Phát triển phương pháp chuyển silylen xúc tác kim loại cho hợp chất carbonyl và ứng dụng trong tổng hợp sản phẩm tự nhiên

• Tác giả: Stacie Anne Calad
• Người hướng dẫn: Professor Keith A. Woerpel
• Trường học: University of California, Irvine
• Chuyên ngành: Chemistry
• Đề tài: Development of Metal-Catalyzed Silylene Transfer to Carbonyl Compounds and Applications in Natural Product Synthesis
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Irvine

• DEDICATION
• Table of Contents
• List of Figures
• List of Tables
• ACKNOWLEDGEMENTS
• CURRICULUM VITAE
• Abstract of the Dissertation
• 1. CHAPTER 1: Silylene Transfer to Carbonyl-Containing Compounds
• 2. CHAPTER 2: Metal-Catalyzed Silylene Transfer to Carbonyl-Containing Compounds
• 2.1. Metal-Catalyzed Silylene Transfer to Esters and Ketones
• 2.3. Results and Discussion
• 2.6. Experimental Section
• 3. CHAPTER 3: Silylene Transfer to œ,B-unsaturated Esters and Subsequent Ireland—Claisen Rearrangements: Application to the Synthesis of (+)-5-epi-Acetomycin
• 3.1. Ireland—Claisen Rearrangement of Silylene Transfer Products
• 3.2. Functionalizations and Carbon-Silicon Bond Oxidation
• 3.3. Results and Discussion
• 3.4. Total Synthesis of (+)-5-epi-Acetomycin
• 3.7. X-ray Crystallographic Data
• 4. CHAPTER 4: Synthesis of (+)-epi-Stegobinone Utilizing Silacyclopropanes as Synthetic Intermediates
• 4.3. Results and Discussion
• 4.7. X-ray Crystallographic Data
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• ACKNOWLEDGEMENTS
• CURRICULUM VITAE
• Abstract of Dissertation

I. Phương pháp chuyển silylen

Phương pháp chuyển silylen là một kỹ thuật quan trọng trong hóa học hữu cơ, đặc biệt trong việc tổng hợp các hợp chất phức tạp. Phương pháp này liên quan đến việc chuyển nhóm silylen (R2Si) đến các hợp chất carbonyl, tạo ra các sản phẩm trung gian như oxasilacyclopropane và silacarbonyl ylide. Các sản phẩm này có thể tiếp tục biến đổi thành các hợp chất hữu cơ hữu ích như siloxane và silyl enol ether. Chuyển silylen thường được thực hiện thông qua các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt phân, quang phân hoặc xúc tác kim loại, và đã được nghiên cứu rộng rãi trong 30 năm qua.

1.1 Cơ chế phản ứng

Cơ chế của phương pháp chuyển silylen bắt đầu bằng việc tạo ra silylen từ các nguồn khác nhau như cyclotrisilane hoặc silacyclopropane. Silylen sau đó phản ứng với nhóm carbonyl của các hợp chất như aldehyd, ketone, và ester, tạo ra các sản phẩm trung gian như oxasilacyclopropane. Các sản phẩm này có thể tiếp tục biến đổi thông qua các phản ứng như [1,3]-silyl migration hoặc phản ứng với các tác nhân khác như methanol hoặc adamantanone. Ví dụ, phản ứng của silylen với benzophenone tạo ra oxasilacyclopropane, sau đó chuyển thành oxasilacyclopentane thông qua [1,3]-silyl migration.

1.2 Ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ

Phương pháp chuyển silylen có nhiều ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ, đặc biệt trong việc tạo ra các hợp chất có cấu trúc phức tạp. Ví dụ, phản ứng của silylen với các hợp chất α,β-unsaturated ester tạo ra oxasilacyclopentene, một hợp chất trung gian quan trọng có thể tham gia vào các phản ứng aldol và Ireland-Claisen rearrangement. Các phản ứng này cho phép tạo ra các sản phẩm với nhiều trung tâm lập thể và các carbon bậc bốn, điều này rất hữu ích trong tổng hợp các sản phẩm tự nhiên.

II. Xúc tác kim loại cho hợp chất carbonyl

Xúc tác kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy các phản ứng chuyển silylen đến các hợp chất carbonyl. Các kim loại như đồng (Cu) và palladium (Pd) thường được sử dụng để tăng tốc độ phản ứng và cải thiện hiệu suất. Xúc tác kim loại cho carbonyl không chỉ giúp giảm bớt các điều kiện phản ứng khắc nghiệt mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp chuyển silylen trong tổng hợp hữu cơ.

2.1 Cơ chế xúc tác

Cơ chế của xúc tác kim loại trong phản ứng chuyển silylen liên quan đến việc tạo phức giữa kim loại và silylen, từ đó tăng khả năng phản ứng của silylen với các hợp chất carbonyl. Ví dụ, trong phản ứng của silacyclopropane với benzaldehyde, đồng (Cu) đóng vai trò xúc tác, tạo ra sản phẩm siloxane thông qua cơ chế chuyển silylen. Xúc tác kim loại cũng giúp ổn định các sản phẩm trung gian, từ đó tăng hiệu suất phản ứng.

2.2 Ứng dụng trong tổng hợp tự nhiên

Xúc tác kim loại cho carbonyl đã được ứng dụng rộng rãi trong tổng hợp các sản phẩm tự nhiên. Ví dụ, phản ứng chuyển silylen xúc tác kim loại đã được sử dụng trong tổng hợp (+)-5-epi-acetomycin, một hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học quan trọng. Phương pháp này cho phép tạo ra các sản phẩm với độ tinh khiết cao và hiệu suất tốt, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ.

III. Tổng hợp sản phẩm tự nhiên

Tổng hợp sản phẩm tự nhiên là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học hữu cơ, nơi các phương pháp như chuyển silylen và xúc tác kim loại được áp dụng để tạo ra các hợp chất có hoạt tính sinh học. Ứng dụng tổng hợp của các phương pháp này đã được chứng minh qua việc tổng hợp thành công các hợp chất như (+)-5-epi-acetomycin và (+)-epi-stegobinone, những sản phẩm tự nhiên có giá trị cao trong y học và dược phẩm.

3.1 Tổng hợp 5 epi acetomycin

Tổng hợp (+)-5-epi-acetomycin là một ví dụ điển hình về ứng dụng của phương pháp chuyển silylen và xúc tác kim loại trong tổng hợp sản phẩm tự nhiên. Phản ứng chuyển silylen đến các hợp chất carbonyl đã được sử dụng để tạo ra các sản phẩm trung gian quan trọng, sau đó tham gia vào các phản ứng Ireland-Claisen rearrangement để tạo ra các carbon bậc bốn. Quá trình này đã được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao và độ tinh khiết tốt, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ.

3.2 Tổng hợp epi stegobinone

Tổng hợp (+)-epi-stegobinone cũng là một ứng dụng quan trọng của phương pháp chuyển silylen và xúc tác kim loại. Phản ứng chuyển silylen đến các hợp chất carbonyl đã được sử dụng để tạo ra các sản phẩm trung gian, sau đó tham gia vào các phản ứng aldol để tạo ra các sản phẩm với nhiều trung tâm lập thể. Quá trình này đã được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao và độ tinh khiết tốt, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ.