Eksperimentalno i teorijsko ispitivanje mehanizma nastajanja fenilseleno-etara iz nekih terpenskih alkohola

Abstract

Supstituisani tetrahidrofurani nalaze se kao strukturni fragmenti u širokom spektru prirodnih proizvoda i drugih biološki aktivnih molekula. Na primer, acetogenini su velika porodica prirodnih proizvoda koji imaju u svojoj strukturi tetrahidrofuranski prsten. Zbog značaja ovih molekula, značajan napor je usmeren ka razvoju novih metoda za sintezu tetrahidrofurana. Veoma važna metoda za dobijanje tetrahidrofuranskih derivata je reakcija fenilselenoeterifikacije olefina. Ciklofunkcionalizacija olefina koji sadrže i nukleofilni kiseonik sa selenskim reagensima poznata je kao fenilselenoeterifikacija. Ovo je sve više proučavana ciklizaciona reakcija koja je našla primenu u raznim granama hemije, a naročito se koristi u totalnim sintezama. Velika prednost ove reakcije je ta što se izvodi pri blagim reakcionim uslovima. Ovo nas je navelo da vršimo eksperimentalno i teorijsko ispitivanje fenilselenoeterifikacije terpenskih alkohola (linalol, nerolidol i α-terpineol). Rezultati dobijeni u detaljnom ispitivanju mehanizma fenilselenoeterifikacije terpenskih alkohola u prisustvu kiselih i baznih katalizatora biće predstavljeni sledećim redosledom: 1. Intramolekulska ciklizacija terpenskih alkohola sa organoselenskim reagensima (PhSeCl i PhSeBr) ispitivana je u prisustvu ekvimolarnih količina Lewis-ovih baza i kiselina kao aditiva. Prisustvo aditiva obezbeđuje brzu i efikasnu reakciju ciklizacije. Takođe, sprečava i pojavu sporednih proizvoda. Ciklični etar tetrahidrofuranskog tipa dobijen je u kvantitativnim prinosima u reakciji linalola i nerolidola. Tetrahidropiranski proizvod dobijen je u kvantitativnim prinosima u reakciji α-terpineola. 2. Kinetika fenilselenoeterifikacije linalola i nerolidola sa PhSeCl i PhSeBr u prisustvu Lewis-ovih baza praćena je UV-Vis spektrofotometrijski u tetrahidrofuranu. Sve reakcije su praćene kao reakcije pseudo-prvog reda. Vrednosti za konstante brzine ciklizacije pokazuju linearnu zavisnost u funkciji od baznosti upotrebljenog aditiva. 115 Najbrža reakcija je u pristvu piperidina koji je i najbazniji aditiv. Reakcije sa PhSeCl su brže nego one sa PhSeBr. 3. Mehanizam fenilselenoeterifikacije linalola i nerolidola je ispitan na molekulskom nivou. Primećeno je da je uticaj kontra jona na mehanizam fenilselenoeterifikacije veoma izražen. Ukoliko se kontra jon izostavi iz kvantno- hemijskih izračunavanja (a tako je rađeno sve do ove doktorske disertacije) dobija se lažna slika o mehanizmu reakcije, tj. da je syn put povoljniji od anti puta. Ova greška je posledica pogrešno izračunate energije solvatacije, koja u slučaju pozitivno naelektrisanih prereakcionih kompleksa ima nerealno velike vrednosti. Kada se kontra jon uključi u kvantno-hemijska izračunavanja (što je po prvi put učinjeno u ovoj doktorskoj disertaciji) proizilazi da je prvi korak reakcije (adicija fenilselenil grupe na dvostruku vezu terpenskog alkohola) endergoni proces koji se odvija preko prelaznog stanja. Nastali kontra joni vrše uticaj na pozitivno naelektrisani deo reakcionog sistema tako što podižu energije aktivacije u drugom reakcionom koraku (ciklizacija). Zaključuje se da je u prisustvu kontra jona anti ciklizacioni put favorizovan, jer zahteva nižu energiju aktivacije za korak koji određuje brzinu reakcije, tj. za ciklizacioni korak.

The substituted tetrahydrofurans are as structural fragments in a wide range of natural products and other biologically active molecules. For example, acetogenins are a large family of natural products that have tetrahydrofuran ring in their structure. Because of the importance of these molecules, significant effort has been directed toward the development of new methods for the synthesis of tetrahydrofuran. A very important method for obtaining tetrahydrofurans derivatives is a reaction of olefins by henylselenoetherification. Cyclofunctionalization of the olefins that have nucleophilic oxygen with a selenium reagents is known as reaction of phenylselenoetherification. A reaction of cyclization is increasingly studied which has been found application in various branches of chemistry, especially used in a total synthesis. This reaction is performed under mild reaction conditions and this is a great advantage. This leads us to perform an experimental and theoretical investigations of phenylselenoetherification of terpenic alcohols (linalool, nerolidol and α-terpineol). The results obtained in a detailed examination of the mechanism of phenylselenoetherification of terpenic alcohols in the presence of acid and base catalysts will be presented in the following order: 1. The intramolecular cyclization of the terpenic alcohol with organoselenium reagents (PhSeCl and PhSeBr) was investigated in the presence of equimolar amounts of a Lewis bases and the acids as an additives. The presence of additives provides quick and efficient cyclization reaction. Also, it prevents the occurrence of side products. Cyclic ether of the tetrahydrofuran type was prepared in quantitative yields in the reaction of linalool and nerolidol. Product of tetrahydropyran was obtained in quantitative yields by reaction of α-terpineol. 2. Kinetics of phenylselenoetherification of linalool and nerolidol with PhSeCl and PhSeBr in the presence of a Lewis bases is monitored by UV-Vis spectrophotometry in tetrahydrofuran. All reactions were monitored as a pseudo-first order reaction. The values of the rate constants of cyclization show a linear dependence as a function of the alkalinity of used additives. 117 The reaction in the presence of piperidine, which is the most alkaline additive is the fastest. Reactions with PhSeCl are faster than PhSeBr. 3. Mechanism of phenylselenoetherification of linalool and nerolidol was examined at the molecular level. It was noted that the impact of counter-ions on the mechanism of phenylselenoetherification is very pronounced. If the counter ion is omitted from quantumchemical calculations (this is done until the end of this doctoral thesis) gives a false picture of the reaction mechanism, ie. a syn way is more favorable way than a anti. This error is due to incorrectly calculate the solvatation energy, which in the case of positively charged in reacation complex has unrealistically high values. When the counter ion involved in the quantum-chemical calculations (which was first done in this doctoral thesis) leads that the first step of the reaction (addition phenylselenyl groups on the double bond of the terpene alcohol) is endergonic process that takes place over a transitional state. The resulting counter-ions influence the positively charged part of the reaction system by raising the activation energy in the second reaction step (cyclization). It is concluded that the presence of counter-ions favored anti cyclization patway, because it requires a lower activation energy for the rate determining step of the reaction, ie. for a cyclization step.