from a triplet excited state via the E-photoenol. The lifetimes of the triplet enol and E- and Z-enols in the ground state were determined with the aid of laser flash photolysis. The primary photoinitiated transformation liberated a carbamic acid, which subsequently decarboxylated to an amino group-containing compound. It is also found that the carbamates, while thermally stable, released amines with high quantum yields in acidic methanol. Selective and orthogonal release of a functional group is one of the major challenges in protecting group chemistry. In the second project, we designed a novel photoremovable monochromophoric linker (4-acetyl-2-nitrobenzyl; ANB) that combines the properties of two well-known photoremovable protecting groups (2-nitrobenzyl and phenacyl) in a single chromophore, which released two different functional groups selectively and orthogonally upon irradiation. The ANB moiety was substituted in both benzylic and phenacyl positions with carboxylic or alkoxy leaving groups. Upon irradiation it released the protected carboxylic or alkoxy functionality from benzylic position (Step 1) and in presence of H-atom donor released carboxylic acid from phenacyl position (Step 2) in high (overall) chemical yields (88-97%) selectively and orthogonally.

Keywords

Photoremovable protecting groups, DMP Carbamates, Photoenolization, Orthogonality, Orthogonal photocleavage, Linkers.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 11. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 6. 1. 2011
• Supervisor: prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D.
• Reader: Ing. Kamil Lang, CSc., Ing. Dr. Vladimír Církva, Ph.D., prof. RNDr. Jiří Mosinger, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Organic Chemistry