Synthesis of Tetrapyrrolic Compounds: Azo- and Nitrosoalkenes Chemistry

Dissertação de Mestrado em Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA vasta química dos dipirrometanos insere-se maioritariamente na construção demacrociclos tetrapirrólicos como porfirinas e análogos, tais como corróis e cálix[4]pirróis quepodem conter propriedades químicas e potenciais propriedades biológicas relevantes.A química dos azo- e nitroso-alquenos tem sido alvo de estudo nas ciclo-adições, sendointermediários muito reativos e frequentemente utilizados em síntese orgânica.Deste modo, esta dissertação tem como objetivo o estudo da síntese de novos compostosheterocíclicos, tais como bilanos e cálix[4]pirróis funcionalizados com grupos hidrazona eoxima. A formação destes compostos é promovida pela reação de hetero-Diels-Alder entreos dipirrometanos e os azo- ou nitroso-alquenos, os quais são formados pela desidrohalogenaçãode hidrazonas ou oximas mediada por uma base inorgânica.Assim sendo, foram sintetizados os percursores necessários que incluem hidrazonas eoximas α,α-di-halogenadas e os dipirrometanos utilizados. Para a síntese dos dipirrometanosforam utilizadas estratégias de síntese clássicas, que consistem na condensação de um aldeídoou cetona com o pirrol, catalisada por ácido. Foi também utilizada uma estratégia nãoclássica, as reações de hetero-Diels-Alder de azo- e nitroso-alquenos com o pirrol, napresença de carbonato de sódio que originaram a formação de novos dipirrometanos 5-substituídos.A reação de hetero-Diels-Alder de azo-alquenos aplicada a diferentes dienófilos como o5,5’-dietildipirrometano e 5-fenildipirrometano, na presença de carbonato de sódio, originoua formação de novos bilanos meso-substituídos com grupos hidrazona. A reação de umdipirrometano meso-substituído com grupo hidrazona, sintetizado através da reação de bishetero-Diels-Alder, com uma hidrazona também originou um novo bilano meso-substituídocom 3 grupos hidrazona. Contudo, em nenhum ensaio, a formação de cálix[4]pirróis foiobservada.Ao estender esta metodologia aos nitroso-alquenos, observou-se a formação de bilanossubsituídos com grupos oxima, tendo-se obtido mistura de isómeros E e Z. Tal indica que areação não segue a via mecanística de uma bis-hetero-Diels-Alder. Neste caso, também nãose observou a formação de de cálix[4]pirróis.Este tipo de reações é, normalmente, promovido em solventes orgânicos, mas a utilizaçãodo sistema água/diclorometano como solvente em alguns casos, origina um aceleramentodas reações e provoca um aumento do rendimento da reação. Deste modo, tanto com osazo-alquenos como com os nitroso-alquenos, foram realizados ensaios em que se utilizaramIIum sistema H2O/DCM que, na maioria dos casos, levou à obtenção de bilanos comrendimentos superiores, comparativamente às reações promovidas em solventes orgânicos.The rich chemistry of dipyrromethanes is mainly used in the construction of tetrapyrrolicmacrocycles such as porphyrins and their analogs, like corroles and calix[4]pyrroles that maycontain relevant chemical and potencial biological properties.The chemistry of azo- and nitroso-alkenes has been subject of study in cycloadditionreactions, as they are very reactive intermediates and frequently used in organic synthesis.Thus, this dissertation’s aim is the study of the synthesis of new heterocyclic compounds,such as bilanes and calix[4]pyrroles bearing hydrazone and oxime moieties. The synthesis ofthese compounds is promoted by the hetero-Diels-Alder reaction between dipyrromethanesand azo- or nitroso-alkenes, which are formed by the dehydrohalogenation of hydrazones oroximes mediated by an inorganic base.Therefore, the necessary precursors, which include α,α-dihalohydrazones and α,α-dihalooximes and dipyrromethanes were synthesized. For the synthesis of dipyrromethanes,classical strategies were used, consisting in the condensation of an aldehyde or ketone withpyrrol, catalyzed by acid. A non-classical strategy was also employed, the hetero-Diels-Alderreactions of azo- ad nitroso-alkenes with pyrrole, in the presence of sodium carbonate whichled to the formation of novel 5-substituted dipyrromethanes.The hetero-Diels-Alder reaction of azo-alkenes with different dienophiles, such as 5,5’-diethyldipyrromethane and 5-phenyldipyrromethane, in the presence of sodium carbonate,resulted in the formation of new meso-substituted bilanes with hydrazone groups. Thereaction of a meso-substituted dipyrromethane bearing hydrazone moieties, which wassynthesized by bis-hetero-Diels-Alder reaction with a hydrazone, also gave a new mesosubstitutedbilane 3 hydrazone group. However, the formation of calix[4]pyrroles was notobserved in any experiment.When this methodology was extended to nitroso-alkenes, the formation of substitutedbilanes bearing oxime groups was observed, and a mixture of E e Z isomers was obtained.This indicates that the reaction does not follow the mechanistic pathway of a bis-hetero-Diels-Alder reation. In this case, the formation of calix[4]pyrroles was also not observed.This type of reaction is normally promoted in organic solvents, but the use of awater/dichloromethane solvent system, in some cases can cause an acceleration of thereaction and increase its yield. Consequently, both azo- and nitroso-alkene experiments werecarried out with H2O/DCM solvent systems, which, in the majority of cases, led to theformation of bilanes with higher yields, compared to the reactions promoted in organicsolvents