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Title: Estudo preparativo e computacional da reação de 2,3 dicloroquinoxalina com o éster metílico da cisteín
Authors: Lima, Djalan França de
Keywords: Substituição nucleofílica heteroaromática;2,3-dicloroquinoxalina;Cisteína;Síntese;Cálculos computacionais
Issue Date: 8-Feb-2018
Citation: LIMA, Djalan França de. Estudo preparativo e computacional da reação de 2,3 dicloroquinoxalina com o éster metílico da cisteín. 2018. 71f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Tradicionalmente, os livros textos de química orgânica propõem que a maioria das reações de substituição nucleofílica em substratos aromáticos e heteroaromáticos (SNAr) ocorrem via mecanismo com formação de intermediário de Meisenheimer. As quinoxalinas compreendem uma classe de compostos heterociclos com importantes aplicações em diversas áreas, e dentro deste contexto, as metodologias sintéticas envolvendo o composto 2,3-dicloroquinoxalina (DCQX) em reações de SNAr são frequentemente relatadas na literatura. O DCQX é um substrato adequadamente ativado para tais reações uma vez que possui dois átomos de cloro ativados por conta da deficiência eletrônica das posições 2 e 3 do anel quinoxalínico. O presente trabalho apresenta um estudo experimental e teórico voltado para a reação entre DCQX e o éster metílico da cisteína (CysMe). A escolha da CysMe se deu basicamente por conta da natureza nucleofílica distinta do referido éster de aminoácido, e devido à possibilidade de aplicação dos possíveis produtos gerados em diferentes áreas. O interesse em estudar os mecanismos das possíveis reações se dá, especialmente, por falta de dados disponíveis na literatura para sistemas heteroaromáticos em reações de SNAr. A reação de DCQX com CysMe, em DMF, e na presença de bicarbonato de sódio, forneceu três produtos distintos cuja a caraterização espectroscópica (RMN, IV e Massas de alta resolução) apontou para os inéditos na literatura ésteres metílicos derivados da quinoxalina. Cálculos computacionais (M06-2X/6-311+g(3df,2p), e B3LYP 6-31+g (d,p)) foram realizados no intuito de varrer todas as possibilidades associadas à reatividade da CysMe frente ao DCQX. Para este trabalho foram avaliados as diferenças energéticas entre reagentes e os possíveis produtos de reação para o sistema, a monossubstituição pelo enxofre (CysQX1) ou pelo átomo de nitrogênio (CysQX2), dissubstituição via dupla ataque do enxofre (CysQX3), duplo ataque do nitrogênio (CysQx4), ou um ataque do enxofre e outro do nitrogênio (CysQX6) e a formação do produto ciclizado CysQX5. Para os ataques nucleofílico pelo átomo de enxofre, foram consideradas tanto a hipótese do grupo nucleofílico ser neutro ou aniônico. Os estudos computacionais sugerem que o produto mais estável termicamente é o ciclizado, CysQX5, com valor da variação de energia livre de Gibbs de – 26,78 kcal.mol-1. Os cálculos indicaram que a formação deste produto pode seguir duas rotas distintas para ciclização: i) a partir do produto monossubstituído CysQX1; ii) a partir do produto dissubstituido por CysQX3. Os estados de transição para a formação de todos os produtos formados foram avaliados e apontam uma barreira energética para formação do produto CysQX5 +37.62 Kcal.mol-1 a maior entre as demais. Não foram encontradas até o momento a possibilidade de rearranjo do tipo Smiles.
Abstract: Traditionally, organic chemistry text books suggest araomatic/heteroaromatic nucleophilic substitution (SNAr) procedding via Meiseinheimer-type intermediate mechanism. Quinoxaline are a class of nitrogen heterocycles with application in many fields. IN this context, several synthetic methodologies based on SNAr reactions involving the substrate 2,3-dichloroquinoline (DCQX) have been reported in literature. In fact, DCQX is adequately for this type of reaction since it has two chlorine atoms as potential leaving group due the activation promoted by electron-deficient nature of the quinoxaline ring. The present work presents a combined experimental and theoretical study involving the reaction of DCQX and cysteine methyl ester (CysMe). The choice for CysMe arrives from its interesting nucleophilic nature and due the reaction products being potentially applied in many areas. On the other hand, a computational study of the mechanisms of this reaction is especially interesting due the small number of reports concerned on SNAr involving heterocycles substrates. The reaction of DCQX and CysMe in DMF, in the presence of potassium carbonate, afforded a major product (yielding 80.2%) in which spectroscopic characterization (NMR and IR) suggest to be 3,4-dihydro-2H-1-thia-4,9,10-triaza-anthracene carboxylic acid methyl ester (CysQX5). A secondary product is also formed in the reaction, and this has not been properly isolated and characterized. Theoretical calculations (M06-2X/6-311+g(3df,2p) and B3LYP 6-31+g(d,p)) were performed in attempt to screen all possibilities associated to the reactivity of CysMe toward DCQX. To the moment, this work is based on the thermodynamics aspects. They were evaluated the Gibbs free energy variation between the reagents and all possible products, including those originated from monossubstituion by sulfur atom (CysQX1) or nitrogen atom (CysQX2), as well as dissubstitution by sulfur atoms (CysQX4), by nitrogen atoms (CysQX4), or simultaneously by sulfur and nitrogen (CysQX6), besides the cyclized product CysQX5. Both neutral and anionic nucleophiles were taken into account in the reactions originated from nucleophilic attack of sulfur atom. Computational results suggest that the more stable product is CysQX5 (Gibbs free energy variation of – 26.78 kcalmol-1), and it could be formed from two distinct intramolecular cyclization paths: i) from the monosubstituted product CysQX1; ii) from disubstituted product CysQX3. At the time, transition states of all processes involving in the reactions of DCQX and CysMe are being evaluate, including the possibility of Smile-type rearrangements.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/25097
Appears in Collections:PPGQ - Mestrado em Química

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