Synthese en toepassingen van BODIPY-triazolen

De 1,2,3-triazoolring is een belangrijke heterocyclische verbinding die in verscheidene toepassingen voorkomt omwille van zijn interessante eigenschappen. Voornamelijk door de ontwikkeling van de koper-gekatalyseerde azide-alkyn-cycloadditie zijn 1,2,3-triazolen alomtegen­woor­dig in de hedendaagse chemische literatuur. In het voorbije decennium werd het ontwikkelen van metaalvrije syntheses voor de bereiding van 1,2,3-triazolen een heel actief onderzoeksveld, en dit resulteerde onder meer in nieuwe en gunstige methoden om triazolen met gevarieerde substitutie­patronen te maken. De inleiding van dit doctoraats­proefschrift heeft als doel een overzicht te bieden van de recente vooruitgang in de metaalvrije synthese van niet-benzo-gefuseerde 1,2,3-triazolen. Hiervoor werden de methoden die werden gerapporteerd in de laatste vier en een half jaar beschreven volgens een veelomvattende classificatie. Wat duidelijk wordt weergegeven in het eerste hoofdstuk zijn de belangrijke bijdragen van de Dehaen-onderzoeksgroep in de synthese van 1,2,3-triazolen. Door de aanhoudende van de onderzoeksgroep naar nieuwe synthesemethoden om een bredere variatie aan 1,2,3-triazolen beter beschikbaar te maken, staat dit doctoraatsproefschrift in het teken van de metaalvrije synthese van formyl-1,2,3-triazolen en adducten van de BODIPY-chromofoor en 1,2,3-triazolen.

Vooreerst werd de ring-gedegenereerde omlegging van 4-imino-1,2,3-triazolen, die beschreven werd door L’abbé, succesvol gebruikt om 4-formyltriazolen in één stap te bereiden uit primaire amines en 4-formyl-1-(4-nitrophenyl)-1,2,3-tria­zool. Een protocol werd ontwikkeld om dit laatste substraat eenvoudig op gramschaal te bereiden uitgaande van het commercieel beschikbare 3-dimethylaminoacroleïne. Het acroleïne werd verder ook nog getest als potentieel reagens voor de synthese van 4-formyl-NH-1,2,3-triazool. Ondanks dat een overmaat acroleïne vereist was bij niet-optimale condities door de vorming van een ongewenst bis(dimethy­l­amino)trimethinium zout kon de NH-triazool worden afgezonderd met een hoge opbrengst.

Als tweede werd de intern ontwikkelde triazoliseringsreactie toegepast voor de synthese van 5-formyltriazolen. Triazolisering van pyruvaldehyde dimethylacetaal leverde 5-dimethoxymethyl-1,2,3-triazolen, welke kunnen worden omgezet in 5-formyltriazolen via een zure hydrolyse. Echter, een optimalisatie van de reactiecondities en de procedures voor het opzuiveren van de producten zal nodig zijn om de uitvoerbaarheid van deze methode op punt te stellen.

4-Bora-3a,4a-diaza-s-indacenen (BODIPYs) zijn een veelzijdige klasse van organische kleurstoffen. De talrijke methoden om BODIPY te derivatiseren laten toe om de fotofysische eigenschappen te beïnvloeden, en het ontwikkelen van deze methoden is tot op vandaag het onderwerp geweest van onderzoek over de hele wereld. In het laatste deel van dit doctoraatsproefschrift werden manieren bestudeerd voor de metaalvrije synthese van BODIPY- 1,2,3-triazolen. Als eerste werd de triazoliserings­reactie van keto-gefunc­tionali­seerde BODIPYs onderzocht. Hoewel de reactie een behoorlijk resultaat gaf met een 3,5-di(4-acetylfenyl)BODIPY was het besluit dat een andere volgorde van de syntheseroute waarschijnlijk in veel gevallen de voorkeur zal genieten. Vervolgens konden een aantal inleidende experimenten aantonen dat een meso-enamine gesubstitueerd BODIPY succesvol reageert in cycloaddities met elektronenarme arylazides. Als laatste werden de 4-formyltriazolen gebruikt in bestaande methodes voor de synthese en functionalisering van BODIPY. Het gaat om de condensatie met pyrrolen ter vorming van meso-triazolyl-BODIPYs en Knoevenagel-condensaties van gemethyleerde BODIPYs ter vorming van styrylderivaten. De 4-formyl-1-hexyl-1,2,3-triazool werd ook gebruikt in de synthese van een ongekend conformationeel begrensd azadipyrrometheen. In toekomstig onderzoek kunnen de methodes die werden aangehaald in deze thesis verder onderzocht en gebruikt worden voor het bereiden van BODIPY-triazolen met mogelijke toepassingen.

Tijdens het doctoraatsonderzoek werd een metaalvrije driestapssynthese ontwikkeld voor de bereiding van 1-methyleenisoquinolines. 1-(2,2-Di­methoxyethaan)-1,2,3-triazolen konden eerst worden gesynthetiseerd via de triazoliseringsreactie, waarna deze werden onderworpen aan een Pomeranz-Fritsch-cyclisatie ter vorming van triazolo[5,1-a]isochinolines. Vervolgens werd de zuurgemedieerde ringopening van de triazoloisochino­lines bestudeerd. Door gebruik te maken van sterke niet-nucleofiele zuren onder watervrije condities kon een reeks van ongekende isochinolines en imidazo[5,1-a]isochinolines worden bekomen. Deze studie werd als een appendix aan dit doctoraatsproefschrift toegevoegd.