Estudio, diseño y desarrollo de nuevas reacciones de compuestos organoboro

Abstract

Los alenos son moléculas orgánicas con dos dobles enlaces carbono-carbono contiguos que presentan una especial reactividad debido a sus características estructurales. Estos compuestos son excepcionales sustratos para las reacciones de cicloadición, transformaciones de gran utilidad en síntesis orgánica. Pueden participar en cicloadiciones [4+2]—reacciones de Diels-Alder (DA)—, [3+2] y [2+2], entre otras, en condiciones térmicas, fotoquímicas y catalizadas. Los alenos sustituidos con boro, en particular, se han utilizado para gran variedad de reacciones orgánicas pero su uso en reacciones de cicloadición es muy escaso. Nuestro grupo se ha abocado al estudio de las reacciones de DA de compuestos organoboro insaturados, por lo cual este trabajo de Tesis se centró en estudiar la reactividad de un éster alenilborónico como dienófilo en reacciones de DA, utilizando metodologías experimentales y computacionales. Inicialmente se estudió la reacción entre el alenilboronato de pinacol y ciclopentadieno, representando el primer ejemplo reportado, hasta nuestro conocimiento, de una cicloadición [4+2] con un alenilboro. La reacción demostró ser completamente peri- y regioselectiva, generando exclusivamente el cicloaducto [4+2] 29 como una mezcla de isómeros endo/exo. Las condiciones óptimas se alcanzaron mediante calentamiento convencional en tolueno anhidro a 200 °C. El uso de catalizadores de oro (I) permitió reducir la temperatura a 120 °C, a costa de tiempos de reacción más prolongados. Los cálculos teóricos revelaron que el mecanismo concertado que involucra el doble enlace interno del aleno está favorecido. Además, se exploraron posibles reordenamientos sigmatrópicos [3,3] que podrían convertir los aductos [4+2] en sus isómeros [2+2], pero las altas barreras energéticas calculadas descartaron esta posibilidad en condiciones experimentales. Para hallar los factores que controlan la reactividad de los compuestos alenilboro en reacciones de DA, se aplicó el modelo de distorsión/interacción, comparando alenos con alquenos y ésteres borónicos con carboxílicos. Los resultados mostraron que la regioselectividad de los alenos y la mayor reactividad de los derivados carboxílicos se deben principalmente a las energías de interacción, particularmente a las energías del LUMO. Por otro lado, la mayor reactividad de los vinilos se atribuyó a su menor energía de distorsión. Adicionalmente, se obtuvo el alcohol 47 por oxidación del cicloaducto 29 y se estudió su reordenamiento de Cope, junto con el de otros sistemas análogos. No obstante, no fue posible obtener experimentalmente el producto de la reacción de oxi-Cope y los cálculos teóricos indicaron que, para los 5-metilenbiciclo[2.2.1]hept-2-enos estudiados, los procesos concertados presentan barreras prohibitivas y son termodinámicamente desfavorables. Sin embargo, para la reacción de oxi-Cope aniónica se halló un mecanismo por pasos que cursa a través de un anión alílico y podría dar lugar a distintos productos a través de diferentes modos de ciclación. En conclusión, esta tesis describe el primer ejemplo de una reacción de Diels-Alder de un compuesto alenilboro, estableciendo las bases para su uso en síntesis orgánica. Los estudios mecanísticos respaldaron los hallazgos experimentales y ofrecieron explicaciones claras sobre los factores que gobiernan la selectividad y reactividad en estos sistemas. Los avances logrados abren nuevas perspectivas para el diseño de reacciones basadas en compuestos alenilboro y sus derivados.