Tese
Preparação e utilização de amino catalisadores, derivados do glicerol e aminoácidos, em reações de formação de ligação carbono-carbono
Author
Pereira, Mathias Prado
Institutions
Abstract
This work describes the attempt to prepare amino molecular catalysts from
glycerol or D-mannitol and from natural amino acids. In addition, two ionic liquids
derived from the amino acid L-histidine and glycerol were prepared, which were used
together with their analogous (derivatives of L-valine, L-leucine, L-proline and Ltyrosine)
as catalysts in reactions of carbon-carbon bond formation. To facilitate the
discussion the catalysts were classified into three groups according to the nature of the
amine present in the amino acid residue: Group a: primary amines: ionic liquids derived
from L-valine, L-leucine and L-tyrosine; Group b: secondary amines: ionic liquids
derived from L-proline and Group c: ionic liquids derived from L-histidine containing a
primary amine and an imidazole ring.
The carbon-carbon bond formation reactions selected for this study were the
Morita-Baylis-Hillman reactions, aldol reaction and Michael reaction. These reactions
were chosen because they are already used as a "model" in the development of aminocatalysts
and because they have the spectroscopic characterization of their products well
described in the literature. Parameters such as the catalytic capacity of the catalyst,
enantio and diastereoselectivity of the products formed, the need to use other
compounds as additives and finally, by how many catalytic cycles the catalyst would
remain active.
The Morita-Baylis-Hillman reaction was performed between methyl vinyl
ketone and p-nitrobenzaldehyde. All ionic liquids were able to catalyze the reaction.
However, the reactions whith ionic liquids derived from primary amines only occurred
in the presence of imidazole, used as an additive. There is no other report in the
literature of Morita-Baylis-Hillman reactions catalyzed by primary amines.
Morita-Baylis-Hillman adducts were obtained in yields ranging from 36 to 89%
and as racemic mixture. The best results were obtained when the ionic liquids derived
from L-histidine were used as catalysts. The best reaction condition was used in the
reaction of methyl vinyl ketone and different substituted aldehydes. In addition, the
reaction mechanism was investigated by mass spectrometry coupled to capillary
electrophoresis when the ionic liquids derived from L-histidine were used as catalysts.
The aldol reaction was performed between cyclohexanone and pnitrobenzaldehyde.
Again, all ionic liquids were able to catalyze the reaction. However,
the best results were obtained when the ionic liquids derived from L-proline were used
as catalysts. In this condition, the aldol addition product was obtained in 92% yield,
diastereoisomeric ratio 1:4 (syn:anti) and enantiomeric excess 28:85% (syn:anti).
The Michael reaction was performed between cyclohexanone, or propanone, and
β-nitrostyrene. In this reaction, only the ionic liquids derived from L-proline were able
to catalyze the reaction. The Michael adduct was obtained in good yield and
diastereoisomeric ratio of 19:1 (syn:anti). Este trabalho descreve a preparação de líquidos iônicos e de compostos
moleculares derivados do glicerol, do D-manitol e de aminoácidos naturais, que serão
utilizados como amino catalisadores. Foram preparados dois líquidos iônicos derivados
do aminoácido L-histidina e do glicerol, os quais foram empregados, juntamente com
seus análogos (derivados da L-valina, L-leucina, L-prolina e da L-tirosina) como
catalisadores em reações de formação de ligação carbono-carbono. Para facilitar a
discussão, os catalisadores foram classificados em três grupos em função da natureza da
amina presente no resíduo de aminoácido: Grupo a: aminas primárias: líquidos iônicos
derivados da L-valina, L-leucina e L-tirosina; Grupo b: aminas secundárias: líquidos
iônicos derivados da L-prolina e Grupo c: líquidos iônicos derivados da L-histidina que
contém uma amina primária e um anel imidazólico.
As reações de formação carbono-carbono selecionadas para este estudo foram as
reações de Morita-Baylis-Hillman, reação aldólica e reação de Michael. Estas reações
foram escolhidas por já serem uttilizadas como “modelo” no desenvolvimento de amino
catalisadores e por possuírem a caracterização espectroscópica de seus produtos bem
descrita na literatura. Foram avaliados parâmetros como a capacidade catalítica do
catalisador, enantio e diastereosseletividade dos produtos formados, a necessidade ou
não de se utilizar outros compostos como aditivos e por fim, o numero de ciclos que o
catalisador permanece ativo.
A reação de Morita-Baylis-Hillman foi realizada entre a metil vinil cetona e o pnitrobenzaldeído.
Todos os líquidos iônicos foram capazes de catalisar a reação. No
entanto, as reações onde foram empregados líquidos iônicos derivados de aminas
primárias só ocorreram na presença de imidazol, utilizado como aditivo. Não há outro
relato na literatura de reações de Morita-Baylis-Hillman catalisadas por aminas
primárias.
Os adutos de Morita-Baylis-Hillman foram obtidos em rendimentos que
variaram de 26 a 89% e na forma de mistura racêmica. Os melhores resultados foram
obtidos quando os líquidos iônicos derivados da L-histidina foram empregados como
catalisadores. A melhor condição reacional foi utilizada na reação da metil vinil cetona
e diferentes aldeídos substituídos. Somado a isto, foi investigado, por espectrometria de
massas acoplada à eletroforese capilar, o mecanismo de reação quando os líquidos
iônicos derivados da L-histidina foram utilizados como catalisador.
A reação aldólica foi realizada entre a cicloexanona e o p-nitrobenzaldeido.
Novamente, todos os líquidos iônicos foram capazes de catalisar a reação. No entanto,
os melhores resultados foram obtidos quando os líquidos iônicos derivado da L-prolina
foram utilizados como catalisadores. Nesta condição, o produto de adição aldólica foi
obtido com 92% de rendimento, razão diastereoisomérica de 1:4 (syn:anti) e excesso
enantiomérico de 28:85% (syn:anti).
A reação de Michael foi realizada entre a cicloexanona, ou propanona, e o β-
nitroestireno. Nesta reação, apenas os líquidos iônicos derivados da L-prolina foram
capazes de catalisar a reação. O aduto de Michael foi obtido com bom rendimento na
razão diastereoisomérica de 19:1 (syn:anti).