doctoralThesis
Síntese assistida por micro-ondas de derivados de pirróis N-substituídos e estudos da reação de Reformatisky mediada por zinco metálico via mecanoquímica
Autor
SOUZA, Thiago Muniz de
Institución
Resumen
O desenvolvimento de reações e processos químicos sustentáveis tanto em relação as matérias-primas e produtos gerados quanto do ponto de vista energético é importante para a química orgânica no âmbito acadêmico e industrial. A busca por métodos de síntese livres de solventes ou que utilizem solventes verdes tem incluído técnicas como: micro-ondas, ultrassom e mecanoquímica, que têm demonstrado potencial na redução de resíduos, bem como eficiência energética. Nesse contexto, foi desenvolvida a síntese assistida por micro-ondas de pirróis N- substituídos em água, cujos melhores resultados foram obtidos com 1 hora de reação, 100 W e 80 °C para aminas primárias e cis-1,4-diclorobuteno na presença de carbonato de potássio, iodeto de potássio e 50% mol de iodo molecular. A reação apresentou rendimentos entre 75% e 90% para uma variedade de aminas, aromáticas e alifáticas, com exceção de anilinas contendo grupos fortemente retiradores de elétrons. Os pirróis N-substituídos são obtidos via oxidação branda do intermediário 2,5-dihidro-1H-pirrol com KI/I₂ na presença de oxigênio do ar. O método permitiu a formação seletiva do pirrol ou do 2,5-dihidro-1H-pirrol através da adição de um agente oxidante (KI/I₂) ou de um redutor (Na₂SO₃). A reação de Reformatsky mediada por zinco metálico com diferentes α-bromo ésteres e aldeídos via mecanoquímica apresentou como melhores condições: frequência de 25 Hz, utilização de jarro do tipo eppendorf de 2 mL com esferas de aço de 3 mm, ou jarro de teflon de 10 mL com esfera de aço de 10 mm, sem uso de auxiliar de moagem ou aditivos. O tipo e o número de esferas utilizados influenciaram de forma significativa no tempo reacional. No método desenvolvido a reação de 2-bromo-2-metilpropanoato de etila, 2-bromopropanoato de etila e bromoacetato de etila com diferentes aldeídos aromáticos e alifáticos apresentou rendimentos de bons a excelentes (76-98%), com exceção do 3-hidróxi-benzaldeído (40%). O método mecanoquímico para a reação com 2-bromopropanoato de etila, apesar de gerar ótimos rendimentos, não apresentou diastereosseletividade anti/syn. O uso de iniciadores e inibidores radicalares, como o peróxido de benzoíla e o 2,6-di-t-butil-4-metilfenol (BHT), não influenciaram significativamente nos rendimentos da reação para os diferentes bromo-ésteres utilizados. A moagem assistida por solvente (LAG) utilizando água ou soluções-tampão desfavoreceu a formação dos β-hidróxi-ésteres, sendo observada praticamente a supressão da reação para o bromoacetato de etila e 2-bromopropanoato de etila. Esses resultados corroboram a proposta de um mecanismo envolvendo uma espécie organometálica. CNPq The development of sustainable chemical reactions and processes regarding the nature of starting materials and products as well as the energy efficiency is especially important at laboratory and industrial manufacturing level. The search for solvent-free or green solvent synthetic methods has included techniques such as: microwave, ultrasound and mechanochemistry, which have demonstrated potential in waste reduction as well as energy efficiency. In this context, the microwave-assisted synthesis of N-substituted pyrroles in water was developed, with the best results being 1 hour, 100 W and 80 °C for primary amines with cis-1,4-dichlorobutene in the presence of potassium carbonate, potassium iodide and 50 mol% of molecular iodine. The reaction showed yields in the range of 75-90% for a variety of aromatic and aliphatic amines, with the exception of anilines substituted with strong electron-withdrawing groups. N-Substituted pyrroles were obtained via mild oxidation of the intermediate 2,5-dihydro-1H-pyrrole with KI/I₂ in the presence of oxygen from air. The method allows the selective formation of pyrrole or 2,5-dihydro-1H-pyrrole by adding a mild oxidizing (KI/I₂) or reducing agent (Na₂SO₃). The Reformatsky reaction mediated by metallic zinc with different α-Bromo esters and aldehydes via mechanochemistry presented the best conditions: frequency of 25 Hz, use of 2 mL Eppendorf-type jar with 3 mm stainless steel balls, or 10 mL Teflon jar with 10 mm stainless steel ball, without the need of auxiliary grinding or additives. The nature and number of balls had a significant influence on the reaction times. The method developed for ethyl 2-bromo-2-methylpropanoate, ethyl 2-bromopropanoate and ethyl bromoacetate with different aromatic and aliphatic aldehydes presented good to excellent yields (76-98%), except for 3-hydroxy -benzaldehyde (40%). The mechanochemical method for the reaction between ethyl 2-bromopropanoate, did not show anti/syn diastereoselectivity, despite the β-hydroxyesters being obtained in excellent yields. The use of radical initiator and inhibitor, such as benzoyl peroxide and 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol (BHT), did not influence significantly the reaction yields for the different Bromo-esters used. Solvent-assisted milling (LAG) using water or buffer solutions did not favor the formation of β-hydroxy esters, in fact it practically suppressed the reaction for ethyl bromoacetate and ethyl 2-bromopropanoate. These results corroborate the proposal of a mechanism involving an organometallic species.