Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work describes the synthesis of a number of polyaza heterocycles and
the mechanistic study to obtain these products. Furthermore, the characterization
was performed by spectroscopic method and the structural study by X-ray diffraction
and theoretical calculations of molecular orbitals. The synthesis of polyaza
heterocyclic compounds began from the cyclocondensation reaction between a β-
enaminodiketone and 2-aminopyridine, 2-aminothiazole or 2-aminobenzoimidazole in
order to achieve pyrido[1,2-a]pyrimidin-4-one, thiazole[3,2-a]pyrimidin-5-one or 2-
oxo-pyrimido[1,2-a]benzimidazole, respectively, with a α-keto ester substituent, in
high regioselectivity. The mechanistic proposal developed in this step is based on the
semi-empirical theoretical calculations by the PM3 method. From these data it was
possible to say that the reaction was controlled by frontier molecular orbital,
according to values of HOMO/LUMO coefficient obtained for the reactants. In the
next step, the α-keto esters previously obtained, were reacted with ethylenediamine
and derivatives ledding to the pyrazinones formation and the reaction with 1,2-
phenylenediamine and derivatives led to the formation quinoxalinones. The same
reaction of α-keto esters with amidines did not lead to the formation of imidazolonas
as expected, since only the formation of the substitution product in the ester group
occurred. The reaction mechanisms proposed in these steps are also based in
theoretical calculations, where it was possible to infer that the reaction was
thermodynamically controlled, since the reactivity sites were less important than the stability of the intermediates. The compounds were characterized by 1D nuclear
magnetic resonance experiments of such as 1H and 13C and 2D such as COSY,
HETCOR and HMBC, besides of mass spectrometry.
The molecular structural studies by X-ray diffraction (for the compounds that
could be measured) revealed that polyaza heterocycles pyrido[1,2-a]pyrimidin-4-one,
thiazole[3,2-a]pyrimidin-5-one and 2-oxo-pyrimido[1,2-a]benzimidazole are
essentially plane. All these compounds showed as pattern at least one intramolecular
interaction between a carbonyl oxygen atom and a carbonyl carbon via π-hole,
forming a five membered pseudo-ring, which stabilizes the position of a carbonyl
group. The study revealed that all structural supramolecular compounds exhibit a
large number of weak hydrogen bonds of the type CH···X (where X = O, N) and the
compounds which exhibited a NH group in its structure or water in the asymmetric
unit formed additionally strong hydrogen bonds of the type X-H···X (where X = O, N).
Since the structures studied are aromatic heterocycles, all compounds showed
interactions involving π systems in their interactions like π···π and/or lone-pair···π in
their crystal packing. Only one intermolecular interaction via σ-hole (C=O···S) and
another via π-hole (C=O···C=O) were found. / Neste trabalho é descrita a síntese de uma série de poliaza heterociclos e o
estudo mecanístico para a obtenção destes produtos. Além disso, é realizada sua
caracterização utilizando métodos espectroscópicos e o estudo estrutural por
difração de Raios-X e cálculos teóricos de orbitais moleculares. A síntese dos
compostos poliaza heterocíclicos teve inicio a partir de reações de ciclocondensação
entre uma β-enaminodicetona e 2-aminopiridina, 2-aminotiazol ou 2-aminobenzoimidazol para obter pirido[1,2-a]pirimidin-4-ona, tiazolo[3,2-a]pirimidin-5-
ona e 2-oxo-pirimido[1,2-a]benzoimidazol, respectivamente, com um substituinte α-
ceto éster, de maneira altamente regiosseletiva. A proposta mecanística elaborada
nesta etapa está embasada em cálculos teóricos semi-empíricos pelo método PM3.
A partir destes dados é possível afirmar que a reação é controlada por orbital
molecular de fronteira, conforme os valores de coeficiente de HOMO/LUMO obtidos
para os reagentes. Na etapa seguinte, os α-ceto ésteres, previamente obtidos, ao
reagirem com etilenodiamino e derivados levaram a formação de pirazinonas, bem
como, a reação com 1,2-fenilenodiamino e derivados levou a formação de
quinoxalinonas como produto. A reação dos mesmos α-ceto ésteres com amidinas
não levou a formação de imidazolonas como desejado, pois ocorreu apenas a
formação do produto de substituição no grupo éster. Os mecanismos de reação
propostos nestas etapas também estão embasados em cálculos teóricos, onde foi
possível inferir que a reação foi termodinamicamente controlada, já que, a
reatividade dos sítios foi menos importante que a estabilidade dos intermediários. Os compostos foram caracterizados utilizando ressonância magnética nuclear em
experimentos de 1D como 1H e 13C, e 2D como COSY, HETCOR e HMBC, além de
espectrometria de massas.
O estudo estrutural molecular por difração de Raios-x (referente aos
compostos que puderam ser medidos) revelou que os poliaza heterociclos pirido[1,2-
a]pirimidin-4-ona, tiazolo[3,2-a]pirimidin-5-ona e 2-oxo-pirimido[1,2-a]benzoimidazol
são essencialmente planos. Um padrão observado nestes compostos é que todos
apresentam, pelo menos, uma interação intramolecular entre um átomo de oxigênio
carbonílico e um carbono carbonílico via π-hole, formando um pseudo-anel de cinco
membros, que estabiliza a posição de uma carbonila. O estudo estrutural
supramolecular revelou que todos os compostos apresentam um amplo número de
ligações de hidrogênio fracas do tipo C-H· · ·X (quando, X = O, N) e os compostos
que apresentaram um grupo N-H em sua estrutura ou água na unidade assimétrica
formam, adicionalmente, ligações de hidrogênio fortes do tipo X-H···X (quando, X =
O, N). Como as estruturas estudadas apresentam heterociclos aromáticos, todos os
compostos mostraram interações envolvendo seus sistemas π em interações do tipo
π· · ·π e/ou lone-pair· · ·π em seus empacotamentos cristalinos. Apenas uma interação
intermolecular via σ-hole (C=O· · ·S) e uma via π-hole (C=O· · ·C=O) foram
encontradas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/4236 |
| Date | 27 July 2012 |
| Creators | Campos, Patrick Teixeira |
| Contributors | Martins, Marcos Antonio Pinto, Siqueira, Geonir Machado, Rosa, Fernanda Andreia, Flores, Alex Fabiani Claro, Zanatta, Nilo |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Química, UFSM, BR, Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100600000000, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, c28419d9-6027-4f9c-acd2-76e8067a85d1, c2c55a9e-8ad6-49d1-943c-06500fac843d, a38d50c4-7cd2-4e3c-a998-d44fbb5ca4ad, d8662a5f-28f9-41c1-a6af-67b2581ef1d4, ef88f877-9177-4caf-ba05-4129d89287e1, db72aa79-2ac0-4a18-90a9-823ea140938a |
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