Diseño de Nuevas Estrategias de Síntesis Molecular mediante la Transferencia Catalítica de Carbenos y Nitrenos

Resumen

Esta Tesis Doctoral se ha desarrollado en el Laboratorio de Catálisis Homogénea de la Universidad de Huelva perteneciente al Centro de Investigación en Química Sostenible (CIQSO). Desde hace más de dos décadas este grupo de investigación se ha especializado en la funcionalización de sustratos sencillos saturados e insaturados mediante reacciones de transferencia de grupos nitrenos y carbenos, catalizadas por complejos de cobre y plata con ligandos del tipo hidrotris(pirazolil)borato (Tpx). El objetivo central de esta Tesis Doctoral consiste en el desarrollo de nuevas rutas catalíticas basadas en la transferencia de nitrenos o carbenos empleando catalizadores de cobre. La Memoria se divide en tres Capítulos independientes, que recogen los primeros ejemplos de nuevas reacciones catalíticas de transferencia de un grupo nitreno a silanos (Capítulo 1), a 1,3-eninos (Capítulo 2) y a pirroles (Capítulo 3, que también incluye la transferencia de carbenos a dichos sustratos). Estas reacciones presentan como nexo común la generación de un intermedio metalonitrénico a partir de un complejo metálico y el precursor nitrénico PhI=NTs ([N-(p-tolilsulfonil)]feniliodinano). CAPÍTULO I Aminación Catalítica de Silanos mediante Inserción de Nitrenos En este Capítulo se describe el estudio de una nueva transformación química que consiste en la funcionalización selectiva de enlaces Si-H de silanos mediante la transferencia catalítica de nitrenos, empleando PhI=NTs como precursor nitrénico y TpBr3Cu(NCMe) como catalizador óptimo para esta reacción. Esta reacción es también posible con dihidrosilanos, disilanos y siloxanos, obteniéndose selectivamente, y en todos los casos, los productos derivados de la inserción de un grupo nitreno en un único enlace Si-H de cada sustrato. Se ha estudiado la influencia del tamaño y de la naturaleza electrónica de los grupos sustituyentes en el silano sobre la reacción catalítica. La propuesta de un camino de reacción que explique los resultados experimentales ha sido desarrollada a partir de cálculos computacionales llevados a cabo por el grupo de investigación del Prof. Feliú Maseras del Instituto Catalán de Investigación Química de Tarragona. Dichos cálculos proponen que la reacción de transferencia del grupo nitreno a silanos ocurre a través de una escisión homolítica del enlace Si-H seguida de una recombinación con el radical centrado en el átomo de silicio. CAPÍTULO II Funcionalización de 1,3-Eninos mediante Transferencia de Nitreno En este Capítulo se describen los resultados obtenidos mediante la transferencia de nitrenos a 1,3-eninos empleando el complejo TpBr3Cu(NCMe) como catalizador. El uso de 1,3-eninos con la posición C4 sustituida conduce a la formación de propargil-aziridinas mientras que en ausencia de grupo sustituyente se obtienen sulfinamidas insaturadas como productos de la reacción. Dado que esta transformación no tiene precedentes en la bibliografía, se han realizado cálculos teóricos, también en el grupo del Prof. Maseras, que han permitido explicar tanto la quimioselectividad de la reacción como resultado de la interacción entre el sustituyente alquinílico del 1,3-enino y el anillo de pirazol del ligando TpBr3. Para finalizar este capítulo, se han derivatizado las propargil-aziridinas obtenidas bien mediante la apertura en medio ácido del anillo de aziridina, o bien mediante el empleo de un nucleófilo. CAPÍTULO III Funcionalización de Pirroles mediante Transferencia de Carbenos y Nitrenos En este Capítulo se describe una nueva ruta catalítica para la funcionalización de pirroles mediante la transferencia de carbenos y nitrenos catalizada por complejos del tipo TpxCuL. La inserción del grupo carbeno procedente de un diazo compuesto se produce de manera selectiva en los enlaces C-H o C-H dependiendo de la naturaleza de los sustituyentes del anillo de pirrol, y sin que ocurran reacciones colaterales en dichos sustituyentes. Experimentos mecanísticos han permitido proponer que la transferencia del grupo carbeno tiene lugar a través de un ataque electrofílico del metalocarbeno al pirrol. Por otro lado, la transferencia del grupo nitreno al pirrol tiene lugar bien en el enlace C-H cuando no hay sustituyentes en esa posición o bien en el grupo metilo que actúa de sustituyente en dicho carbono. La transferencia de nitrenos a pirroles no había sido descrita con anterioridad a esta Tesis Doctoral. Finalmente, con este mismo catalizador se ha sintetizado una nueva 1,2- dihidropiridina-imina a partir de PhI=NTs, furano y pirrol mediante una reacción de retro-Diels-Alder con demanda electrónica inversa.