Innovative strategies for sustainable organic synthesis: from asymmetric organocatalysis to electrochemical processes
- Autores: Roberto del Río Rodríguez
- Directores de la Tesis: José Antonio Fernández Salas (dir. tes.), José Julián Alemán Lara (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2024
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 209
- Títulos paralelos:
- Estrategias innovadoras para una síntesis orgánica sostenible: desde organocatálisis asimétrica a procesos electroquímicos
- Tribunal Calificador de la Tesis: Andrew D. Smith (presid.), Sara Cembellín Santos (secret.), Kevin W. Lam (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Orgánica por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
El tema principal de esta tesis doctoral es el desarrollo de metodologías sostenibles en química orgánica que den acceso a motivos estructurales de alto valor añadido gracias al estudio de la catálisis (asimétrica), la fotocatálisis y la electroquímica.
La catálisis desempeña un papel crucial en la química ya que potencia la eficiencia y sostenibilidad de los procesos. La química sintética ha ido evolucionando a lo largo de las últimas decadas de tal manera que en la actualidad permite la producción a gran escala, con alto grado de pureza, de gran cantidad de productos de interes en ámbitos cruciales de nuestra sociedad. Hoy en día, la catálisis se orienta hacia la creación de procesos químicos que sean efectivos, prácticos y se alineen con los principios de la "química verde", un concepto surgido en los años 90 para promover prácticas más sostenibles. Este enfoque ha sido ampliamente adoptado en programas de investigación tanto a nivel académico como industrial, con el objetivo de mejorar la economía de los procesos, la eficiencia energética, la seguridad de las síntesis y la reducción de residuos.
La fotocatálisis con luz visible aprovecha la capacidad de ciertos compuestos para absorber selectivamente en la franja de luz visible (400-700 nm). La interacción de la especie fotoexcitada con una segunda molécula permite generar especies radicalarias que dan lugar a transformaciones químicas con una mayor diversidad estructural. Estas reacciones se realizan en condiciones suaves y simples, utilizando una fuente de luz convencional y a temperatura ambiente, lo que promueve procedimientos eficientes y sostenibles.
Por otro lado, el uso de electricidad para llevar a cabo reacciones orgánicas está ganando popularidad dentro de la comunidad científica. La electroquímica ofrece una fuente "verde" e inagotable de electrones que permiten generar intermedios radicálicos con los que seguir expandiendo el campo de la química sintética. Este campo evita el uso de reactivos tóxicos y perjudiciales para el medio ambiente, como son la mayoría de oxidantes/reductores, al ser sustituidos por la electricidad, que puede ser generada a través de energías renovables de una forma más sostenible.
Estas ramas representan avances significativos que prometen abrir nuevas posibilidades en la química orgánica, permitiendo el desarrollo de procesos más selectivos y sostenibles.
En cuanto al contenido experimental de esta tesis doctoral, de entre todas las posibles estrategias organocatalíticas enantioselectivas, el capítulo 2 se centra en el em-pleo de organocatalizadores bifuncionales basados en tiourea o escuaramida y aminas terciarias. Se ha demostrado previamente que estos catalizadores pueden activar y modificar la reactividad de silildienol éteres. Así, se ha estudiado este nucleófilo en presencia de dos electrófilos diferentes. Cuando se enfrenta a alfa-cetoésteres, se observa reactividad a través de la posición viníloga del nucleófilo, permitiendo la preparación de alfa-hidroxiésteres con buenos rendimientos y enantioselectividades. Por otro lado, en presencia de acilfosfonatos alfa,ß-insaturados el mismo nucleófilo reacciona por la posición menos reactiva, dando acceso a productos tipo Rauhut-Currier con alta enantioselectividad. Ambos productos finales son de gran interés desde un punto de vista de la química médica al tratarse de motivos estructurales presentes en gran cantidad de productos naturales y biológicamente activos.
Continuando en el capítulo 3 con el desarrollo de procedimientos que dan acceso a moléculas biológicamente activas a través de organocatálisis asimétrica, y dada la falta de estrategias que permitan funcionalizar derivados de ácidos carboxílicos, se decidió estudiar la catálisis de isotioureas. Concretamente se pretende funcionalizar anhídridos alfa,ß-insaturados, que tras ser activados por el catalizador forman un intermedio acilamonio. Éste sufre una adición de tipo Giese en presencia de especies radicálicas, las cuales son generadas mediante el uso de fotocatalizadores bajo luz visible. De esta forma, al combinar organocatálisis asimétrica y fotocatálisis se consigue solucionar limitaciones relacionadas con la baja reactividad de los derivados de ácidos carboxílicos y se logra sintetizar compuestos con alto valor añadido. Además se demostrará que esta metodología también es compatible con la química de flujo, una estrategia más sostenible e interesante para la industria farmacéutica al permitir ahorrar recursos.
Por último, en el capítulo 4 se busca desarrollar procesos de síntesis orgánica todavía más respetuosos con el medio ambiente gracias al empleo de la electroquímica. Este campo en auge permite realizar transferencia de electrones mediante el uso de una corriente eléctrica. Como primer objetivo de este capítulo se investigó la funcionalización de N-heteroarenos con radicales alquílicos generados electroquímicamente en una reacción de tipo Minisci. Los haluros de alquilo son compuestos comercialmente accesibles, por lo que se investigaron como fuente de radicales, dando lugar a los correspondientes productos con buenos rendimientos. También se demostró el alto grado de compatibilidad de la electroquímica con multitud de grupos funcionales, permitiendo la funcionalización tardía de varios fármacos y la síntesis de productos de interés. El segundo objetivo del capítulo se centró en la síntesis de alil-sulfonas, ya que son compuestos ampliamente utilizados en síntesis orgánica como bloque de construcción y también están presentes en compuestos biológicamente activos. Se identificaron los sulfinatos como una fuente de radicales sulfonilo barata y abundante con un potencial de oxidación accesible. Por otro lado, las sales de aliltrifluoroborato permiten la adición de radicales y generan una segunda especie radicálica potencialmente oxidable, que tras formar el carbocatión regenera el doble enlace al eliminar trifluoroborato. Esta metodología se demostrará compatible en condiciones de flujo, permitiendo reducir los tiempos de reacción y por lo tanto aumentar el rendimiento espacio-temporal.
