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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2018.tde-22052018-134223
Documento
Autor
Nome completo
David Esteban Quintero Jimenez
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Porto, André Luiz Meleiro (Presidente)
Campana Filho, Sergio Paulo
Cunha, Rodrigo Luiz Oliveira Rodrigues
Marzorati, Liliana
Andrade, Leandro Helgueira de
Título em português
Síntese de adutos de Knoevenagel para a obtenção de compostos tetrazólicos, produtos de acoplamento de Suzuki-Miyaura e cromenos por radiação micro-ondas e para a bio-hidrogenação pelo fungo marinho Penicillium citrinum
Palavras-chave em português
acoplamento de Suzuki-Miyaura
biocatálise
compostos tetrazólicos
condensação de Knoevenagel
cromenos
radiação de micro-ondas
Resumo em português
Neste trabalho foi desenvolvido uma metodologia sintética para a obtenção de adutos de Knoevenagel empregando a radiação de micro-ondas. Os adutos foram usados como precursores sintéticos para a obtenção de compostos tetrazólicos, reações de acoplamento de Suzuki-Miyaura, adutos cromenos e em bio-hidrogenação. A primeira etapa realizada foi a reação e a otimização da condensação de Knoevenagel usando derivados de aldeído aromático, malononitrila e água em um reator de micro-ondas por 30 min, 20 W fornecendo rendimentos de 80-99 %. Também foi observado que para o trans-metil-cinamaldeído ocorreu a formação do produto de condensação de Knoevenagel e posteriormente a formação de um produto dimérico com rendimento de 96 % por uma reação de ciclo adição [2+2] via fotoquímica. Adicionalmente foi realizada a síntese de adutos de Knoevenagel com aldeídos aromáticos e cianoacetamida fornecendo produtos diaestereoisoméricos com configuração E e rendimentos entre 90-99 %. Na segunda etapa foi realizada a obtenção de compostos tetrazólicos via one-pot entre aldeídos aromáticos, malononitrila e azida de sódio empregando água como solvente em um reator de micro-ondas por 4 h, 60 W fornecendo rendimentos de 85-99 %. Foi realizado o uso de aditivos de caráter ácido-básico na síntese do tetrazóis, observando que para o sistema N(Et)3-CuSO4 forneceu um rendimento de 90 % em um tempo de 2 h para (E)-3-fenil-2-(1H-tetrazol-5-il)acrilonitrila. Na terceira parte foram desenvolvidas reações de acoplamento de Suzuki-Miyaura a partir dos adutos de Knoevenagel com grupos halogênios (F, Cl e Br) em um reator de micro-ondas por 30 min, 60W fornecendo rendimentos de 80-97 %. Também foi realizada a reação de Knoevenagel-Suzuki-Miyaura one-pot empregando a radiação de micro-ondas fornecendo rendimentos de 82-98 %. Na quarta parte do trabalho foram sintetizados cromenos a partir de adutos de Knoevenagel com 5,5-dimetil-1,3-ciclo-hexanodiona em um reator de micro-ondas por 25 min, 60 W fornecendo rendimentos de 94-99 %. Também foram obtidos cromenos com os compostos tetrazólicos derivados de adutos de Knoevenagel por radiação micro-ondas fornecendo rendimentos de 85-98 %. Por último os adutos de Knoevenagel foram bio-hidrogenados pelo fungo marinho Penicillum citrinum CBMAI 1186 obtendo rendimentos de reação entre 12-99 %. Observou-se para a 2-(4-nitrobenzilideno)malononitrila uma reação de retro-Knoevenagel causada por efeitos eletrônicos eletroatratores. Também observou-se a presença de várias enzimas no meio de cultura de fungo P. citrinum CBMAI 1186 como: enoato redutase, nitro redutase, ceto redutase e nitrila hidratase. Também realizaram-se estudos dos tempos de reação da síntese de Knoevenagel por micro-ondas, para o qual foram empregados aditivos como: SiO4, CuSO4, imidazol, fibroína, fibra da paina e fibroína-CuSO4. Este último aditivo forneceu um rendimento de 74 % em 10 min para a 2-benzilidenomalononitrila. Em geral o estudo desenvolvido na otimização da reação de condensação de Knoevenagel e o desenvolvimento da metodologia para a obtenção de compostos tetrazólicos, adutos de acoplamento de Suzuki-Miyaura, cromenos foram bastante satisfatórios, assim como, as reações de bio-hidrogenação de sistemas α,β-insaturados.
Título em inglês
Synthesis of Knoevenagel adducts to obtain tetrazolic compounds, Suzuki-Miyaura coupling products and chromenes by microwave radiation and for biohydrogenation by the marine fungi Penicillium citrinum
Palavras-chave em inglês
biocatalysis
chromenes
Knoevenagel condensation
microwave radiation
Suzuki-Miyaura coupling
tetrazole compounds
Resumo em inglês
The present work describes a synthetic methodology to obtain Knoevenagel adducts by microwave radiation. The adducts were used as synthetic precursors to obtain tetrazole compounds, Suzuki-Miyaura coupling reactions, chromene adducts and biohydrogenation. The first step was the reaction and optimization of Knoevenagel condensation using aromatic derivatives aldehyde, malononitrile and water in a microwave reactor for 30 min to obtain 80-99 % yield. Was observed that for trans-methyl cinnamaldehyde the Knoevenagel condensation product and subsequently the dimeric product with 96 % yield by [2 + 2] cycloaddition reaction photochemistry. Additionally, the synthesis of Knoevenagel adducts with aromatic aldehydes and cyanoacetamide was performed providing diastereoisomeric products with E-configuration in 90-99% yield. In the second step, tetrazole compounds were obtained via one-pot reactions between aromatic aldehydes, malononitrile and sodium azide using water as the solvent in a microwave reactor for 4 h, 60 W to obtain 85-99% yields. The use acid-base additives in the synthesis of (E)-3-phenyl-2-(1H-tetrazol-5-yl)acrylonitrile was develoment with N(Et)3-CuSO4 system, to give 90 % yields in 2 h, 60 W. In the third part, Suzuki-Miyaura coupling reactions were developed from the Knoevenagel adducts with halogen groups (F, Cl and Br) in a microwave reactor for 30 min, 60W providing yields of 80-97 %. The Knoevenagel-Suzuki-Miyaura one-pot reaction was also employed by employing microwave radiation with yields of 82-98 %. In the fourth part of this work, chromene products were synthesized from Knoevenagel adducts with 5,5-dimethyl-1,3-cyclohexanedione in a microwave reactor for 25 min, 60 W with yields 94-99 %. Chromenes adducts were also obtained with the tetrazole compounds by microwave radiation with yields of 85-98%. Finally, the Knoevenagel adducts were biohydrogenated by the marine fungi Penicillum citrinum CBMAI 1186 and was obtained 12-99 % yields. The reaction of retro-Knoevenagel was observed to 2-(4-nitrobenzylidene)malononitrile cause by highly electro-electronic electronic effects. The presence of several enzymes in the fungi culture medium P. citrinum CBMAI 1186 was also observed as enoate reductase, nitro reductase, keto reductase and nitrile hydratase. Other studies were carried out to improve the Knoevenagel synthesis by microwave using additives such as SiO4, CuSO4, imidazole, fibroin and fibroin-CuSO4. For fibroin-CuSO4 the yield was 74% in 10 min to 2-benzylidenemalononitrile. In general, the optimization of the Knoevenagel condensation reaction and the development of the synthetic methodology to obtain tetrazole compounds, Suzuku-Miyaura coupling adducts, chromene adducts was very satisfactory as well as the biohydrogenation reactions of α,β systems unsaturated.
 
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Data de Publicação
2018-05-24
 
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