A stereoselective vinylogous aldol reaction of tetronamides and the synthesis of rubrolides and beta- substituted butenolides

Abstract

Butenolides are α, -unsaturated lactone and are found in many natural and unnatural products with diverse biological properties. Owing to the prevalence of the substituted butenolides, much effort has been directed towards developing efficient methodologies for their synthesis and transformations. Among them, stereoselective access of the -substituted butenolide derivatives by utilizing the concept of vinylogy, which usually involves the carbon– carbon formation with an appropriate electrophile at the -position of butenolides, has triggered increasing interest. This thesis presents an efficient, simple, scalable and direct stereoselective vinylogous aldol reaction (VAR) of -aminosubstituted butenolides (tetronamides) with aldehydes. In addition, this thesis also describes the total syntheses of butenolide core bearing marine natural metabolites, rubrolides by using a highly regioselective late-stage bromination from appropriate intermediates, and apprises a facile reductive dehalogenation of α-halo- -substituted butenolides. An introduction to the general background, including versatile synthetic strategies, total syntheses, and biological properties of substituted butenolides is documented in Chapter 1. It is followed by an illustration of selected methods for construction of the butenolide core. Also discussed are the various methods for preparation of some selected natural products which either possess a butenolide core or synthesized from butenolide building blocks. Finally, some synthetic butenolide derivatives are described which are recently marketed as either medicines or agrochemicals. The results of the stereoselective VAR of tetronamides are compiled in Chapter 2. The described procedure, is simple and scalable, works well with both aromatic and aliphatic aldehydes, and affords mainly the corresponding syn-aldol adducts. In many cases, the latter are obtained essentially free of their anti-isomers in high yields. A detailed computational study was also carried out to establish the reaction mechanism. The experimental and computational studies suggest that the observed diastereoselectivity arises through anti–syn isomer interconversion, enabled by an iterative retro-aldol/aldol reaction. In Chapter 3, the crystal structures of several tetronamide aldol products with two stereocenters are described. Those compounds revealed conformational and supramolecular trends with the substitution pattern of a side aromatic/ heteroaromatic ring. The major contribution of this study concerns the control over the molecular conformation of tetronamide aldolates bearing several rotatable bonds and the high conformational freedom through the substitution pattern of a single ring. The first total syntheses of the marine natural products rubrolides I and O and some of their unnatural congeners are reported in Chapter 4. A versatile late-stage bromination strategy allowed functionalization of the aromatic rings in a highly regioselective fashion, enabling rapid access to the target rubrolides from common precursors. Next, the regioselective chlorination was also applied to the preparation of biologically important synthetic analogous of rubrolides from easily accessible precursors. In Chapter 5, a binary palladium catalyzed reductive dehalogenation of α-halo- -substituted butenolides is documented. The synthetic procedure allowed rapid access to the -substituted butenolides under mild conditions with high yields and excellent regioselectivity. In addition, a protecting group free step-economical synthesis of rubrolides E, F and γ”-bromorubrolide F has been reported by employing this protocol.

Os butenolídeos, que apresentam em sua estrutura o núcleo lactona α, -insaturada, são encontrados em produtos naturais e não naturais com diversas propriedades biológicas. Devido à prevalência dos butenolídeos substituídos, muitos esforços têm sido direcionados para explorar metodologias eficientes para suas sínteses e transformações. Entre elas, o acesso estereosseletivo dos derivados de butenolídeos -substituídos utilizando o conceito de vinilogia, o qual envolve a formação de ligação carbono-carbono com um eletrófilo apropriado na posição do butenolídeo, tem provocado um interesse crescente. Portanto, esta tese apresenta uma reação aldólica viníloga estereosseleva (VAR) eficiente, simples, escalável e diretamente estereosseletiva de butenolídeos -amino-substituídos (tetronamidas) com aldeídos. Esta tese também descreve as sínteses totais de butenolídeos contendo metabólitos naturais marinhos rubrolídeos pela bromação altamente regiosseletiva de fase tardia a partir de intermediários apropriados. Além disso, a tese inclui uma desalogenação redutiva de butenolídeos α-halo- -substituídos sob condições suaves com rendimentos elevados e regiosseletivos. Uma introdução ao contexto geral, incluindo estratégias sintéticas versáteis, sínteses totais e propriedades biológicas dos butenolídeos substituídos estão documentadas na seção: Capítulo 1. Sendo seguida por uma ilustração dos métodos selecionados para a construção do núcleo de butenolídeos. São também discutidos os vários métodos para a preparação de alguns produtos naturais selecionados que possuem o núcleo de butenolídeo ou sintetizados a partir de butenolídeos que atuam como “building blocks”. Finalmente, foram descritos alguns butenolídeos sintéticos que são comercializados como medicamentos ou agroquimicos recentemente. Os resultados da VAR estereosseletiva de tetronamidas estão apresentatos no Capítulo 2. O procedimento descrito, simples e escalável, funciona bem com aldeídos aromáticos e alifáticos, proporcionando principalmente os adutos correspondentes de syn-aldol. Em muitos casos, estes últimos são obtidos isentos dos seus isômeros anti com rendimentos elevados. Foi também realizado um estudo computacional detalhado. Os estudos experimentais e computacionais sugerem que a diastereosseletividade observada surge através da interconversão do isômero anti-syn, através da reação reversível retro-aldólica. No Capítulo 3, as estruturas cristalinas de alguns produtos aldólicos de tetronamida com dois estereocentros foram descritos. Os compostos relacionados revelaram tendências conformacionais e supramoleculares com padrões de substituição do anel aromático/heteroaromático. Tais tendências foram racionalizadas com base nos perfis energéticos dos principais confôrmeros. A principal contribuição deste estudo refere-se ao controle sobre a conformação molecular de tetronamidas que apresentam várias ligações que permitem giros, além da elevada liberdade conformacional através do padrão de substituição de um único anel. As primeiras sínteses totais de produtos naturais marinhos, os rubrolídeos I e O e alguns de seus derivados não naturais são relatadas no Capítulo 4. Uma versátil estratégia de bromação na última etapa permitiu a funcionalização dos anéis aromáticos de maneira altamente regiosseletiva, permitindo o acesso rápido aos alvos, rubrolídeos, a partir de precursores comuns. Posteriormente, a cloração regiosselectiva foi também aplicada à preparação de análogos sintéticos biologicamente importantes a partir de precursores facilmente acessíveis. No Capítulo 5, foi relatado a desalogenação redutiva catalisada por paládio binário de butenolídeos α-halo- -substituídos. O procedimento sintético permitiu o acesso rápido aos butenolídeos substituídos sob condições suaves, com rendimentos elevados e excelente regiosseletividade. Além disso, uma nova proposta para a síntese dos rubrolídeos E, F e composto com a estrutura correspondente à descrita para 3"-bromorubrolídeo F de ocorrência natural utilizando este mesmo protocolo.