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Universidade Federal do Rio Grande do SulInstituto de Química

Departamento de Química OrgânicaLASOMI – Laboratório de Síntese Orgânica e Materiais Inteligentes

Compostos Orgânicos de SelênioCompostos Orgânicos de Selênio

e suas aplicações em Síntese Orgânicap ç g

Daniel da Silveira Rampon

Orientador: Prof. Dr. Paulo Henrique Schneider

Co-Orientador: Prof. Dr. Aloir A. Merlo

1Porto Alegre, 2009

TÓPICOS ABORDADOS

1) Que átomo é este chamado Selênio?

2) Descoberta do Selênio.

3) Primeiros compostos orgânicos de selênio sintéticos.

4) Propriedades medicinais e biológicas.

5) Propriedades interessantes do ponto de vista da Síntese

Orgânica.

6) Aplicações em Síntese Orgânica.

2

INTRODUÇÃO

Mas que átomo é este chamado Selênio ?1,2

31 Pure Appl. Chem. 2006, 78, 2051.

2 IUPAC. http://www.iupac.org/reports/periodic_table. 2007.

INTRODUÇÃO

Eletronegatividade: 2,5 (O > S > Se > Te > Po)

Config. Eletrônica: [Ar] 3d10 4s2 4p4

Número Atômico: 34

Massa Atômica: 78,96

Isótopos Naturais: 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Sep , , , ,(49,6%) e 82Se.

4

INTRODUÇÃO

Descoberta: J. J. Berzelius e J. G. Gahn – 18173

Ocorrência natural: Combinado ao S / em diversosminerais de (Cu Ag Au Zn Cd Hg Fe etc)minerais de (Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Fe, etc).

P i i i tilid d Aditi idPrincipais utilidades: Aditivo em vidros,fotocopiadoras, semicondutores…

E também em síntese orgânica!!síntese orgânica!!

53 (a) Chemistry of the elements. 1997, Elsevier. (b) Chem. Rev. 1941, 28, 179.

(c) Afhandl Pys Kemi Mineralogi. 1817, 6, 24.(c) Organoselenium Chemistry: Modern Developments in Organic Synthesis. 2000, Springer: New York.

INTRODUÇÃO

1o Composto orgânico de selênio sintetizado:

Etil l l 18474Etil selenol – 18474

Selenóis: Problemas com odor e difícilmanuseio.3c,5

Até metade do séc. XX:

Selênio = Compostos TóxicosSelênio = Compostos TóxicosSelênio Compostos TóxicosSelênio Compostos Tóxicos

64 (a) Ann. Chem. 1847, 6, 360.

5 Organoselenium Chemistry: A Pratical Approach. 1999, Oxford Press: New York.3c Organoselenium Chemistry: Modern Developments in Organic Synthesis. 2000, Springer: New York.

PROPRIEDADES

Importantes propriedades medicinais e biológicas6

Micronutriente em mamíferos (1957);

Sítio ativo – glutationa peroxidase (1973);

Prevenção câncer envelhecimentoPrevenção câncer, envelhecimento,imunologia, etc;

Alt ti fáAlternativa em novos fármacos.

21o Aminoácido Essencial

76 (a) Chem. Rev. 2004, 104, 6255. (b) Mutation Research. 2009, 676, 21.

(c) J. Am. Chem. Soc. 1957, 79, 3292. (d) FEBS Lett. 1973, 32, 132.(e) Science. 1973, 179, 588.

PROPRIEDADES

Síntese Orgânica vs Interesse Biológico

Se: Propriedades Interessantes3c,5,7

Eletronegatividadeg

Volume atômico

Polarizabilidade

Energia de Dissociação da Ligação8

Polarizabilidade

Nucleofilicidade

Energia de Ionização

Força da ligação C-Se8

85 Organoselenium Chemistry: A Pratical Approach. 1999, Oxford Press: New York.

3c Organoselenium Chemistry: Modern Developments in Organic Synthesis. 2000, Springer: New York.7 (a) Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3740. (b) Chem. Rev. 2009, 109, 1277. 8 Chem. & Bio. 2008, 5, 359.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Estabilização de C+ e C- na posição α5,9

SeRH

SeR

n-BuLi

THF, -78oC

LiH

SeR+ RSe Bu

95 Organoselenium Chemistry: A Pratical Approach. 1999, Oxford Press: New York.

9 (a) J. Organomet. Chem. 1983, 253, 131.(b) J. Braz. Chem. Soc. 1998, 9, 327.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

C- estabilizados por Selênio

1010 J. Org. Chem. 1997, 62, 1179.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Quimiosseletividade Controlada3c,5,7,10 Nu- / E+

11

3c Organoselenium Chemistry: Modern Developments in Organic Synthesis. 2000, Springer: New York.5 Organoselenium Chemistry: A Pratical Approach. 1999, Oxford Press: New York.

7 (a) Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3740. (b) Chem. Rev. 2009, 109, 1277. (c) Eur. J. Org. Chem. 2009, 1649. 10 Acc. Chem. Res. 1984, 17, 28.11

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Nucleofílico: Abertura de epóxidos

O

R2

R4R1

R3+ R2

R4R1

R3OH

R RSe-M+ RSeR

H3O+MeSO2Cl

4

3

H2O2Et3N

R2

R4R1

R3

SeR+R2

R4R1

R3OH

R2

R1 R4

R3

127 Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3740.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Nucleofílico: Abertura de Lactonas

138 Chem. & Bio. 2008, 5, 359.

11 (a) Heterocycles. 1997, 44, 319. (b) Org. Lett. 2000, 2, 3603.(c) Synth. Commun. 1989, 19, 1203.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Nucleofílico: Ataque Intramolecular

O O +

PhSeR2

OH OH

R1

H+PhSe

R2

+OH2 OH

R1

-H2O

R2

OH

R

PhSe+

O R2R1

PhSe

R1Tetrahidrofuranos

147 Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3740.

12 Tetrahedron. 1999, 55, 4769.13 Org. Lett. 2002, 4, 1879.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Nucleofílico: Ataque Intramolecular

Semicondutores orgânicos16

Cristais Líquidos17Cristais Líquidos

Agentes antivirais eantitumorígenos18

1514 J. Org. Chem. 2007, 72, 6726.

15 Tetrahedron. 2001, 57, 4271.16 J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3044.17 (a) Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 2046. (b) J. Mater. Chem. 2007, 17, 4223.18 Blood. 1991, 78, 593.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Nucleofílico: Substituição Acílica

O PBu3

+ SSe R1

R1R

O

SeR1

R OH CH2Cl2Temp. ambiente

24h

+ SeR1

Selenoésteres

Cristais LíquidosCristais LíquidosR = alquil ou arilR1 = alquil ou aril

Cristais LíquidosCristais Líquidos

FotoluminescentesFotoluminescentes

Formação de Ligações C-C:Radicalar20a, Organometálicos20b

e Friedel-Crafts20cRecentemente

1619 (a) Synthesis. 1990, 4, 273. (b) Aust. J. Chem. 1984, 37, 1183.

20 (a) J. Org. Chem. 1989, 54, 1779. (b) Tetrahedron Lett. 1983, 24, 4355. (c) Tetrahedron Lett. 1987, 28, 2895.

21 J. Mater. Chem. 2010.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Eletrofílico: Adições Polares

RS

X-Nu- SeR

RSeX +Se+

Nu

-X-

Nu

Selenônio

X = Cl, Br, O2CCF3

Selenônio

R = Alquila ou arilaNu = H2O, haletos, álcoois, aminas, tióis, organometálicos, etc

177 Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3740. 10 Acc. Chem. Res. 1984, 17, 28.

21 Org. React. 1993, 44, 1.22 Advanced Organic Chemistry A. 2007. 5 ed. Springer: New York.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Eletrofílico: α-Selenilação

183c Organoselenium Chemistry: Modern Developments in Organic Synthesis. 2000, Springer: New York.

5 Organoselenium Chemistry: A Pratical Approach. 1999, Oxford Press: New York.7Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3740. 10 Acc. Chem. Res. 1984, 17, 28. 21 Top. Curr. Chem. 2000, 208, 7.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Eletrofílico: α-SelenilaçãoMe Me

TESO OTESOMe

MeMeO

O

TMSO

t-Bu* NaHMDS

PhSeBr, Et2O

TESO OTESOMe

MeMeO

O

TMSO

t-Bu

SePh

25oC > 1 minO O

mCPBACH2Cl2, -78oC, 1 min.

25oC, > 1 min.89%

TESO OTESOMeMe

O OHMe H

91%

MeMeO

O

TMSO

t-Bu4 EtapasMe

OH

HO

O

HHO

HH

HMe Me

FR182877

1922 (a) Org. Lett. 2001, 3, 4307.

(b) J. Am. Chem. Soc. 2002, 124 , 4552.(c) J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5393.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Eletrofílico: Selenolactonização

2023 J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 1448.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Selênio Eletrofílico: Wittig-Horner

217(b) Chem. Rev. 2009, 109, 1277.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Eliminação de Selenóxidos

RSe H [O] RSe HO

RSe+ HO-

+ PhSeOH

[O] = H2O2, O3, O2, NaIO4, RCO2OH, t-BuOOH

Jones e Colaboradores, 1970

MeH

H

SeO Ph

MeH

H

Se+-O Ph

MeH

H+ PhSeOH

2224 (a) J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1970, 86.

(b) J. Org. Chem. 1978, 45, 1697.(c) J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 5813.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Rearranjos [2,3]-Sigmatrópicos: Oxidação AlílicaÁlcoois Alílicos ou Aldeídos α -insaturadosÁlcoois Alílicos ou Aldeídos α, -insaturados

CH2H

H O

SeO

OHHO

SeOH

OHHO

-H2OSe

OHO Se+HO

O-

Rearranjo[2,3]-Sigmatrópico

OHHO

OAs condiçõesSeOH

H2OO

+Se0+H2O

As condições reacionais

determinam a estrutura do

OH+ Se

OHHO

produto

233c Organoselenium Chemistry: Modern Developments in Organic Synthesis. 2000, Springer: New York.

5 Organoselenium Chemistry: A Pratical Approach. 1999, Oxford Press: New York.22 Advanced Organic Chemistry A. 2007. 5 ed. Springer: New York.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Cicloadições [4+2] e [1,3]-Dipolares25d

2425 (a) J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 1314. (b) J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 8671.

(c) J. Org. Chem. 1999, 64, 8248. (d) Tetrahedron Lett. 2007, 48, 2303. (e) Nitrile Oxides, Nitrones and Nitronates in Organic Sinthesys. 2008, 2 ed, Ed: Wiley, New Jersey.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Reações Radicalares26c,26e

SePhn-Bu3SnH

AIBN ON O

n

Benzeno,Refluxo

Nn

O

Ph

O OPhn-Bu3SnH

AIBNPhSe

O

H

AIBNBenzeno,Refluxo

2526 (a) J. Org. Chem. 1988, 53, 3379. (b) J. Org. Chem. 1989, 54, 1779. (c) J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4003.

(d) J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4008. (e) Org. Lett. 2004, 5, 759.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Reações de Friedel-Crafts

O O [(C OTf)] OO

R SeMe

O

Benzeno, CaCO3TA

+O [(CuOTf)] O

R= alquila 100%

R

O O

SeCH3

Benzeno, CaCO3TA

[(CuOTf)]

70%

2627 (a) Tetrahedron, 1985, 41, 4835. (b) J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 2561.

APLICAÇÕES SINTÉTICAS

Catálise Assimétrica

2728 (a) Org. Lett. 2003, 15, 2635. (b) Chem. Rev. 2001, 101, 757. (c) Helv. Chim. Acta . 1996, 79, 1957.

(d) Tetrahedron: Asymmetry. 1999, 10, 1019. (e) Tetrahedron: Asymmetry. 1995, 6, 1861.

CONCLUSÕES

Selênio:

Funções essenciais na natureza e emprocessos biológicos.

Interesse Biológico vs Síntese Orgânica.

Em Síntese Orgânica pode proporcionar:

Quimiosseletividade.

Regiosseletividade.Regiosseletividade.

Estereosseletividade.

28

CONCLUSÕES

Fornecendo intermediários funcionais.

Através de metodologias brandas.

Út i í t dÚteis para síntese de:

Novos materiais orgânicosNovos materiais orgânicos

Fármacos.

Produtos naturais.

29

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30

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MUITO OBRIGADO!

Mecanismos

34

MECANISMOS

Se HBrS

HBrSe Se

Se

H Br

LDA Se

NLi

LDA

PhSe LDA ou KDA PhSeM

Li

H

PhSe THF, -78o PhSeM

M = Li ou K

35

MECANISMOS

36

MECANISMOS

Se0

RMgBr

RSeMgBrNH4+Cl-

RSe + MgClBrH RSeSeR

RSe-O O

RSe HRSe

RSe

Mecanismos Nucleófilos

RSe HO+ O RSe

+HO OH

RSe SeRNa0

e-

RSe-Na+ + RSeNa0

e-

RSe-Na+

Mecanismos Eletrófilos

RSe SeR

Br Br

RSe+ SeR

Br

RSeBrBr- 2

37

MECANISMOS

38

MECANISMOS

39

MECANISMOS

TESO OTESOMeMe

TMSOO OH

Me H

MeMeO

O

TMSO

t-Bu4 EtapasMe

OH

HO

HHO

HH

HMe Me

FR182877FR182877

HOMO

R R

HR

HH

R

Ot-BuOH

Ot-BuO

R

MeR

LUMO

40

MECANISMOS

OSiMe2t-Bu PhSeCl OSiMe2t-BuSe

Ph Cl

O CH2Cl2O

M k ik ffMarkovnikoff5-exo-tet

PhSe O O

SiMe2t-BuH2OPhSe O O

41

MECANISMOS

P CO2EtO

EtOEtO

H

1) NaH, THFP CO2EtO

EtOEtO

P CO2EtO-

EtOEtO

+ H2

H

PO

EtOEtO

O-

OEt

2) PhSeBr

O

P CO2EtO

EtOEtO

SePh

O

R H NaH HP CH2O2EtO

EtOEtO

SePh

P CO2EtO

EtOEtO

SePh

HR-O

-H2SePh

P O

H

REtO2C

PhSe

O-EtO

EtO SePh

CO2EtR

42

MECANISMOS

43

MECANISMOS

44

MECANISMOS

45

MECANISMOS

46

MECANISMOS

Baixa concentração molar: 0,06 Mmolar: 0,06 M

47

MECANISMOS

48

MECANISMOS

R S M

O[(CuOTf)]

R S C OTf

O

RC O+ (MeSeCuOTf)-R SeMeBenzeno, CaCO3

TAR= alquila

R Se:CuOTfMe

RC O (MeSeCuOTf)

OO

+ MeSeCu

OTf = OSO2CF3

R OTf + MeSeCu

R

O

+O

O

R

+

H

CaCO3

OO

R

49

MECANISMOS

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