Synteza cyjanoazyrydyn drogą cyklizacji N-chloro-β

Synteza cyjanoazyrydyn drogą cyklizacji N-chloro-β-cyjanoetyloamin
Praca magisterska wykonana w Instytucie Chemii Organicznej PAN
Karolina Bobryk
Promotor: dr Jolanta Jaroszewska-Manaj
Opiekun: prof. dr hab. Mieczysław Mąkosza
Wstęp:
Azyrydyny są ważną klasą związków szeroko używanych jako produkty
pośrednie w syntezie aminokwasów, aminoalkoholi i wieloetapowej syntezie
farmaceutyków i związków naturalnych. Ze względu na możliwość
wykorzystania azyrydyn w syntezach nowych produktów, w szczególności
optycznie czynnych, w dalszym ciągu obszar badań nad poszukiwaniem nowych
metod syntezy układów azyrydynowych stanowi zainteresowanie wielu grup
badawczych na świecie.
Poszukując nowych dróg syntezy pierścienia azyrydyn wykorzystano analogię
wewnątrzcząsteczkowej cyklizacji γ-halokarboanionów prowadzącej do
powstania cyklopropanów. γ-węgiel został zastąpiony ugrupowaniem
aminowym, dzięki czemu w wyniku cyklizacji otrzymujemy azyrydyny.
Wykorzystując tę metodologię syntezowano szereg cyjanoazyrydyn.
Badania własne:
Badania nad cyklizacją N-chloroetyloamin drugorzędowych posiadających
grupę elektronoakceptorową przy węglu β były prowadzone przez Zespół XXIII
w IChO PAN. Dotychczasowo zsyntetyzowano prekursory posiadające grupy
sulfonową i estrową jako EWG. Dlatego następnym krokiem tych badań była
synteza prekursorów posiadających grupę cyjanową, która pełni funkcję
stabilizatora karboanionu powstającego podczas cyklizacji.
Celem mojej pracy było otrzymanie szeregu azyrydyn, które jako grupę
elektronoakceptorową posiadałyby grupę cyjanową. Na początku moich badań
należało zsyntetyzować prekursory, którymi były β-cyjanoetyloaminy, a
następnie przeprowadzić reakcję ich N-chlorowania.
1) Synteza prekursorów:
Badania rozpoczęłam od syntezy szeregu β-cyjanoetyloamin, które
otrzymywałam na drodze addycji akceptora Michaela, jakim jest akrylonitryl, do
amin pierwszorzędowych. Reakcja była prowadzona według przedstawionego
schematu:
R
NH 2 +
CN
EtO H
R
H
R
N
Schemat 1
Cl
Otrzymane azyrydyny:
CN
3) Cyklizacja N-chloro-β-cyjanoetyloamin:
N
CN
+
temp
OK
THF
N
N
56%
CN
N
Cl
CN
N
Na początku tej części badań przeprowadziłam szereg
eksperymentów, które miały na celu ustalenie optymalnych
warunków
reakcji.
Na
N-tert-butylo-N-chloro-3aminopropionitryl działałam roztworem tert-butanolanu
potasu w tetrahydrofuranie.
CN
73%
CN
N
73%
59%
W trakcie przeprowadzonych eksperymentów okazało się, że w przypadku
podstawnika benzylowego i podstawnika α-metylobenzylowego zachodzi
reakcja β-eliminacji z wytworzeniem iminy.
Schemat 3
Reakcję prowadziłam przez godzinę. Czynnikiem zmiennym
była temperatura. Po godzinie sprawdzałam zawartość
procentową produktu głównego i ubocznego za pomocą
chromatografu gazowego. Poniższa tabela przedstawia
otrzymane wyniki:
Otrzymane iminy:
N
CN
Tabela 1. Wyniki
optymalizacji cyklizacji
Tabela 1
Nr
Temperatura
1
od 5 do 10ºC
2
od –10 do -15ºC
3
od –30 do -40ºC
4
od –50 do -55ºC
5
od – 60 do -65ºC
Azyrydyna
Odchlorowana
amina
Wydajność
N
80%
20%
44%
89%
11%
57%
86%
14%
60%
87%
13%
49%
90%
10%
57%
2) N-chlorowanie prekursorów:
Kolejnym etapem moich badań było przeprowadzenie N-chlorowania
otrzymanych wcześniej prekursorów. Poddawałam je działaniu kwasu
trichloroizourynowego w temperaturze 0°C przez 1h (Schemat 2).
Po wykonaniu optymalizacji przeprowadziłam cyklizacje na pozostałych
N-chloro-β-cyjanoetyloamin.
N
NC
Schemat 2
H
CN
R
T ClU
O E , 0°C
N
NC
CN
Podsumowanie:
Otrzymałam szereg cyjanoazyrydyn posiadających ugrupowania alkilowe
przy atomie azotu.
Reakcją konkurencyjną do wewnątrzcząsteczkowej cyklizacji jest reakcja
eliminacji.