Síntesis de isoxazoles e isotiazoles esteroidales

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El objetivo del presente trabajo de tesis fue la síntesis de 17β-hidroxi [2,3-d]isotiazoles esteroidales. Se comenzó con la sintesis de compuestos estructuralmentesimilares como los [2,3-d] isoxazol esteroides. Los resultados obtenidos en esta etapa seutilizaron como base al llevar a cabo la sintesi...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Giacopello, Sergio
Otros Autores: Seldes, Alicia M.
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 1995
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2728_Giacopello
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description El objetivo del presente trabajo de tesis fue la síntesis de 17β-hidroxi [2,3-d]isotiazoles esteroidales. Se comenzó con la sintesis de compuestos estructuralmentesimilares como los [2,3-d] isoxazol esteroides. Los resultados obtenidos en esta etapa seutilizaron como base al llevar a cabo la sintesis de [2,3-d] isotiazoles. En el capítulo 1 se describe la síntesis de [2,3-d] isoxazoles esteroidales. Utilizando 5-colesten-3β-ol (colesterol)(54) como material de partida, se optimizaron las distintas etapasrequeridas para la construcción del heteroanillo. Como resultado, se logró sintetizar colesta-2,4-dien [2,3-d] isoxazol (51). En la etapa de formación del enlace C2-C2' se lograron mejoras importantes, tiempode reacción y rendimiento, con respecto a los metodos descriptos anteriormente para lapreparación de este tipo de compuestos. La misma estrategia sintética se aplicó, a partir de 5α-colestanol (62), para lapreparación del 5α-colestan [2,3-d] isoxazol (41). Este compuesto habia sido utilizadocomo intermediario sintético por otros autores pero el mismo no se habia aislado nicaracterizado. La ausencia de dobles enlaces en el colestanol de partida evitó la necesidad deemplear condiciones especiales durante la oxidación del grupo hidroxilo en C3. Finalmente, se llevó a cabo la síntesis del l7α-etilandrosta-2,4-dien [2,3-d] isoxazol-17β-ol (65). En este caso debía construirse el heterociclo fusionado al anillo A del esteroidey además introducir una cadena lateral en C17. Para la construcción del heteroanillo se requería un sistema de tipo Δ4-3-ceto y ungrupo carbonilo en C17 que permitiera la introducción de la cadena lateral correspondiente. Se analizó la posibilidad de emplear distintos sustratos y finalmente se decidió la utilizaciónde 5-androsten-3β-ol-l7-ona (69) como material de partida. Para la introducción de lacadena lateral se utilizó una reacción de Grignard obteniéndose el producto deseado conrendimiento pobre debido a la formación del l7β-hidroxi derivado por reducción directa delgrupo carbonilo. Se decidió emplear un reactivo mas enérgico como etillitio generado "in situ" a partirde bromuro de etilo y litio metálico bajo la acción del ultrasonido. En este caso elrendimiento aumentó considerablemente y se evitó la preparación previa del reactivoorganometálico. Durante la sintesis de isoxazoles esteroidales se obtuvieron como intermediariosdistintos β-cetoaldehidos. Estos compuestos presentaban una estructura de tipo 1,3dicarbonílica y por lo tanto resultó interesante el estudio del equilibrio ceto-enólicocorrespondiente. La posición de dicho equilibrio se estudió por RMN-¹H. Empleandomecánicas moleculares pudo comprobarse que la forma enólica predominante era la quepresentaba mayor coplanaridad en el sistema de dobles enlaces conjugados. Debido a la falta de datos espectroscópicos sobre este tipo de compuestos y dado quelos mismos serian útiles al encarar la síntesis de isotiazoles esteroidales, se decidió realizarun estudio que permitiera la correcta asignación de los espectros de RMN-¹H y RMN-¹³Cde los distintos [2,3-d] isoxazoles sintetizados y de los intermediarios sintéticos obtenidos. Se emplearon distintas tecnicas de RMN-1D y RMN-2D utilizando el Danazol (7) comocompuesto modelo. En el capitulo 2 se analizan distintas estrategias para la construcción de un anilloisotiazolínico fusionado al anillo A del esteroide, en particular para la introducción delátomo de azufre unido a C3 y para la formación del enlace N-S. En primer lugar se estudió la posibilidad de introducir el átomo de azufre por unareacción de sustitución nucleofílica sobre un sulfonato en C3. Si bien, sobre la base deestudios preliminares esta reacción resultó factible, su aplicación a la síntesis de un [2,3-d]isotiazol esteroide presentó una serie de inconvenientes en distintas etapas del caminosintético. Se eligió como material de partida la 5-androsten-3β-ol-17-ona (69) que permitía laintroducción de un sustituyente en C17 por reacción con un reactivo organometálicoadecuado. De la misma forma que en el caso de los isoxazoles esteroidales, la formación delenlace C2-C2' se realizó por reacción del enolato en posición a a un carbonilo en C3introduciendo un grupo aldehido en C2'. Al realizar la protección selectiva del carboniloaldehídico se produjo la deshidratación del hidroxilo terciario en C17. Se decidió estudiar la misma estrategia sintética sobre el 2-hidroximetilen esteroide 40preparado a partir de 5α-colestanona (63). De esta manera se evitarian reacciones lateralesdebido a la presencia de otros grupos fucionales en la molécula. Si bien se logróefectivamente la introducción del átomo de azufre por desplazamiento de un sulfonato en C3, al realizar posteriormente la desprotección del grupo aldehídico se produjosimultaneamente la remoción del grupo tioalquilo que se habia introducido anteriormente. Sobre la base de estos resultados se introdujeron distintos cambios en la estrategiasintética. La función oxigenada en C2' se introdujo como ester metílico es decir en un estadode oxidación diferente al grupo ceto en C3 de la 5α-colestanona (63). De esta manera seevitaba la necesidad de proteger el carbonilo en C2'. La introducción del átomo de azufre serealizó por desplazamiento de un triflato vinílico en C3. En esta nueva estrategia el gruposaliente en C3 y la insaturación entre C2-C3 se introducian en forma simultanea evitándoseproblemas de regioquímica con respecto a la posición del doble enlace. Un inconveniente que presentó este camino sintético fue la imposibilidad de efectuar lareducción directa del éster metílico en C2' al correspondiente aldehido. Esto obligó a utilizaruna secuencia de reducción al alcohol alilico primario y posterior oxidación estudiandodistintas metodologías para dicha transformación (PCC, oxidación de Swern, dióxido demanganeso, dióxido de manganeso y ultrasonido). Finalmente se logró la sintesis del 5α-colestan [2,3-d] isotiazol (148) siendo este elprimer isotiazol esteroidal informado en literatura. En el capitulo 3 se describe la preparación de l7β-hidroxi [2,3-d] isotiazolesadaptando la metodologia desarrollada a la preparación de derivados funcionalizados endistintas posiciones del esqueleto esteroidal. Se logró la síntesis del 5α-androstan [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (149a) y del androsta-2,4-dien [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (150) utilizando como sustratos 5α-androstan-l7β-ol-3-ona (151) y 4-androsten-l7β-ol-3-ona (testosterona) (152) respectivamente. Fue necesario emplear un grupo protector adecuado para el hidroxilo en C17resistente a las distintas etapas requeridas para la construcción del heterociclo. Luego dealgunos ensayos, se decidió emplear un tert-butildimetilsililéter como protector. Al introducir el éster metilico unido a C2 del esteroide, se comprobó que en el casodel compuesto 5α-saturado 156, de la misma manera que en el derivado 135 sintetizadoanteriormente, predominaba la forma enólica del mismo mientras que el análogo Δ4 insaturado 158 se encontraba en su forma dicarbonílica. Estos resultados se comprobaronpor espectroscopía de resonancia magnética nuclear (¹H y ¹³C). La existencia de dichoscompuestos como distintas formas tautoméricas provocó marcadas diferencias en sureactividad. Según la metodología desarrollada en el capitulo 2, la introducción del triflato vinílicoen C3 a partir del β-cetoéster 135 se efectuaba generando el enolato correspondiente portratamiento con una suspensión de hidruro de sodio en diclorometano anhidro a temperaturaambiente y posterior reacción con anhídrido triflico a la misma temperatura. Al utilizar el compuesto 156, la reacción con anhídrido tríflico debió efectuarse a -40°C para evitar la remoción del grupo protector en C17. El empleo de estas condicionesde reacción sobre el β-cetoéster Δ4-insaturado 158 no produjo la formación de producto. Ladiferente reactividad se atribuyó a la existencia de ambos compuestos como distintas formastautoméricas. La etapa clave resultaba la reacción con la base para formar el enolatocorrespondiente. Finalmente se utilizó una solución de LICA en tolueno, condiciones de reacciónhomogéneas, para la preparación de ambos enolatos. Por tratamiento posterior conanhídrido tríflico a -78°C se obtuvieron los triflatos vinílicos correspondientes. Luego de completar la construcción del anillo isotiazolínico, se desprotegió el grupohidroxilo en C17 obteniéndose los l7β-hidroxi[2,3-d]isotiazoles 149a y 150. El grupo hidroxilo en 149a se oxidó a la cetona correspondiente que por reacción conreactivos organometálicos adecuados permitió la preparación de [2,3-d] isotiazoles condistintas cadenas laterales en C17. Se sintetizaron l7α-metil-5α-androstan [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (149b), l7α-etinil-5α-androstan [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (149c) y l7α-etil-5α-androstan [2,3-d] isotiazol-17β-ol (149e). Dado que los distintos isotiazoles esteroidales asi como los intermediarios sintéticosobtenidos resultaron compuestos no descriptos en literatura, los mismos fueroncaracterizados detalladamente por RMN-¹H y RMN-¹³C.
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La misma estrategia sintética se aplicó, a partir de 5α-colestanol (62), para lapreparación del 5α-colestan [2,3-d] isoxazol (41). Este compuesto habia sido utilizadocomo intermediario sintético por otros autores pero el mismo no se habia aislado nicaracterizado. La ausencia de dobles enlaces en el colestanol de partida evitó la necesidad deemplear condiciones especiales durante la oxidación del grupo hidroxilo en C3. Finalmente, se llevó a cabo la síntesis del l7α-etilandrosta-2,4-dien [2,3-d] isoxazol-17β-ol (65). En este caso debía construirse el heterociclo fusionado al anillo A del esteroidey además introducir una cadena lateral en C17. Para la construcción del heteroanillo se requería un sistema de tipo Δ4-3-ceto y ungrupo carbonilo en C17 que permitiera la introducción de la cadena lateral correspondiente. Se analizó la posibilidad de emplear distintos sustratos y finalmente se decidió la utilizaciónde 5-androsten-3β-ol-l7-ona (69) como material de partida. Para la introducción de lacadena lateral se utilizó una reacción de Grignard obteniéndose el producto deseado conrendimiento pobre debido a la formación del l7β-hidroxi derivado por reducción directa delgrupo carbonilo. Se decidió emplear un reactivo mas enérgico como etillitio generado "in situ" a partirde bromuro de etilo y litio metálico bajo la acción del ultrasonido. En este caso elrendimiento aumentó considerablemente y se evitó la preparación previa del reactivoorganometálico. Durante la sintesis de isoxazoles esteroidales se obtuvieron como intermediariosdistintos β-cetoaldehidos. Estos compuestos presentaban una estructura de tipo 1,3dicarbonílica y por lo tanto resultó interesante el estudio del equilibrio ceto-enólicocorrespondiente. La posición de dicho equilibrio se estudió por RMN-¹H. Empleandomecánicas moleculares pudo comprobarse que la forma enólica predominante era la quepresentaba mayor coplanaridad en el sistema de dobles enlaces conjugados. Debido a la falta de datos espectroscópicos sobre este tipo de compuestos y dado quelos mismos serian útiles al encarar la síntesis de isotiazoles esteroidales, se decidió realizarun estudio que permitiera la correcta asignación de los espectros de RMN-¹H y RMN-¹³Cde los distintos [2,3-d] isoxazoles sintetizados y de los intermediarios sintéticos obtenidos. Se emplearon distintas tecnicas de RMN-1D y RMN-2D utilizando el Danazol (7) comocompuesto modelo. En el capitulo 2 se analizan distintas estrategias para la construcción de un anilloisotiazolínico fusionado al anillo A del esteroide, en particular para la introducción delátomo de azufre unido a C3 y para la formación del enlace N-S. En primer lugar se estudió la posibilidad de introducir el átomo de azufre por unareacción de sustitución nucleofílica sobre un sulfonato en C3. Si bien, sobre la base deestudios preliminares esta reacción resultó factible, su aplicación a la síntesis de un [2,3-d]isotiazol esteroide presentó una serie de inconvenientes en distintas etapas del caminosintético. Se eligió como material de partida la 5-androsten-3β-ol-17-ona (69) que permitía laintroducción de un sustituyente en C17 por reacción con un reactivo organometálicoadecuado. De la misma forma que en el caso de los isoxazoles esteroidales, la formación delenlace C2-C2' se realizó por reacción del enolato en posición a a un carbonilo en C3introduciendo un grupo aldehido en C2'. Al realizar la protección selectiva del carboniloaldehídico se produjo la deshidratación del hidroxilo terciario en C17. Se decidió estudiar la misma estrategia sintética sobre el 2-hidroximetilen esteroide 40preparado a partir de 5α-colestanona (63). De esta manera se evitarian reacciones lateralesdebido a la presencia de otros grupos fucionales en la molécula. Si bien se logróefectivamente la introducción del átomo de azufre por desplazamiento de un sulfonato en C3, al realizar posteriormente la desprotección del grupo aldehídico se produjosimultaneamente la remoción del grupo tioalquilo que se habia introducido anteriormente. Sobre la base de estos resultados se introdujeron distintos cambios en la estrategiasintética. La función oxigenada en C2' se introdujo como ester metílico es decir en un estadode oxidación diferente al grupo ceto en C3 de la 5α-colestanona (63). De esta manera seevitaba la necesidad de proteger el carbonilo en C2'. La introducción del átomo de azufre serealizó por desplazamiento de un triflato vinílico en C3. En esta nueva estrategia el gruposaliente en C3 y la insaturación entre C2-C3 se introducian en forma simultanea evitándoseproblemas de regioquímica con respecto a la posición del doble enlace. Un inconveniente que presentó este camino sintético fue la imposibilidad de efectuar lareducción directa del éster metílico en C2' al correspondiente aldehido. Esto obligó a utilizaruna secuencia de reducción al alcohol alilico primario y posterior oxidación estudiandodistintas metodologías para dicha transformación (PCC, oxidación de Swern, dióxido demanganeso, dióxido de manganeso y ultrasonido). Finalmente se logró la sintesis del 5α-colestan [2,3-d] isotiazol (148) siendo este elprimer isotiazol esteroidal informado en literatura. En el capitulo 3 se describe la preparación de l7β-hidroxi [2,3-d] isotiazolesadaptando la metodologia desarrollada a la preparación de derivados funcionalizados endistintas posiciones del esqueleto esteroidal. Se logró la síntesis del 5α-androstan [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (149a) y del androsta-2,4-dien [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (150) utilizando como sustratos 5α-androstan-l7β-ol-3-ona (151) y 4-androsten-l7β-ol-3-ona (testosterona) (152) respectivamente. Fue necesario emplear un grupo protector adecuado para el hidroxilo en C17resistente a las distintas etapas requeridas para la construcción del heterociclo. Luego dealgunos ensayos, se decidió emplear un tert-butildimetilsililéter como protector. Al introducir el éster metilico unido a C2 del esteroide, se comprobó que en el casodel compuesto 5α-saturado 156, de la misma manera que en el derivado 135 sintetizadoanteriormente, predominaba la forma enólica del mismo mientras que el análogo Δ4 insaturado 158 se encontraba en su forma dicarbonílica. Estos resultados se comprobaronpor espectroscopía de resonancia magnética nuclear (¹H y ¹³C). La existencia de dichoscompuestos como distintas formas tautoméricas provocó marcadas diferencias en sureactividad. Según la metodología desarrollada en el capitulo 2, la introducción del triflato vinílicoen C3 a partir del β-cetoéster 135 se efectuaba generando el enolato correspondiente portratamiento con una suspensión de hidruro de sodio en diclorometano anhidro a temperaturaambiente y posterior reacción con anhídrido triflico a la misma temperatura. Al utilizar el compuesto 156, la reacción con anhídrido tríflico debió efectuarse a -40°C para evitar la remoción del grupo protector en C17. El empleo de estas condicionesde reacción sobre el β-cetoéster Δ4-insaturado 158 no produjo la formación de producto. Ladiferente reactividad se atribuyó a la existencia de ambos compuestos como distintas formastautoméricas. La etapa clave resultaba la reacción con la base para formar el enolatocorrespondiente. Finalmente se utilizó una solución de LICA en tolueno, condiciones de reacciónhomogéneas, para la preparación de ambos enolatos. Por tratamiento posterior conanhídrido tríflico a -78°C se obtuvieron los triflatos vinílicos correspondientes. Luego de completar la construcción del anillo isotiazolínico, se desprotegió el grupohidroxilo en C17 obteniéndose los l7β-hidroxi[2,3-d]isotiazoles 149a y 150. El grupo hidroxilo en 149a se oxidó a la cetona correspondiente que por reacción conreactivos organometálicos adecuados permitió la preparación de [2,3-d] isotiazoles condistintas cadenas laterales en C17. Se sintetizaron l7α-metil-5α-androstan [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (149b), l7α-etinil-5α-androstan [2,3-d] isotiazol-l7β-ol (149c) y l7α-etil-5α-androstan [2,3-d] isotiazol-17β-ol (149e). Dado que los distintos isotiazoles esteroidales asi como los intermediarios sintéticosobtenidos resultaron compuestos no descriptos en literatura, los mismos fueroncaracterizados detalladamente por RMN-¹H y RMN-¹³C. Fil: Giacopello, Sergio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 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