Synthetic methods for preparation of substituted 2,2'-bipyridines

Quim. Nova, Vol. 25, No. 4, 668-675, 2002 Divulgação MÉTODOS SINTÉTICOS PARA PREPARAÇÃO DE 2,2’-BIPIRIDINAS SUBSTITUÍDAS Claudio Luis Donnici*, Ione Maria Ferreira de Oliveira, Eliane Sílvia Codo Temba e Maurício Costa Rogério de Castro Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antonio Carlos, 6627, 31270-901 Belo Horizonte - MG Recebido em 13/7/01; aceito em 28/10/01 SYNTHETIC METHODS FOR PREPARATION OF SUBSTITUTED 2,2’-BIPYRIDINES. The 2,2’-bipyridine has been entitled as the most widely used ligand. Nowadays there is a large variety of known molecules comprising at least two 2,2’-bipyridine units and the number of applications in many areas such as catalysis, new materials, optoeletronics and electrochemistry have increased very much in the past decades. Nevertheless, there is no article that gives an overview of the main synthetic methods for obtaining the substituted 2,2’-bipyridines, generally non available. This article presents a synthetic discussion about the three different methods (coupling reaction, ciclo-functionalization and functionalization of the heteroaromatic rings of 2,2’-bipyridine) for preparing these heterocyclic compounds and also provides a practical and fundamental guide, for obtaining more than eighty different symmetric and unsymmetrical substituted 2,2’-bipyridines, shown in a table with the corresponding references. Keywords: 2,2’-bipyridines; synthesis; coupling; functionalization. INTRODUÇÃO As bipiridinas, ou dipiridinas, são dímeros da piridina que podem ser obtidos como seis isômeros diferentes (Figura 1): 2,2’-bipiridina (1), 2,3’-bipiridina (1a), 3,3’-bipiridina (1b), 2,4’-bipiridina (1c), 4,4’bipiridina (1d) e a 3,4’-bipiridina (1e)1. Estes dímeros são sólidos cristalinos, com exceção de 1b que é líquido, e são obtidos, em geral, a partir da dimerização da piridina. Apenas o isômero 1a pode ser obtido de fonte natural, a fermentação de folhas de tabaco1a. As bipiridinas são, também, pouco polares e insolúveis em água e, devido aos pares de elétrons não-ligantes dos átomos de nitrogênio nos anéis heteroaromáticos, têm sido muito usadas como ligantes para formação de complexos com as mais variadas aplicações2. des 2,2’-bipiridínicas sintetizadas e suas correspondentes propriedades e aplicações descritas que vão desde propriedades catalíticas, eletroquímicas, luminescentes e condutoras de eletricidade, estocagem de energia solar, foto- e opto-eletrônica até estudos de interação com o DNA, reconhecimento molecular quiral e outras aplicações tecnológicas. Cabe ressaltar ainda que o interesse em 2,2’-bipiridinas e seus complexos metálicos tem aumentado muito pelo fato de que tais compostos têm apresentado, como já relatado, interação com o DNA e atividade anti-tumoral3. Apesar do citado artigo de Hosseini e col.4 reportar mais de quatrocentas estruturas bipiridínicas, complexas e até poliméricas não se tem na literatura uma visão sintética mais aplicada e objetiva sobre a obtenção de 2,2’-bipiridinas substituídas. Estes compostos, geralmente, não são comerciais e são o insumo fundamental para muitos pesquisadores nas áreas de química inorgânica e outras, além de reagente de partida para a obtenção de quaisquer outros derivados bipiridínicos. O presente artigo mostra os principais métodos sintéticos para obtenção de 2,2’-bipiridinas substituídas, visando fornecer um guia fundamental sobre a síntese destes compostos bicíclicos heteroaromáticos nitrogenados de tão grande interesse. MÉTODOS SINTÉTICOS PARA OBTENÇÃO DE 2,2’BIPIRIDINAS Figura 1. Estruturas dos isômeros da bipiridina A 2,2’-bipiridina (1), com um maior poder quelante, é certamente o mais estudado destes isômeros e um dos ligantes conhecidos mais investigados e utilizados, como se pode verificar pelas quase cinco mil citações encontradas em consulta a banco de dados disponível pela Internet3 e em extenso artigo de revisão publicado recentemente, justamente titulando a bipiridina como o ligante mais usado4. Neste artigo, Hosseini, Katz e Kaes apresentam uma vasta revisão sobre a diversidade de moléculas com ao menos duas unida- *e-mail: De fato, o grande interesse na aplicabilidade das 2,2’-bipiridinas substituídas diversas tem levado muitos pesquisadores a investigarem novas e melhores rotas sintéticas para a sua preparação. A síntese de 2,2’-bipiridinas substituídas pode ser efetuada a partir de três rotas principais descritas através das análises retrossintéticas descritas na Figura 2: i) por reações de acoplamento das piridinas correspondentes; ii) por reações de ciclização de precursores 1,5- ou a,e-dicarbonílicos apropriados; iii) por funcionalização através de reações de substituição eletrofílicas ou nucleofílicas do anel da 2,2’-bipiridina (1). Obtenção de 2,2’-bipiridinas por reações de acoplamento O método clássico para a obtenção de bipiridinas é através de reações de acoplamento das piridinas correspondentes. A primeira sínte- Vol. 25, No. 4 Métodos Sintéticos para Preparação de 2,2’-bipiridinas Substituídas Figura 2. Análises retrossintéticas para obtenção de 2,2’-bipiridinas substituídas se da 2,2’- bipiridina (1) foi descrita por F. Blau5 a partir da decomposição por aquecimento do sal de cobre do ácido nicotínico. Contudo, os métodos gerais descritos na literatura para a obtenção da 2,2’bipiridina (1), usam a reação de Chichibabin6 modificada: a preparação da bipiridina a partir da reação da piridina com sódio metálico, ou amideto de sódio em amônia líquida. Contudo, estes métodos não são seletivos e mesmo as outras bipiridinas isoméricas 1a, 1b e 1d (Figura 1) podem ser obtidas, além da própria 2-amino-piridina, produto usual esperado neste tipo de reação1. O melhor rendimento (43 %) para a obtenção de 1, só é alcançado partindo-se da reação de acoplamento de piridina-N-óxido com cloreto de amônio e sódio em amônia7. A metodologia de acoplamento de piridinas para a obtenção de 2,2’-bipiridinas simétricas foi melhorada pela utilização da reação de Ullmann8, o acoplamento de derivados halogenados aromáticos por tratamento com cobre à alta temperatura. Assim, 1 pode ser obtida, em 60 % de rendimento, a partir da 2-bromo-piridina9, ou em rendimentos ainda melhores através de uma mistura de cloreto de sódio e cobre metálico, na proporção de 1,5:1. O método de Ullmann possibilitou também a preparação de diversas 2,2’-bipiridinas substituídas 2, em bom rendimento, a partir da reação de bromo-piridinas correspondentes10-12 3 (Esquema 1). As outras halo-piridinas, bem como a substituição de cobre por sódio mostraramse menos eficientes. Entretanto, vale ressaltar a obtenção da 2,2’-bipiridina (1) a partir da reação de piridina com cloreto férrico13 e a utilização de brometo férrico e bromo com luz para dimerização de piridina substituida13. O uso de cloreto férrico e de níquel de Raney14, bem como de catalisador de níquel e alumínio14 e iodo11,16 são métodos que usam de desidrogenação catalítica. Também (...truncated)