Βιομιμητική κυκλοποίηση τερπενοειδών με εγκλωβισμό στο ζεόλιθο NaY

Abstract

In the present Thesis was studied, for the first time in the literature, the ability of the acidic porous materials, such as zeolites NaY and HY in catalyzing the biomimetic cyclization of terpenoids under confinement conditions. The results can be summarized as follows: A. Small terpenes, such as geranyl or neryl derivatives, cyclize readily to form primarily γ-cyclogeranyl compounds in >97% yield. The most impressive result was the cyclization of geranylacetone to form the natural product α-ambrinol in up to 75% yield. In addition, the natural product nanaimoal was synthesized in a few steps and in a biomimetic manner using as key reaction the intrazeolite cyclization of farnesal. B. The mechanism of terpene cyclization under zeolite confinement was studied through studying the product stereochemistry arising from geranyl acetate labelled at the C6 or C8 respectively. The results are consonant with a concerted mechanism in which preorganization of the substrate is necessary to achieve cyclization. C. Epoxy terpenes cyclize very fast under NaY confinement to form primarily, in a highly stereoselective manner, monocyclization products (exo-methylenic cycloexanols) in appreciable yields. D. The mechanism of epoxy terpenes cyclization within NaY occurs via a concerted mechanism, as probed by studying the stereochemistry of a selectively labeled epoxide at the gem-methyl group. Ε. Finally, several α-cyclogeranyl derivatives, obtained from the intrazeolite cyclization of geranyl compounds reacted with singlet oxygen to form one out of the three possible regioisomers in up to 97% diastereoselectivity.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία ικανότητα που παρουσιάζουν όξινα πορώδη υλικά, όπως οι ζεόλιθοι NaY και HY, στο να καταλύουν τη βιομιμητική κυκλοποίηση τερπενοειδών. Τα αποτελέσματα συνοψίζονται ως εξής: Α. Τόσο ο NaY, όσο και ο HY, καταλύουν τη βιομιμητική κυκλοποίηση τερπενίων όπως π.χ., η γερανιόλη, ο οξικός εστέρας της γερανιόλης ή της νερόλης προς τα αντίστοιχα κυκλογερανικά παράγωγα σε απόδοση μεγαλύτερη του 70%. Πιο εντυπωσιακό αποτέλεσμα αυτής της καταλυτικής δράσης των ζεολίθων είναι ο σχηματισμός του φυσικού προϊόντος α- αμπρινόλη με υψηλή διαστερεοεκλεκτικότητα και μεγάλη απόδοση (>75%) κατά την κυκλοποίηση της γερανυλο ή νερυλοακετόνης, καθώς και του φυσικού προϊόντος nanaimoal χρησιμοποιώντας σαν αντίδραση «κλειδί» την κυκλοποίηση της φαρνεσάλης με εγκλωβισμό στο ζεόλιθο NaY. Β. Πραγματοποιήθηκε μελέτη του μηχανισμού κυκλοποίησης των αντιδράσεων κυκλοποίησης μέσω ισοτοπικής επισήμανσης τόσο του αλλυλικού gem-μεθυλίου του οξικού εστέρα της γερανιόλης στη θέση C8, όσο και του βινυλικού υδρογόνου στη θέση C6 της ίδιας ένωσης. Η στερεοχημεία των προϊόντων κυκλοποίησης υποδηλώνει ένα σύγχρονο μηχανισμό. Γ. Κατά την προσρόφηση εποξυ τερπενοειδών στο ζεόλιθο NaY παρατηρήθηκε ο διαστερεοεκλεκτικός σχηματισμός προϊόντων μονο-κυκλοποίησης (εξωμεθυλενικές κυκλοεξανόλες) σε πολύ ικανοποιητικές αποδόσεις. Δ. Η μηχανιστική μελέτη της κυκλοποίησης των εποξυ τερπενοειδών καταλυόμενη από το ζεόλιθο NaY, η οποία πραγματοποιήθηκε με ισοτοπική επισήμανση εκλεκτικά του ενός εκ των δύο ακραίων gem-μεθυλίων του εποξειδικού δακτυλίου, έδειξε ότι η αντίδραση χωρεί μέσω ενός σύγχρονου μηχανισμού. Ε. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μελέτες φωτοξείδωσης των α-κυκλογερανικών υποστρωμάτων που είχαν απομονωθεί κατά την κυκλοποίηση της γερανιόλης και παραγώγων της παρουσία NaY, οπότε παρατηρήθηκε ο σχηματισμός του ενός εκ των τριών τοποϊσομερών υδροϋπεροξειδικών προϊόντων, με υψηλή τοποεκλεκτικότητα και διαστερεοεκλεκτικότητα που έφτανε έως και το 97%.