Esquema 51- Avaliação do escopo reacional empregando-se o ligante livre 37
III. Resultados e discussão
3.1. Síntese dos ligantes piridina-oxazolina (PyOx)
A estratégia para a utilização dos ligantes piridina-oxazolina (PyOx) escolhidos é fundamentada na facilidade de modificação da porção metoxicarbonil (vermelho) dos mesmos, o que leva a essa porção a ser um sítio potencial de ancoragem dos ligantes PyOx sob as resinas de Merrifield e Wang (Esquema 18).
Esquema 18- Metodologia de ancoragem para os ligantes PyOx.
A rota sintética para a preparação dos ligantes PyOx foi baseada inicialmente na rota descrita por Oestreich e colaboradores.18 Entretanto, uma pequena mudança
foi realizada na reação de acoplamento. Com isso, foi utilizado EDC.HCl (cloridrato de 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)carbodiimida) ao invés de uma reação de amidação usando cloreto de oxalila (Esquema 19).
Esquema 19- Primeira abordagem para a síntese do ligante 56.
A escolha do composto 31 como material de partida é justificada pelo fato deste apresentar dois grupos carboxílicos que podem ser diferenciados. A posição 2 do anel foi dirigida na formação da oxazolina, por sua vez, a posição 5 para ancoragem sob as resinas de Merrifield e Wang (Figura 5-A). A proposta sintética iniciou-se com uma reação de diesterificação de Fischer do composto 31 catalisada por ácido sulfúrico em metanol. O mecanismo da esterificação começa com a protonação do grupo carbonila do ácido carboxílico deixando esse carbono mais eletrofílico e mais susceptível ao ataque nucleofílico do metanol, formando um intermediário tetraédrico (Esquema 20). Em seguida, tem-se a eliminação de uma molécula de água e a desprotonação do produto para a restituição do meio ácido. A alta temperatura e o uso de metanol em excesso favoreceram a formação do éster.
Os sinais dos simpletos no RMN de 1H em 3,96 ppm e 3,95 ppm (integrado
cada um para 3 hidrogênios) e, no espectro de RMN de 13C, 53,2 ppm e 52,8 ppm
caraterísticos de grupos carboximetil, evidenciaram a esterificação. (Figura 6).
Figura 6- Espectro de RMN de 1H do composto 32.
Subsequentemente, uma reação de hidrólise seletiva foi realizada sobre o composto 32 em meio básico. Este processo de hidrólise ocorre preferencialmente no grupo metoxicarbonil da posição mais eletrofílica (posição 2, relativa à piridina) devido a efeitos indutivos. 33 A hidrólise básica é desenvolvida sob um mecanismo de adição-
eliminação (Esquema 21). O mecanismo inicia-se com uma adição do íon hidróxido (OH-), o qual conduz a formação de um intermediário tetraédrico. Em seguida, ocorre
a eliminação do grupo MeO-, levando à formação do ácido carboxílico 33 no workup
em meio ácido.
Esquema 21- Mecanismo de hidrólise básica.
O desaparecimento de um dos singletos no espectro de RMN de 1H (3,96 ppm,
banda larga na região de 2000 cm-1 até 3000 cm-1, caraterística de ácidos carboxílicos
(referente ao estiramento OH do ácido carboxílico devido à dimerização do grupo funcional por ligações de hidrogênio) e o aparecimento de uma banda em 1692 cm-1
(referente à banda de estiramento da carbonila do grupo ácido carboxílico) no espectro no infravermelho evidenciaram a hidrólise.
Os rendimentos das duas primeiras reações foram similares para aqueles descritos na literatura (81% para a diesterificação e 85% para a hidrólise seletiva).15,18
Em seguida, uma reação de acoplamento entre o ácido 33 e o aminoálcool L-terc- leucinol usando EDC como agente de acoplamento e DMAP (N,N- dimetilaminopiridina) como catalisador e base foi realizado (Esquema 19). A reação de formação de amidas por acoplamento de ácidos carboxílicos e aminas utilizando carbodiimidas como agentes de acoplamento e EDC.HCl e DMAP como catalisados é bem descrito na literatura.
O mecanismo da etapa de acoplamento é mostrado no Esquema 22. Neste processo, inicialmente ocorre a ativação do ácido carboxílico com a carbodiimida a fim de formar o intermediário O-acilisouréia, que sofre o ataque do DMAP (usado para acelerar a reação) para formação de um cátion acilpiridínio o qual elimina a uréia. Na sequência, acontece a reação de adição do aminoálcool seguida da eliminação do DMAP levando à formação da β-hidroxamida desejada. Nota-se que a utilização de EDC facilita o processo reacional, uma vez que leva a formação de uma molécula de ureia com um agrupamento amino em sua estrutura, o qual facilita sua eliminação em meio ácido.
Esquema 22- Mecanismo de acoplamento usando carbodiimidas.
Finalmente, o tratamento de 36 com cloreto de tosila e DBU conduz a oxazolina 37 desejada. O mecanismo de ciclização de 36 para a formação da oxazolina 23 inicia- se com a ativação do grupo álcool para a formação de um tosilato, a partir de um mecanismo de adição-eliminação, a fim de convertê-lo em um melhor grupo de saída. A ciclização acontece por uma reação de substituição nucleofílica intramolecular do tosilato pelo grupo carbonila da amida, seguida da perda do hidrogênio N-H pela base DBU para formação da oxazolina (mecanismo proposto no Esquema 23).
Esquema 23- Mecanismo de ciclização intramolecular de oxazolinas: A) Formação do tosilato. B) Fechamento do anel.
Por fim, a hidrólise do grupo carboximetila da posição 5 com LiOH levou à formação do composto 56. Em geral, o ligante 56 foi sintetizado com um rendimento global de 18% em 6 etapas (Esquema 19).
Devido ao alto custo em se utilizar L-terc-leucinol (R$932,00/g), a otimização da síntese do ligante foi realizada utilizando como substituinte o L-fenilalaninol 58, o qual foi sintetizado a partir da redução da L-fenilalanina 57 disponível em nosso laboratório de pesquisa, segundo o procedimento para redução de aminoácidos34
(Esquema 24).
Esquema 24- Redução da L-fenilalanina.
Neste processo, a reação inicia-se com a redução do iodo molecular pelo borohidreto de sódio, o qual leva à formação de hidrogênio molecular e a formação de diborano in situ, que será utilizado como agente redutor do grupo ácido carboxílico do aminoálcool. Nota-se que a adição de iodo é realizada gota-a-gota para garantir a liberação controlada de calor e hidrogênio gasoso. Em seguida, a redução é realizada sob refluxo da mistura reacional por 20 h. Finalmente, o work up é realizado em meio
básico para a extração do aminoálcool 26 em 78% de rendimento. O mecanismo proposto para esta reação de redução é mostrado no Esquema 25. Desta maneira, a reação se inicia pela formação de borano in situ que será o agente redutor do grupo ácido. Na sequência, adição do ácido ao borano e a liberação de hidrogênio gasoso para a formação do esterborato pode, por sua vez, reagir com outras moléculas de ácido carboxílico. Uma serie de reações de hidroboração ocorrem devido ao ataque do grupo carbonílico do carboxilato ao ácido de Lewis BH3, seguida da migração de
hidreto ao carbono carbonílico, levando à formação do intermediário triborato, que depois de uma reação de hidrólise básica leva à formação do álcool desejado. A importância da hidrólise básica é que, além de hidrolisar o triborato, permite a liberação dos aminoálcoois que ficam complexados ao boro pelo oxigênio e nitrogênio.
Esquema 25- Mecanismo proposto para a redução de ácidos carboxílicos usando NaBH4 e I2.35
No espectro no infravermelho, a observação do desaparecimento da banda larga referente ao estiramento da ligação OH dimerizado do grupo COOH no espectro (2000 cm-1 até 3000 cm-1), e da banda de estiramento de grupo carbonila do
aminoácido (1650 cm-1 até 1700 cm-1) evidenciaram a redução do aminoácido. Por
sua vez, o carbono carbonílico caraterístico de aminoácidos não é observado no espectro de RMN de 13C, no entanto, a presença do sinal de metileno referente ao
ppm, evidenciaram a formação do aminoálcool 58 no espectro de RMN de 1H (Figura
7). O ângulo de rotação específica
Figura 7- Evidências espectrais para a formação do composto 58.
Koskinen e colaboradoresdescreveram uma rota sintética para produção de ligantes do tipo PyOx funcionalizados na posição 5 com o grupo metoxicarbonil a partir de 31 (6 etapas, 29% de rendimento).15 Entretanto, detalhes experimentais não são
descritos no trabalho. Assim, a β-hidroxiamida 34 foi preparada seguindo o mesmo procedimento empregado para 36 (Esquema 19). A etapa para formação da β- hidroxiamida 34 foi realizada usando DCC (diciclohexilcarbodiimida) como agente de acoplamento (Esquema 26). Para o DCC, o solvente utilizado foi diclorometano (DCM), o qual facilitou a etapa de work up devido à baixa solubilidade da ureia em DCM a frio.
Esquema 26- Reação de formação do β-hidroxiamida 34 usando DCC.
A formação das β-hidroxiamidas 34 e 36 foram verificadas pelas técnicas de caracterização de RMN de 1H e 13C e por espectroscopia no infravermelho. A presença
do sinal dubleto largo em 8,31 ppm presente no espectro de RMN de 1H, referente ao
H do grupo amida e o simpleto largo, referente ao grupo hidroxila (2,63 ppm para o composto 34, e 3,02, para 36), como principais observações desta formação. Outros sinais, caraterísticos de cada aminoálcool, como por exemplo, o simpleto do grupo
terc-butil em 1,09 ppm, no espectro do composto 36, ou a presença dos H aromáticos
(7,13-725 ppm), no espectro do composto 34, evidenciaram também a formação do composto (Figura 8). Por sua vez, as bandas no espectro no infravermelho referentes aos grupos OH e NH da amida (3349 cm-1 ambas largas causada por dimerização
devido a ligações de hidrogênios) e a banda de estiramento do grupo carbonílico da amida (1649 cm-1) foram também evidências da formação das β-hidroxiamidas
desejadas (Figura 8)
Figura 8- Evidências espectrais da formação das β-hidroxiamidas. Evidências no RMN de 1H Evidências no IV Banda de CO de amida Estiramento NH e OH Sinal OH Sinal NH
O rendimento resultante para a formação do ligante 37 a partir da ciclização de 34 (Esquema 19) foi de 54%, no entanto, um menor rendimento foi observado para a síntese do ligante 30 a partir de 34 (<10%, Esquema 27).
Esquema 27- Reação de formação do ligante 30 usando TsCl e DBU.
É importante ressaltar que houve uma dificuldade de separação do material de partida 34 do produto 30 devido ambos apresentarem um fator de rentenção (Rf, do inglês retention fator) muito próximos, o que levou a uma purificação tediosa do produto 30. Tendo em vista este baixo rendimento, outras técnicas de ciclização para a formação da oxazolina 30 foram testadas. Dessa forma, bons rendimentos foram encontrados para a reação de ciclização utilizando N-trifluorossulfeto de dietilamina (DAST) e a metodologia de ciclização com hidreto de sódio (Esquemas 28 e 29, respectivamente).20 A utilização de DAST e compostos fluorados como Deoxo flúor
marcou novas perspectivas na síntese de oxazolinas, pois ela permite a formação de oxazolinas com altos rendimentos.36
Esquema 28- Ciclização de 28 utilizando DAST.
O mecanismo da reação de fechamento de anel usando DAST é mostrado no Esquema 29. O processo começa com a ativação do grupo hidroxila pelo ataque nucleofílico do grupo β-hidroxila ao enxofre deficiente de elétrons pela presença dos grupos eletronegativos F e NEt2. Em seguida, tem-se a eliminação de HF para a
intramolecular do oxigênio do grupo amida seguido da desprotonação para gerar a oxazolina correspondente.37
Esquema 29- Mecanismo de ciclização com DAST.
Por sua vez, a metodologia usando hidreto de sódio apresenta duas etapas: no primeiro passo, tem-se a formação de uma β-cloroamida 59 e, a segunda, a reação de fechamento de anel para a formação da oxazolina 30, usando hidreto de sódio como base (Esquema 30). A estratégia inicial para cloração do β-hidroxiamidoalcool é transformar o grupo hidroxila em um bom grupo de saída, seguida de uma reação de substituição nucleofílica desse grupo pelo Cl, que é um melhor abandonador, facilitando assim o fechamento do anel na última etapa. A formação da β-cloroamida 59 foi alcançada usando cloreto de tionila e tolueno como solvente. A vantagem desta reação é que os subprodutos formados (SO2 e HCl) podem ser facilmente removidos,
o qual facilita o isolamento do produto.
Esquema 30- Reação de formação da oxazolina 34 usando como base NaH.
O mecanismo desta reação inicia com o ataque nucleofílico do álcool ao cloreto de tionila formando o intermediário clorossulfato. (Esquema 31). Na sequência, tem- se a saída do cloro para a restituição do grupo S=O. Finalmente o ataque nucleofílico do cloreto mediante um mecanismo de substituição nucleofílica SN2 leva a formação
utilizado sem purificação na reação de formação do anel oxazolina, usando hidreto de sódio como base. O mecanismo da reação começa com o ataque do hidreto ao hidrogênio N-H da amida seguido do ataque nucleofílico do alcóxido à ligação C-Cl por um mecanismo de substituição nucleofílica.
Esquema 31- Mecanismos de reação de formação da oxazolina. A) Formação da β-
cloroamida 59. B) Mecanismo de ciclização com hidreto de sódio.
O principal empecilho encontrado nessa reação foi a etapa de work up. Para o tratamento, houve necessidade de se utilizar água para destruir o excesso de hidreto, o qual não permitia isolar o produto, possivelmente devido a reação de hidrólise básica do grupo metoxicarbonil da posição 5 causada pela formação de -OH resultante da
reação do hidreto com água. Este inconveniente foi evitado realizando uma coluna filtrante da mistura reacional.
A formação das oxazolinas 30 e 37 é evidênciada no espectro de RMN de 1H,
no qual os três sinais caraterísticos da oxazolina são observados na região do espectro de 4-5 ppm, sinais principalmente duplo dubletos referentes aos hidrogênios do grupo metileno da oxazolina (C2’) e, o outro, dependerá do substituinte R (duplo de dupletos para 37 e, multiplete, para 30) (Figura 9). O desaparecimento das bandas
de CO da amida na região de 1600 cm-1, e as bandas de OH e NH caraterísticas de β-hidroxiamnidas (ver Figura 8) não são observáveis no espectro no infravermelho
dos compostos 30 e 37.
Figura 9- Espectros de RMN de 1H dos ligantes 30 e 37.
Finalmente, uma reação de hidrólise em meio básico foi realizada sob os ligantes 37 e 30, utilizando-se LiOH em uma mistura de solventes MeOH/THF 1:2 e agitação por 1 hora (Esquema 32). Com isso, tem-se à formação do produto na forma de carboxilato, sendo este acidificado na fase de work up. Novamente, o principal problema encontrado foi o isolamento do produto que, em meio ácido, favorece a abertura do anel oxazolina, como foi observado no espectro no infravermelho, pelo aparecimento da banda de NH e CO de amida (Figura 10). Nesse contexto, muitos relatos são encontrados na literatura mostrando baixos rendimentos para síntese de oxazolinas,38 o qual pode ser causado pelos mesmos empecilhos encontrados aqui.
Esquema 32- Hidrólise básica do grupo metoxicarbonil dos ligantes PyOx.
A
Figura 10- Evidências espectrais da abertura do anel oxazolina do ligante 37.
Uma maneira de evitar a abertura do anel foi adicionar lentamente uma quantidade estequiométrica de ácido relativo à base, levando ao bruto de reação até um pH próximo de 4, obtendo-se assim melhores rendimentos. Uma evidência que mostra a formação dos ligantes 35 e 56, a partir da hidrólise dos seus análogos 30 e 35, respectivamente, realizada sem abertura do anel oxazolina, foi a permanência dos três sinais característicos de oxazolina na região de 4 a 5 ppm (Figura 11).
nN-H=3347 cm-1
Figura 11- Espectros de RMN de 1H dos compostos 35 e 56.
Com o intuito de diminuir o número de etapas, outra metodologia para formação de β-hidroxiaminoalcool 34 foi testada. Assim, um procedimento de amidação direta do diéster 32 foi realizado em meio metanólico e refluxo por 24 horas (Esquema 33).39
Essa metodologia permitiu diminuir o número de etapas usando uma reação mais simples e com um rendimento comparável aos já descritos. Esta reação fundamenta- se também no fato de que o C-2 da piridina é mais eletrofílico do que o C-5, assim, o ataque do grupo amino do aminoálcool será mais favorecido nessa posição.40
Esquema 33- Reação de amidação direta do diéster 32.
O mecanismo de amidação de esteres é descrito na literatura (Esquema 34). O mecanismo é de adição-eliminação e se inicia com o ataque nucleofílico da amina ao grupo C=O do éster, seguida da abstração do próton ácido do intermediário tetraédrico e finalmente a eliminação do grupo metoxila como metanol para a formação da β-hidroxiamida 34 desejada.
A B Sinais característicos de oxazolina. Sinais característicos de oxazolina do ligante 37.
Esquema 34- Mecanismo de amidação de ésteres para a formação da β- hidroxiamida.
O ligante 35 foi então sintetizado segundo a rota descrita no Esquema 34, com um rendimento global de 37% para 4 etapas. Igualmente, o ligante 56 foi sintetizado segundo a mesma rota sintética, com um rendimento total de 31% para 4 etapas (Esquema 35).