Rozwój metod syntezy i badania nad reaktywnością tioketonów funkcjonalizowanych grupą ferrocenylową

Abstract

Mając na uwadze ciągły wzrost zainteresowania związkami zawierającymi podstawnik ferrocenylowy oraz rosnące znaczenie związków tiokarbonylowych w syntezie organicznej zaprojektowano i zrealizowano cykl badań, w których głównymi substratami były tioketony funcjonalizowane grupą ferrocenylową. W pierwszej fazie, badania były skupione na opracowaniu skutecznej metody otrzymywania tioketonów ferrocenylowo/arylowych, ferrocenylowo/hetarylowych oraz ferrocenylowo/alkilowych. W tym celu należało opracować ogólną, wydajną i dobrze powtarzalną procedurę otrzymywania ketonów z podstawnikiem ferrocenylowym oraz odpowiednią, drugą grupą funkcyjną. Najlepszym sposobem ich syntezy okazała się zmodyfikowana reakcja Friedla-Craftsa, w której wykorzystano generowane in situ mieszane bezwodniki kwasu trifluorooctowego. W kolejnym etapie, wychodząc z otrzymanych wcześniej, czystych ketonów, w wyniku wymiany atomu tlenu na atom siarki, przy użyciu odczynnika Lawessona, przekształcano je w pożądane produkty tiokarbonylowe, czyli tioketony. Następnie, przeprowadzono szereg eksperymentów, mających na celu zbadanie reaktywności oraz możliwości zastosowania tioketonów ferrocenylowych w syntezie nowych, bardziej złożonych związków zawierających ugrupowanie ferrocenylowe. W reakcjach tioketonów ferrocenylowych z diarylo diazozwiązkami oraz α-diazoketonami stwierdzono, że ulegają one reakcji [3+2]-cykloaddycji pełniąc w tych reakcjach rolę reaktywnych dipolarofili. Ustalono, że reakcje z pochodnymi diazometanu prowadzą do odpowiednich 1,3,4-tiadiazolin, które następnie ulegają [3+2]-cykloeliminacji i po wydzieleniu azotu generują reaktywne ylidy tiokarbonylowe (tiokarbonylo S-metanidy). Te zaś, w wyniku 1,3-dipolarnej elektrocyklizacji dają tiirany funkcjonalizowane grupą ferrocenylową, które w zależności od rodzaju podstawników można wydzielić lub po spontanicznej desulfuryzacji dają tetrapodstawione etyleny. W dalszej części badań stwierdzono, iż tioketony ferrocenylowe, jako reaktywne dipolarofile, ulegają [3+2]-cykloaddycji z generowanymi in situ tiokarbonylo S-metanidami pochodnymi tioketonów zarówno aromatycznych jak i cykloalifatycznych. Okazało się, że głównymi bądź wyłącznymi produktami tych reakcji są sterycznie zatłoczone 4,4,5,5-tetrapodstawione 1,3-ditiolany. Na podstawie stwierdzonej regioselektywności reakcji z arylowymi tiokarbonylo S-metanidami zaproponowano nieuzgodniony mechanizm reakcji, w którym decydującą rolę odgrywają związki przejściowe o charakterze dirodnika stabilizowanego przez efekty elektronowe. W rozszerzeniu prowadzonych badań, tioketony ferrocenylowe poddano reakcjom [3+2]-cykloaddycji z sililowanymi tiokarbonylo S-metanidami, które generowano w reakcjach TMS-diazometanu z wybranymi tioketonami aromatycznymi z następnym rozkładem powstających [3+2]-cykloadduktów. Także i w tej serii, reakcja sililowanych ylidów tiokarbonylowych z tioketonami funkcjonalizowanymi grupą ferrocenylową prowadzi do zatłoczonych 2-TMS-1,3-ditiolanów, które po desililowaniu dawały jako główny produkt tetra-podstawione etyleny. Mechanizm powstawania etylenów wytłumaczono w oparciu o właściwości sililowanych 1,3-ditiolanów, które można traktować jako zamaskowane formy anionów ditiolanowych. Te z kolei ulegają [3+2]-cykloeliminacji prowadzącej do uwolnienia anionu ditiomrówczanowego. Nowa reakcja olefinowania łączy w sobie elementy znanych reakcji Bartona-Kelloga oraz Coreya-Wintera i stanowi jedno z najbardziej doniosłych osiągnięć przedstawionej dysertacji. W ostatnim etapie przeprowadzonych badań wykorzystano zdobyte doświadczenie w reakcjach tioketonów ferrocenylowych z diazozwiązkami i sililowanymi tiokarbonylo S-metanidami oraz zaadaptowano znaną reakcję olefinowania Bartona-Kelloga do opracowania efektywnej metody syntezy nowych pochodnych 9H-metylidenofluorenu (dibenzofulwenów) oraz ferrocenylo etylenów należących do tzw. ‘rodziny ferrocifenów’. Dibenzofulweny znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu od elektrooptyki, chemii polimerów, aż po chemię materiałów i elektrochemię, lecz jak dotychczas, dibenzofulweny funkcjonalizowane grupą ferrocenylową nie były opisane w literaturze. Z kolei, intensywnie badane ferrocifeny stanowią dość rzadkie przykłady związków organometalicznych znanych jako skuteczne leki anty-nowotworowe. Opisane w przedstawionej rozprawie podejście do syntezy etylenów funkcjonalizowanych grupą ferrocenylową, oparte na wykorzystaniu tioketonów alkilowo ferrocenylowych, stanowi atrakcyjną alternatywę do powszechnie stosowanej w tym celu reakcji sprzęgania McMurry.