Rota sintética alternativa à clássica

A fim de simplificar a rota sintética e deixá-la mais seletiva e viável buscou-se reações que partissem de substratos mais simples. Os trabalhos de Chen e colaboradores exemplificam a produção do 2,4-diidroxi-6-metil benzoato de etila usando o acetoacetato de etila (composto 59) como matéria de partida. Para proceder a reação emprega-se um equivalente de hidreto de sódio e 0,9 equivalente de n-BuLi. Nestas condições o aceto acetato duplamente desprotonado é capaz de reagir com o 0,1 eq. mono desprotonado, levando a formação do 3,5,7-triceto éster que sofre ciclização com a perda de uma molécula de água (Esquema 16). (HOWARTH et. al., 1969; ISMAILOV et. al., 2017; CHEN et al., 2014). A condensação do acetato de etila em meio básico foi realizada e o produto esperado foi isolado com sucesso, obtendo-se neste estudo do modelo 60% de rendimento.

1 2 O 3 4 O O 1 6 5 4 3 2 OH O OH 11 i) NaH II) n-BuLi  O 59 61 O O O O O O ₁ 2 O 3 4 O 5 6 O 7 8 O O 60

Esquema 16: Condições empregadas para a autocondensação do acetoacetato de etila produzindo o resorcilato de etila.

O orcilato de etila (composto 61) é um éster orgânico com o anel aromático tetrasubstituído, espera-se para seu padrão de acoplamento a presença de dois hidrogênios aromáticos, cada um deles com uma constante de acoplamento há quatro ligações de distância de aproximadamente 2 Hz. Espera-se também um singleto por volta de 2,5 ppm para a metila ligada ao anel aromático e os sinais clássicos da etoxila, um pouco deslocada por ser um éster aromático. Em seu fragmentograma o éster orcílico apresenta seu íon molecular com razão massa caga de 196, o íon com razão m/z igual a 151 que é produzido a partir da perda da etoxila, em seguida este pela perda de um H este íon produz o sinal de maior intensidade e razão m/z igual a 150. A perda da acetila pode levar a um rearranjo na estrutura, que produz o íon tropílio correspondente com razão m/z igual a 122.

Desta forma passou-se a realizar análises retrossintéticas do produto desejado de forma a desmembrá-lo em um policetídeo intermediário e assim tentarmos sua aromatização. A partir deste estudo passou-se a investigar a reação de prenilação do acetoacetato (composto 59) em sua posição 4. A reação de prenilação foi realizada com sucesso utilizando hidreto de sódio na primeira desprotonação do substrato e n-butilítio na segunda desprotonação (Figura 8). A alquilação subsequente ocorre no carbono primário, pois este é o que possui a maior concentração de carga, coeficiente no HOMO da molécula, além de ser o que possui o menor impedimento estéreo. Obtivemos um rendimento de 80% para esta reação, que é um valor semelhante ao descrito na literatura. (RESEK, 2008; CHEN et. al., 2003).

4 3 O 2 1 O O i) NaH ii) n-BuLi

iii) Brometo de Prenila

4 3 O 2 1 O O 5 6 7 8 THF 0°C 59 62

Figura 8: Prenilação do acetoacetato utilizando NaH e n-BuLi.

Para confirmar a alquilação do aceto acetato em sua posição 4, o foi obtido o espectro de ¹H do produto isolado. Para isso, observou-se além do padrão de acoplamento entre os hidrogênios a razão ente o hidrogênio alílico e os hidrogênios da posição 2 do substrato. Se houvesse a alquilação desta posição a razão 1:2 deveria ser alterada e indicaria alteração estrutural. O 7-metil-3-oxo-6-octenoato possui um singleto de integral 2 por volta de 3,5 ppm, o singleto que integraria para três e estava por volta de 2 ppm no aceto acetato de etila, no produto apresenta-se como um tripleto. Este é um forte indício da produção do composto desejado. As duas metilas do 1-bromo-3-metil-2-buteno estão separadas por volta de 1,6 ppm e não alteram seu padrão de acoplamento ou seu deslocamento. Entretanto, o carbono 1, no qual o bromo estava ligado, no produto apresenta-se como um quarteto devido ao acoplamento com o CH2 e o CH vizinhos e reduz seu deslocamento químico devido a mudança de ambiente químico. Em CG/EM o composto apresenta o íon molecular com m/z igual a 198, o segundo íon é o da perda da etoxila e possui m/z igual a 153. Por ser um composto com poucas insaturações e heteroátomos os íons supracitados possuem baixa intensidade.

A ideia inicial seria realizar a condensação do 7-metil-3-oxo-6-octenoato de etila (composto 62) com o acetoacetato de etila. Entretanto, com o emprego das condições de condensação seria possível a obtenção de, pelo menos, quatro produtos diferentes a partir da simples combinação estatística entre os reagentes (Figura 9).

4 3 O 2 1 O O 1 6 5 4 3 2 OH O OH i) NaH II) n-BuLi  O 59 8 7 6 5 4 3 2 O 1 _O O 1 6 5 4 3 2 OH O OH O 1 6 5 4 3 2 OH O OH O 1 6 5 4 3 2 OH O OH O 63 64 ₆₅

Figura 9: Possíveis produtos a serem obtidos com a aplicação das condições de condensação entre dois -cetoésteres diferentes.

A fim de obter uma e uma reação com maior especificidade e mais limpa iniciou-se o estudo das reações entre o acetoacetato e crotonatos de etila. O primeiro a ser estudado foi o 3-etóxi-2-butenoato de etila. Isso visava modificar a reatividade dos reagentes e predispô-los a reagirem de forma específica. Desta forma, ao realizar a reação entre o 3-etóxi-2-butenoato de etila (composto 66) e o acetoacetato de etila (composto 59) em meio básico, esperava-se obter o produto de adição de Michael seguida da eliminação do grupo etóxido (Figura 10). Assim, estar-se-ia apto a submeter o policetídeo ramificado nas condições especificas de produção do 2,4-diidroxi-6-metil-benzoato de etila. Para confirmar a identidade do produto foram realizados ensaios de espectrometria de RMN ¹H e ¹³C. Diferenças significativas entre o espectro de ¹H do 3-etóxi-2-butenoato de etila e seu percussor eram esperadas. A formação da dupla ligação entre o carbono 2-3 do aceto acetato e a modificação do grupo na posição 3 faz com que no espectro de ¹H do produto esteja ausente os dois hidrogênios por volta de 3,5 ppm e como resultado ele apresenta um sinal de hidrogênio alílico e um sinal extra de etoxila. O espectro de RMN ¹³C também é alterado pela reação, o sinal do carbono 3 onde antes possuía uma carbonila e no espectro de ¹³C estaria por volta de 200 ppm no produto o seu sinal apresenta-se por volta de 160 ppm, concordando com os valores de carbono alílico ligado a átomos eletronegativos (Figura 10). Em seu CG/EM é observado o íon molecular com m/z igual 158, e o resultante da perda de uma de suas etoxilas com m/z igual a 113.

Para a obtenção do enol éter primeiramente foi sintetizado o cetal etílico do acetoacetato. Para a produção deste substrato foi utilizado ortoformiato de etila em etanol na presença de ácido p-toluenossulfônico em quantidades catalíticas. O solvente foi evaporado e

o produto destilado à pressão reduzida. O produto purificado, por sua vez foi dissolvido em THF e adicionado NaH para a produção do enol éter.

A reação modelo de condensação entre o acetoacetato de etila o 3-etóxi-2-butenoato de etila (composto 66) foi realizada em tanto em solventes apróticos quanto próticos, com o uso de diversos tipos de base. O produto obtido em todos os casos foi o mesmo, o de ataque do oxigênio do acetoacetato à posição três do 3-etóxi-2-butenoato de etila, levando a formação de uma espécie de dímero do acetoacetato (Figura 10).

4 3 O 2 1 O O 59 4 3 O 2 1 _O O 66 O O O O O 67

Figura 10: Produto obtido da reação entre o aceto acetato de etila e 3-etóxi-2-butenoato de etila em meio aprótico e meio prótico.

Ao realizar a reação entre o aceto acetato e a 3-etóxi-crotonato de etila esperava-se obter um composto tricarbonilado. Este composto teria no mínimo duas etoxilas, duas metilas um hidrogênio alílico. Entretanto, o espectro do produto obtido indicava a presença de uma etoxila, um hidrogênio alílico e uma metila. Para complementar a caracterização do produto obtido foi realizado o espectro de ¹³C, o qual indicou uma estrutura semelhante ao do enol éter apresentando dois carbonos por volta de 170 ppm. Um deles sendo o carbono carbonílico da função éster e o outro provavelmente o carbono 3 da estrutura do enol éter, que estava agora modificado. Por último, os dados do CG/EM não indicaram a presença de um íon molecular, e o principal fragmento observado possuía a m/z igual a 129. Uma análise deste conjunto de dados sugeriu uma estrutura simétrica que contemplaria todas as observações.

Era esperado que o ataque fosse realizado pelo carbono da posição 2 do acetato de etila, e não pelo oxigênio. O enol éter (eletrófilo), por causa da deslocalização dos pares de elétrons não ligantes do oxigênio no sistema π do 3-etóxi-2-butenoato de etila, interfere na contribuição de cada um dos carbonos para o LUMO. Desta forma, este grupo faz com que a reação entre o acetoacetato de etila mono desprotonado o 3-etóxi-2-butenoato de etila seja governada principalmente pelas cargas eletrostáticas.

Para reduzir a deslocalização dos elétrons do oxigênio no sistema do crotonato buscou-se empregar um grupo que pudesse competir pela ressonância dos elétrons e ao mesmo tempo possuísse pKa menor que o etóxido. Dentre as alternativas possíveis, foi escolhido e empregado um 3-tosilcrotonato ao invés de um 3-alcoxicrotonato, para tentar permitir o ataque de Michael de forma mais eficiente. A metodologia utilizada para a síntese do 3-tosilcrotonato foi a desenvolvida por Nakatsuji e colaboradores (NAKATSUJI et al, 2005) e utiliza o N-metilimidazol como catalisador nucleofílico (Esquema 17). Esta abordagem permite a obtenção do produto tosilado com 90% de rendimento.

Esquema 17: Esquema reacional para a formação do 3-tosilcrotonato de etila.

O espectro do 3-tosilcrotonato de etila possui um hidrogênio alilico em 5,74, seus hidrogênios aromáticos estão em 7,83 e 7,39 ppm com acoplamento de 8,3 Hz. Os hidrogênios da metila aromática possuem deslocamento químico semelhante aos hidrogênios do carbono 4 do crotonato. No espectro de carbono para o 3-tosilcrotonato de etila, os carbonos com maior deslocamento químico são o do carbono carbonilico do crotonato e o do carbono da posição 3 onde está ligado ao grupo tosil. Em relação aos carbonos aromáticos dois deles se mostraram mais deslocados e com menor intensidade, este é o carbono que está ligado ao enxofre e o carbono quaternário na posição para ao primeiro. Quanto ao fragmentograma do 3-tosil-crotonato de etila, ele não apresenta íon molecular, apresentando o íon de máxima intensidade com m/z 155 relacionado com o rompimento da ligação entre o tosil e o crotonato.

Se compararmos os espectros de RMN de ¹H do 3-etóxi-2-butenoato de etila e o 3-tosilcrotonato de etila é possível observar uma mudança no deslocamento químico do hidrogênio alilico da posição 2. Enquanto que no enol éter o deslocamento químico do hidrogênio alilico é 4,96 ppm, no 3-tosil crotonato de etila o hidrogênio correspondente possui deslocamento químico de 5,74 ppm. Este fato ilustra como a natureza do substituinte

da posição 3 é capaz de influenciar a densidade eletrônica do sistema π dos crotonatos em questão. A etoxila possui uma capacidade de deslocalizar seus pares de elétrons não ligantes de uma forma muito mais eficiente em comparação ao grupo tosil.

A próxima etapa foi realizar a reação entre o aceto acetato de etila e o 3-tosilcrotonato de etila. A adição de Michael seguida da eliminação do ácido p-toluenossulfônico, ocorreu com sucesso, formando o composto tricarbonilado esperado. Entretanto, este último possui um hidrogênio ácido que é abstraído pelo meio básico aplicado. A formação da espécie desprotonada leva à formação da 4,6-dimetil-5-carboxi etil-2-pirona. Isso ocorre com o ataque do enolato gerado à carbonila do éster a 5 ligações de distância. A formação da 2-pirona é impulsionada pelo aumento de entropia do sistema, uma vez que uma molécula de etanol é eliminada (Esquema18). S O O O O O 70 O O O O O O O H 59 O O O O O 1 6 5 4 3 2 O O O 71 72

11Esquema 18: Mecanismo reacional simplificado para a produção da 2-pirona em condições básicas.

Por possuir um sistema cíclico conjugado, a 2-pirona tem o seu hidrogênio da posição 3 situado em um deslocamento químico de 6,0 ppm. Suas metilas nas posições 4 e 6 possuem deslocamento semelhantes, por volta de 2,20 ppm. Ela também possui um pequeno acoplamento entre os hidrogênios da metila da posição 4 com o hidrogênio da posição 2. Este fato alarga um pouco o sinal dos hidrogênios envolvidos. Um indício da produção da 2-pirona, e não do tricarbonilado esperado, é a observação de apenas uma etoxila no espectro de ¹H. O espectro de ¹³C reafirma a formação da 2-pirona: as duas carbonilas aparecem próximas em 165 e 164 ppm, juntamente com os carbonos 6 e 5 do anel em 160 e 154 ppm respectivamente. Os carbonos 3 e 4 aparecem em 111 e 113 ppm. Em concordância com os espectros de H o carbono apresenta apenas 10 carbonos. Para finalizar, foi realizado o CG/EM da 2-pirona e ela apresentou o íon molecular com m/z igual a 196. O próximo íon possui m/z

igual a 168 e é resultado da perda de um C=O presente na posição 2 da molécula (Figura 12). Isso corrobora a formação da 2-pirona, uma vez que o tricarbonilado perderia preferencialmente uma carboxila ou um grupo acetila, e dificilmente produziria um íon com tal massa. O pico base possui m/z igual a 151 e é devido a perda da etoxila.

Figura 12: Fragmentações observadas na 2-piranona.

Tentativas de impedir a ciclização do composto tricarbonilado a 2-pirona correspondente foram realizadas. Em suma, elas envolveram a aplicação de um metal oxofílico na intenção de restringir a conformação do -cetoéster pela formação de um complexo do tipo acac e impedir o ataque do oxigênio a carbonila. Apesar disso, esta abordagem não foi efetiva. Isso se deve, provavelmente, à aplicação de aquecimento para a realização da adição de Michael.

Logo, buscou-se entender a reatividade do mesmo e da reação de formação da 2-pirona. Quando é empregado isopropóxido de alumínio na reação de Michel ou algum cloreto de metal oxofílico os rendimentos da reação são reduzidos podendo deixar de acontecer a temperaturas mais baixas. no emprego de uma quantidade de base maior não altera o equilíbrio da reação e o principal produto é a 2-pirona correspondente.

Desta forma iniciaram-se as tentativas de isomerização da 2-pirona ao éster orcílico correspondente. A busca inicial foi realizada utilizando-se meios de etanol/etóxido de sódio, uma vez que, compostos semelhantes são isomerizados com a aplicação destas condições (HARRIS & WACHIJZR, 1970; SCOTT, GUILFRD & SKINGLE, 1971; HANSEN & FROST, 2002). Entretanto, o principal produto obtido destas reações, em diversas condições testadas, é o produto de desacetilação do composto tricarbonilado e a formação do 3-metil 2- pentenedioato de dietila (Esquema 19). Foram aplicadas várias condições inclusive o emprego de metais oxofílicos, Mg, Al, Zn para impedir a formação dos produtos de degradação. Assim

como na abordagem anterior, buscava-se estabilizar o composto tricarbonilado pela formação do complexo entre este último e o metal. A aplicação de alcóxido de lítio, sódio ou potássio em solvente aprótico, neste caso THF, leva a resultados semelhantes. A variação da temperatura de adição da piranona e/ou da solução de alcóxido não influenciou nos produtos obtidos. As adições foram realizadas a temperatura ambiente, 0°C e -78°C.

O 1 6 5 4 3 2 O O O 72 O O O O O O O O O O O O O O O O O O O 5 O 4 3 2 1 O O 71 73 O O

Esquema 19: Esquema reacional da tentativa de isomerização da 2-pirona e o produto obtido

A reação de deacetilação produz dois isômeros que se diferenciam pela geometria da dupla ligação e não são separáveis por coluna cromatográfica normal. Seus hidrogênios alílicos possuem deslocamento químico próximo a 6 ppm, indicando um sistema conjugado a uma carbonila ou um sistema retirador de densidade eletrônica. Seus hidrogênios estão duplicados, apresentando os sinais da etoxila alargados. A integração do sinal entre a etoxila e os hidrogênios alílicos indica haver uma proporção de 2:1, ou seja, para cada molécula há dois ésteres. O espectro de carbono corrobora com estes dados apresentando sinais duplicados, apesar da sua baixa intensidade. O CG/EM não apresenta o íon molecular, mas apresenta um íon oriundo da perda de uma etoxila com razão massa carga igual a 155, com a posterior perda de um H gera o fragmento de m/z igual a 154. Ele também apresenta um sinal com m/z 127 devido à perda de uma carboxila (Figura 13).

O O O O Chemical Formula: C3H5O2• Exact Mass: 73,03 Chemical Formula: C7H11O2+ Exact Mass: 127,08

Figura 13: Fragmentação do diéster para a formação do íon de m/z igual a 127

A estratégia de isomerização foi alterada focando-se na obtenção da amida do tricaboxilado, produzida pelo ataque de uma amina secundária ao anel da 2-pirona. Para isso foi empregado a morfolina. A primeira condição testada utilizou morfolina como solvente e o sistema foi aquecido até refluxo. O produto majoritário isolado foi o 2-acetil-3-metil-2- butenoato de etila, produto de descarboxilação da amida formada (Figura 14).

Figura 14: Esquema reacional aplicado para a produção da amida e o produto obtido. Nesta figura esta omitido os equilíbrios de prototropismo.

Este é um forte indício da formação do composto tricarbonilado. Para a formação do 2-acetil-3-metil-2-butenoato de etila primeiramente a 4,6-dimetil-5-carboxi etil-2-pirona deve sofrer um ataque na posição 2 e passar por uma espécie aberta. Esta espécie agora pode perder a carboxila por dois mecanismos. Um deles é pelo ataque de uma segunda molécula de morfolina à espécie aberta, liberando o ânion do 2-acetil-3-metil-2-butenoato de etila e a

N,N’-carbonildimorfolina (Figura 14, caminho a)). O segundo é pela liberação espontânea do

ânion do 2-acetil-3-metil-2-butenoato de etila e a formação do cátion N-formilacílio, que sofre, em seguida, ataque de uma molécula de morfolina formando a

O produto de descarboxilação da 2-pirona foi caracterizado via espectro de RMN de ¹H e ¹³C. Seu espectro de Hidrogênio apresenta três metilas em 2,28, 2,08 e em 1,94 ppm. A integração de seus sinais é para três se considerarmos o sinal do CH2 da etoxila como referência. O espectro não apresenta nenhum padrão de acoplamento ou hidrogênios alílicos. Com a realização do espectro de carbono, pode-se comprovar que a molécula possui nove carbonos duas carbonilas, uma de ester 165 ppm e uma outra de cetona 200 ppm. Além disso, é possível observar dois carbonos alílicos, indicando que este sistema é tetrassubstituído. Seu fragmentograma apresenta o íon molecular com m/z igual a 170, os próximos íons estão relacionados a perdas de 1 metila e do CH2CH3 da etoxila com razão massa carga igual a 155 e 141, respectivamente. Seu íon de maior intensidade está relacionado a um rearranjo intramolecular e apresenta razão massa carga igual a 96 (Figura 15).

Figura 15: Mecanismo proposto para a fragmentação do para o íon de maior intensidade.

Desta forma, testaram-se condições mais brandas de reação a fim de obter a amida do tricaboxilado. Com um número menor de equivalentes de morfolina e temperaturas menores. Entretanto, majoritariamente, foi obtido o mesmo produto de descarboxilação do intermediário aberto.

Foi utilizado também para as mesmas condições a dietilamina e a 2-pirona mostrou-se não reativa. Este fato pode ser devido a dois fatores distintos: um deles é que a dietilamina possuir poder básico suficiente para desprotonar metila da posição 6 da 2-pirona, fazendo com que seu ataque à molécula fique prejudicado, ou então a dietilamina consegue atacar a 2-pirona, mas sendo ela básica o suficiente para desprotonar o intermediário formado estabelece-se um rápido e deslocado equilíbrio com a 2-pirona (Figura 16).

Figura 16: Equilíbrio e reações paralelas que podem ocorrer com a aplicação da dietilamina para a obtenção da amida.

A única condição na qual foi conseguido realizar a isomerização da 2-pirona foi o uso de LDA em THF, a -78°C, onde se obteve o orcilato de etila com 10% de rendimento. Outros produtos formados não são colunáveis, e possivelmente são advindos de reações de polimerização da 2-pirona.