Estudos visando à síntese de aminoácidos poli-hidroxilados e nova abordagem para a síntese de piranonas a partir de adutos de Morita-Baylis-Hillman

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE QUÍMICA

BRUNO BONI GUIDOTTI

ESTUDOS VISANDO À SÍNTESE DE AMINOÁCIDOS POLI-HIDROXILADOS E NOVA ABORDAGEM PARA A SÍNTESE DE PIRANONAS A PARTIR DE

ADUTOS DE MORITA-BAYLIS-HILLMAN

CAMPINAS 2015

BRUNO BONI GUIDOTTI

ESTUDOS VISANDO À SÍNTESE DE AMINOÁCIDOS POLI-HIDROXILADOS E NOVA ABORDAGEM PARA A SÍNTESE DE PIRANONAS A PARTIR DE

ADUTOS DE MORITA-BAYLIS-HILLMAN

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em Química na área de Química Orgânica.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Antonio Santos Coelho

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO BRUNO BONI GUIDOTTI, E ORIENTADA PELO PROF. DR. FERNANDO ANTONIO SANTOS COELHO.

CAMPINAS 2015

"A primeira coisa, a coisa mais importante quando se toma uma espada nas mãos, é a intenção de atacar o inimigo, seja qual for o significado dessa intenção. Quer você corte a trajetória de um golpe, arremeta, salte, rebata ou desvie a espada do inimigo, será preciso atingir o inimigo no mesmo movimento. É essencial que isso fique claro. Se pensar apenas em cortar, arremeter, saltar, rebater ou desviar, você não terá condições de atingi-lo de verdade. Acima de tudo, é fundamental pensar em prosseguir com o movimento até sua conclusão, até ver o inimigo atingido. Você deve estudar profundamente este ensinamento."

Aos meus pais e ao meu irmão

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Fernando Antonio Santos Coelho que me abriu as portas desde o primeiro dia em que fui à sua sala. Que confiou em mim e em meu potencial, dando-me a oportunidade de trabalhar em um grupo de pesquisa excelente. Eu o admiro muito como docente e pessoa, e passei a tê-lo como referência em minha vida.

Ao grande amigo José Tiago Menezes Correia que foi quem me treinou nestes dois anos e meio de jornada. Agradeço por todas as discussões, conselhos e zoeiras. Sem sua ajuda o caminho seria completamente tortuoso e, com certeza, meus conhecimentos de química jamais seriam os mesmos que tenho hoje. Foi uma honra trabalhar ao seu lado!

Aos meus pais, Fatima e Neto, por tudo o que me ensinaram e ainda ensinam, pela sólida formação de caráter e intelecto, por toda a condição que me proporcionaram, por todo o apoio e paciência nas horas mais difíceis e, acima de tudo, por me mostrarem que nunca estarei sozinho.

Ao meu irmão, Gustavo, por todo apoio, compreensão, zoeiras, horas e mais horas de vídeo game e por ter me mostrado qual é o real sentido de companheirismo, cumplicidade e amor fraternal.

À minha namorada, Maria Luiza, que me aguentou nos piores momentos, que sempre esteve ali por mim, confiou em mim, me apoiou e se dedicou ao máximo para me ajudar a ter foco nos momentos difíceis. Sem ela, o caminho teria sido muito mais penoso e, por isso, sou profundamente grato.

Ao grande amigo Marco Mandrake, agradeço pelas infindáveis horas de conversas e discussões, por todo apoio, por se mostrar uma pessoa de extrema confiança e, principalmente, por me mostrar que amigo é um irmão que se escolhe.

Aos meus amigos e colegas de bancada do LSPNF, Eriquitcha, Huguera, Ralphera, João Paulo, Marília, Manoel, Capretz, Rosi, Nathanzera Daniara,

Bruno Teodoro, Laís, Dôga, Lucas, Tiago e Juliana, por todas as horas de café, 2048, agar.io, zoeiras em geral que foram essenciais para que o ambiente de trabalho fosse o mais propício e agradável possível!

Aos amigos dos laboratórios vizinhos, Rafinha, Carlise, Allan, Juliana (baiana), Ricardinho, Erick, Renan e Cris, por todas as zoeiras, congressos e reagentes emprestados em momentos de emergência. E, claro, ao Danilo, que já não está mais entre nós e se encontra em um lugar melhor (Alemanha), que também esteve presente em todas as zoeiras e congressos.

Às amigas Gabriela Spessoto, Arielen Rossi e Camila Beli por sempre me apoiarem, aguentarem e pelas horas de conversa e risadas.

Ao professor Igor Dias Jurberg, pelas contribuições no exame de qualificação.

Ao professor Júlio Cezar Pastre pelas contribuições no exame de qualificação e na defesa de Mestrado.

Ao professor Mauricio Moraes Victor pelas contribuições na defesa de Mestrado.

À Carol pelo apoio técnico no LSPNF, aos técnicos do RMN (Anderson, Gustavo e Paula), Infrevermelho (Sônia) pelo treinamento nos equipamentos e análises espectrais. Aos alunos Renan, Nicholas e Célio do laboratório ThoMSon, pelas análise de espectrometria de massas de alta resolução.

Resumo

As polioxinas são uma classe de moléculas conhecidas como potente inibidoras da quitina sintetase, enzima que catalisa a reação final da biossíntese da quitina presente na parede celular de fungos. Estas moléculas são constituídas por uma porção peptídica derivada do ácido (+)-polioxâmico, aminoácido poli-hidroxilado constituído por três centros estereogênicos (2S, 3S, 4S). As esfingofunginas são uma classe de moléculas apresentam o ácido 3,4-diepi-polioxâmico e também apresentam atividade antifúngica, atuando como inibidores da palmitoil transferase, enzima que catalisa a primeira etapa da biossíntese de esfingolipídios que são os principais constituintes da membrana celular de fungos. Os resíduos de aminoácidos presentes nessas moléculas são sua porção mais sofisticada e também o foco de suas sínteses totais. Por este motivo, existem diversos trabalhos para síntese total do ácido (+)-polioxâmico e de seus outros epímeros (natural ou não). No entanto, poucas estratégias são capazes de sintetizar mais de um desses derivados. Com base nestes antecedentes, a primeira parte desse trabalho teve como objetivo a síntese de todos os epímeros do ácido polioxâmico, através de adutos de Morita-Baylis-Hillman (MBH) utilizando uma mesma estratégia para sintetizá-los, modificando apenas o aldeído de partida. Os estudos iniciais foram feitos com o O-isopropilideno-(R)-gliceraldeído, a fim de otimizar a rota sintética para que posteriormente esta fosse aplicada com o seu enantiômero (S) para os demais ácidos polioxâmicos fossem sintetizados. A rota mostrou-se eficiente até a etapa de ozonólise, obtendo rendimentos muito bons, porém a etapa de inserção do nitrogênio não forneceu os resultados esperados.

Produtos naturais contendo piranonas em sua estrutura são muito abundantes. Além disso, possuem diversas atividades biológicas, tais como antitumoral, antiviral, antifúngica e antibacteriana. Estes núcleos podem ser facilmente acessados através da reação de Achmatowicz que transforma 2-furanocarbinóis em 6-hidroxi-2H-piran-3(6H)-onas. O grupamento carbinol na posição 2 do anel furânico é essencial para que o rearranjo ocorra e, por isso, são descritos algumas metodologias para sua formação. No entanto, algumas destas metodologias utilizam reagentes muito caros e tóxicos, uso de metais de transição, sensibilidade à umidade e/ou ao oxigênio, ou experimentais laborioso. Este trabalho descreve pela primeira vez a síntese de 6-hidroxi-2H-piran-3(6H)-onas através de uma nova estratégia de acesso a derivados

de 2-furanocarbinóis via a reação de Morita-Baylis-Hillman (MBH). Esta estratégia é muito branda, não tem a necessidade de cuidados com as condições reacionais, possui elevada economia atômica e, além disso, origina, em apenas duas etapas, moléculas densamente funcionalizadas que podem ser intermediários sintéticos bastante promissores. A estratégia funcionou muito bem. Os adutos reagiram em 5 min. com rendimentos bons e diastereosseletividades moderadas a excelentes. A estereoquímica relativa do isômero majoritário (trans) foi determinada via experimento de NOE seletivo.

Abstract

The polioxyns are a class of molecules known as potent inhibitors of chitin synthetase, enzyme which catalyzes the final reaction of chitin’s biosynthetic pathway present in the cell wall of fungi. This molecules composed of a peptidic portion derived from a polyhydroxylated aminoacid called (+)-polioxamic acid. The sphingofungins are a class of molecules constituted by the 3,4-diepi-polioxamic acid and also exhibit antifungal activity, acting as palmitoyl transferase inhibitor, enzyme that catalyzes the first step of sphingolipid biosynthesis which are the main constituent of fungal cell membrane. The aminoacid residues present in these molecules are its most sophisticated portion and also the focus of their total syntheses. For this reason, there are several studies to the total synthesis of (+)-polioxâmico and its epimers (natural or not). However, few strategies are able to synthesize more than one epimer. Base on this background, this part of the study aimed to the synthesis of all diastereosiomers of polioxamic acid starting from Morita-Baylis-Hillman (MBH) adducts. The initial studies were carried out using the O-isopropylidene-(R)-glyceraldehyde in order to optimize the synthetic route and then use the optimized route with its enantiomer (S) for the others polioxamic acids to be synthesized. The route proved to be effective until the ozonolysis step, obtaining very good yields, however the nitrogen insertion step did not provide the expected results.

The pyranone ring system is present in the structure of several bioactive natural products, such as anti-tumoral, antiviral, antifungal and antibacterial agents. This ring system can be easily achieved through the Achmatowicz rearrangement which converts 2-furanylcarbinols into 6-hydroxy-2H-pyran-3(6H)-ones. The carbinol group in the position 2 of the furan ring is essential for the rearrangement to occur, so there are some methods to access this structure pattern. Nonetheless, these methods usually use expensive and toxic reagents, transition metals, sensitivity to moisture and/or oxigen, or laborious experimental procedures. This work describes the synthesis of new 6-hydroxy-2H-pyran-3(6H)-ones through 2-furanylcarbinols prepared via Morita-Baylis-Hillman(MBH) reaction. This new strategy is mild, do not need special reaction conditions and present high atom economy. Furthermore, this strategy allows the access to densely functionalized molecules in just two steps, which can be very interesting synthetic intermediates. A set of MBH adducts were submitted to the

Achmatowicz rearrangement. The rearrangement occurred in 5 min. and furnished the required products in good yields and moderate to good diastereoselectivity. The relative stereochemistry of major diastereomer (trans) was determined by selective NOE.

Lista de Figuras

Figura 1: Produtos naturais e fármacos sintetizados pelo LSPNF a partir de aduto de

MBH. ... 21

Figura 2: Publicações contendo “New Antibiotics” vs. Ano de publicação. ... 27

Figura 3: Exemplos de Polioxinas. ... 27

Figura 4: Estrutura do ácido (+)-polioxâmico 1. ... 28

Figura 5: Exemplos de esfingofunginas. ... 28

Figura 6: Estrutura do ácido 3,4-diepi-polioxâmico 2. ... 29

Figura 7: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 31a. ... 42

Figura 8: Aplicação do rearranjo de Achmatowicz em total síntese. ... 56

Figura 9: Espectro de RMN de 1_{H (250MHz, CDCl} 3) de 63a. ... 61 Figura 10: Espectro de RMN de 1_{H (500 MHz, CDCl} 3) de 64a. ... 65 Figura 11: Espectro de RMN de 1_{H (500 MHz, CDCl} 3) de 64i. ... 66

Figura 12: Formas canônicas indicado o efeito de hiperconjugação característico do efeito anomérico em 64i. ... 67

Figura 13: Efeito de dipolo em 64i. ... 67

Figura 15: Espectro de NOE seletivo irradiando o hidrogênio da posição 2 dos isômeros de 64i: A) Majoritáio (trans) e B) Minoritário (cis). ... 69

Figura 16: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, acetona-d6) de 25. ... 76}

Figura 17: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) de 3R bruto. ... 77

Figura 18: Espectro de RMN de 1_{H (500 MHz, CDCl} 3) de 31a + 31b. ... 78

Figura 19: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl3) de 31a (anti). ... 78}

Figura 20: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl3) de 31a (anti). ... 79}

Figura 21: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) de 32. ... 80 Figura 22: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto sililado 32. ... 80 Figura 23: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) de 41. ... 81 Figura 24: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) de 41. ... 82 Figura 25: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 63a. ... 84 Figura 26: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto 63a. ... 85 Figura 27: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 63b. ... 85 Figura 28: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto 63b. ... 86 Figura 29: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 63c. ... 86

Figura 30: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl}

3) do aduto 63c. ... 87

Figura 31: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl3) do aduto 63e. ... 87}

Figura 32: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto 63e. ... 88

Figura 33: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl3) do aduto 63i. ... 88}

Figura 34: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl3) do aduto 63i. ... 89}

Figura 35: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl3) do aduto 63j. ... 89}

Figura 36: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl3) do aduto 63j. ... 90}

Figura 37: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl3) do aduto 63f. ... 91}

Figura 38: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl3) do aduto 63f. ... 92}

Figura 39: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 63g. ... 92 Figura 40: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto 63g. ... 93 Figura 41: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 63h. ... 93 Figura 42: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto 63h. ... 94 Figura 43: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 63d. ... 95 Figura 44: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto 63d. ... 95 Figura 45: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl} 3) do aduto 63k. ... 96 Figura 46: Espectro de RMN de 13_{C (62,5 MHz, CDCl} 3) do aduto 63k. ... 97 Figura 47: Espectro de RMN de 1_{H (500 MHz, CDCl} 3) da piranona 64a. ... 100 Figura 48: Espectro de RMN de 13_{C (125 MHz, CDCl} 3) da piranona 64a. ... 100 Figura 49: Espectro de RMN de 1_{H (500 MHz, CDCl} 3) da piranona 64b. ... 101 Figura 50: Espectro de RMN de 13_{C (125 MHz, CDCl} 3) da piranona 64b. ... 101

Figura 51: Espectro de RMN de 1_{H (500 MHz, CDCl3) da piranona 64c. ... 102}

Figura 52: Espectro de RMN de 13_{C (125 MHz, CDCl3) da piranona 64c. ... 102}

Figura 53: Espectro de RMN de 1_{H (500 MHz, CDCl3) da piranona 64d. ... 103}

Figura 54: Espectro de RMN de 13_{C (125 MHz, CDCl3) da piranona 64d. ... 103}

Figura 55: Espectro de RMN de 1_{H (400 MHz, CDCl3) da piranona 64i. ... 104}

Figura 56: Espectro de RMN de 13_{C (100 MHz, CDCl3) da piranona 64i. ... 104}

Figura 57: Espectro de RMN de 1_{H (400 MHz, CDCl} 3) da piranona 64j. ... 105 Figura 58: Espectro de RMN de 13_{C (100 MHz, CDCl} 3) da piranona 64j. ... 105 Figura 59: Espectro de RMN de 1_{H (600 MHz, CDCl} 3) da piranona 64k. ... 106

Lista de Esquemas

Esquema 1: A) Reação de Rauhut-Currier; B) Reação de MBH. ... 22 Esquema 2: Equação geral da reação de MBH. ... 22 Esquema 3: Mecanismo geral para a reação de MBH e as propostas para etapa

limitante da reação de McQuade e cols. e Aggarwal e cols. ... 24

Esquema 4: Proposta de Singleton para o mecanismo da reação de MBH. ... 25 Esquema 5: Estratégia adotada por Casiraghi e cols. a) SnCI4, Et2O, –80 ºC;

seguido de TBSCl, imidazol, DMF; b) BF3.OEt2, Et2O, –80 ºC; seguido de TBSCl,

imidazol, DMF. (adaptado ref. 23) ... 30

Esquema 6: Estratégia adotada por Xu e cols.: a) LDA, THF, aditivo (LiCl), –78º C;

b) i) 4 M HCl, t.a., 2 h, ii) 0,6 M NH3.H2O, Dowex 50W X8 (H+). (adaptado ref. 12) . 31 Esquema 7: Estratégia adotada por Stasik e cols.: a) HBr/AcOH, ta, 90%; b) NaN3, CH3CN, 95 ºC, 6 h, 80%. (adaptado ref.13) ... 32

Esquema 8: Análise retrossintética para a preparação de um

3,4,5-triidroxi-aminoácido. ... 35

Esquema 9: Estratégia da literatura para preparação do

O-isopropilideno-(R)-gliceraldeído (3R) a partir do D-manitol . ... 36

Esquema 10: Síntese do O-isopropilideno-(S)-gliceraldeído (3S) realizada por Dai e

cols.: a)AcCl, acetona, ta, 6h, 78%; b)CaCO3, H2O, 30% H2O2, 30-50 ºC, 4 h, 92%; c)Ca(ClO)2, AcONa/AcOH, H2O, 50 ºC, 35 min., 50%. ... 38

Esquema 11: Representação dos orbitais envolvidos na aproximação de

Bürgi-Dunitz e conformação mais estável segundo o modelo de Felkin-Ahn-Eisenstein. .. 39

Esquema 12: Trajetórias possíveis para o ataque nucleofílico. ... 39 Esquema 13: Reação de Mitsunobu com aduto de MBH realizada por Tang e cols.

... 40

Esquema 14: Preparação do aduto de MBH: a) ZnCl2, acetona, 9,5 h, 56%; b)NaIO4,

CH2Cl2, 2 h; c) Acrilato de Metila, DABCO, US, L.I. , 60 h, 80% (duas etapas). ... 41 Esquema 15: Preparação do produto protegido 32: a)TBSCl, Imidazol, 12 h, 34%; b)

TBSOTf, Et3N, 35 min, 84%. ... 44 Esquema 16: A) Mecanismo para reação de proteção com TBSCl e imidazol; B)

Mecanismo para reação de proteção com a TBSOTf e Et3N. ... 45 Esquema 17: Proposta mecanística para a formação do subproduto de SN2’. ... 46

Esquema 18: Mecanismo de ozonólise para o aduto sililado 32. ... 47 Esquema 19: Reações paralelas possíveis para a ozonólise realizada em

metanol. ... 48

Esquema 20: Obtenção do α-cetoéster 41 via reação de ozonólise em metanol e em

diclorometano. ... 49

Esquema 21: Prováveis produtos formados pela reação de oximação do

α-cetoéster 40. ... 50

Esquema 22: Tentativas de lactonização do aduto de MBH: a) ACS, MeOH, 0 ºC; b)

F3CCO2H, CH2Cl2 (refluxo). ... 51

Esquema 23: Primeiro relato do rearranjo de Achmatowicz. ... 53 Esquema 24: Proposta de mecanismo do rearranjo de Achmatowicz com

NBS-H2O. ... 55 Esquema 25: Estratégias de acesso a 2-furicarbinóis e suas correspondentes

piranonas. ... 57

Esquema 26: Nova estratégia para síntese de núcleo densamente funcionalizado. 58 Esquema 27: Ataque intramolecular da hidroxila para formação da piranona

considerando o aduto de MBH de configuração (R). ... 71

Lista de Abreviaturas e Siglas

ACS Ácido canforsulfônico

CCD Cromatografia em Camada Delgada

Cols. Colaboradores

DABCO 1,4-diazabiciclo[2,2,2]octano

eq. Equivalente(s)

ET Estado de Transição

EWG

do inglês Eletron Withdrawing Group (Grupo Retirador de Elétrons)

GS Grupo de saída

KIE

do inglês Kinect Isotope Effect (Efeito Isotópico Cinético)

L.I. Líquido Iônico

MBH Morita-Baylis-Hillman

mCPBA Ácido meta-cloroperbenzóico

NBS N-Bromo-succinimida

OTf Trifluorometanossulfonato (triflato)

PCC Clorocromato de piridínio

ta Temperatura ambiente

TBS Terc-butildimetilsilil

THF Tetraidrofurano

Sumário

1. INTRODUÇÃO: A REAÇÃO DE MORITA-BAYLIS-HILLMAN ... 20

2. ESTUDOS VISANDO À SÍNTESE DE AMINOÁCIDOS POLI-HIDROXILADOS A PARTIR DE ADUTOS DE MORITA-BAYLIS-HILLMAN ... 26

2.1. INTRODUÇÃO ... 26 2.1.1. Aspectos gerais ... 26 2.1.2. Revisão da Literatura ... 29 2.2. OBJETIVOS ... 33 2.3. RETROSSÍNTESE ... 34 2.4.1. Considerações preliminares ... 36

2.4.2. Preparação do Aduto de Morita-Baylis-Hillman ... 40

2.4.3. Preparação do aduto de MBH sililado ... 43

2.4.4. Ozonólise do aduto sililado ... 46

2.4.5. Tentativa de oximação do produto 40 e mudança da rota ... 49

2.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS. ... 52

3. NOVA ESTRATÉGIA PARA SÍNTESE DE PIRANONAS A PARTIR DE ADUTOS DE MORITA-BAYLIS-HILLMAN. ... 53

3.1. INTRODUÇÃO ... 53

3.2. OBJETIVOS ... 59

3.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 60

3.3.1. Preparação dos adutos de Morita-Baylis-Hillman ... 60

3.3.2. Preparação das 6-hidroxi-2H-piran-3(6H)-onas derivadas de adutos de Morita-Baylis-Hillman. ... 62

3.3.3. Caracterização e determinação da seletividade dos adutos de MBH-Achmatowicz. ... 64

3.4. CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS ... 72

4. PARTE EXPERIMENTAL ... 74

4.2. PARTE EXPERIMENTAL REFERENTE AO CAPÍTULO 2. ... 75 4.2.1. Preparação do (1S,2S)-1,2-bis[(R)-2,2-dimetil-1,3-dioxolan-4-il)]etano-1,2- diol(25)...75 4.2.2. Preparação do 2-[(4R)-2,2-dimetil-1,3-dioxon-4-il]-1-hidroxiprop-2-enoato de metila (31) ... 76 4.2.3. Preparação do 2-{[(terc-butildimetilsilil)oxi][(4R)-2,2-dimetil-1,3-dioxon-4-il]-metil}prop-2-enoato de metila (32) ... 79 4.2.4. Preparação do 3-[(terc-butildimetilsilil)oxi]-3-[(4R)-2,2-dimetil-1,3-dioxon-4-il]-2-oxo-propanoato de metila (40) ... 81

4.3. PARTE EXPERIMENTAL REFERENTE AO CAPÍTULO 3. ... 82

4.3.1. Preparação dos adutos de MBH ... 82 4.3.2. Preparação dos produtos de rerranjo de Achmatowicz 64a-d; i-k . 97

1. Introdução: A reação de Morita-Baylis-Hillman

O cenário orgânico sintético atual tem como um de seus principais objetivos o desenvolvimento de metodologias eficientes para preparação de moléculas com diferentes graus de complexidade. Sabendo-se que algumas metodologias já estabelecidas podem ser agressivas ao meio ambiente (uso de metais de transição, reagentes tóxicos), sensíveis ao oxigênio e a umidade (reagente de Grignard, hidretos, reações em condições anidras, bases muito fortes – n-BuLi, etc), podem utilizar condições drásticas (faixas altas ou baixas de pH ou altas e baixas temperaturas) e apresentar baixa economia de átomos (reação de Wittig, reação de Suzuki, etc), busca-se desenvolver novas metodologias que possam contornar estes problemas. Idealmente, as reações deveriam seguir todos os doze princípios da química verde,1 _{realizando reações em condições brandas, com reagentes de baixa}

toxicidade, tolerantes ao oxigênio e à água, com elevada economia atômica, sem formação de resíduos e que, além disso, leve à formação de produtos com elevada versatilidade sintética.

O outro objetivo é o desenvolvimento de estratégias sintéticas com o menor nú-mero possível de etapas reacionais para chegar a essas moléculas, uma vez que conduzem à minimização na geração de resíduos, maior economia de solventes e reagentes, energia e mão de obra e, obviamente, aumenta a rapidez/eficiência de uma sequência sintética. Baseado nessas premissa, vemos que a preparação de in-termediários sintéticos poli-funcionalizados é de grande valia para sínteses de molé-culas complexas, uma vez que a diversidade funcional permite a homologação ou diminuição de cadeia em várias direções, possibilitando o acesso rápido a estruturas ainda mais complexas.

A reação de Morita-Baylis-Hillman (MBH) encaixa-se perfeitamente nesta descri-ção e vem sendo amplamente explorada, pois é capaz de fornecer moléculas poli-funcionalizadas em apenas uma etapa, em condições brandas e com alta economia atômica. Por este motivo, os adutos de MBH e seus derivados ganharam, nestas duas últimas décadas, aplicabilidade como blocos de construção e tem sido objeto de

1 _{Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice, Oxford University Press: New} York, 1998, p.30. By permission of Oxford University Press.

diversos estudos metodológicos.2 _{O Laboratório de Síntese de Produtos Naturais e}

Fármacos (LSPNF), vem contribuindo significativamente neste panorama, sendo um dos seus principais objetivos o uso dos adutos de MBH e derivados no desenvolvimento de metodologias para a síntese de produtos naturais, fármacos e também de novas moléculas com potencial atividade biológica (Figura 1)3_.

Figura 1: Produtos naturais e fármacos sintetizados pelo LSPNF a partir de aduto de

MBH.

O primeiro relato da reação de MBH foi descrito em 1968 por Morita,4 _que

demonstrou a reação entre acrilonitrila ou acrilato de metila com diferentes aldeídos na presença de tricicloexilfosfina (PCy3) como catalisador, levando à formação de

2 _{Revisões sobre a reação de MBH, aza-MBH e aplicações sintéticas dos adutos: a) Basavaiah,D.; Rao,} A.J.; Satyanarayana, T. Chem. Rev. 2003, 103, 811; b) Declerck, V.; Martinez, J.; Lamaty, F. Chem.

Rev. 2009,109,1; c) Basavaiah, D.; Reddy, B. S.; Badsara, S. S. Chem. Rev. 2010, 110, 5447.

3 _{a) Mateus, C. R.; Coelho, F. J. Braz. Chem. Soc. 2005, 16, 386; b) Almeida, W. P.; Feltrin, M. P. Synth.} Commun. 2003, 33, 1141; c) Almeida, W. P.; Coelho, F. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 937; d) Silveira, G.

P. C.; Coelho, F. Tetrahedron Lett. 2005, 46, 6477; e) Feltrin, M. P.; Mateus, C. R.; Costa, A.; Almeida, W. P.; Coelho, F. Tetrahedron, 2000, 40, 2533; f) Masunari, A.; Ishida, E.; Trazzi, G.; Almeida, W. P.; Coelho, F. Synth. Commun. 2001, 31, 2127.; g) Amarante, G. W.; Coelho, F. Tetrahedron 2010, 66, 6749.

derivados

β

-hidroxi-

α

-metileno com rendimentos moderados e longos tempos reacionais. Esta reação foi inspirada na reação hoje conhecida na literatura como Rauhut-Currier, em que ocorre a dimerização de olefinas ativadas catalisadas por fosfina terciária5 _{(Esquema 1).}

Esquema 1: A) Reação de Rauhut-Currier; B) Reação de MBH.

Em 1972, os pesquisadores Baylis e Hillman revisitaram essa transformação e substituíram a fosfina terciária por amina terciária (DABCO), que é uma alternativa mais barata e mais ambientalmente amigável, pois não é sensível ao oxigênio atmosférico e apresenta menor toxicidade.6 _{Os derivados}

β

_{-hidroxi ou}

_β

_-amino

_α

-metileno, também conhecidos como adutos de MBH, são frutos da formação de uma ligação

σ C–C

entre o Cα de uma olefina pobre em elétrons (geralmente acrilato de alquila e vinil cetonas) com aldeídos ou iminas na presença de base de Lewis como catalisador (fosfinas ou aminas terciárias) (Esquema 2).

Esquema 2: Equação geral da reação de MBH.

5 _{Rauhut, M.; Currier, H. U. S. Patent 3,074,999, 1963.}

Desde 1983, quando Hoffmann fez a primeira proposta de mecanismo para a reação de MBH, ainda há muita discussão sobre como essa reação funciona realmente.7 _{O mecanismo da reação se inicia pelo ataque tipo Michael da base III à}

olefina pobre em elétrons II levando à formação do enolato V. Esse enolato promove uma adição aldólica sobre o carbono carbonílico do aldeído I formando uma nova ligação σ C–C (intermediário VI). Nessa etapa, além de uma nova ligação C–C, um

novo centro estereogênico também é formado. A etapa seguinte consiste na eliminação da base após a abstração do Hα carbonílico para formar o aduto de MBH IV (Esquema 3).

Os estudos cinéticos realizados por McQuade e cols.8 _{mostraram uma não}

linearidade da reação em relação ao aldeído, levando a conclusão que a reação não é de primeira ordem em relação à essa espécie, mas de segunda ordem. Isolamento da dioxanona VIII deu suporte a essa proposta. Nesses estudos, também foi avaliado o efeito isotópico cinético ( KIE - do inglês, Kinect Isotope Effect) para abstração do Hαcarbonílico, que mostrou-se de primeira ordem para todos os solventes polares apróticos testados. Baseado nesta observação, McQuade propôs que a etapa determinante da reação seria a de transferência intramolecular de próton em um estado de transição de seis membros (ET1).4b,c

Os estudos cinéticos realizados posteriormente por Aggarwal e cols.9 _confirmaram

que a reação é de segunda ordem em relação ao aldeído, porém somente até atingir 20% de conversão. Nesse trabalho, foi feito o monitoramento da reação e do KIE até o final da reação, diferentemente dos estudos de McQuade em que o monitoramento da reação ocorreu até atingir 10% de conversão. Este detalhe tornou possível a observação de que em tempos reacionais maiores (maior conversão do substrato), há queda do KIE primário, sugerindo que, após 20% de conversão, a abstração de Hα carbonílico deixa de ser a etapa limitante da reação. Foi através desta observação que Aggarwal propôs, suportado por simulações computacionais, que a etapa de eliminação é realizada através de um processo de transferência de próton em que qualquer fonte de próton (inclusive o próprio aduto de MBH) existente no meio reacional é capaz de participar desta etapa, que é muito mais rápida e eficiente em

7_{a) Hoffmann, H. M. R.; Rabe, J. Angew. Chem. Int. Ed. 1983, 22, 795..}

8 _{a) Price, K. E.; Broadwater, S. J.; Jung, H. M.; McQuade, D. T. Org. Lett. 2005, 7, 147; b) Price, K. E.;} Broadwater, S. J.; Walker, B. J.; McQuade, D. T. J. Org. Chem. 2005, 70, 3980

9 _{a) Aggarwal, V. K.; Fulford, S. Y.; Lloyd-Jones, G. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1706; b)} Robiette, R.; Aggarwal, V. K.; Harvey, J. N. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15513.

relação à abstração de próton intramolecular. Isto explicaria a aceleração da reação em solventes próticos.4d,e

Esquema 3: Mecanismo geral para a reação de MBH e as propostas para etapa

li-mitante da reação de McQuade e cols. e Aggarwal e cols.

O efeito dualístico da reação foi observado em estudos computacionais10 _e

tam-bém pelo estudo pioneiro realizado em nosso grupo de pesquisa utilizando espectro-metria de massas.11 _{Nesse trabalho, foi possível interceptar os intermediários}

propostos por McQuade e Aggarwal, reunindo evidências para corroborar as propostas. No entanto, recentemente, Singleton e Plata publicaram um trabalho em que o mecanismo da reação de MBH foi utilizado como um estudo de caso. Este estudo realizou diversos experimentos para definir o mecanismo da reação e o perfil da energia livre experimental da reação, incluindo a incorporação isotópica do sol-vente, KIE, observação de intermediários, dentre outros. Os resultados do trabalho de Singleton sugerem que o mecanismo de MBH seria uma simples reação ácido-base

10 _{Cantillo, D.; Kappe, C. O. J. Org. Chem. 2010, 75, 8615.}

11 _{a) Amarante, G. W.; Milagre, H. M. S.; Vaz, B. G.; Ferreira, B. R. V.; Eberlin, M. N.; Coelho, F. J. Org.} Chem. 2009, 74, 3031; b) Santos, L. S.; Pavam, C. H.; Almeida, W. P.; Coelho, F.; Eberlin, M. N. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4330.

(Esquema 4).12 _{Os autores demonstraram que vários erros de interpretação haviam}

sido cometidos nos cálculos teóricos realizados para essa reação e fizeram duras críticas a esses estudos, apontado todos os aspectos negativos desta abordagem. Por fim, com base em seus resultados, sugerem que o mecanismo de transferência de próton proposto por Aggarwal seja abandonado, bem como os estudos computacionais que o suportam.

Esquema 4: Proposta de Singleton para o mecanismo da reação de MBH.

Com este novo artigo, uma nova visão sobre o mecanismo da reação de MBH surge, reduzindo o mecanismo da reação de MBH a uma simples reação ácido-base. Entretanto, nada está totalmente claro sobre esse mecanismo e ainda muitos estudos são necessários a fim de estabelecê-lo. Com a reação de MBH novamente no foco dos estudos mecanísticos, novos trabalhos poderão surgir para enriquecer esta química fascinante e esclarecê-la de uma vez por todas.

2. Estudos visando à síntese de aminoácidos poli-hidroxilados a

partir de adutos de Morita-Baylis-Hillman

2.1. Introdução

2.1.1. Aspectos gerais

O quadro terapêutico atual para o combate de doenças infecciosas é bastante preocupante, já que muitos dos fármacos disponíveis no mercado tiveram sua eficácia diminuída ou então se tornaram completamente ineficazes no tratamento dessas doenças devido ao aparecimento de um grande número de micro-organismos multirresistentes.13 _{Essa situação foi agravada pelo fato de que muitas das grandes}

indústrias farmacêuticas cessaram os investimentos na área, sendo este o principal motivo da escassez de novos medicamentos lançados para o combate dessas doenças.14,15,16 _{Através de uma pesquisa realizada com a base de dados SciFinder}17

utilizando a palavras-chave “new antibiotics”, foi possível observar decréscimo de 87% dos trabalhos publicados na área ocorrido entre meados dos anos 1970 até meados dos anos 1990 (Figura 2). Por esse motivo, nos últimos anos, a pesquisa pela busca por novas moléculas que possam atuar como agentes antimicrobianos voltou explorada em vários laboratórios espalhados pelo mundo.18

13 _{Levy, S. B. Scientific American, 1998, 278, 46.}

14 _{Winn, M.; Goss, R. J. M.; Kimurab, K.; Bugg, T. D. H. Nat. Prod. Rep. 2010, 27, 279.}

15 _{Payne, D. J.; Gwynn, M. N.; Holmes, D. J.; Pompliano, D. L. Nat. Rev. Drug Discov. 2007, 6, 29.} 16_{Wright, P. M.; Seiple, I. B. Myers, A. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 8840}

17 _{Banco de dados SciFinder acessado em 07/04/2015}

Figura 2: Publicações contendo “New Antibiotics” vs. Ano de publicação.

Recentemente, pesquisadores mostraram grande interesse pela atividade bioló-gica das polioxinas (Figura 3), moléculas poli-hidroxiladas isoladas de cepas de Streptomyces cacoi var. asoensis.19 _{Estes nucleosídeos peptídicos são conhecidos} como inibidores potentes da quitina sintetase, enzima que participa da última etapa da biossíntese da quitina, polímero encontrado na parede celular de fungos.20 _Desta

maneira, fica evidente que as polioxinas são excelentes candidatas a agentes antifúngicos.21

Figura 3: Exemplos de Polioxinas.

19 _{(a) Isono, K.; Asahi, A.; Suzuki, S. J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 7490. (b) Isono, K.; Suzuki, S.} Heterocycles 1979, 13, 333.

20 _{Merzendorfer, H. Eur. J. Cell Biol. 2011, 90, 759.}

21 _{Cantrell, C. L., Dayan, F. E., Duke, S. O. J. Nat. Prod. 2012, 75, 1231.} Polioxina R1 R2 R3 A CH₂OH OH X B CH₂OH OH OH D CO2H OH OH E CO2H H OH F CO2H OH X G CH₂OH H OH H CH₃ OH X J CH 3 OH OH K H OH X L H OH OH M H H OH 140 19

As polioxinas são constituídas por uma porção nucleosídica (base nitrogenada ligada à ribose) e outra porção peptídica, que é constituída por um resíduo de

α

-aminoácido poli-hidroxilado conhecido como ácido (+)-polioxâmico (em vermelho na

Figura 3), cuja estrutura apresenta um fragmento amino-triol com configuração

rela-tiva syn e absoluta (2S, 3S, 4S) (Figura 4).

Figura 4: Estrutura do ácido (+)-polioxâmico 1.

Em 1992, as esfingofunginas foram isoladas de uma cultura de fungos Aspergilus fumigatus por pesquisadores do grupo da Merck, Sharp e Dhome. Essas moléculas apresentaram-se como potentes inibidoras da palmitoil transferase,22 _{enzima que}

participa da primeira etapa da biossíntese de esfingolipídios, principais constituintes da membrana celular e são responsáveis pela homeostase celular (processo de manutenção das condições internas da célula). Assim, as esfingofunginas podem ser consideradas como ótimas candidatas a agentes antifúngicos.

Figura: Ex

Figura 5: Exemplos de esfingofunginas.

22 _{VanMiddlesworth, F.;Dufresne, C.; Wincottt, F. E.; Mosley, R. T.; Wilson, K. E. Tetrahedron lett.,} 1992, 33, 5. R1 R2 Esfingofungina A H C(NH)NH2 Esfingofungina B H H Esfingofungina C Ac H Esfingofungina D H Ac R3 Esfingofungina E CH2OH Esfingofungina F CH3

As esfingofunginas são ácidos graxos constituídos por 20 carbonos, com uma li-gação dupla de configuração (E) entre os carbonos 6 e 7, contendo uma cabeça polar (destacada em vermelho na Figura 5) cuja estrutura é um resíduo de

α

-aminoácidos análogos ao ácido (+)-polioxâmico. Suas estruturas apresentam configuração absoluta (2S, 3R, 4R); configuração relativa syn entre os carbonos

β

e

γ

e anti entre os carbonos

β

e

α

(Figura 6). 23

Figura 6: Estrutura do ácido 3,4-diepi-polioxâmico 2.

2.1.2. Revisão da Literatura

Devido à importância das polioxinas e das esfingofunginas, várias abordagens para a síntese total dos farmacóforos 3,4,5-triidroxi-aminoácidos foram publicadas nos últimos anos, não apenas de derivados naturais, mas também de outros epímeros.24,25

Todavia,poucas tem versatilidade para permitir a síntese de mais de um derivado. Em 1994, Casiraghi e cols.26 _{reportaram a síntese enantiosseletiva de diversos tipos de}

aminoácidos poli-hidroxilados através da mesma estratégia sintética. Dentre os

23 _{a) VanMiddlesworth, F.; Giacobbe, R. A.; Lopez, M.; Garrity, G.; Bland, J.; Zweerink, M.; Edison, A.} M.; Rozdilsky, W.; Wilson, K. E.; Monaghan, R. A. J. Antibiot., 1992, 45, 861; b) Horn, W. S.; Smith, J. L.; Bills, G. F.; Raghoobar, S. L.; Helms, G. L.; Kurtz, M. B.; Marrinan, J. A.; Frommer, B. R.; Thornton, R. A.; Mandala, S. M. J. Antibiot., 1992, 45, 1692.

24 _{Sínteses totais do ácido (+)- polioxâmico: a) Lingamurthy, M.; Rajender, A.; Rao, B. V. Tetrahedron} Lett. 2013, 54, 6189; b) Yoon, H.; Sim, T. Synthesis, 2013, 45, 3276; c) Lee, Y. J.; Park, Y.; Kim, M. H.;

Jew, S. S.; Park, H.-G. J. Org. Chem. 2011, 76, 740.; d) Joo, J.-E.; Pham, V.-T.; Tian, S.; Chung, Y.-S.; Oh, C.-Y.; Lee, K.-Y.; Ham, W.-H. Org. Biomol. Chem. 2008, 6, 1498; e) Enders, D.; Vrettou, M.

Synthesis, 2006, 2155; (f) Li, S.; Hui, X. P.; Yang, S. B.; Jia, Z. J.; Xu, P. F.; Lu, T. J. Tetrahedron: Asymetry 2005, 16, 1729.

25 _{Sínteses totais dos outros derivados: a) Luo, Y.; Zhang, H.; Liu, Y.; Cheng, R.; Xu, P. Tetrahedron:} Asymmetry, 2009, 20, 1174.; b) Baltas, M.; Collet, M.; Ge, Y. Tetrahedron: Asymmetry, 2007, 18, 1320.;

c) Ichikawa, Y.; Ito, T.; Isobe, M. Chem. - A Eur. J. 2005, 11, 1949. ; d) Soengas, R. G.; Estévez, J. C.; Estévez, R. J. Tetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 3955.; e) Tarrade, A.; Dauban, P.; Dodd, R. H. J. Org.

Chem. 2003, 68, 9521..

aminoácidos sintetizados, três são 3,4,5-triidroxi-aminoácidos: os ácidos 4-epi-polioxâmico, 2,4-diepi-polioxâmico e 2,3-diepi-polioxâmico (Esquema 5).

Esta estratégia se inicia com a etapa chave que é uma reação aldólica do tipo Mukaiyama entre os aldeído 3R ou 3S com N-Boc-2-(terc-butildimetilsilanoxi)pirrol, para formar as moléculas 5, 6 e 7, em que dois novos centros assimétricos são gerados com configuração relativa syn ou anti, a depender da natureza do ácido de Lewis utilizado. A princípio, esta rota sintética teria o potencial de sintetizar até quatro isômeros do ácido polioxâmico, uma vez que haveria a possibilidade de fazer a reação entre 3S e 4 com a condição b, cujo produto formado seria o ácido 3-epi-polioxâmico.

Esquema 5: Estratégia adotada por Casiraghi e cols.: a) SnCI4, Et2O, –80 ºC;

seguido de TBSCl, imidazol, DMF; b) BF3.OEt2, Et2O, –80 ºC; seguido de TBSCl,

imidazol, DMF (adaptado da ref. 26).

Em 2005, Xu e cols.27 _{utilizaram uma estratégia em que foi possível sintetizar os}

ácidos 3,4-diepi-polioxâmico e 2,4-diepi-polioxâmico em apenas duas etapas a partir de 3R e 11 ou 14. Esta estratégia utilizou imino-lactonas tricíclicas como auxiliares quirais e um aldeído quiral que levaram à formação dos produtos enantiomericamente puros e com rendimentos acima de 90% (Esquema 6). Os aspectos fundamentais desta abordagem são a rigidez dos auxiliares quirais que permitem a formação apenas do composto endo e a etapa aldol diastereosseletiva usando um aldeído quiral, que leva à formação de dois centros quirais em uma única etapa. Assim como a estratégia

de Casiraghi, esta estratégia poderia atingir até um máximo de 4 isômeros, pois os auxiliares quirais 11 e 14 poderiam reagir com o aldeído 3S a fim de produzir os ácidos 3-epi-polioxâmico e 2-epi-polioxâmico.

Esquema 6: Estratégia adotada por Xu e cols.: a) LDA, THF, aditivo (LiCl), –78º C;

b) i) 4 M HCl, t.a., 2 h, ii) 0,6 M NH3.H2O, Dowex 50W X8 (H+). (Adaptado ref. 27)

O trabalho mais recente em que mais de um derivado do ácido polioxâmico é sintetizado através da mesma estratégia foi publicado em 2008 por Stasik e cols. 28

Esta estratégia permite a síntese dos ácidos 3,4-diepi-polioxâmico e (-)-polioxâmico em quatro etapas utilizando a D-lixono-1,4-lactona como material de partida (Esquema 7). A etapa chave desta estratégia é a reação de substituição do átomo de bromo

α

-carbonílico por um grupamento azida que, na sequência, sofre epimerização, formando os diastereoisômeros 19a e b na proporção 1:1. Os isômeros foram separados e utilizados na obtenção dos 3,4,5-triidroxi-aminoácidos 13 e 16.

Esquema 7: Estratégia adotada por Stasik e cols.: a) HBr/AcOH, ta, 90%; b) NaN3, CH3CN, 95 ºC, 6 h, 80%. (Adaptado da ref.28)

2.2. Objetivos

Essa parte da dissertação de mestrado tem por objetivo desenvolver uma nova abordagem sintética para a preparação de 3,4,5-triidroxi-aminoácidos a partir de adutos de Morita-Baylis-Hillman. Também temos interesse em desenvolver uma abordagem geral que nos permita obter todos os possíveis diastereoisômeros destes aminoácidos.

2.3. Retrossíntese

Acreditamos que os derivados de 3,4,5-triidroxi-aminoácidos possam ser obtidos a partir de um aduto de MBH, seguindo o planejamento apresentado pela retrossíntese abaixo (Esquema 8). O aminoácido poli-hidroxilado 20 poderia ser obtido através de uma reação de aminação redutiva seguida de hidrólise do grupo cetal e da função éster presente no

α

-cetoéster 21. O controle das configurações absolutas dos centros assimétricos pré-existentes seriam assegurado na reação de Morita-Baylis-Hillman, após a separação dos adutos diastereoisoméricos obtidos. O intermediário 21 seria preparado por meio de uma reação de clivagem oxidativa do aduto de MBH 22, obtido na reação de MBH entre o aldeído quiral 3 (R/S) e o acrilato de metila 23. Encontram-se destacados em azul todas as ligações mantidas deste a primeira reação até a última, mostrando a alta economia atômica da rota, em que as etapas seguintes são apenas interconversões de grupos funcionais.

Apesar de nossa estratégia não ser enantiosseletiva, esta permitiria que, a princípio. pudéssemos separar os diastereoisômeros em cada uma das etapa de formação de um novo centro estereogênico. Esta característica possibilitaria sintetizar, em prinicpio, todos os oito isômeros do ácido polioxâmico. Até onde vai nosso conhecimento, as rotas sintéticas descritas na literatura até hoje foram capazes de sintetizar apenas três derivados de 3,4,5-triidroxi-aminoácido através de uma mesma estratégia. Portanto, o sucesso dessa abordagem nos permitiria descrever a primeira estratégia geral para a síntese do ácido polioxâmico e de seus derivados.

Esquema 8: Análise retrossintética para a preparação de um

2.4. Resultados e Discussão

2.4.1. Considerações preliminares

Como nossa rota sintética foi planejada de maneira que, a princípio, pudésse-mos alcançar qualquer um dos ácidos polioxâmicos, o primeiro passo para iniciarpudésse-mos o trabalho foi definir qual aldeído deveríamos usar. Uma rápida pesquisa mostrou que o O-isopropilideno-(R)-gliceraldeído (3R) possui custo muito elevado, enquanto que seu isômero 3S não é comercial. Então, decidimos sintetizar os dois aldeídos para esse trabalho.

Dentre as diversas sínteses disponíveis na literatura para o aldeído (R),29 _{a que}

nos pareceu mais viável foi aquela que emprega uma reação de clivagem oxidativa do 1,2;5,6-di-O-isopropilideno-D-manitol (24) na presença de NaIO4, fornecendo 2

equivalentes de O-isopropilideno-(R)-gliceraldeído (3) em 96% de rendimento.30 _O

diacetonídeo 24 poderia ser facilmente preparado por meio de uma reação de formação de cetal a partir de uma reação entre o D-manitol (25) e a acetona, utilizando ZnCl2 como catalisador.31 Esse catalisador atua de maneira branda e seletiva,

fornecendo 25 em 87% de rendimento (Esquema 9). Portanto, através desta sequência de reações, o aldeído 3R poderia ser obtido em altos rendimentos e de maneira rápida, a partir de um carboidrato obtido de fontes naturais e renováveis.

Esquema 9: Estratégia da literatura para preparação do

O-isopropilideno-(R)-gliceraldeído (3R) a partir do D-manitol .

29 _{Exemplos de síntese do aldeído (R): a) Babu, K. C.; Vysabhattar, R.; Srinivas, K. S. V; Nigam, S.;} Madhusudhan, G.; Mukkanti, K. Tetrahedron Asymmetry 2010, 21, 2619 ; b) Jäger, V.; Schröter, D.; Koppenhoefer, B. Tetrahedron 1991, 47, 2195; c) Satake, K.; Haven, N. Tetrahedron Lett. 1986, 27, 2575; d) Dumont, R.; Pfander, H. Helv. Chim. Acta 1983, 66, 814.

30 _{Azzous, R.; Fruit, C.; Bischoff, L.; Marsais, F. J. Org. Chem. 2008, 73, 1154.}

Para o aldeído 3S, pretendíamos utilizar a rota sintética proposta por Dai e cols.32

realizada três etapas. A etapa inicial desta síntese é uma reação de proteção de hidroxilas utilizando acetona e cloreto de acetila como catalisador, obtendo o ácido ascórbico protegido 26, com rendimento de 73%. Na segunda etapa, ocorre abertura da lactona de cinco membros através da reação de 27 com CaCO3, seguida de adição

de H2O2, formando o intermediário

α

-hidroxiácido 28 em 92% de rendimento. A última

etapa da rota é a descarboxilação do intermediário 28 na presença de Ca(OCl)2 para

formar o O-isopropilideno-(S)-gliceraldeído, com rendimento de 50% (Esquema 10). Neste trabalho, o aldeído 3S foi obtido com rendimento global de 37%, muito menor que o rendimento descrito para seu isômero. Entretanto, como vantagem, as reações utilizadas são brandas, com tempos reacionais relativamente curtos e rota mais curta, diferentemente de outras metodologias existentes na literatura que descrevem a preparação desse mesmo aldeído.33

Decidimos, então, que seria mais confortável e prático começarmos o trabalho com o aldeído (R), uma vez que este pode ser obtido mais rapidamente e em maiores quantidades que o aldeído (S). Após estabelecida a rota sintética para o aldeído (R), o aldeído (S) seria sintetizado e submetido às mesmas reações. Em, princípio, o comportamento químico desse último deveria ser semelhante àquela apresentado pelo isômero (R), permitindo, assim, o acesso aos outros triidroxi-aminoácidos.

32 _{Huang, J.-P.; Zhao, L.; Gu, S.-X.; Wang, Z.-H.; Zhang, H.; Chen, F.-E.; Dai, H.-F. Synthesis. 2011,} 2011, 555.

33 _{a) Exemplos de síntese para o aldeído S: Stecko, S.; Michalak, M.; Stodulski, M.; Muchał, Ł.; Parda,} K.; Furman, B.; Chmielewski, M. Synth. 2012, 44, 2695; b) Guéret, S. M.; Furkert, D. P.; Brimble, M. a.

Org. Lett. 2010, 12, 5226; c) Danielmeier, K.; Steckhan, E. Tetrahedron Asymmetry 1995, 6, 1181; d)

Hubschwerlin, C. Synthesis 1986, 962; e) Andrews, G. C.; Crawford, T. C.; Bacon, B. E. J. Org. Chem. 1981, 46, 2976.

Esquema 10: Síntese do O-isopropilideno-(S)-gliceraldeído (3S) realizada por Dai e

cols.: a) AcCl, acetona, t.a., 6h, 78%; b)CaCO3, H2O, 30% H2O2, 30-50 ºC, 4 h, 92%; c)Ca(ClO)2, AcONa/AcOH, H2O, 50 ºC, 35 min., 50%.

O aduto de MBH proveniente do aldeído (R) com acrilato de metila já foi sinteti-zado anteriormente em nosso grupo de pesquisa.34 _{Esta reação gera uma mistura}

diastereoisomérica de 7:3 em que o anti é o majoritário. Esta seletividade pode ser racionalizada pelo modelo de adição nucleofílica à carbonila de Felkin-Anh-Einsenski. Em resumo, este modelo afirma que a aproximação do nucleófilo será mais favorecida pela trajetória menos impedida com ângulo de 107º, conhecido como ângulo de Bürgi-Dunitz (devido à geometria do orbital

π

*C–O), formando o produto conhecido como Felkin. Este modelo também mostra que, quando a molécula apresenta grupos retiradores de elétrons (X) ligado ao carbono

α

, a conformação preferencial será aquela em que a ligação

σ

C–X estiver ortogonal à carbonila. Tal comportamento é

justificado pelo fato do orbital

π

C–O encontrar-se paralelo ao orbital σ*C–X, permitindo

que haja deslocalização de densidade eletrônica daquele orbital para este último, o que torna o estado de transição mais estável35_{(Esquema 11).}

34 _{Porto, R. S.; Amarante, G. W.; Cavallaro, M.; Poppi, R. J.; Coelho, F. Tetrahedron Lett. 2009, 50,} 1184.

35 _{Carey, F. A.; Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry - Part A: Structure and Mechanisms. 5} ed., pg. 178-182. Springer: New York, 2007.

Esquema 11: Representação dos orbitais envolvidos na aproximação de

Bürgi-Dunitz e conformação mais estável segundo o modelo de Felkin-Ahn-Eisenstein.

Sabendo-se o ângulo de ataque nucleofílico à carbonila e o estado de transição mais estável da molécula, surgem quatro possibilidades para a aproximação do nucleófilo. Duas delas são pelo lado do oxigênio, que causam repulsão eletrostática do nucleófilo devido aos pares eletrônicos não ligantes, desfavorecendo estas trajetórias e, portanto, não serão consideradas. As outras duas trajetórias são, ou a aproximação pelo lado do CH2 (em marrom) para formação do isômero syn ou a

aproximação pelo lado do hidrogênio (em azul) para formação do isômero anti. Esta última causa o menor impedimento estérico, sendo, portanto, mais favorecida, levando à formação majoritária do produto anti (produto Felkin) (Esquema 12).

Esquema 12: Trajetórias possíveis para o ataque nucleofílico.36

36 _{Clayden, J. P.; Greeves, N.; Warren, S. ; Wothers, P. D. Organic Chemistry. 1 ed., pg. 889-891,} Oxford University Press: Oxford, 2001

Considerando estes aspectos, decidimos, inicialmente, estabelecer a rota sintéticacom o aduto anti puro e, só posteriormente, aplicá-la ao aduto syn. Porém, a baixa porcentagem do isômero syn formado (30% da massa total recuperada de produto) poderia tornar a rota mais complicada de ser executada. Uma alternativa interessante seria a inversão do centro carbinólico do isômero anti por meio de uma reação de Mitsunobu, a fim de aumentar a massa do distereoisômero syn, permitindo que a rota seja realizada de maneira mais fácil e confortável.

Há precedentes do uso de adutos de MBH nas condições da reação de Mitsunobu, porém, ao invés de recuperar o produto de inversão do centro, apenas o produto de SN2’ é recuperado, em consequência ao ataque 1,4 do composto azo

(Esquema 13).37 _{Portanto, a etapa de inversão do aduto deveria ocorrer somente}

após a etapa de clivagem oxidativa, pois o intermediário deixará de ser um éster α,β insaturado, para tornar-se um composto

α

-ceto-éster, o que impossibilitaria a adição 1,4 e tornaria a reação de Mitsunobu viável para este substrato.

Esquema 13: Reação de Mitsunobu com aduto de MBH realizada por Tang e cols.

2.4.2. Preparação do Aduto de Morita-Baylis-Hillman

A preparação do aduto de MBH foi precedida pelas etapas de preparação do O-isopropilideno-(R)-gliceraldeído 3R. Primeiramente, o D-Manitol 24 foi tratado com cloreto de zinco na presença de acetona anidra, para fornecer o diacetonídeo 25 em 56% de rendimento. Em seguida, 25 foi tratado com NaIO4 levando à clivagem

oxidativa da ligação

σ

C–C entre os carbonos 3 e 4, obtendo, assim, 2 equivalentes de

3R. O aldeído bruto foi utilizado para próxima etapa, sendo a única operação unitária

a troca de solvente, a fim de obter o produto aduto 31 por meio da reação Morita-Baylis-Hillman, utilizando acrilato de metila, DABCO, líquido iônico (L.I. - Bmim[PF6])

e ultrassom (US). O aduto foi obtido como uma mistura de diastereoisômeros e com rendimento de 80% para as duas etapas (Esquema 14).

Esquema 14: Preparação do aduto de MBH: a) ZnCl2, acetona, 9,5 h, 56%; b) NaIO4, CH2Cl2, 2 h; c) Acrilato de Metila, DABCO, US, L.I. , 60 h, 80% (duas etapas).

Através do espectro do bruto reacional foi possível determinar a razão diastereo-mérica de 7:3. Por comparação com os precedentes do nosso grupo de pesquisa,38

concluímos que o produto majoritário trata-se do isômero anti 31a (Figura 7). Após purificação cromatográfica de 31a, foi obtido seu espectro de RMN de 1_{H, e foram}

observados os sinais característicos de adutos de MBH correspondentes aos hidrogênios

α

-metilênicos em 6,37 ppm e 6,00 ppm e ao sinal do hidrogênio carbinó-lico em 4,53 ppm na forma de um tripleto. Podemos observar também os sinais referentes aos hidrogênios endocíclicos em 4,35 ppm (adjacente ao hidrogênio carbinólico) na forma de um dubleto de dubleto com integração para 1 e em 3,93 na forma de dubleto com integração para 2. Existem ainda três sinais com integração para 3 relacionados à metilas do éster (3,78 ppm) e às duas metilas do anel dioxolona (1,44 ppm e 1,35 ppm), e um sinal relativo ao hidrogênio da hidroxila na forma de dubleto. Os sinais de hidroxila e hidrogênio carbinólico acoplam entre si, o que sugere que a formação de uma ligação de hidrogênio intramolecular entre o hidrogênio da hidroxila e o oxigênio da carbonila ou da dioxolona, fazendo com que o tempo de

38 _{Ver referência 34 na página 38.}

residência do hidrogênio seja maior que tempo de detecção do aparelho, o que permite que o acoplamento ocorra.

Figura 7: Espectro de RMN de 1_{H (250 MHz, CDCl}

3) do aduto 31a.

As primeiras tentativas para síntese do aduto 31 não foram muito eficientes. En-frentamos, inicialmente, problemas para recuperar o produto de MBH após a purificação em coluna cromatográfica em que apenas 15 a 40% da massa esperada para o produto foi recuperada. Após algumas investigações, acreditamos que o problema estava relacionado com a acidez da sílica, capaz de promover a hidrólise do grupo de proteção isopropilideno para formar uma molécula contendo três hidroxilas livres, o que aumentaria a interação do produto com a sílica. Consequentemente, o tempo de retenção do produto se tornaria muito maior, dificultando a purificação cromatográfica e diminuindo o rendimento do processo. O problema foi contornado com a neutralização da sílica com trietilamina, o que possibilitou que a purificação do aduto fosse realizada sem maiores transtornos.

Outro problema enfrentado foi a etapa de separação dos diastereoisômeros, pois, via CCD, os isômeros mostraram diferença muito pequena no índice retenção (Rf). Depois de várias tentativas, conseguimos uma fração em que o diastereoisômero majoritário anti era o único produto (determinado por comparação via RMN).

2.4.3. Preparação do aduto de MBH sililado

Segundo nossa retrossíntese, a próxima etapa da rota sintética deveria ser a cli-vagem oxidativa da ligação dupla do aduto viareação de ozonólise,para formarum

α

-cetoéster. No entanto, precedentes do nosso grupo de pesquisa39 _{mostraram que esta}

reação tem baixos rendimentos quando realizada com a hidroxila livre, uma vez que o

α

-cetoéster interage mais fortemente com a sílica que o aduto de MBH, o que dificulta sua purificação e, consequentemente, sua recuperação da coluna cromatográfica. A proteção da hidroxila com grupo silila garante que o tempo de retenção do produto na coluna seja menor, de maneira que o produto passa a ser facilmente purificado. Portanto, como a etapa de proteção da hidroxila tem papel importante para a continuidade da rota, foi dada sequência à síntese realizando uma etapa de proteção da hidroxila do aduto com o grupo terc-butildimetilsilila (TBS).

Inicialmente, utilizamos o cloreto de TBS, na presença de imidazol, em atmosfera de N2 e ausência de solvente. Tínhamos precedentes em nosso laboratório de que o

uso de solvente poderia ser dispensado em situações em que o meio reacional tivesse alguma fluidez.33 _{Entretanto, essa reação forneceu o aduto sililado com apenas 34%}

de rendimento, após 12 h de reação.

Em busca de melhorar o rendimento, alteramos a metodologia. Utilizamos diclorometano seco como solvente e substituímos o cloreto de TBS pelo trifluorometanosulfato de TBS (TBSOTf – triflato de TBS). Para essa reação utilizamos a trietilamina como base.40 _{A reação também foi realizada sob atmosfera de N}

2 e

forneceu o produto sililado com um rendimento de 84%, após somente 35 min (Esquema 15).

A obtenção de 32 foi confirmada por RMN de 1_{H através do aparecimento dos três}

sinais característicos do TBS (um singleto com integração para 9 em 0,89 ppm e dois singletos com integração para 3 em 0,10 ppm e 0,01 ppm) e do desaparecimento do sinal da hidroxila. Além disso, foi observado que o acoplamento do sinal referente ao

39 _{Abella, C. Aplicações sintéticas da reação de Morita-Baylis-Hillman: 1. Estudos de uma nova} abordagem para a síntese do alcalóide (±)-8-α-etoxiprecrivelina. 2. Estudos visando a síntese assimétrica de alcalóides indolizidínicos. 3. Monitoramento do mecanismo da formação de bases de Tröger por ESI-(MS/MS). 2009, Tese de doutorado, UNICAMP, Campinas.

hidrogênio carbinólico passou a ser um dubleto, o que confirma que esse hidrogênio acopla com o hidrogênio da hidroxila no aduto 31a.

Esquema 15: Preparação do produto protegido 32: a) TBSCl, Imidazol, 12 h, 34%;

b) TBSOTf, Et3N, 35 min, 84%.

A proteção com TBSCl é uma reação em que duas substituições nucleofílicas ocorrem consecutivamente. Primeiramente, o imidazol ataca o silício da espécie 35, eliminando o íon cloreto. Em seguida, a hidroxila do álcool 36 ataca a espécie 37 ativada pela carga positiva do ácido conjugado, eliminando-a para formar o composto sililado 38 (Esquema 16 A).41 _{Ao analisar este mecanismo, podemos supor que a}

primeira substituição deve ser a etapa lenta do mecanismo, pois a segunda substituição nucleofílica deve ocorrer muito rapidamente, já que o grupo de saída (GS) está carregado positivamente, o que favorece muito o ataque nucleofílico para sua eliminação. Assim, a velocidade da reação é totalmente dependente da labilidade do GS da primeira etapa. Portanto, quanto mais fraca a ligação entre silício e GS, mais rápida a reação. O triflato (OTf) é um grupamento muito mais retirador de elétrons que o cloreto, o que torna a ligação Si–OTf muito mais polarizada que a ligação Si–Cl. Isso faz com que o silício seja muito mais eletrofílico quando ligado ao OTf, fato que o torna mais suscetível ao ataque nucleofílico. Por este motivo, talvez este mecanismo deva ocorrer de forma um pouco diferente, dispensando a etapa de ativação que ocorre para o TBSCl, uma vez que o OTf torna o Si suficientemente eletrofílico para que haja o ataque da hidroxila de 36 à espécie 39. Além disso, o triflato é um grupo de saída mais eficiente do que o cloreto, pois é capaz de estabilizar melhor a carga negativa,o que também favorece a substituição nucleofílica (Esquema 16 B).

41 _{Clayden, J. P.; Greeves, N.; Warren, S. ; Wothers, P. D. Organic Chemistry. 1 ed., pg. 1291, Oxford} University Press: Oxford, 2001.

Esquema 16: A) Mecanismo para reação de proteção com TBSCl e imidazol;

B) Mecanismo para reação de proteção com a TBSOTf e Et3N.

O baixo rendimento da reação com TBSCl poderia ser explicado pelo aparecimento de produto de eliminação decorrente de uma reação do tipo SN2’, que

elimina o grupamento silanóxido (Esquema 17). Isto foi observado pela primeira vez em resultados anteriores de nosso grupo em que a reação de proteção foi mantida por longos períodos de tempo e foi recuperado apenas o produto de eliminação.42

Considerando-se termos qualitativos de velocidade de reação, foi observado que, no início, a reação de formação do aduto sililado é mais rápida que a reação de adição 1,4 da base. Conforme a reação aproxima-se do equilíbrio esta velocidade diminui até que sua velocidade seja equiparada à velocidade da reação paralela. Portanto, tempos reacionais longos para sililação de álcoois, leva ao maior favorecimento da reação lateral, consumindo o produto de interesse para formar o subproduto de SN2’.

42 _{Patricia Rezende, Síntese de 2-oxazolidinonas com Potencial Atividade Antimicrobiana a partir de} Adutos de Morita-Baylis-Hillman, Tese de Doutorado, Instituto de Química, 2007.

Esquema 17: Proposta mecanística para a formação do subproduto de SN2’.

2.4.4. Ozonólise do aduto sililado

Com o produto sililado 32 em mãos, demos continuidade à rota sintética. Em nossa proposta, a incorporação do átomo de nitrogênio, em posição

α

-carbonila, seria feita através de uma ozonólise, seguida de formação de oxima que, por sua vez, seria reduzida para um grupo amina em etapa posterior.

O intermediário sililado 32 foi, então, submetido a uma reação de ozonólise para formar o

α

-cetoéster. Utilizamos, inicialmente metanol como solvente e a reação foi conduzida a -72 ºC. Após o consumo total do substrato, o bruto reacional foi tratado com dimetilsulfeto (work up redutivo). Após 1,5 horas, a mistura foi concentrada a vácuo e o bruto de reação foi purificado em coluna cromatográfica, obtendo-se o

α

-cetoéster em 47% de rendimento.

Para entender o provável motivo do baixo rendimento neste caso, é necessário compreender do mecanismo de ozonólise. Tal transformação ocorre através da rea-ção entre o ozônio e a porrea-ção olefínica do intermediário 32. Inicialmente, ocorre uma reação de cicloadição 1,3-dipolar (3+2) do ozônio na ligação dupla, formando um intermediário instável de cinco membros 32a (malozonídeo). Sua instabilidade faz com que ocorra uma reação de cicloadição 1,3-dipolar reversa (3+2), dando origem ao formaldeído 32b e o óxido carbonílico 32c. O intermediário 32c pode participar de uma cicloadição 1,3 dipolar (3+2) com o formaldeído para formar o intermediário cíclico de cinco membros mais estável 32d (ozonídeo) e/ou participar de uma cicloadição 1,3 dipolar (3+3) em que duas moléculas de óxido carbonílico reagem entre si para formar o intermediário 32e. Além disso, o uso de solventes nucleofílicos, como o metanol, levam à formação majoritária do intermediário hidroperóxido 32f em detrimento dos