Ανάπτυξη και εφαρμογή βιώσιμων συνθετικών τεχνολογιών του διεγερμένου οξυγόνου: φωτοξειδώσεις συνεχούς ροής σε εκνέφωμα

Abstract

In Chapter 1 of this dissertation, an introduction to the chemistry of singlet oxygen (1O2) and continuous flow photochemistry in micro- and macroreactors is presented. The advantages of continuous flow photochemistry are highlighted and compared with batch photochemistry. Additionally, some applications of the chemistry of 1O2 in continuous flow micro- and macroreactors are described. In Chapter 2 a very efficient and highly innovative continuous flow reactor NebPhotOX is presented. The “heart” of the system is a pneumatic nebulizer for undertaking large scale photooxidations. The application of this system for the one-pot synthesis of a series of hydroxycyclopent-2-enones and methoxycyclopent-2-enons from simple furans, is described. In Chapter 3, a methodology for the one-pot transformation of simple furans into γ-lactams including aromatic nitrogen-bearing polycyclic systems, is described. The key step of this methodology is the intramolecular trapping of the reactive intermediate N-acyliminium ion (NAI) formed during the reaction sequence. A similar protocol was applied to the synthesis of the imidazole alkaloids glochidine and glochidicine. The outcome of the tandem reaction sequence was successfully manipulated by appropriate selection of both the photosensitizer and the solvent. Last, but not least, the synthesis of γ-lactams on a large scale using the reactor NebPhotOX is reported. In Chapter 4, studies and synthetic approaches towards the stereoselective synthesis of the natural products attenol A and attenol B are delineated. The key step of the proposed methodology is the formation of the 6,8-dioxabicyclo[3.2.1]octane system initiated by a [4+2] cycloaddition of 1O2 to appropriately substituted furan.

Στο Κεφάλαιο 1 της παρούσας διδακτορικής διατριβής γίνεται αναφορά στη χημεία του διεγερμένου μοριακού οξυγόνου απλής κατάστασης (1Ο2) και εισαγωγή στη φωτοχημεία συνεχούς ροής σε μικρο- και μακροαντιδραστήρες. Επισημαίνονται τα πλεονεκτήματα της φωτοχημείας συνεχούς ροής και γίνεται σύγκριση με την κλασική φωτοχημεία ασυνεχούς ροής. Επίσης, περιγράφονται μερικές εφαρμογές της χημείας του 1Ο2 σε μικρο- και μακροαντιδραστήρες συνεχούς ροής. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται ένας πολύ αποτελεσματικός και ιδιαίτερα καινοτόμος αντιδραστήρας συνεχούς ροής NebPhotOX. Κύριο χαρακτηριστικό του είναι η χρήση πνευματικού εκνεφωτή που επιτρέπει τη διεξαγωγή φωτοξειδώσεων σε μεγάλη κλίμακα. Έπειτα περιγράφεται η εφαρμογή του συστήματος αυτού, στη σύνθεση μιας σειράς υδροξυκυκλοπεντ-2-ενονών και μεθοξυκυκλοπεντ-2-ενονών, από απλά φουράνια, σε ένα μόνο στάδιο. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται μια μεθοδολογία κατά την οποία πραγματοποιείται μετασχηματισμός σε ένα στάδιο απλών φουρανίων, σε γ-λακτάμες και πιο συγκεκριμένα σε αζωτούχα αρωματικά πολυκυκλικά συστήματα. Στάδιο κλειδί της μεθοδολογίας αυτής αποτελεί η ενδομοριακή παγίδευση του δραστικού ενδιαμέσου Ν-ακυλοϊμινικού ιόντος (NAI), το οποίο σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της αλληλουχίας των αντιδράσεων. Παρόμοιο πρωτόκολλο εφαρμόστηκε και στη σύνθεση των ιμιδαζολικών αλκαλοειδών glochidine και glochidicine. Το αποτέλεσμα της αλληλουχίας αντιδράσεων ρυθμίστηκε επιτυχώς με την κατάλληλη επιλογή τόσο του φωτοευαισθητοποιητή όσο και του διαλύτη. Στη συνέχεια περιγράφεται η σύνθεση γ-λακταμών σε μεγάλη κλίμακα χρησιμοποιώντας τον αντιδραστήρα NebPhotOX. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφονται μελέτες και συνθετικές προσεγγίσεις για τη στερεοεκλεκτική σύνθεση των φυσικών προϊόντων attenol Α και attenol Β. Στάδιο κλειδί της μεθοδολογίας που προτείνεται εκκινείται από μία [4+2] κυκλοπροσθήκη του 1Ο2 σε κατάλληλα υποκατεστημένο φουράνιο για τον τελικό σχηματισμό ενός συστήματος 6,8-διοξα-δικυκλο[3.2.1]οκτανίου.