Estudios teóricos de reacciones ANRORC

Abstract

Esta tesis se enmarca en el estudio mecanístico de reacciones ANRORC empleando modelos de reactividad derivados de la química cuántica y metodologías computacionales. Esta tesis está organizada de la siguiente manera: en el Capítulo 1 se presenta el estado actual y los problemas abiertos concernientes a la reactividad ANRORC. En el Capítulo 2 se presenta el marco metodológico y teórico para el desarrollo de la tesis. En el capítulo 3 se exploran los aspectos mecanísticos de aquellas reacciones entre hidrazina y algunos sistemas heterocíclicos de 5 miembros. En el Capítulo 4 se discute el origen de la reactividad ANRORC en derivados de imidazol. El Capítulo 5 trata sobre la reactividad ANRORC en 1,2,4-oxadizoles. El Capítulo 6 representa el primer estudio teórico referido al mecanismo de la reacción de Zincke. Los resultados más importantes derivados de esta tesis son: (i) se dilucidó el origen de la regioselectividad en procesos de adición nucleofílica que involucran sistemas heterocíclicos 1,3- bielectrófilos; (ii) se estableció el origen de la reactividad ANRORC en derivados de imidazol, enfatizando el rol clave de los efectos estereoelectrónicos sobre el curso de reacción; (ii) se propuso una nueva variante mecanística para la reacción entre alilaminas y 1,2,4-oxadiazoles que incorpora la existencia de un bypass en la superficie de energía potencial (SEP), favorecido por un fenómeno de solvatación preferencial. Esta nueva variante mecanística describe adecuadamente los patrones de reactividad observados experimentalmente, y (iv) se estableció que el mecanismo de la reacción de Zincke involucra una ciclación 6-exo-trig favorecido por mecanismos de transferencia protónica, y no a través de un cierre electrocíclico como había sido propuesto previamente en la literatura. Esta tesis contribuye a la comprensión de mecanismos de reacción, catálisis y regio selectividad en sistemas heterocíclicos.

This thesis is concerned with the mechanistic study of ANRORC (addition of the nucleophile, ring-opening and ring-closure) reactions in heterocyclic compounds, by means of theoretical and computational methodologies. The thesis is organized as follows: Chapter 1 provides the current status and defines the open problems concerning to ANRORC reactivity. Chapter 2 introduces the theoretical background. Chapter 3 deals with the importance of heterocycle-distortion onto the regioselectivity patterns in some five-membered heterocycles. Chapters 4 and 5 highlight the key role of nucleophile-assisted proton transfer mechanism along the ANRORC mechanism involving five-membered heterocycles and emphasize the relevance of stereoelectronic effects presents at the cyclization step in the ANRORC mechanism. Chapter 6 describes the Zincke reaction as taking place via a 6-exo-trig transition state instead the 67- electrocyclic transition state previously proposed in the literature. In summary, this thesis contributes to explain and unravel the origins of ANRORC reactivity of the whole series of ANRORC reactions studied, including reaction mechanisms, regioselectivity and catalysis.