Empleo de Nitronaftalenos como Electrófilos en Reacciones de Diels-Alder Polares: Un estudio Teórico Experimental

PAULA GIMÉNEZ; PEDRO M. E. MANCINI

Corrientes

Congreso; XXI Jornada de Jóvenes Investigadores del Grupo Montevideo; 2013

Universidad Nacional del Nordeste

La síntesis y funcionalización de sustancias policíclicas aromáticas es un área de interés en síntesis, particularmente los sistemas fenantrénicos con potencialidad en la química supramolecular. Factores claves, entre los que se incluyen la viabilidad de la materia prima, la presencia de grupos sustituyentes, regioquímica y el rendimiento dictan a menudo qué tipo de estrategia debe seguirse para su síntesis. En cualquier caso, todo proceso químico es primariamente interesante si incluye métodos sintéticos que provean un ensamble rápido de anillos carbonados, que toleren un amplio rango de grupos funcionales y que resulten ?económicos en átomos?. La simplicidad en etapas de una síntesis orgánica es una de las metas más anheladas por los químicos. La reacción de Diels-Alder ha alcanzado una destacada posición en la categoría de las construcciones de enlaces carbono-carbono y ha proporcionado numerosas soluciones para una amplia gama de síntesis de productos naturales. Esta reacción se define como una cicloadición [4π + 2π] mediante la cual un dieno conjugado se adiciona estereoespecíficamente a otro componente, el dienófilo, que posee al menos un enlace π, dando lugar a la formación de dos nuevos enlaces σ a expensas de dos enlaces π presentes en los reactivos, conduciendo a un anillo de seis átomos denominado aducto. Este proceso puede ser inter o intramolecular y se lleva a cabo en diferentes condiciones experimentales (reacciones térmicas, alta presión, catálisis, microondas, etc.). La mayoría de las reacciones DA involucran un sistema diénico sustituido por grupos dadores de electrones (alquilo, alcoxilo, trimetilsililoxi, etc.) y una contraparte dienófilica que posee grupos atraedores de electrones (carbonilo, carboxilo, ciano, nitro, etc). La incorporación de los naftalenos sustituidos al estudio de la dienofilicidad de sistemas aromáticos manifestó conductas reactivas interesantes, las cuales dependen del grado y tipo de sustitución del anillo, y de la reactividad de la contraparte diénica. En cualquier caso estos sustratos ameritan una continua exploración en la dirección precedente, en especial porque los aductos resultantes ofrecen en principio estructuras fenantrénicas. En la continuidad del análisis de estos procesos, la presente comunicación tiene como finalidad discutir los resultados obtenidos al hacer reaccionar naftalenos mono y disustituidos por grupos aceptores de electrones con dienos específicos con nucleofilia moderada. Los electrófilos empleados fueron: 1-nitronaftaleno, 1,3-dinitronaftaleno, 1,4-dinitronaftaleno y 1-ciano-4-nitronaftaleno mientras que el dieno elegido fue el 1-trimetilsililoxi-1,3-butadieno. Las reacciones fueron desarrolladas en condiciones térmicas, utilizando benceno (solvente molecular) como medio de reacción. La selección del dieno tuvo que ver por una parte con su nucleofilia moderada y por otra con la presencia de un sustituyente sililoxi en posición 1. El tipo de carácter nucleofílico lleva asociada la posibilidad de competencia entre los procesos de cicloadición normal vs hetero. Entender la reactividad de dienos y dienófilos en reacciones de Diels-Alder no es una tarea sencilla. Por lo tanto, un estudio teórico a través de la teoría del Funcional de la Densidad (DFT) proporciona marcos de referencia que aportan al mejor conocimiento de las mismas. Estos métodos mecánico-cuánticos son potencialmente útiles en la disciplina de la síntesis orgánica para la interpretación de datos experimentales en cuanto a reactividad y regioselectividad y para la posterior programación de experiencias. En esta dirección se realizaron cálculos teóricos usando el paquete de programas Gaussian 09. La sustitución en el dieno debería ofrecer, en el caso de verificarse el proceso reactivo normal, un sustituyente hidroxilo en el anillo fenantrénico en una posición diferente a la que se observa con otros dienos (por ejemplo con el dieno de Danishefsky), lo cual puede resultar útil en la síntesis de productos con utilidad biológica. Por otra parte, en trabajos anteriores fue informada la conducta reactiva en esta clase de procesos al emplear una serie de dienos de nucleofilia variable, observando que el dieno de Danishesfky produce sólo el aducto normal aromatizado e hidroxilado aún con el sustrato menos electrofílico -1-nitronaftaleno-, mientras que el isopreno al reaccionar con este sustrato forma con exclusividad el producto hetero. En todas las experiencias desarrolladas en este estudio pudo observarse mezcla de productos en proporciones variables de acuerdo a la electrofilia del sustrato, predominando con los sustratos mono- y dinitrados decididamente el producto de cicloadicón normal. Cada reacción fue realizada en ampolla sellada y utilizando una relación dieno/dienófilo de 3:1, trabajando a temperaturas de 120°C ó mayores y tiempos del orden de 72 horas. Finalizado el proceso, el crudo se purificó mediante cromatografía en columna. La caracterización de los productos obtenidos fue realizada por medio de técnicas espectroscópicas 1H RMN, 13C RMN e IR. Los cálculos teóricos fueron consistentes en cuanto a la electrofilia global, presentando en este caso el mayor valor para el 1,4-dinitronaftaleno (=3,63 eV) y el menor valor para el dienófilo monosustituído (=2,50 eV), como así también a la hora de determinar la regioselectividad de la reacción, siendo en todos los casos más electrófilo el carbono adyacente al carbono nitro-sustituído. En el caso del dieno el carbono más nucleófilo resultó ser el C4. La unión del carbono más nucleofílico del dieno con el más electrofílico del dienófilo ofrece como resultado la formación del aducto que resulta en el isómero obtenido experimentalmente.