Metal free synthesis of futo (3,2 c) coumarins from 4 hydroxycoumarins and oximes

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ NGỌC TÚ METAL-FREE SYNTHESIS OF FURO[3,2-c]COUMARINS FROM 4-HYDROXYCOUMARINS AND OXIMES Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số:60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học 1: TS Trương Vũ Thanh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán hướng dẫn khoa học 2: …………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Thanh Tùng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 12 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Phạm Thành Quân PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong TS Nguyễn Thanh Tùng PGS.TS Nguyễn Đình Thành TS Lê Vũ Hà Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTHH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THỊ NGỌC TÚ MSHV: 1770011 Ngày, tháng, năm sinh: 08/04/1993 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số : 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Metal-free synthesis of Furo[3,2-c]coumarins from 4-hydroxycoumarins and oximes II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng hợp O-acetyloxime dẫn xuất O-acetyloxime Khảo sát hoạt tính xúc tác I2 lên phản ứng tổng hợp Furo[3,2-c]coumarin từ 4-hydroxycoumarin O-acetyloxime Tối ưu phản ứng Tổng hợp dẫn xuất Furo[3,2-c]coumarin từ dẫn xuất 4hydroxycoumarin O-acetyloxime III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/01/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Trương Vũ Thanh Tp HCM, ngày 22 tháng 12 năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên chữ ký) ACKNOWLEDGEMENTS First and foremost, I would like to thank Dr Truong Vu Thanh for the financial support for this project Dr Truong Vu Thanh also offer me wholehearted guidance on this thesis with his comprehensive knowledge Working with him is an honor and a valuable experience for me I am also grateful to Mr Ong Duc Toan, who assisted me from the first day when I started my thesis He taught me his own experiences in doing experiments, in operating complicated equipment so that I could things more smoothly and avoid serious mistakes In addition, I would like to thank my talented and loyal friends for their encouragement and support during my tough time Their advices made me always have the positive attitude and helped me complete this thesis Finally, I would like to express my sincere gratitude to my parents Their love, encouragement and continuous support have always been with me in every achievement I get in my life Ho Chi Minh City, December, 2018 Tran Thi Ngoc Tu ABSTRACT A metal-, ligand-, oxidant- and base-free method for the synthesis of furo[3,2c]coumarins from commercially available 4-hydroxycoumarin and O-acyl oximes was successfully developed This novel, efficient and facile reaction swimmingly promoted via molecular iodine catalyst which proceeded to one-pot sequential coupling/cyclization route Additionally, the use of molecular iodine as green catalyst and mesitylene as green solvent contributed to green chemistry and sustainable development TĨM TẮT Phương pháp tổng hợp furo[3,2-c]coumarins khơng sử dụng bazo, chất oxi hóa, kim loại từ hợp chất có sẵn thương mại 4-hydroxycoumarin hợp chất O-acyl oximes nghiên cứu phát triển thành cơng Trong cơng trình này, Iốt sử dụng chất xúc tác để tăng hiệu xuất tốc độ phản ứng theo hướng one-pot sequential coupling/cyclization Bên cạnh đó, việc sử dụng chất xúc tác dung mơi xanh Iốt Mesitylene đóng góp vào phát triển bền vững ngành hoá học đại LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài: “Phương pháp tổng hợp Furo[3,2-c]coumarins không sử dụng kim loại từ hợp chất 4-hydroxycoumarin oximes” công trình nghiên cứu độc lập hướng dẫn giáo viên hướng dẫn: TS.Trương Vũ Thanh Ngồi khơng có chép người khác Đề tài, nội dung báo cáo nghiên cứu sản phẩm mà em nỗ lực nghiên cứu trình học tập làm nghiên cứu Các số liệu, kết trình bày báo cáo hồn tồn trung thực, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, kỷ luật môn nhà trường đề có vấn đề xảy ra.” i CONTENTS LIST OF FIGURES iv LIST OF SCHEMES v LIST OF TABLES vii LIST OF ABBREVIATIONS .viii CHAPTER LITERATURE REVIEW 1.1 Introduction 1.2 The synthesis of furo[3,2-c]coumarins 1.2.1 Previous methods for the synthesis of furocoumarin scaffold 1.2.2 Previous methods for the synthesis of heterocycles from Oximes 12 1.3 Our approach 15 CHAPTER EXPERIMENTAL SECTION 16 2.1 Material and instrumentation 16 2.2 Procedure for preparation of O-acyl oximes 17 2.3 Procedure for synthesis of furo[3,2-c]coumarins 21 2.4 GC yield determination 23 2.5 Isolated yield determination 25 CHAPTER 3.1 OPTIMIZATION, RESULT AND DISCUSSION 26 Optimization of reaction conditions 26 3.1.1 Effect of different types of solvents on the reaction yield 26 3.1.2 Effect of types of catalysts on the reaction yield .27 3.1.3 Effect of reaction environment on the reaction yield 28 3.1.4 Effect of temperature on the reaction yield .29 3.1.5 Effect of catalyst equivalent on the reaction 30 3.1.6 Effect of molar ratio of reactants on the reaction yield .31 ii 3.1.7 Effect of solvent volume on the reaction yield 32 3.1.8 Effect of time on the reaction yield 33 3.2 Reaction scope 34 3.3 Reaction Mechanism 38 3.4 Identification of products 39 CHAPTER CONCLUSION 49 REFERENCES 50 APPENDICS 58 iii LIST OF FIGURES Figure 1-1 Biologically active compounds that have a furocoumarin moiety Figure 2-1 Synthesis ketoxime derivatives 18 Figure 2-2 Synthesis ketoxime esters 20 Figure 2-3 Procedure of furo[3,2-c]coumarin framework 22 Figure 2-4 Calibration curve of furo[3,2-c]coumarin 24 Figure 3-1 Effect of different solvent on the reaction yield 26 Figure 3-2 Effect of various types of catalyst on the reaction yield 28 Figure 3-3 Effect of reaction environment on the reaction yield 29 Figure 3-4 Effect of temperature on the reaction yield 30 Figure 3-5 Effect of catalyst equivalent on the reaction yield 31 Figure 3-6 Effect of molar ratio of reactants on the reaction yield 32 Figure 3-7 Effect of solvent volume on the reaction yield 33 Figure 3-8 Effect of reaction time on the reaction yield 34 Figure 3-9 ORTEP representation of the asymmetric unit of phenyl-4H-furo[3,2c]coumarin displayed with 50% probability Atom colors: O, red; C, grey; H, white 40 iv LIST OF SCHEMES Scheme 1-1 One-pot synthesis of furocoumarins through cascade addition– cyclization–oxidation Scheme 1-2 New strategy for synthesis of 4H-furo[3,2-c]chromen-4-one Scheme 1-3 One-pot synthesis of furocoumarins via sequential Pd/Cu-catalyzed alkynylation and intramolecular hydroalkoxylation Scheme 1-4 Synthesis of 3-bromo-4-hydroxycoumarins and their derivatives Scheme 1-5 Synthesis of furo[3,2-c]coumarin derivatives using visible-light promoted radical alkyne insertion with bromocoumarins Scheme 1-6 Synthesis of furocoumarins via cascade palladium catalyzed oxidative alkoxylation of 4-oxohydrocoumarinsand alkenes Scheme 1-7 FeCl3/ZnI2-Catalyzed regioselective synthesis of angularly fused furans Scheme 1-8 Synthesis of substituted furo[3,2‑c]chromen-4-ones via four component reaction Scheme 1-9 Synthesis of functionalized furo[3,2-c]coumarins via a one-pot oxidative pseudo three-component reaction in poly(ethylene glycol) 10 Scheme 1-10 The Synthesis of furo[3,2-c]coumarins via I2/TBHP-mediate reaction of 4-hydroxycoumarins with terminal alkynes 11 Scheme 1-11 Rhodium(III)-Catalyzed synthesis of isoquinolines from aryl ketone Oacyloxime derivatives and internal alkynes 12 Scheme 1-12 Copper-catalyzed 5-endo-trig cyclization of ketoxime carboxylates: a facile synthesis of 2-arylpyrroles 13 Scheme 1-13 Metal-Free Assembly of Polysubstituted Pyridines from Oximes and Acroleins 13 Scheme 1-14 Transition-Metal-Free N-O Reduction of Oximes: A Modular Synthesis of Fluorinated Pyridines 14 Scheme 1-15 Conversion of Oxime Ethers into 2-Arylbenzofurans 14 Scheme 1-16 Synthesis Furan from Aldehyde and Oxime ethers 14 Scheme 1-17 Metal,ligand, and base-free reaction for the generation of 15 Scheme 3-1 Optimization of reaction condition by changing types of solvent 26 Scheme 3-2 Optimization of reaction condition by changing types of catalyst 27 v Scheme 3-3 Optimization of reaction condition by changing reaction environment 28 Scheme 3-4 Optimization of reaction condition by changing temperature 29 Scheme 3-5 Optimization of reaction condition by changing catalyst equivalent 30 Scheme 3-6 Optimization of reaction condition by changing molar ratio of reactants 31 Scheme 3-7 Optimization of reaction condition by changing volume of mesitylene 32 Scheme 3-8 Optimization of reaction condition by changing reaction time 33 Scheme 3-9 Control Experiments 38 Scheme 3-10 Plausible Mechanism 39 Scheme 4-1 Metal-free synthesis of furo[3,2-c]coumarins from oximes and 4- hydroxycoumarins 49 vi ... Plausible Mechanism 39 Scheme 4- 1 Metal- free synthesis of furo[3,2-c ]coumarins from oximes and 4- hydroxycoumarins 49 vi LIST OF TABLES Table 1-1 Substrate scope exploring... 1- 14 Transition -Metal- Free N-O Reduction of Oximes: A Modular Synthesis of Fluorinated Pyridines 14 Scheme 1-15 Conversion of Oxime Ethers into 2-Arylbenzofurans 14 Scheme 1-16 Synthesis. .. năm sinh: 08/ 04/ 1993 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số : 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Metal- free synthesis of Furo[3,2-c ]coumarins from 4- hydroxycoumarins and oximes II NHIỆM