Univerzita Karlova v Praze

Transkript

1 Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Chemie v přírodních vědách Michal Šimek Enantioselektivní aminace pyrazolonových derivátů Enantioselective amination of pyrazolone derivatives Bakalářská práce Vedoucí závěrečné práce: Dr. Jan Veselý, PhD. Praha, 2012

2 Prohlášení Tato bakalářská práce vznikla v souvislosti s řešením výzkumného záměru MSM Prohlášení: Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu. V Praze, Podpis 2

3 Poděkování Poděkování a prvním místě bych rád poděkoval svému školiteli Dr. Janu Veselému, PhD. za to, že ve mně ve druhém ročníku vzbudil zájem o organickou chemii, že mě přijal do své skupiny asymetrické syntézy, a že mě trpělivě a kvalitně vedl po celý čas mé dosavadní práce. Dále bych rád poděkoval Mgr. Marku emešovi, za seznámení s laboratorní praxí, za cenné rady a především za čas, který mi věnoval. ád bych také poděkoval Dr. Simoně ybelbauerové, PhD. za zaučení na M spektrometru a za měření spekter. Mgr. Bohunce Šperlichové bych rád poděkoval za měření optické otáčivosti, Mgr. Martinu Poprovi za měření I spekter a Dr. Martinu Štíchovi za měření hmotnostních spekter. Dále Janu ekvindovi za půjčování pinzety a celému kolektivu laboratoře za vytvoření příjemného a motivujícího prostředí. Chtěl bych také poděkovat všem, kteří se chemií nezabývají, ale přesto během rozhovorů se mnou alespoň předstírají, že mě poslouchají. brovský dík patří především mé rodině, která stojí vždy při mně duševně, finančně i gastronomicky. 3

4 Abstrakt Abstrakt Tato bakalářská práce je zaměřena na přípravu derivátů pyrazolonů z komerčně dostupných látek a jejich následnou enantioselektivní aminaci azodikarboxyláty esterifikovanými různě stericky náročnými substituenty za katalýzy cinchonovými alkaloidy. Abstract This bachelor thesis is focused on preparation of pyrazolone derivates from commercially available compounds and their subsequent enantioselective amination with azodicarboxylates esterified by various sterically hindered substituents catalyzed by cinchona alkaloids. 4

5 Seznam zkratek Seznam zkratek Bn benzyl BIAP 2,2'-bis(difenylfosfino)-1,1'-binaftyl CIAPS bis(difenylfosfino)butan DIAD diisopropyl-azodikarboxylát DIPAMP ethan-1,2-diylbis[(2-methoxyfenyl)fenylfosfan] DPA 2-amino-3-(3,4-dihydroxyfenyl)propanová kyselina DMS dimethylsulfoxid DMF,-dimethylformamid Ee enantiomerní přebytek (enantiomeric excess) Et ethyl EtAc ethyl-acetát Et ethanol ESI ionizace elektrosprejem (electro spray ionisation) PLC vysokoúčinná kapalinová chromatografie MS hmotnostní spektroskopie s vysokým rozlišením IČ infračervená spektroskopie i-pr isopropyl LA Lewisova kyselina Me methanol M nukleární magnetická rezonance u nukleofil Ph fenyl p TS p-toluensulfonová kyselina F V SM t-bu t r TF TLC retenční faktor rotační vakuová odparka single occupied molecular orbital terc-butyl retenční čas tetrahydrofuran chromatografie na tenké vrstvě (thin layer chromatography) 5

6 bsah bsah Seznam zkratek Úvod Příprava organických látek rganická syntéza Asymetrická syntéza Katalýza komplexy přechodných kovů Enzymová katalýza rganokatalýza Katalýza enaminovou aktivací Katalýza iminiovou aktivací Katalyzátory na bázi Brønstedových bází Cíle práce Výsledky a diskuze Syntéza derivátů pyrazol-5-onu ptimalizace aminační reakce Vymezení rozsahu použití aminační reakce Experimentální část becné poznámky k experimentální části Příprava výchozích látek (pyrazolonů) Enantioselektivní aminace pyrazoloných derivátů Závěr Použitá literatura

7 1.1. Příprava organických látek 1. Úvod 1.1. Příprava organických látek Člověk, i když nevědomě, se seznamoval s organickou chemií a s přípravou organických sloučenin již od nepaměti, poznal přeměnu cukrů v alkohol při kvašení ovocných šťáv, oxidaci alkoholu na kyselinu při výrobě octa, nebo neutralizaci mastných kyselin při výrobě mýdla. Tehdy se ještě všechny provedené chemické reakce opíraly pouze o empirická pozorování jednotlivých procesů. Mezi seznamování lidstva s organickou chemií patřila i izolace užívaných organických látek, ať už léčiv, barviv, či látek vonných z rostlinných materiálů. Mnohdy se jednalo o látky jednoduché, např. mentholová silice získávaná z máty peprné, jindy o látky složitější struktury, které ještě dlouhou dobu odolávaly pokusům o přípravu v laboratoři například strychnin, alkaloid poprvé syntetizován roku B.Woodwardem (obr. 1). 1 (-)-menthol strychnin brázek 1: Struktura (-)-mentholu a strychninu. S rozvojem vzdělanosti muselo v historii nutně dojít na poli přípravy organických látek k průlomu. Tímto průlomem byla zajisté první syntéza močoviny a kyseliny šťavelové Fridrichem Wöhlerem v letech (schéma 1). Ta téměř vyvrátila dosavadně platící vitalistickou teorii, která říkala, že organické látky vznikají v organismech působením zvláštní životní síly vis vitalis. 2 C C 4 C C 2 3 Schéma 1: Wöhlerova příprava kyseliny šťavelové. d dob Wöhlerových syntéz byly připraveny desítky milionů organických sloučenin a každým dnem jich desetitisíce přibývají. 7

8 1.2. rganická syntéza 1.2. rganická syntéza rganická syntéza je odvětvím organické chemie, zabývající se přípravou složitějších organických sloučenin s vyšším stupněm komplexity z jednodušších, ekonomicky, či jinak dostupnějších výchozích látek. Syntéza požadovaného produktu často zahrnuje několik reakčních kroků, které mají logickou návaznost, jsou strategické a jejich provedení by mělo být co možná nejelegantnější. istoricky použil slovo syntéza poprvé ve svém článku roku 1845 německý chemik a Wöhlerův student ermann Kolbe, který přípravou kyseliny octové ze sirouhlíku prokázal teorii, že organická látka může být připravena i z čistě anorganických prekurzorů a tím vzbudil veliký zájem o tento vědní obor. 3 Důvody pro syntézu nových, složitějších molekul, nebo hledání nových syntetických postupů jsou rozmanité. Může se jednat o výhodnější přípravu běžně používaných chemikálií, přípravu přírodních látek, které se špatně, nebo v nedostatečném množství izolují z rostlinných zdrojů (vitamin C), o přípravu nových látek se zajímavými vlastnostmi nebo může jít čistě jen o test schopností organického chemika. Pravděpodobně nejdůležitějším úkolem organické syntézy je ale příprava nově navržených farmaceutických preparátů a léčiv, případně jejich chemická modifikace, která může vést k zesílení požadovaného účinku, nebo naopak k potlačení vedlejších efektů. Základní kroky při řešení syntetického problému jsou: 1. výběr cílové molekuly, 2. uvážení použitelné syntetické metody, 3. navržení syntetické cesty, 4. provedení syntézy a zhodnocení výsledků. Pokud není syntetická cesta ke kýžené molekule na první pohled zřejmá, postupuje se v plánování reakcí myšlenkově proti směru syntézy, takzvaně retrosynteticky. 4 Cílová molekula se zpětně krok po kroku skládá z jejích bezprostředních prekurzorů, až se dostaneme k látkám, které jsou snadno dostupné. Během plánování takovéto syntézy, v laboratorním, či průmyslovém měřítku je důležité mít na paměti, že případné vedlejší produkty reakcí by měly být z reakční směsi snadno oddělitelné, každý krok syntézy by měl být co nejefektivnější a pokud možno také co nejšetrnější k životnímu prostředí. V průběhu syntézy nových látek se může organický chemik potýkat s řadou problémů. Problémem může být například stereoselektivita chemických reakcí. Se zjištěním, že na živé organismy mohou dva enantiomery jedné látky působit jako rozdílná chemická individua, 5 přišla potřeba připravit tyto látky v enantiomerně čisté formě. Touto problematikou se zabývá asymetrická syntéza. 8

9 1.3. Asymetrická syntéza 1.3. Asymetrická syntéza Až do začátku 70. let 20. století byla nejpoužívanější metoda získávání enantiomerně čistých látek dělení racemických směsí. Další používaná metoda jak získat opticky aktivní látky byla derivatizace nebo transformace dostupných, již chirálních přírodních látek, jako jsou aminokyseliny, cukry, nebo alkaloidy. 6 Jelikož příprava racemické směsi a následné oddělení pouze jednoho enantiomeru nejsou z ekonomického hlediska výhodné, byly vyvinuty metody přípravy enantiomerně čistých látek z achirálních, prekurzorů. Podle přístupu k asymetrické syntéze se dají tyto metody rozdělit do několika generací : 1. První generace asymetrické syntézy - Substrátem řízená metoda. Stereochemie nově vznikajícího chirálního centra se řídí již přítomnou chirální skupinou na stejné molekule. Metoda je pouze jednokroková, vznikají diastereoisomerní sloučeniny. 2. Druhá generace asymetrické syntézy Metoda řízení pomocnou látkou. Stechiometrické množství chirální látky se kovalentně váže na původně achirální substrát. Takto vytvořené centrum indukuje vznik nového chirálního centra ve své blízkosti. Po proběhnutí reakce je pomocná látka odstraněna a může být dále použita. Touto metodou je opticky aktivní látka připravena ve třech krocích. 3. Třetí generace asymetrické syntézy - eagentem řízená metoda. V jednom kroce se indukuje diastereoselektivita zavedením chirálního činidla na molekulu. Metoda je díky zkrácení reakční cesty výhodnější, než metoda předchozí. 4. Čtvrtá generace asymetrické syntézy - Katalyzátorem řízená metoda. Jedná se o katalytickou modifikaci druhé a třetí generace, ve které se využívá jen katalytického množství chirální látky. Kromě těchto metod jsou vyvíjeny i metody založené na principu kombinace několika pomocných látek. Tyto složité kombinace mechanismů ve kterých dochází často i k enantioselektivní autokatalýze produktem mohou vést ke vzniku ještě vyššího enantiomerního přebytku. 7 Za nejefektivnější metodu syntézy enantiomerně čistých látek se považuje asymetrická katalýza. ejvětší výhoda této metody tkví v tom, že již není potřeba stechiometrického množství chirálního činidla, ale stačí malé množství katalyzátoru, které může vytvořit velké množství chirálního produktu. Asymetrická katalýza může být rozdělena do 3 odvětví: (1) katalýza komplexy přechodných kovů, (2) enzymová katalýza a (3) organokatalýza. 9

10 1.3. Asymetrická syntéza Katalýza komplexy přechodných kovů Díky tomu, že prakticky každá funkční skupina v organických sloučeninách je schopna koordinace k přechodným kovům, je využití komplexů přechodných kovů v moderní organické chemii poměrně běžnou záležitostí. Může se jednat o procesy jako je hydrogenace za použití Wilkinsonova katalyzátoru, z průmyslového hlediska důležitá polymerace alkenů Zieglerovým-attovým katalyzátorem, nebo jednoduchá heterogenní katalytická redukce dvojné vazby olefinů na povrchu niklu, či palladia. Přechodné kovy působí jako templáty, které řídí organické reakce ve své koordinační sféře tím, že zapojí ligandy (organické molekuly) do svého koordinačního okolí a tím je buď aktivují, nebo stabilizují. Takto se mohou aktivovat i malé molekuly jako 2, 2 nebo C, které za běžných reakčních podmínek s organickými molekulami téměř nereagují. Pro asymetrickou syntézu bylo velmi důležité zjištění, že koordinace chirálních ligandů na některé komplexní katalyzátory vykazuje vysokou asymetrickou indukci. Takto byl například v 70. letech v obou enenatiomerních formách připraven chirální ligand bis(difenylfosfino)butan, zvaný CIAPS který po koordinaci na rhutenité komplexy tvoří chirální asymetrický hydrogenační katalyzátor. 8 Dalšími známými ligandy, které po komplexaci s přechodnými kovy tvoří katalyzátory asymetrických reakcí jsou například BIAP, nebo DIPAMP, používaný k syntéze (L)-DPA, léku používanému k léčení Parkinsonovy choroby (obr. 2). 9 3 C C 3 P P Ph 3 P PP 3 PPh 2 PPh 2 2 CIAPS DIPAMP BIAP L-DPA brázek 2: Chirální ligandy a léčivo L-DPA. Kromě asymetrické hydrogenace byly vyvinuty katalyzátory pro velmi široké spektrum reakcí v asymetrické organické syntéze hydroxylace, hydrosilylace, hydroborace, epoxidace a v neposlední řadě také metathetické reakce. 6 10

11 1.3. Asymetrická syntéza Enzymová katalýza Katalýza biomakromolekulami, jako jsou enzymy, se odehrává v přírodě po miliony let. Unikátní fuknce enzymů jako katalyticky aktivních proteinů spočívá v jejich složité struktuře se zabudovaným reaktivním centrem, které je schopno se specificky vázat na substrát a vykazovat vysokou asymetrickou indukci. Ačkoli jsou přirozeným reakčním prostředím enzymů vodné roztoky, výzkumy ukázaly, že jsou možny i transformace v čistě bezvodém prostředí organických rozpouštědel a dokonce, že specifita a enantioselektivita enzymu může být řízena vhodnou volbou rozpouštědla. 10,11 Byly vyvinuty tři hlavní metody získávání enantiomerně čistých produktů za využití enzymové katalýzy: 1. Kinetická rezoluce. V této metodě se využívá chirální enzym k transformaci racemického substrátu na produkt. eakční rychlost přeměny jednoho enantiomeru je mnohem vyšší, než enantiomeru opačného, z racemické směsi (+S) dostaneme 50% enantiomerně čistého produktu (P ) a 50% výchozí látky s opačnou konfigurací (schéma 2a). V případě, že během reakce dochází k průběžné racemizaci výchozí látky ( S), můžeme teoreticky získat až 100 % čistého enantiomeru (P ) tato metoda se nazývá dynamicko-kinetická rezoluce (schéma 2b). Kromě čistého enzymu se může využívat i transformačních schopností celých buněk, například k enantioselektivní oxidaci racemické směsi diarylalkoholů se využívá aktivity aktinobakterií ocardia (schéma 3). 12 a) b) K P K P S K S P S K rac S K S P S K >>K S 50%P ; 50%S K >>K S 100%P Schéma 2: Schéma a) kinetické rezoluce; b) dynamicko-kinetické rezoluce. ocardia coralina B h = halogen, alkyl, alkoxy, aryloxy () Schéma 3: Princip kinetické rezoluce za použití biokatalýzy aktinobakteriemi. 11

12 1.3. Asymetrická syntéza 2. Deracemizace. V této metodě se využívá sledu rekací, při kterých se jeden enantiomer přemění stereoinverzními mechanismy ve druhý. a konci celého cyklu se jako produkt získá enantiomerně silně obohacená směs výchozích látek. Jednou z metod deracemizace, je například využití cyklického oxidačně-redukčního systému. Tento cyklus zahrnuje dva kroky: prvním je enzymem katalyzovaná enantioselektivní oxidace substrátu, při které vznikne prochirální stabilní produkt. Druhým je redukce intermediátu zpět na chirální výchozí látku s opačnou konfigurací (schéma 4). () asymetrická redukce (S) enantioselektivní oxidace Schéma 4: Schéma enzymaticky katalyzovaného oxidačně-redukčního cyklu. 3. Enantiokonvergentní procesy. Při enantiokonvergentních procesech se využívá současné katalýzy dvěma enzymy. Jeden enzym katalyzuje reakci s retencí konfigurace jednoho enantiomeru, druhý katalyzuje s inverzí enantiomeru opačného. V těchto procesech získáváme enenatiomerně čistý produkt z racemické směsi výchozích látek (schéma 5). 13 retence P inverze S epoxid hydroláza I retence epoxid hydroláza II inverze - - Schéma 5: Schema a příklad enantiokonvergentního procesu. 12

13 1.4. rganokatalýza 1.4. rganokatalýza rganokatalýza, neboli asymetrická katalýza reakcí organickými molekulami bez přítomnosti kovu, je obzvláště atraktivní metodou v organické syntéze. Díky finanční dostupnosti, přijatelnosti pro životní prostředí a především díky vysoké variabilitě katalyzovaných rekací se organokatalýze v posledních letech dostalo velké pozornosti. Ve srovnání s enzymatickými katalyzátory je u této metody patrná výhoda v možnosti použití reakčních podmínek, při kterých by katalyzátory enzymové již nemohly fungovat. Ve srovnání s kovovými katalyzátory není nezbytné při provádění reakcí používat bezvodá rozpouštědla. rganické katalyzátory jsou většinou molekuly na vzduchu stabilní a pokud to nevyžaduje substrát, není nutné pracovat v inertní atmosféře. Přes všechny klady byly organické katalyzátory poměrně dlouho dobu přehlíženy. První publikovaná asymetrická syntéza katalyzovaná organickou molekulou patentovaná roku 1971 je známá pod názvem ajos-parrish-eder-sauer-wiechertova reakce. 14,15 Jedná se o aldolovou reakci 16 katalyzovanou aminokyselinou prolinem, ve které reaguje achirální triketon v DMF za vzniku bicyklického produktu se dvěma stereogenními centry. V dalším kroku dochází k dehydrataci za vzniku příslušného cyklického endionu s 97% enantiomerním přebytkem (schéma 6). C (3 mol %) DMF, 25 C, 20 h p-ts benzen 97 % ee Schéma 6: ajos-parrish-eder-sauer-wiechertova reakce. Po prvních úspěšných experimentech se kvůli nedostatečné znalosti mechanismu katalýzy zájem o organické katalyzátory vytratil. enesance přišla až na začátku nového století, kdy bylo zjištěno, že nejen prolin, ale i další molekuly na bázi primárních, sekundárních a terciálních aminů mohou aktivovat karbonylovou skupinu v asymetrických reakcích. Toto zjištění vedlo ke studiu organokatalytických mechanismů, k navrhování a syntéze nových katalyzátorů a k predikci jejich účinků. rganickými katalyzátory bylo dosaženo vysokých výtěžků a enantiomerních přebytků u řady reakcí jako například: epoxidace, aminace karbonylových sloučenin, Diels Alderova reakce, Michaelova a 13

14 1.4. rganokatalýza Mannichova reakce, aldolová kondenzace nebo acylový přenos. 17 d začátku nového tisíciletí množství publikovaných článků na tato témata roste exponenciální řadou. 18 rganické katalyzátory se dají dělit podle charakteru vazby se substrátem. Kovalentní vazba je tvořena v případě enaminové, iminiové nebo SM (singly occupied molecular orbital) aktivace. ekovalentní interakce katalyzátoru se substrátem v případě Brøenstedových kyselin, katalyzátorů tvořících vodíkové vazby, Brøenstedových bází a katalyzátorů fázového přenosu. 19 Příklady některých organických katalyzátorů jsou uvedeny na obrázku 3. Ph Ph TMS C 3 S CF 3 CF 3 a b c C brázek 3: rganické katalyzátory: a) Jørgensenův katalyzátor akivující přes enaminový intermediát; b) bifunkční thiomočovinový derivát chininu; c) S-prolin Katalýza enaminovou aktivací Vývoji katalyzátorů na bázi enaminové katalýzy předcházela řada historických údálostí ve 20. století. Slovo enamin bylo poprvé použito německým chemikem Georgem Wittigem roku Enaminy tou dobou nebyly považovány za reaktivní intermediáty. oku 1932 byla publikována první aldolová kondenzace katalyzovaná sekundárním aminem. 20 A až poté, co byl navržen mechanismus primárním aminem katalyzované aldolizace, roku 1964 Williamem J. utterem, byla publikována první katalyzovaná asymetrická reakce, výše zmíněná ajos-parrish-eder-sauer-wiechertova reakce. a tu navázal svou prací publikovanou roku 2000 List, Barbas III. a Lerner objevem S-prolinem katalyzované asymetrické aldolové reakce. 21 V této reakci reagoval aceton s p-nitrobenzaldehydem za katalýzy S-prolinem ve směsi DMS-aceton 4:1 za laboratorní teploty po dobu 4 hodin. Produkt s -konfigurací byl získán ve výtěžku 68 % za velmi slušného enantiomerního přebytku 76 % (schéma 7). 14

15 1.4. rganokatalýza + C 0,3 ekv. 68 % () 76 % ee DMS 25 C, 4 h 2 2 Schéma 7: S-prolinem katalyzovaná aldolová kondenzace acetonu s 4-nitrobenzaldehydem. Jelikož není α-uhlík karbonylové skupiny silným nukleofilem, musí být pro reakci se slabšími elektrofily nejprve aktivován. Princip enaminové katalýzy vychází právě ze zvýšení nukleofilicity tohoto uhlíku. ukleofilní charakter můžeme zvýšit zavedením elektrondonorní skupiny do blízkosti dvojné vazby. Zavedením aminoskupiny vznikají enaminy, jedny z nejsilnějších nukleofilů. Jelikož je většina enaminů náchylná k hydrolýze, je praktičtější generovat je in-situ z aminu a karbonylové sloučeniny. Ketony, nebo aldehydy v prvním kroku reakce s aminem poskytují iminiový ion, který rychle deprotonuje a utváří příslušný enamin (schéma 8). Jestliže použijeme k tvorbě enaminu chirální amin, jako například S-prolin, dochází předsnostně k tvorbě preferovaného enantiomeru produktu. Enaminový nukleofil může reagovat s celou řadou elektrofilních činidel v reakcích jako: Mannichova reakce, Michaelova adice, aldolová kondenzace, α a γ funkcionalizace karbonylových sloučenin substrát katalyzátor iminiový ion enamin Schéma 8: Vznik enaminu. Celé schéma katalytického cyklu je znázorněno na schématu 9. Sekundární amin I reaguje s karbonylovou sloučeninou II a za odštěpení molekuly vody dochází k tvorbě iminiového iontu III, který po deprotonaci vytváří enaminové uspořádání IV. ukleofilní enamin atakuje elektrofilní činidlo (X Y) V, které se aduje do α-polohy enaminu a opět se generuje iminiové uspořádání VI. Iminiový iont se hydrolyzuje za odštěpení karbonylové sloučeniny jako produktu VII a regenerace katalyzátoru. 15

16 1.4. rganokatalýza 1 II 2 III I 1 2 IV 1 2 VII X Y 1 2 VI Y X X Y V Schéma 9: Enaminový katalytický cyklus. V enantioselektivní enaminové katalýze může katalyzátor řídít přístup substrátu a tím i enantioselektivitu dvěma způsoby: prvním způsobem je zabránění přístupu elektrofilu z jedné strany stericky náročnou skupinou, druhým způsobem je řízení ataku elektrofilu aktivující skupinou. Touto pomocnou aktivující skupinou mohou být kyselé funkční skupiny, nebo skupiny tvořící vodíkové vazby (schéma 10) tvorba enaminu (X) E reakce s elektrofilem 1 X 2 E elektrofil směrován vodíkovou vazbou E 1 2 elektrofil směrován stérickou zábranou tranzitní stavy Schéma 10: Způsoby řízení přístupu substrátu u enaminové katalýzy. 16

17 1.4. rganokatalýza Ke katalyzátorům, řídícím substrát skrz vodíkové vazby patří jednoduché aminokyseliny jako prolin a jeho modifikace, které mají silnější vodíkovou vazbu - například prolin sulfonamid (obr.4a). Tyto katalyzátory se využívají zejména k reakcím jako α-aminace/oxidace, Mannichova reakce, nebo aldolová kondenzace. Ke druhé skupině katalyzátorů patří katalyzátory vyvíjené skupinami Jørgensena 23 a ayashiho 24 - diarylprolinol ethery (obr. 4c) a jejich deriváty, a skupinou MacMillana - imiazolidinonové katalyzátory (obr. 4b). Tyto katalyzátory jsou používány například v α-halogenačních nebo v některých typech adičních reakcí (obr.13). S CF 3 TMS a b c brázek 4: Příklady enaminových katalyzátorů a) derivát S-prolin-sulfonamidu; b) MacMillanův katalyzátor na bázi imidazolidinonu; c) ayashi-jørgensenův katalyzátor. U enaminové katalýzy rozlišujeme dva módy 25 podle toho, jaký elektrofilní reagent vstupuje do reakce. V prvním případě jsou to elektrofily obsahující dvojnou vazbu jako iminy nebo aldehydy, které reagují s α-uhlíkem karbonylové skupiny skrz nukleofilní adici. Elektrofily obsahující jednoduchou vazbu, jako alkylhalogenidy, reagují naopak substitučně a dochází k uvolnění odstupující skupiny (schéma 11). X Y 2 1 Y X Y X X Y 2 1 X Y X Y Schéma 11: Módy enaminové katalýzy. 17

18 1.4. rganokatalýza Příklady transformací na bázi enaminové katalýzy: Asymetrická Mannichova reakce: Tato reakce je používaná k vytváření dusíkatých sloučenin. V této transformaci reagují dvě karbonylové sloučeniny s jednou molekulou aminu za vzniku β-amino-karbonylové sloučeniny. V roce 2000 List publikoval efektivní prolinem katalyzovanou asymetrickou tří složkovou Mannichovu reakci ketonů (schéma 12). 26 C 2 2 Me (S)-Prolin 35 mol % DMS, 25 C (S) 50 % 94 % ee Me 2 Schéma 12: Prolinem katalyzovaná Mannichova reakce. Asymetrická Michaelova adice: V Michaelově adici se jedná o formování nové C-C vazby adicí nukleofilu na β-pozici v α,β-nenasycené karbonylové sloučenině. Kromě karbonylu může být použita i jiná elektron-odtahující skupina. Jako jedna z prvních asymetrických Michaelových transformací byla publikována (S)-prolinem katalyzovaná adice nemodifikovaného ketonu na aromatický nitroalken. 27 Tato reakce poskytovala γ-nitro keton se slušným enantiomerním přebytkem a v excelentním výtěžku (schéma 13). 2 (S)-Prolin 15 mol % DMS, 2 25 C, 2-24 h 94 % 23 % ee Schéma 13: Prolinem katalyzovaná asymetrická Michaelova adice. Asymetrická α-funkcionalizace karbonylových sloučenin: Katalytická α-funkcionalizace karbonylových sloučenin je vysoce ceněná metoda v organické syntéze díky širokému spektru heteroatomů, které mohou substituovat vodík v α-poloze karbonylové skupiny a tím do molekuly zavést další reaktivní skupinu. Jedná se především o atomy,, P, S a halogeny. Enantioselektivní tvorba C- vazby je atraktivní především kvůli vysoké biologické aktivitě mnohých dusíkatých sloučenin. Takto mohou být přímo připraveny například α-aminokyseliny. První přímá katalytická α-aminace byla publikována Listem v roce Jednalo se o (S)-prolinem katalyzovanou reakci isopentylaldehydu s diterc-butyl azodikarboxylátem, následovanou redukcí ab 4 (schéma 14). 18

19 1.4. rganokatalýza Bylo zjištěno, že snížení teploty má vliv na enantioselektivitu reakce. Za nižší teploty reakce běží pomaleji a může být lépe řízena chirálním katalyzátorem. Vzniká tak produkt s vyšším enantiomerním přebytkem. C i-pr C 1,5 ekv. 1 ekv. (S)-Prolin mol % C 3 C 2. ab 4, Et C C i-pr = t-bu: 97 %, 92 %, ee 25 C = Bn: 99 %, 86 %, ee 25 C 99 %, 96 %, ee 0 C Schéma 14: První organokatalytická α-aminace. Jak je vidět z předcházejících příkladů, prolin je velmi univerzální katalyzátor v mnoha transformacích podporující enaminovou aktivaci substrátu Katalýza iminiovou aktivací Kondenzace primárních aminů s karbonylovými sloučeninami vede k ustavení rovnováhy, ve které vystupuje značné množství vygenerovaného iminu. Tyto iminy jsou známy jako Schiffovy báze a v kyselém prostředí se vyskytují ve formě iminiového iontu. Iminiové kationty jsou generovány i sekundárními aminy, ty však nemohou být deprotonovány k vytvoření iminu a jako kationty je možné je izolovat pouze ve formě solí silných kyselin. Pro iminiovou katalýzu jsou využitelné jak primární tak sekundární aminy. Primární obvykle vyžadují kyselé kokatalyzátory. Iminiové sole jsou mnohem lepší elektrofily než původní karbonylové sloučeniny, z toho důvodu vznikající iminiová sůl aktivuje karbonyl vůči nukleofilnímu ataku (schéma 15) iminiový ion = imin Schéma 15: Vytvoření iminiového iontu a v případě primárních aminů vznik iminu. 19

20 1.4. rganokatalýza Katalyzátory které vytváří se substrátem iminiový ion pracují na podobném principu jako běžně používané katalyzátory na bázi Lewisových kyselin, které se komplexují na karbonylovou skupinu, snižují energii nejnižších neobsazených molekulových orbitalů a zvyšují tak reaktivitu (schéma 16). Jelikož se při tvorbě iminu generuje molekula vody, mohou být aminové katalyzátory na rozdíl od kovových Lewisových kyselin použity i ve vodných roztocích. aktivace Lewisovou kyselinou LA + LA aktivace iminiovým iontem 1 2 X X + 2 Schéma 16: Aktivace aldehydu Lewisovou kyselinou a iminiovým iontem. Pro tvorbu nových chirálních center a pro asymetrickou syntézu jsou vhodné především reakce vycházející z α,β-nenasycených aldehydů nebo ketonů. První asymetrickou reakci katalyzovanou iminiovými ionty publikoval v roce 2000 MacMillan. 29 Jednalo se o vysoce enantioselektivní Diels-Alderovu reakci mezi aldehydem kyseliny skořicové a cyklopentadienem (schéma 17). V této transformaci vznikala směs endo- a exo- produktu v poměru 1:1.3, (2S)-exo enantiomer produktu vznikal v přebytku 93 %. Me Me Me Ph. Cl 10 mol% Me C Ph C endo 1 exo 1,3 C Ph 99 % 93 % ee - exo Schéma 17: rganokatalytická asymetrická Diels-Alderova cyklizace. 20

21 1.4. rganokatalýza Po vytvoření iminiového iontu tedy může, podle druhu mechanismu, dojít k různým reakcím mezi nukleofilem a elektrofilem: cykloadice, nukleofilní adice, retroaldolové reakce vedoucí k dekarboxylaci, nebo reakce s bází, která vede k deprotonaci substrátu a tvorbě enaminu. ůzné aktivační módy aminokatalýzy jsou znázorněny na schématu 18. cykloadice nukleofilní 1,4-adice nukleofilní 1,2-adice tvorba enaminu X štepení sigma vazby u u deaminace u u Schéma 18: Aktivační módy aminokatalýzy Katalyzátory na bázi Brønstedových bází Již na počátku 20. století se ukázalo, že chirální Brønstedovy báze, tedy látky schopné vázat proton ( + ), 30 mohou vystupovat jako vysoce účinné katalyzátory v enantioselektivní syntéze. První dobře popsanou enantioselektivní reakcí na prochirálním substrátu byla hydrokyanace benzaldehydu za využití katalýzy cinchonovými alkaloidy, provedená roku 1912 německými chemiky Bredigem a Fiskem. 31 Se zdokonalením metod umožnujících kvalitní stanovení enantiomerních přebytků v šedesátých letech 20. století. (GC, PLC) stoupl i zájem o asymetrickou syntézu a katalýzu Brønstedovými bázemi. 32,33 V posledních desetiletích došlo díky bližšímu pochopení reakčních mechanismů aktivace substrátu k vývoji nových katalyzátorů na bázi Brønstedových bází. Tyto katalyzátory se dají rozdělit do dvou skupin. V první skupině jsou to katalyzátory schopné pouze vázat proton. Do skupiny druhé 21

22 1.4. rganokatalýza patří katalyzátory takzvaně bifunkční, obsahující kromě bazické funkční skupiny ještě další pomocnou funkční skupinu, schopnou poskytovat substrátu vodíkové vazby a tak zároveň aktivovat nukleofil i elektrofil během tvorby nových vazeb. 34 Jednou z nejrozšířenějších skupin bifunkčních katalyzátorů na bázi Brønstedových bází jsou cinchonové alkaloidy. Díky své stabilitě, dostupnosti obou enantiomerů a především díky širokému spektru proveditelných transformací se této skupině látek dostává veliké pozornosti již od 60. let 20. století. 35 Kromě chemického použití našly cinchonové alkaloidy uplatnění ve farmacii, zejména pak v léčbě malárie. 36 Unikátní funkce cinchonových alkaloidů spočívá v přítomnosti terciálního, takzvaného chinuklidinového dusíku, schopného deprotonovat substrát a v přítomnosti sousední hydroxy skupiny, která může s druhým reakčním partnerem tvořit vodíkové vazby. Díky pseudochirálnímu skeletu těchto alkaloidů (obr. 5), jsou reaktanty fixovány během tvorby nových vazeb v definované pozici, což umožňuje vznik pouze jednoho enantiomeru produktu. Me deprotonuje, aktivuje nukleofil Me tvorba vodíkových vazeb chinin rovina zrcadlení chinidin brázek 5: Struktura chininu a chinidinu. Cinchonové alkaloidy vystupují jako enantioselektivní katalyzátory v adičních reakcích jako aldolová kondenzace, Mannichova, Streckerova, Baylis-illmanova nebo Michaelova adice. a poslední zmíněné se dá dobře ukázat tranzitní stav reakce za přítomnosti chininu jako katalyzátoru (schéma 19). Terciální dusík chininu deprotonuje molekulu substituovaného thiofenolu, za současného tvorby vodíkového můstku s karbonylovou skupinou cyklohexenonu. 22

23 1.4. rganokatalýza S chinin 1mol% C 6 6, 25 C S S 44 % ee C 3 Schéma 19: Chininem katalyzovaná Michaelova adice. Další popsané asymetrické reakce katalyzované cinchonovými alkaloidy jsou dekarboxylace, epoxidace, β-laktonová syntéza, a hydrogenace. 37 V posledním desetiletí byly objeveny transformace s azodikarboxyláty, elektrofilními zdroji dusíku, katalyzované cinchonovými deriváty. V těchto reakcích reagují esterifikované azodikarboxyláty s různě stericky náročnými substituenty s α-substituovanými α-kyanoacetáty (schéma 20). 38 Ukázalo se, že čím stericky náročnějším substituentem je azodikarboxylát esterifikován a čím nižší je teplota reakce, tím vyšší vzniká přebytek jednoho enantiomeru produktu. C CEt Ct-Bu t-buc toluen, -78 C Ct-Bu C Ct-Bu CEt 97 % ee Schéma 20: eakce azodikarboxylátu s α-kyanoacetátem za katalýzy derivátem chinidinu. Kolem roku 2005 bylo zjištěno, že substituce hydroxy skupiny cinchonových alkaloidů za deriváty močoviny, případně thiomočoviny vede k zesílení fixace substrátů vodíkovými můstky. Takto byla připravena celá řada bifunkčních katalyzátorů vykazujících velmi dobré výsledky například v adičních reakcích (schéma 21)

24 1.4. rganokatalýza Me C 3 2 S 10 mol% toluen, 25 C F 3 C CF % 96 % ee Schéma 21: Adice nitromethanu na α,β-nenasycenou karbonylovou sloučeninu katalyzovaná thiomočovinovým derivátem chininu. Jiné deriváty cinchonových alkaloidů mohou být použity též jako katalyzátory fázového přenosu (obr 6.). 40 Mechanismus těchto reakcí je však odlišný. Cl brázek 6: Katalyzátor fázového přenosu na bázi cinchonového alkaloidu. 24

25 2. Cíle práce 2. Cíle práce Jelikož jsou chirální aminy důležité syntetické intermediáty v přípravě biologicky aktivních sloučenin, je vytvoření kvarterního uhlíkového centra substituovaného dusíkovým atomem v jednom reakčním kroku s vysokou enantioselektivitou a s dobrým výtěžkem velmi hodnotné. Pyrazolony, heterocykly jejichž strukturní motiv se objevuje v některých farmakologicky aktivních látkách, jsou pro tyto reakce zajímavým studijním substrátem. becným cílem této práce bylo využití organických katalyzátorů na bázi cinchonových alkaloidů k enantioselektivní aminaci 4-substituovaných pyrazolonových derivátů azodikarboxyláty, esterifikovanými substituenty s různým stupněm stérické náročnosti. Tento cíl zahrnoval několik dílčích cílů: 1. Syntéza pyrazolonových derivátů z komerčně dostupných výchozích látek s využitím cyklizační reakce. 2. alezení optimálních reakčních podmínek a reagentů pro organokatalytickou aminaci 4-substituovaných pyrazolonových derivátů. 3. Vymezení rozsahu použití této reakce s cílem dosažení co nejvyšší enantioselektivity reakce. 25

26 3. Výsledky a diskuze 3.Výsledky a diskuze 3.1. Syntéza derivátů pyrazol-5-onu 2 Br C 3a 3b 3c 3d 3e brázek 7: avržené 4-substituované deriváty pyrazol-5-onu. Jako substráty pro aminační reakce byly navrženy deriváty 4-benzyl pyrazol-5-onu. Tyto deriváty (obr. 7) byly navrženy tak, aby byl patrný vliv různých funkčních skupin a substituentů na průběh a enantioselektivitu organokatalytické aminační reakce. Byl vybrán benzyl derivát (a) nesubstituovaný; (b) se silně elektron-odtahující nitro skupinou; (c) s atomem halogenu; (d) s polarizovatelnou kyano skupinou a derivát (d) s velkým, stericky náročným substituentem naft-1-ylmethylem. Pro přípravu uvedených heterocyklických sloučenin byla navržena syntetická cesta (schéma 22) sestávájící z I. alkylace ethyl-acetoacetátu příslušným alkylačním činidlem (substituované benzyl bromidy, naft-1-ylmethyl bromid) a z II. cyklizační reakce mezi substituovaným ethyl-acetoacetátem a fenylhydrazinem. -Br I 2 II 1 2a-e 3a-e Schéma 22 eakční schéma přípravy pyrazolonů. Alkylační reakce byla prováděna v roztoku TF dle literatury 41. eakční mechanismus je ukázán na schématu 23. Molekula hydridu sodného deprotonuje kyselý vodík v α-poloze vůči karbonylovým skupinám za vytvoření záporně nabitého nukleofilního uhlíku. Ten atakuje parciálně kladně nabitý uhlík benzylbromidu za vytvoření alkylovaného produktu. Při použití 26

27 3. Výsledky a diskuze silné báze může dojít i k deprotonaci druhého vodíku v α-poloze. Další atak alkylačního činidla vede k dvojnásobně alkylovanému produktu. a 2 Br a abr Schéma 23: eakční mechanismus alkylace ethyl acetoacetátu. Ukázalo se, že za laboratorní teploty dochází k výrazné dialkylaci produktu (látky 5a-e, schéma 24). eakční směs musela být chlazena na 0 C a alkylační činidlo muselo být přikapáváno velmi opatrně. Problematická byla též separace monoalkylovaného a dialkylovaného produktu z reakční směsi. Jelikož se při sloupcové chromatografii od sebe tyto látky špatně dělily, přistoupil jsem k destilaci za sníženého tlaku, která probíhala velmi uspokojivě. Ukázalo se, že naft-1-yl-methyl derivát se během destilace za sníženého tlaku, kvůli vysokému bodu varu, postupně rozkládal. Byl proto, ač problematicky, čištěn sloupcovou chromatografií. Výtěžky jsou uvedeny u schématu 24. produkt výtěžek (%) 1 Br, a TF, 0 C 2a-e 5a-e 2a 2b 2c 2d PhC 2 2 PhC 2 BrPhC 2 CPhC e naft-1-ylmethyl 37 Schéma 24: Výtěžky alkylační reakce. Kromě uvedeného postupu alkylace byla vyzkoušena i reakce s katalyzátorem fázového přenosu, uvedená v literaturě 42. Jelikož byl touto metodou získán pouze dialkylovaný produkt, bylo od této metody odstoupeno. Po přípravě substituovaných ethyl-acetoacetátů byla provedena cyklizační reakce dle literatury 43. Mechanismus cyklizační reakce je zobrazen na schématu 25. Volný elektronový pár dusíkového atomu atakuje elektronově deficitní uhlík karbonylové skupiny. Za odstoupení 27

28 3. Výsledky a diskuze molekuly vody se generuje iminové uspořádání, ve kterém druhý atom dusíku atakuje uhlíkový atom esterifikované karboxylové skupiny. Dochází k cyklizaci a po následném odstoupení alkoxy skupiny vzniká molekula pyrazolon-5-onu Et - Schéma 25: Mechanismus cyklizační reakce. Při přípravě nitro-derivátu 3b a kyano-derivátu 3d bylo pozorováno zkrácení reakčního času, pravděpodobně kvůli vyšší reaktivitě způsobené přítomností elektronakceptorních skupin. Výtěžky cyklizační reakce jsou uvedeny v tabulce C 2a-e produkt 3a 3b 3a-e čas (h) výtěžek (%) PhC 2 2 PhC , c BrPhC d CPhC e naft-1-ylmethyl Tabulka 1: Výtěžky cyklizační reakce. Kromě reakce bez rozpouštědla, byla vyzkoušena i cyklizační reakce provedená v ledové kyselině octové 44, ta však neposkytovala požadovaný produkt, pravděpodobně v důsledku použití nekvalitních výchozích látek. 28

29 3. Výsledky a diskuze 3.2. ptimalizace aminační reakce Při optimalizaci aminační reakce byl nejprve sledován vliv koncentrace a poměru reaktantů na výtěžek reakce. eakce 4-benzylpyrazol-5-onu s diisopropyl-azodikarboxylátem za katalyzy chininem při teplotě 0 C v toluenu byla provedena 1) ve stechiometrickém poměru reaktantů a koncentraci jedné z výchozích složek 0,1 mol/l. 2) v polovičním zředění, 3) v molárním poměru pyrazolonu k diisopropyl-azodikarboxylátu 1:2. Jak je patrné z výsledků (tabulka 2), nemá poměr reaktantů ani koncentrace vliv na enantioselektivitu reakce. Ve zředěnějších roztocích došlo k mírnému zlepšení výtěžku reakce. Všechny aminační reakce byly na základě těchto poznatků prováděny v koncentraci výchozího pyrazolonu 0,05 M se 2 ekvivalenty azodikarboxylátů. Ci-Pr chinin (0,1 ekv.) toluen i-prc 3a 4d 5a vstup teplota c výtěžek (%) a ee (%) b pyrazolonu (mol/l) čas ekv. DIAD 1 0 C 0,1 1 1 den C 0,1 2 1 den C 0, den Tabulka 2: Vliv koncentrace a poměru reaktantů na výtěžek aminační reakce. a Izolované množství. b Určeno podle PLC. V rámci dosažení co nejvyšších enantiomerních přebytků produktu byly vyzkoušeny katalyzované aminace za různých teplot (tabulka 3). Dle očekávání se ukázalo, že snížení teploty vede k vyšší enantioselektivitě. eakce za nižší teploty probíhá pomaleji a proto dochází k lepšímu řízení reakce stereoindukcí přítomného katalyzátoru. ižší výtěžek reakce při teplotě 25 C byl pravděpodobně způsoben nedokonalou izolací produktu během sloupcové chromatografie. eakce byla dále provedena za laboratorní teploty bez přítomnosti katalyzátoru. eakce dosáhla po 18 h maximální konverze na produkt 79 % za vzniku racemické směsi produktu. Za teploty -40 C nevykazovala provedená reakce bez katalyzátoru ani po 48 h vznik produktu. Předpokládáme, že reakce bez katalyzátoru za této teploty probíhá buď velmi pomalu, nebo neprobíhá vůbec. eměla by tedy být snížena 29

30 3. Výsledky a diskuze enantioselektivita katalyzované reakce reakcí bočnou, nekatalyzovanou. eakce za teploty - 40 C byla vyzkoušena i za katalýzy jiným cinchonovým alkaloidem cinchonidinem se kterým nebylo dosaženo lepších výsledků eakce za teploty -40 C byla dále provedena v přítomnosti molekulových sít 3Å, kvůli vyloučení vlivu vlhkosti na reakci. eakce v přítomnosti molekulových sít dosáhla maximální konverze již během 1,5 h, je pravděpodobné, že přítomnost vody reakci brzdí. Zrychlení reakce vedlo ke snížení enantiomerního přebytku produktu. Ci-Pr kat. (0,1ekv.) i-prc toluen 3a 4d 5a vstup teplota ( C) katalyzátor čas výtěžek (%) a ee (%) b h neurčován chinin 1 h chinin 1 den chinin 2 dny cinchonidin 2 dny dny c -40 chinin 1,5 h Tabulka 3: Vliv teploty na enantioselektivitu aminační reakce. a Izolované množství. b Určeno podle PLC. c eakce provedena v přítomnosti 3Å molekulových sít. 30

31 3. Výsledky a diskuze 3.3. Vymezení rozsahu použití aminační reakce Po nalezení optimálních podmínek pro reakci a po zjištění, že je možné zlepšit enantioselektivitu reakce snížením teploty bylo potřeba vybrat ideálně esterifikovaný azodikarboxylát s cílem dosažení co nejvyšších enantiomerních přebytků produktu. Byly vybrány azodikarboxyláty s různě stericky náročnými substituenty: a) diethyl, b) diterc-butyl, c) dibenzyl, d) diisopropyl (obr. 8). 4a 4b 4c 4d brázek 8: Azodikarboxyláty použité v aminační reakci. Bylo předpokládáno, že substituenty s největší sterickou náročností by mohly poskytovat vyšší enantioselektivitu reakce. Tento předpoklad se oproti očekávání nepotvrdil, u žádného substituentu nedošlo k dramatickému zlepšení enantioselektivity reakce, hodnoty enantiomerních přebytků jsou ve všech případech srovnatelné. Mírného zlepšení bylo dosaženo s diisopropyl-azodikarboxylátem, který poskytoval nejvyšší enantiomerní přebytky s nejlepším výtěžkem. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 4.. 3a + C C 4a-d chinin (0,1 ekv.) toluen, -40 C 6a-c reaktant čas konverze výtěžek (%) a ee (%) b 4a Et 2 dny 100 % b t-bu 2 dny 100 % c Bn 2 dny 100 % d ipr 2 dny 100 % Tabulka 4: Výsledky aminace různými azodikarboxyláty. a Izolované množství po sloupcové chromatografii. b Určeno podle PLC. 31

32 3. Výsledky a diskuze Po nalezení vhodného azodikarboxylátu bylo možné přejít k aminaci samotných 4-substituovaných derivátů pyrazol-5-onu. Aminace probíhala za teploty -40 C za katalýzy 10 mol % chininu v přebytku jednoho ekvivalentu diisopropyl-azodikarboxylátu. Kvůli přesnému zjištění retenčních časů na kapalinovém chormatografu, byla od každého derivátu nejprve připravena racemická směs. + Ci-Pr i-prc chinin (0,1 ekv.) toluen, -40 C 3a-e 4d 5a-e produkt čas konverze a výtěžek (%) b ee (%) c 5a Bn 2 dny 100 % b 2 PhC 2 2 dny 100 % c BrPhC 2 2 dny 100 % d CPhC 2 2 dny 100 % e 1-naftylmethyl 2 dny 100 % Tabulka 5: Výsledky aminace různých derivátů pyrazol-5-onu. Ta byla získána katalýzou reakce nechirálním terciálním aminem - triethylaminem. Výsledky reakcí jsou shrnuty v tabulce 5. ejlepších výsledků bylo dosaženo se stericky nejnáročnějším 4-naft-1-ylmethyl derivátem, který reakcí s DIADem poskytoval produkt ve výtěžku 91 % a enantiomerní přebytek 96 %. Pro určení absolutní konfigurace vznikajícího produktu byla změřena optická rotace u produktu 5a, která vykazovala [ ] D = -73,4 (c = 0,98 v CCl 3 ). Srovnáním směru optické otáčivosti s literaturou 45 bylo zjištěno, že za katalýzy chininem vzniká enantiomer. 32

33 4.Experimentální část 4. Experimentální část 4.1. becné poznámky k experimentální části Průběh reakce a čistota látek byla sledována pomocí TLC desek Kieselgel 60 F254 (Merck). Detekce látek byla nejprve prováděna pod UV zářením (254 nm) poté následným ponořením desky do detekčního činidla AMC (fosfomolybdenová kyselina (25 g), CeS 4 2 (10 g), 2 S 4 (1000 ml; 1.12 M) a následným zahřátím horkovzdušnou pistolí na C Pro sloupcovou chromatografii byl používán silikagel Kieselgel 60 (63-200μm; Merck 7734). Mobilní fáze pro sloupcovou chromatografii je uvedena vždy u jednotlivých experimentů. Veškerá rozpouštědla použitá při laboratorních úkonech byla předem přečištěna destilací. K odpařovaní rozpouštědel byla použita rotační vakuová odparka (V) Büchi otavapor M spektra byla měřena na přístroji Varian UITY IVA 300 ( 1 při frekvenci Mz a 13 C při Mz) nebo na přístroji Bruker AVACE III 600 ( 1 při frekvenci Mz a 13 C při Mz). Chemické posuny 1 M spekter byly referencovány vůči δ(cdcl 3 ) = 7.26 ppm a 13 C δ(cdcl 3 ) = 77.0 ppm. Pokud není u jednotlivých experimentů uvedeno jinak, byl jako rozpouštědlo pro měření M spekter použit deuterovaný chloroform. odnoty chemických posunů (δ stupnice) a interakčních konstant (z) v 1 M byly určeny pomocí analýzy prvního řádu. Chemické posuny byly zaokrouhleny na dvě desetinná místa, interakční konstanta na jedno desetinné místo. odnoty specifické optické otáčivosti byly měřeny v CCl 3 na polarimetru AUTMATIC PLAIMET, Autopol III (udolph research, Flanders, ew Jersey). odnoty jsou uvedeny v jednotkách [10-1 Deg cm 2 g -1 ], koncentrace, c [g / 100 ml] jsou uvedeny u každé hodnoty specifické optické otáčivosti. IČ spektra byla měřena metodou difúzní reflektance (DIFT) v KBr na spektrometru icolet Avatar 370 FTI. Vlnočty jsou uvedeny v cm

34 4.Experimentální část motnostní spektra ESI byla měřena na přístroji Finnigan LCQ DECA, zavedení vzorku bylo provedeno v roztoku methanolu. Enantiomerní přebytek látek byl určen pomocí PLC chromatografie spojené se spektrometrickým detektorem. PLC - UV : LCP 5020 se spektrometrickým detektorem Shimadzu SPD-MC20A na chirální koloně Daicel Chiralpak IC TM (ø = 0.46 cm, délka 25 cm, zrnitost 10 μm). Ethyl acetoacetát, benzylbromid, 4-nitrobenzylbromid, 4-kyanobenzylbromid, 4-brombenzylbromid, fenylhydrazin, diisopropyl-azodikarboxylát, diethyl-azodikarboxylát, dibenzyl-azodikarboxylát, diterc-butyl-azodikarboxylát, chinin a hydrid sodný byly zakoupeny u firmy Sigma-Aldrich, s.r.o. Azoisobutyronitril byl koupen u firmy Merck. 1-methylnaftalen byl použit od firmy eachym. Benzen byl použit od firmy Lachema. Ethyl-acetát, methanol, ethanol, tetrahydrofuran a hexan byly zakoupeny u firmy Brenntag, s.r.o. Toluen použitý v reakcích byl zakoupen u firmy Lab Scan, s.r.o Příprava výchozích látek (pyrazolonů) 1-brommethylnaftalen (7) Br Do roztoku 1-methylnaftalenu (4.26 g; 0.03 mol) v suchém benzenu (300 ml) byl přisypán -bromsukcinimid (8.00 g; mol) a dále azoisobutyronitril (0.99 g; 6 mmol). eakční směs byla refluxována po dobu 6 h a po vytemperování na laboratorní teplotu byla vychlazena v lednici na 10 C. Vyloučený sukcinimid byl odfiltrován přes filtrační papír. Směs byla odpařena na rotační vakuové odparce. Žlutá viskózní kapalina byla čištěna sloupcovou chromatografií na silikagelu (mobilní fáze: hexan). Bílá pevná látka vzniklá po odpaření rozpouštědla byla následně rekrystalizována z hexanu (asi 10 ml) a odsáta na fritě S4. Bylo získáno 2.86 g (výtěžek 43 %) krystalů 1-brommethylnaftalenu. TLC (hexan - EtAc 5:1) F = M (300Mz CDCl 3 ): δ 8.17 (d, J=8.4 z, 1), 7.90 (d, J=9.3 z, 1), 7.87 (d, J=8.4 z, 1), (m, 3), (m, 1), 4.99 (s, 2). 1 M spektrum látky odpovídá datům v literatuře

35 4.Experimentální část becný postup alkylace ethyl acetoacetátu V bezvodém TF (150 ml) byla pod inertní atmosférou argonu rozmíchána 60 % suspenze a v minerálním oleji (1.3 ekv.; 0.13 mol). oztok byl vychlazen na 0 C a za intenzivního míchání byl po kapkách přikapán ethyl acetoacetát (1ekv.; 0.1 mol). Po vyčeření reakční směsi byl následně přikapán arylalkylbromid (1.1 ekv.; 0.11 mol). Směs byla vytemperována na laboratorní teplotu a míchána po dobu 20 h. Do reakční směsi byl následně přidán nasycený vodný roztok 4 Cl (100 ml). Vzniklá vodná fáze byla promyta 4 x 50 ml EtAc. rganické fáze byly spojeny, promyty 4 x 50 ml 2 a vysušeny bezvodým MgS 4. eakční směs byla přefiltrována přes filtrační papír a odpařena na V. Ze získaného nažloutlého oleje byl za sníženého tlaku vydestilován produkt. Teploty a tlaky při kterých byl destilovaný produkt jímán jsou uvedeny u jednotlivých derivátů. Ethyl 2-benzylacetoacetát (2a) Látka 2a byla připravena z ethyl acetoacetátu (13.01 g; 0.1 mol) a benzyl bromidu (18.70 g; 0.11 mol) dle výše uvedeného obecného postupu. Destilace produktu ze směsi probíhala za tlaku 1 mbar při 153 C. Bylo získáno 5.55 g (výtěžek 25 %) nažloutlého oleje ethyl 2-benzylacetoacetátu. TLC (hexan - EtAc 7:1) F = M (300Mz CDCl 3 ): δ (m, 5), 4.15 (q, J=7.2 z, 2), 3.78 (t, J=7.5 z, 1), 3.16 (d, J=7.5z, 2), 2.18 (s, 3), 1.20 (t, J=7.2 z, 3) ppm. 1 M odpovídá údajům v literatuře 47. Ethyl 2-(4-brombenzyl)acetoacetát (2c) Látka 2c byla připravena z ethyl acetoacetátu (2.60 g; 0.02 mol) a 4-brombenzyl bromidu (5.45 g; 22 mmol) dle výše uvedeného obecného postupu. Destilace produktu ze směsi probíhala za tlaku Br 3 mbar při 210 C. Bylo získáno 0.95 g (výtěžek 16 %) nažloutlého oleje ethyl 2-(4-brombenzyl)acetoacetátu. TLC (hexan - EtAc 7:1) F = M (300Mz CDCl 3 ): δ 7.39 (d, J=8.4 z, 2), 7.06 (d, J=8.4 z, 2), 4.15 (q, J=7.2 z, 2), 3.72 (t, J=7.5 z, 1), 3.11 (d, J=7.2 z, 2), 2.20 (s, 3), 1.21 (t, J=7.2 z, 3) ppm. 1 M odpovídá údajům v literatuře

36 4.Experimentální část Ethyl 2-(4-nitrobenzyl)acetoacetát (2b) Látka 2b byla připravena z ethyl acetoacetátu (3.90 g; 0.03 mol) a 4-nitrobenzyl bromidu (7.13 g; 33 mmol) dle výše uvedeného obecného postupu. Destilace produktu ze směsi probíhala za tlaku 2 3 mbar při 223 C. Bylo získáno 0.9 g (výtěžek 11 %) nažloutlého oleje ethyl 2-(4-nitrobenzyl)acetoacetátu. TLC (hexan - EtAc 7:1) F = 0,1. 1 M (300Mz CDCl 3 ): δ 8.14 (d, J=6.6 z, 2) 7.36 (d, J=6.6 z, 2), 4.16 (q, J=6.9 z, 2), δ 3.78 (t, J=7.2 z, 1), (m, 2), 2.24 (s, 3), 1.22 (t, J=6.9 z, 3) ppm. 1 M dpovídá údajům v literatuře 49. Ethyl 2-(4-kyanobenzyl)acetoacetát (2d) Látka 2d byla připravena z ethyl acetoacetátu (3.90 g; 0.03 mol) a 4-kyanobenzyl bromidu (6.43 g; mol) dle výše uvedeného obecného postupu. Destilace produktu ze směsi probíhala za tlaku 3 C mbar při 220 C. Bylo získáno 1.64 g (výtěžek 21 %) čirého oleje ethyl 2-(4-kyanobenzyl) acetoacetátu který po delším stání za teploty 5 C krystalizuje v bílou pevnou látku. TLC (hexan - EtAc 3:1) F = 0,3. 1 M (300Mz CDCl 3 ): δ 7.57 (d, J=8.4 z, 2) 7.30 (d, J=8,7 z, 2), 4.16 (q, J=7.5 z, 2), 3.75 (t, J=8.1 z, 1), (m, 2), 2.21 (s, 3), 1.21 (t, J=7.5 z, 3) ppm. 1 M dpovídá údajům v literatuře 50. Ethyl 2-(naft-1-ylmethyl)acetoacetát (2e) Látka 2e byla připravena z ethyl acetoacetátu (1.69 g; mol) a látky 7 (2.86 g; mol) dle výše uvedeného obecného postupu. Produkt byl přečištěn sloupcovou chromatografií na silikagelu (mobilní fáze: toluen). Bylo získáno 1.30 g (výtěžek 37 %) nažloutlého oleje ethyl 2-(naft-1-ylmethyl)acetoacetátu. 1 M (300Mz CDCl 3 ): δ 8.00 (d, J=8.4 z, 1), 7.87 (d, J=7.8 z, 1), 7.74 (d, J=7.5 z, 1), 7.52 (m, 2), 7.35 (m, 2) δ 4.16 (q, J=6.9 z, 2), δ 3.97 (t, J=7.2 z, 1), (m, 2), 2.18 (s, 3), 1.18 (t, J=6.9 z, 3) ppm. 1 M dpovídá údajům v literatuře