Thesis:

Síntesis y caracterización de nuevos ligandos de tipo Ferrocenilfosfino-aminoácidos y sus usos en la catálisis asimétrica de olefinas proquirales bajo condiciones verdes

Los catalizadores basados en metales de transición desempeñan un papel importante en catálisis, ya que poseen la capacidad de regular las reacciones que tienen lugar dentro de la esfera de coordinación. Generalmente, estos compuestos son eminentemente apolares, por lo que las reacciones catalíticas se llevan a cabo en disolventes orgánicos convencionales. Una solución a este problema es la adición de sustituyentes polares a la estructura del ligando, lo que aumenta la afinidad de los catalizadores a condiciones de reacción en fase acuosa. Para ello, los ligandos ferrocenilfosfino emergen como una alternativa interesante debido a su capacidad para incluir varios grupos funcionales al esqueleto metalocénico, incluyendo grupos polares para aumentar su interacción con disolventes polares más verdes. Sin embargo, existen pocos ejemplos en la literatura de complejos organometálicos hidrofílicos basados en ligandos ferrocenilfosfinados. Para este propósito, los aminoácidos surgen como un gran grupo de interés debido a que, acoplado al fragmento metalocénico, puede aumentar la solubilidad del ligando y sistema catalítico en solventes polares como el agua, además de inducir quiralidad al producto deseado mediado por la presencia de un estereocentro en su estructura. Con este precedente en mente, se presenta la síntesis y la evaluación catalítica de un grupo de ligandos ferrocenilfosfino-aminoácidos, 5a'-b'', mediante el acoplamiento de dos grupos aminoácidos quirales metil-protegidos, prolina y ácido glutámico, a los correspondientes ácidos 1'-difosfinoferrocenocarboxílicos a través de un procedimiento alternativo de acoplamiento de amidas. Los ligandos 5a'-b'' se caracterizaron mediante espectroscopia de RMN multinuclear (1H, 13C{1H}, 31P{1H} y 2D-HSQC para asignaciones) y HRMS. Asimismo, se evaluó el efecto electrónico del fragmento aminoácido sobre el grupo fosfinado mediante la síntesis de sus homólogos selenuros de fosfina 5a'se-b''se, caracterizando los complejos 5a''se y 5b''se mediante técnicas de difracción de rayos X. A su vez, se evaluaron las capacidades de coordinación de los ligandos sintetizados, obteniéndose cuatro complejos neutros de rutenio (6a'-b'') y tres complejos catiónicos de rutenio (7a', 7a'', 7b''), los cuales fueron caracterizados mediando RMN multinuclear y HRMS. Todos los compuestos sintetizados se caracterizaron electroquímicamente, determinándose efecto electrónico cooperativo en el complejo bimetálico 6b'. Las evaluaciones catalíticas de los ligandos y complejos sintetizados mostraron que: En la hidrogenación asimétrica de acetofenona catalizada por los complejos bimetálicos 6a'-b'' y 7a'', 7a'', 7b'', se obtuvieron actividades catalíticas moderadas, sin observar exceso enantiomérico hacia el producto respectivo, bajo las condiciones de reacción evaluadas; los sistemas catalíticos basados en rodio con los ligandos sintetizados no mostró actividad catalítica en la hidroformilación de estireno; y los sistemas catalíticos basados en paladio con los ligandos sintetizados mostraron una actividad catalítica de moderada a buena en la reacción de acoplamiento cruzado Suzuki-Miyaura asimétrico de ácido metilnaftilborónico y bromo-naftalenos, con resultados catalíticos prometedores al evaluarse la reacción en medio acuoso.

Transition metal-based catalysts play an important role in catalysis, as they have the ability to regulate reactions occurring within the coordination sphere. These compounds are generally predominantly nonpolar, so catalytic reactions are carried out in conventional organic solvents. One solution to this problem is the addition of polar substituents to the ligand structure, which increases the catalysts' affinity for aqueous phase reaction conditions. For this purpose, ferrocenylphosphine ligands emerge as an interesting alternative due to their ability to incorporate various functional groups into the metallocene backbone, including polar groups to enhance their interaction with greener polar solvents. However, there are few examples in the literature of hydrophilic organometallic complexes based on ferrocenylphosphine ligands. For this purpose, amino acids emerge as a major group of interest because, when coupled to the metallocene fragment, they can increase the solubility of the ligand and catalytic system in polar solvents such as water, in addition to inducing chirality in the desired product mediated by the presence of a stereocenter in its structure. With this precedent in mind, the synthesis and catalytic evaluation of a group of ferrocenylphosphino-amino acid ligands, 5a'-b'', are presented, by coupling two methyl-protected chiral amino acid groups, proline and glutamic acid, to the corresponding 1'-diphosphinoferrocenecarboxylic acids through an alternative amide coupling procedure. Ligands 5a'-b'' were characterized by multinuclear NMR spectroscopy (1H, 13C{1H}, 31P{1H}, and 2D-HSQC for assignments) and HRMS. Likewise, the electronic effect of the amino acid fragment on the phosphinated group was evaluated by synthesizing its homologous phosphine selenides 5a'se-b''se, characterizing the 5a''se and 5b''se complexes by X-ray diffraction techniques. In turn, the coordination capacities of the synthesized ligands were evaluated, obtaining four neutral ruthenium complexes (6a'-b'') and three cationic ruthenium complexes (7a', 7a'', 7b''), which were characterized by multinuclear NMR and HRMS. All the synthesized compounds were electrochemically characterized, determining the cooperative electronic effect in the bimetallic complex 6b'. Catalytic evaluations of the synthesized ligands and complexes showed that: In the asymmetric hydrogenation of acetophenone catalyzed by the bimetallic complexes 6a'-b'' and 7a'', 7a'', 7b'', moderate catalytic activities were obtained, without observing enantiomeric excess towards the respective product, under the reaction conditions evaluated; the rhodium-based catalyst systems with the synthesized ligands did not show catalytic activity in the hydroformylation of styrene; and the palladium-based catalyst systems with the synthesized ligands showed moderate to good catalytic activity in the asymmetric Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction of methylnaphthylboronic acid and bromo-naphthalenes, with promising catalytic results when the reaction was evaluated in aqueous medium.