Badanie wpływu struktury substratów na przebieg i selektywność metatezy alkenów i alkinów

Metateza alkenów jaki i alkinów jest wysoce użytecznym narzędziem syntetycznym, ponieważ otrzymywane są w niej związki zawierające wiązania wielokrotne, które mogą być poddane kolejnym transformacjom prowadzącym do złożonych cząsteczek niejednokrotnie trudnych do uzyskania innymi metodami. Jednak zakres stosowalności metatezy krzyżowej jest ograniczony przez brak skutecznych metod kontroli selektywności tej reakcji. Dlatego opracowanie metod selektywnego prowadzenia metatezy krzyżowej stanowiło główny cel niniejszej rozprawy. Etapy pracy obejmowały: a) syntezę substratów do łączenia - pochodnych propynylobenzenu, b) łączenie substratów z łącznikiem przez grupy funkcyjne – w wyniku którego uzyskałam pochodne meta i para, c) łączenie substratów z łącznikiem poprzez utworzenie wiązania Si-C – w wyniku którego uzyskałam pochodne orto, d) testowanie związków w metatezie alkinów, e) obliczenia kwantowo-chemiczne, f) syntezę pochodnych disiloksanowych i testowanie ich w metatezie alkenów. Przeprowadzone badania, doprowadziły do opracowania przeze mnie struktur trzech różnych łączników, które zastosowałam w syntezie ośmiu różnych związków. Jeden z zaproponowanych łączników okazał się być użytecznym narzędziem w syntezie kombretastatyny A4. Możliwe są modyfikacje łącznika, które pozwolą na dostosowanie jego budowy do struktury innych substratów, które mają być poddane makrocyklizacji. Prowadząc reakcję metatezy zaobserwowałam, że miejsce przyłączenia łącznika w pierścieniu cząsteczki ma wpływ na jej reaktywność. W żadnym z zaproponowanych przypadków nie dochodziło do degradacji łącznika na etapie metatezy, co świadczy o właściwym doborze łączników do warunków reakcji. Sukcesem zakończyła się próba usunięcia po przeprowadzeniu reakcji metatezy jednego z łączników z cząsteczki. Okazało się, że zaproponowane połączenie jest na tyle labilne, że na etapie modyfikacji postmetatetycznych (podczas reakcji uwadarniania) ulega samorzutnemu usunięciu z cząsteczki. Badania teoretyczne doprowadziły do uzyskania informacji o strukturze przestrzennej i energii wybranych związków - zawierających i nie zawierających łączników silanowych. Pozwoliły również na ustalenie optymalnej długości łańcucha dla związków łączonych w różnych pozycjach. Zaproponowany łącznik można z powodzeniem stosować do łączenia substratów zarówno poprzez wiązania krzem-tlen jak i krzem-węgiel, a wnioski płynące z obliczeń teoretycznych stosować do optymalizacji jego długości w zależności od struktury stosowanych substratów.

Both olefin and alkyne metathesis reactions constitute as very useful synthetic tools for the synthesis of compounds containing multiple bonds, which can be further transformed to highly complex molecules, that are often difficult to obtain by other methods. However, their applicability is limited by the lack of effective methods to control the selectivity of cross-metathesis reactions. Therefore, the development of selective cross-metathesis has constituted to be the main goal of this research, and included: a) the synthesis of substrates for linking – propynylbenzene derivatives b) linking substrates with linkers through functional groups, which has led to forming meta and para derivatives c) linking substrates with linkers by the formation of the carbon-silicon bond, resulting in forming orto derivatives d) testing compounds in alkyne metathesis reaction, e) quantum chemical calculations, f) synthesis of disiloxane derivatives and the investigation of their applicability within olefin metathesis. The conducted studies have led to the development of three different linkers, subsequently used in the synthesis of eight different compounds. One of the proposed linkers can be useful in the synthesis of Combretastatine A4. It is also possible to tailor the structure of linkers, so they can be adapted to the structure of substrates which shall be macrocyclized. Investigation of the metathesis reaction has revealed that the position of the linker in the molecule ring affects its reactivity. All linkers have been stable under the reaction condition, which confirms the proper choice of the latter with regard to the reaction conditions. Additionally, one of the linkers has been also successfully removed from the molecule after the metathesis reaction. This shows that the proposed linker is labile enough for the spontaneous removal from the molecule at the postmetathetical stage. Theoretical studies have allowed for a deeper insight into the structure and energy of selected compounds, with and without silane linkers. They have also allowed to determine the optimal chain length for compounds linked at different positions. The proposed linker can be successfully used for connecting substrates both by silicon-oxygen and silicon-carbon bonds. Moreover, the conclusions driven from theoretical calculations can be used to optimize the length of linker, depending on the structure of the used substrates.