Resumen de Sustainable catalytic systems based on imidazole derivatives
Motivación de la tesis El objetivo fundamental de la presente tesis doctoral es el desarrollo de nuevas metodologías sostenibles en síntesis orgánica. Para este fin, el diseño de sistemas catalíticos polivalentes, robustos, reutilizables y efectivos es de gran importancia. En este trabajo, dividido en cuatro capítulos, se describe el desarrollo de diversos sistemas catalíticos basados en sales de imidazolio y su aplicación a procesos sintéticos sostenibles.
Desarrollo teórico El capítulo 1 describe una novedosa mezcla de bajo punto de transición[2] compuesta por cloruro de 1-metil-3-(metoxicarbonilmetil)imidazolio y urea. Esta mezcla fue caracterizada y después aplicada a la obtención de alcoholes mediante oxidación de compuestos de boro (ácidos y ésteres borónicos y trifluoroboratos), obteniendo excelentes resultados con tiempos cortos de reacción. Este sistema, que actúa como co-disolvente y fuente de oxidante, fue capaz de llevar a término el proceso sintético tres veces consecutivas, disminuyendo así el impacto medioambiental del protocolo. El capítulo 2 recoge los resultados obtenidos en el estudio de una mezcla de bajo punto de transición basada en hierro(III) y cloruro de 1-butil-3-(metoxicarbonilmetil)imidazolio como catalizador para la síntesis de quinazolinas a partir de 2-acilanilinas y bencilaminas. La mezcla, denominada como IBIS, presenta un carácter bifuncional como ácido de Lewis y catalizador redox, permitiendo obtener los productos en rendimientos moderados a excelentes utilizando el oxígeno del aire como oxidante terminal y en ausencia de disolvente. Además, en este capítulo se presenta una metodología para la síntesis directa de 2-arilquinazolinas desde 2-nitrobenzaldehídos. El capítulo 3 contiene un estudio sobre el uso de sólidos iónicos orgánicos como catalizadores heterogéneos. El IOS 1,3-bis(carboximetil)imidazol permite llevar a cabo la alilación C3-selectiva de indoles con alcoholes alílicos, obteniendo un solo regioisómero del producto en rendimientos hasta cuantitativos y en varios casos, puro tras simple filtración del catalizador. La reacción es escalable y el catalizador es reutilizable (al menos 5 veces sin pérdida de actividad), además de ser aplicable a otros heterociclos π-excedentes. En general, esta metodología es ampliamente superior a protocolos descritos con anterioridad en términos de sostenibilidad. En este capítulo se describe también la primera síntesis para los compuestos 1,3-bis(sulfometil)imidazol y 1,3-bis(sulfoetil)imidazol mediante reacción multicomponente, así como un estudio comparativo sobre su actividad catalítica en la síntesis de Friedlander de quinolinas, así como la alilación descrita con anterioridad. De los resultados obtenidos, se infiere que este IOS de segunda generación es ampliamente superior en actividad catalítica a sus homólogos de primera. El capítulo 4 describe la síntesis y caracterización de una serie de estructuras metal-orgánicas basadas en derivados del 1,3-bis(carboximetil)imidazol y sales de zirconio, así como la preparación y estudio de hidrogeles metal-orgánicos obtenidos con los mismos componentes. El proyecto se encuentra en curso, por lo que solo se discuten los resultados preliminares obtenidos. En todos los proyectos enumerados se calcularon métricas de sostenibilidad (E-factor, economía atómica, factor estequiométrico, eficiencia másica de reacción, factor de recuperación, EcoScale), a fin de determinar el impacto ambiental de los protocolos sintéticos, así como para compararlos de forma objetiva con metodologías descritas en la bibliografía.
Conclusiones Una serie de sistemas catalíticos y novedosos materiales basados en sales de imidazolio han sido desarrollados y aplicados a síntesis orgánica sostenible. En todos los casos, los sistemas ensayados han resultado en procesos diseñados específicamente alrededor de las propiedades de las sales de imidazolio, obteniendo los productos deseados con impactos medioambientales inferiores (determinados objetivamente mediante métricas de sostenibilidad) a métodos representativos descritos en la bibliografía.
Bibliografía [2] Francisco, M.; van den Bruinhorst, A.; Kroon, M. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3074–3085.
