Oxidative C-C cleavage of quinic acid derivatives

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Tampereen yliopiston Kemia- ja uudet materiaalit -tutkimusryhmässä synteettisen kemian tiimissä keväällä 2020. Tohtoriopiskelija Suvi Holmstedt on tutkinut kiinihapon johdannaisia vuodesta 2017 ja opinnäytetyön aihe liittyy vahvasti tähän tutkimukseen. Opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää metodi/metodeja, jonka avulla hapettava hiili-hiilisidoksen katkaisu olisi mahdollista kolmessa eri kiinihapon johdannaisessa. Tarkoituksena oli aiempien tutkimuksien avulla soveltaa metodeja kiinihapon johdannaisille sopiviksi ja syntetisoida uusia molekyylejä. Tarkoituksena oli myös puhdistaa ja karakterisoida saadut tuotteet pylväskromatografiaa ja ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa apuna käyttäen.

Tutkituille kiinihapon johdannaisille piti tehdä muokkauksia, jotta hapettava katkaisu voitiin tehdä, ja että tuotteen karakterisointi olisi luotettavasti mahdollista. Menetelmiä testattiin erilaisilla reagensseilla sekä parametreillä kuten lämpötilan muutoksilla. Reaktioiden onnistumista ja lopputuotteiden puhtautta tutkittiin aiemmin mainituilla menetelmillä. Työssä kaikille halutuille kiinihapon johdannaisille pystyttiin suorittaa hiili-hiilisidoksen katkaisu.

Toimiva menetelmä hapettavalle hiili-hiilisidoksen katkaisulle pystyttiin luomaan aiempien tutkimusten avulla. Luotuja metodeja pitäisi optimoida nostamalla synteesien saantoja, ja hapettavalle katkaisulle luotua metodia pitäisi testata useammille kiinihapon johdannaisille sekä muille biomolekyyleille. Hapettava hiili-hiilisidoksen katkaisu tuottaa uudenlaisia johdannaisia aldehydi/ketoni ”kahvoilla”, joita voidaan käyttää kiraalisina rakennuspalikoina osana suurempaa kokonaisuutta. Rakennuspalikoita voidaan käyttää esimerkiksi lääketeollisuudessa uusien lääkeaineiden syntetisoimisessa.

This thesis was done in the Synthetic Chemistry team, which is part of the Tampere University research group Chemistry and Advanced Materials. The Synthetic Chemistry team was led by Nuno Rafael Candeias. This thesis was done as a part of doctoral student Suvi Holmstedt’s study about the preparation quinic acid derivatives in spring 2020.

The objective of this thesis was to develop a method or methods for the oxidative cleavage of C-C bond for derivatives of quinic acid. The purpose of this thesis was to search information about the oxidative C-C bond cleavage and to synthesize the quinic acid derivatives by applying the methods of previous scientific publications. The objective was also to purify and characterize the synthesized products by column chromatography and Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR).

In this thesis, three different quinic acid derivatives were studied and modified to a state in which oxidative cleavage would be possible. The syntheses were tested with various methods and the methods were modified by testing different conditions, for example, changing reaction temperature and reagents. The monitoring and the verification of pure product was studied with the abovementioned methods.

In this thesis, the oxidative C-C cleavage was successfully performed for all wanted quinic acid derivatives, and it was possible to create a practical method. In future, the methods (created in this study) should be optimized, and the oxidative cleavage method should be tested on other quinic acid derivatives or other cyclic compounds with cis vicinal diols. Chiral molecules can be used as building blocks because of their chirality and oxidative cleavage produces new building blocks with aldehyde/alcohol “handles”. These building blocks could possibly be used in future in the pharmaceutical industry.