京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第24627号 / 工博第5133号 / 新制||工||1981(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料化学専攻 / (主査)教授 中尾 佳亮, 教授 松原 誠二郎, 教授 杉野目 道紀 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

A funcionalização régiosseletiva e quimiosseletiva de arenos utilizando reagentes organometálicos têm sido uma ferramenta importante na síntese de novas moléculas de interesse científico e tecnológico, principalmente para a Química Medicinal. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi investigar a reatividade de amidetos metálicos na funcionalização de benzonitrilas, uma vez que o grupo ciano é um importante intermediário sintético e pode ser transformado em diversos grupos funcionais. Para tanto, inicialmente, cianofenóis foram convertidos aos respectivos pivalatos, carboxilatos e fosforodiamidetos, sendo estes grupos estudados como grupos orto-dirigentes de metalação. Com o objetivo de desenvolver metodologias para funcionalização dos substratos, diferentes amidetos de lítio e mistos de magnésio e lítio foram estudados sob diferentes condições reacionais, sendo iodo o eletrófilo padrão para monitoramento das reações. De maneira geral, observou-se pouca reatividade das bases mistas TMPMgCl?LiCl e TMP2MgCl?2LiCl frente aos substratos estudados. Por outro lado, a base TMPLi se mostrou efetiva na funcionalização dos substratos, sendo que os produtos de rearranjo de Fries foram sempre majoritários em detrimento aos produtos de iodólise. Com isso, diferentes benzonitrilas funcionalizadas de estrutura inédita na literatura puderam ser sintetizadas de maneira regiosseletiva, sendo os produtos caracterizados por meio de análises de RMN bidimensionais. Similarmente, na etapa final do projeto, a reatividade das mesmas bases foi investigada em reações com metóxi-benzonitrilas, sendo que neste caso os iodetos esperados foram obtidos em bons rendimentos pelo uso das bases mistas de magnésio e litio. Adicionalmente, os intermediários organometálicos demostraram boa reatividade frente a diversos eletrófilos, proporcionando o isolamento de benzonitrilas substituídas com diferentes grupos funcionais, sendo estas de grande interesse sintético e medicinal. / The regioselective and chemoselective functionalization of arenes using organometallic reagents has been an important tool for the synthesis of new molecules of scientific and technologic interest, especially for the Medicinal Chemistry. In this context, the objective of this work was to investigate the reactivity of metallic amides in the functionalization of benzonitriles once the cyano group is an important synthetic intermediate and can be transformed in several different functional groups. Thus, initially, cyanophenols were converted to the respective pivalates, carboxylates and phosphodiamides which were studied as ortho directing metalation groups. With the goal of developing methodologies for the functionalization of the cited substrates, different lithium amides and mixed lithium-magnesium amides were studied under different reaction conditions being iodide the standard electrophile for reaction monitoring. In general, it was observed little reactivity of the mixed bases TMPMgCl?LiCl and TMP2MgCl?2LiCl against the studied substrates. On the other hand, the TMPLi base has proved to be effective in the functionalization of the substrates though the Fries\' rearrangement products were always observed in majority compared to the iodolysis products. By using this strategy, several novel functionalized benzonitriles could be synthetized in a regioselective way with the products being characterized by bidimensional NMR techniques. Similarly, in the final stage of the project the reactivity of the same bases was investigated in reactions employing methoxi-benzonitriles where the mixed lithium-magnesium afforded the expected iodides in good yields. Additionally, the organometallic intermediates demonstrated good reactivity against several electrophiles providing the isolation of substituted benzonitriles of great synthetic and medicinal interest.

A funcionalização regiosseletiva e quimiosseletiva de arenos e heterociclos utilizando reagentes organometálicos têm sido uma ferramenta importante na síntese de novas moléculas bioativas, assim como na química de materiais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi investigar a reatividade de novos reagentes mistos de magnésio e de lítio na funcionalização de nitrilas aromáticas (dicianobenzeno) e heteroaromáticas (furano, tiofeno, piridina e pirazina), uma vez que o grupo ciano é um importante intermediário sintético e pode ser transformado em diversos grupos funcionais. Para todos os substratos, foram realizados testes metodológicos, a fim de obter a melhor condição reacional de metalação utilizando a base organometálica TMPMgCloLiCl na presença ou ausência de aditivos, como ZnCl2. Após a formação do intermediário magnesiado, diferentes eletrófilos foram testados, levando aos produtos desejados em bons rendimentos. Por outro lado, após reações de transmetalação com cloreto de zinco, os intermediários puderam ser arilados através de reações de acoplamento cruzado de Negishi. Além disso, o estudo de metalação dirigida de nitrilas contendo furano e tiofeno em sua estrutura resultou na síntese de nitrilas heterocíclicas funcionalizadas em bons rendimentos. De forma similar, na sequência do trabalho, as funcionalizações de uma série de piridinas e pirazinas foram avaliadas utilizando a base TMPMgCloLiCl , tanto em condições convencionais, quanto pelo uso de irradiação de micro-ondas na etapa de metalação. Após as reações dos reagentes organomagnésio correspondentes com diversos eletrófilos, foram obtidos pirazinas e piridinas funcionalizadas com interessantes quimio- e regiosseletividades, e em rendimentos moderados. Finalmente, a reatividade de cianobenzenos e dicianobenzenos frente à base TMPMgCloLiCl foi também avaliada, e neste caso os reagentes de lítio se mostraram mais eficientes para funcionalização destes compostos. / The regio- and chemoselective functionalization of arenes and heterocycles using organometallic reagents has been an important synthetic tool in the synthesis of new bioactive molecules, as well as in materials chemistry. In this context, the objective of this study was to investigate the reactivity of new mixed magnesium-lithium reagents in the functionalization of aromatic nitriles (dicyanobenzene) and heteroaromatic (furan, thiophene, pyridine and pyrazine), whereas the cyano group is an important synthetic intermediate and can be transformed into various functional groups. For all substrates, methodological trials were performed in order to stablish the best reaction conditions of metalation using organometallic base TMPMgCloLiCl in the presence or absence of additives such as ZnCl2. After formation of the magnesiated intermediated, reactions were quenched with several electrophiles, leading to the desired products in good yields. Following a transmetalation step with ZnCl2, intermediates could be arylated using Negishi cross-coupling reactions. Moreover, the metalation study using nitrile-substituted furan and thiophene substrates resulted in functionalized heterocyclic nitriles in good yields. Similarly, the functionalization of pyridines and pyrazines with TMPMgCloLiCl were also evaluated using both conventional conditions and under microwave irradiation in the metalation step. After that, the treatment of the corresponding organomagnesium intermediates with various electrophiles provided functionalized pyrazines and pyridines with interesting chemo- and regioselectivity and in moderated yields. Finally, the reactivity of cyano- and dicyanobenzenes against the base TMPMgCloLiCl was also evaluated, however in this case the organolithium reagents appeared to be more efficient for the functionalization of this class of compounds