A Theoretical Approach To The Mechanisms Of Copper-catalyzed Furofuran And 1,2,3-triazole Synthesis

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2012Bu çalışmada, bakır katalizörlü furofuran ve 1,2,3-triazol bileşiklerinin sentezinin mekanizmaları hesaplamalı kimya yöntemleri kullanılarak deneysel ve literatürden elde edilen bilgiler ışığında incelenmiştir. Her iki bileşik hem farmakolojide hem de kimya sanayinde geniş bir kullanım alanına sahip önemli bileşiklerdir. İncelenen sentezlerin ortak noktası iki bileşiğin de [3+2] tepkimeleri sonucunda elde edilmeleridir. Tezin ilk bölümünde, furofuran sentezinin mekanizması Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi ile incelenmiştir. Bir dioksepin bileşiği diazoester ile bakır katalizör varlığında tepkimeye girerek furofuran meydana getirmektedir. Furofuran sentezinin mekanizması bakır-karben, furan ve furofuran sentezleri olarak üç bölümden oluşmaktadır. Deneysel olarak, dioksepin molekülündeki çift bağ komşu bağa kaydığında [3+2] tepkimesi yerine siklopropanasyon meydana gelmektedir. Tez çalışmasında, ayrıca siklopronasyon mekanizması modellenmiştir ve çift bağın etkisi araştırılmıştır. İkinci bölümde ise 1,2,3-triazol sentezlenmesinde kullanılan bakır katalizörlü azit-alkin tepkimelerinin mekanizması kuantum mekanik yöntemlerle incelenmiştir. Başlangıç olarak model sistem üzerinde çalışılmış ve geliştirilen mekanizma deneysel tepkenlerle doğrulanmıştır. İkinci aşamada ise bakır katalizörlü diazit-alkin ve azit-dialkin tepkime mekanizmaları incelenmiştir. Her iki bölümde de elde edilen sonuçlar deneysel ve literatür verileri ile uyumludur.In this study the mechanisms of copper-catalyzed furofuran and 1,2,3-triazoles syntheses have been investigated by means of computational chemistry methods in the light of experimental and literature findings. These pharmacologically and chemically important compounds have been synthesized via [3+2] cycloaddition reactions. In the first part of the thesis the furofuran formation mechanism has been studied by the Density Functional Theory. A dioxepine molecule reacts with a diazoester in the presence of copper-catalyst to yield furofuran product. Basically, whole furofuran formation mechanism can be categorized into three sections which are copper-carbene, furan and furofuran formations, respectively. When the double bond in dioxepine molecule is shifted to the adjacent bond, [3+2] cycloaddition reaction is replaced with cyclopropanation reaction. Additionally, the mechanism of cyclopropanation and the effect of shifting of the double bond on the system have also been examined. In the second part of the thesis, the mechanism of copper-catalyzed azide-alkyne reactions which yield 1,2,3-triazoles have been investigated by quantum mechanical methods. Initially, a model mechanism has been devised and then it has been applied to a real world system. Subsequently, the mechanisms of copper-catalyzed diazide-alkyne and azide-dialkyne reactions have been investigated. All the obtained results are consistent with experimental and literature findings.DoktoraPh