Diseño y aplicaciones de nuevas familias de carbenos N-heterocíclicos quirales
- Autores: Francisco Javier Iglesias Sigüenza
- Directores de la Tesis: Elena Díez Martín (dir. tes.), Rosario Fernández Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Fuentes Mota (presid.), Félix Rodríguez (secret.), José Luis Vicario Hernando (voc.), Eleuterio Álvarez González (voc.), Alfredo Riicci (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
- español
La presente Tesis Doctoral ha sido diseñada y ejecutada con el objetivo fundamental de desarrollar aplicaciones de interés en el campo de la catálisis enantioselectiva. En concreto, se han desarrollado nuevas familias de carbenos N heterocíclicos estables, haciendo especial énfasis en el estudio de la posibilidad de introducción de quiralidad basada en la presencia de grupos N-dialquilamino o de cadenas alquílicas con grupos tioéter como sustituyentes de uno o varios átomos de nitrógeno.
A modo de introducción, se recogen generalidades acerca de los carbenos N-heterocíclicos, describiendo más concretamente la naturaleza, estructura y estabilidad de los mismos, así como su reactividad y aplicaciones en catálisis enantioselectiva. En este contexto, se presentan antecedentes bibliográficos sobre la diversidad estructural de este tipo de carbenos.
A continuación se muestran los resultados obtenidos, que se han estructurado en los siguientes apartados: En el apartado I.2 se describen los resultados conseguidos en el desarrollo de nuevas sales de triazolio quirales a partir de de hidracinas enantiopuras, y su utilización como precursores de nuevos carbenos N-heterocíclicos. Se describe así la síntesis de nuevos ligandos con estructura de 4-dialquilamino-1,2,4-triazol-5-ilidenos con sustituyentes alifáticos, aromáticos y alquílicos funcionalizados (ligandos heterobidentados C/S) en C 1. Además, se ha procedido a la formación de sus complejos de Rh(I) [Rh(CNH)Cl(COD)] y a la determinación de la capacidad donadora en los derivados [Rh(CNH)Cl(CO)2]. En general, los sustituyentes unidos al N-1 tienen escasa influencia sobre las propiedades electrónicas del carbeno resultante, excepto en el caso de los ligandos mixtos CNH(triazol)/S(tioéter), en los que se observa una disminución de la capacidad donadora.
En el apartado I.3 se recoge la síntesis de novedosos complejos de Ag(I), que contienen ligandos mixtos basados en estructuras carbénicas quirales tioéter/carbeno N heterocíclico/tioéter (RS/CNH/SR), así como su aplicación en reacciones de cicloadición 1,3-dipolares enantioselectivas entre iluros azometínicos derivados de imino glicinatos y alquenos deficientes en electrones. De esta manera se han obtenido las correspondientes pirrolidinas con elevados rendimientos, completa diastereoselectividad endo y enantioselectividades que alcanzan hasta el 80%. Es de destacar que esta reacción constituye la primera aplicación de carbenos N-heterocíclicos de plata (que por otra parte se emplean con frecuencia como intermedios sintéticos en la preparación de carbenos N-heterocíclicos de otros metales de transición) en catálisis enantioselectiva.
En el apartado I.4 se describe la síntesis de una nueva familia de sales de 2 fenil[1,2,4]triazo[4,3-a/f]piridinio aquirales, así como la formación de sus correspondientes complejos metálicos. Si se compara la capacidad donadora de los correspondientes triazopiridin-3-ilidenos con la de los derivados de triazol-5-ilidenos, se puede observar un aumento de la misma, provocada por el efecto de anulación del heterociclo. Por otro lado, se presentan aproximaciones a la versión quiral de esta nueva familia.
En el capítulo II se recogen los resultados obtenidos en la estancia realizada en los laboratorios del Profesor Steven V. Ley. En él, siguiendo un novedoso método de aplicación de irradiación microondas bajo flujo, se describe una eficiente síntesis de 5 amino-4-cianopirazoles, así como de los productos derivados de su dimerización, lo que permite acceder a 4-aminopirazolpirimidinas de potencial utilidad. Este sistema de flujo ha permitido el aislamiento de estos productos con excelente pureza, sin necesidad de tradicionales work-up o procedimientos de purificación cromatográfica.
- English
This Doctoral Thesis has been designed and performed with the aim of developing applications of interest in the field of enantioselective catalysis. In this context, new families of stable N-heterocyclic carbenes have been developed. The principal objective has been to study the possibility of introduction of chirality based on exocyclic N-dialkylamino groups or thioether-functionalized alkyl chains as substituents of one or more nitrogen atoms.
In the general introduction, the memory collects generalities about N-heterocyclic carbenes, describing his nature, structure, stability, and the most relevant aspects of their reactivity and applications in enantioselective catalysis. In addition, the introduction includes the most relevant bibliographic references covering the structural diversity of this type of carbenes.
The results section has been organized into independent chapters: Chapter I.2 covers the results obtained on the development of new triazolium salts from enantiopure hydrazines and their use as precursors of chiral N-heterocyclic carbenes. New 4-dialkylamino-1,2,4-triazol-5-ylidenes with a substitution pattern at C-1 including alkyl, aryl and thioeter-functionazided alkyl groups (heterobidentate C/S ligands) have been synthesised. Furthermore, the synthesis of their Rh(I) [Rh(NHC)Cl(COD)] complexes is described. Finally, the determination of the ¿-donor hability of the [Rh(NHC)Cl(CO)2] carbenes has been accomplished. Thus, the analysis of their infrared CO stretching frequencies indicates that, in general, nature of the substituents at N-1 has a negligible influence on the electronic properties of the carbene, with exception of the mixed ligands CNH(triazol)/S(thioeter), which show a lower s-donor ability.
Chapter I.3 describes the design and synthesis of novel Ag(I) complexes containing mixed ligands based on chiral thioeter/N-heterocyclic carbene/thioeter (RS/NHC/SR) structures. Besides, their application as catalysts in the 1,3-dipolar cycloaddition reaction of imino-glycinates to dipolarophiles is described. The expected pyrrolidine derivatives were obtained with high yields, complete endo diastereoselectivity and promising enantioselectivities (ee up to 80%). Noteworthy, this reaction constitutes the first application of Ag(I) N-hetetocyclic carbenes (otherwise widely used as synthetic intermediates in the preparation of other metallic NHC complexes) in enantioselective catalysis.
Chapter I.4 deals with the synthesis of a new family of achiral 2-fenil[1,2,4]triazo [4,3-a/f]piridinium salts and their metallic complexes. A comparative analysis reveals that the s-donor ability of these bicyclic carbenes is clearly higher than that of triazopyridin-5-yldene analogues, as a result of the annelation of the heterocycle. Furthermore, a preliminary approach to the development of a chiral version of this new type of carbenes is discussed.
Chapter II collects the final results of a short stay in the laboratories of Prof. Steven Ley at Cambridge. In this work, a novel flow microwave device has been applied to the synthesis of 5-amino-4-cyanopyrazoles and the structurally more complex dimeric pyrazolopirimidines. The used flow system allows the isolation of these products with excellent purity without the need of traditional work-up or chromatographic purifications.
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