Hidroformilació selectiva damides i imides catalitzada per complexos de rodi
- Autores: Josep Gimeno Bolaño
- Directores de la Tesis: Joan Carles Bayón Rueda (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2003
- Idioma: catalán
- ISBN: 84-688-0218-2
- Depósito Legal: B.46.450-2002
- Tribunal Calificador de la Tesis: Josep Ros i Badosa (presid.), Sergio Castillón Miranda (voc.), Alfonso Polo Ortiz (voc.), Juli Real i Obradors (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
En aquest treball shan abordat tres objectius, tots ells relacionats amb la reacció dhidroformilació i en la seva aplicació a la síntesi de productes dalt valor afegit.
El primer dels objectius ha estat la síntesi de tres lligands ditioacetat quirals a partir de lL-(-)-lactat detil i diols bicíclics, que en algun cas incorporaven un centre atropoisomèric, per a ser emprats en la reacció dhidroformilació enantioselectiva catalitzada per complexos tiolat de rodi o bé en altres reaccions asimètriques. Els ditioacetats han pogut ser preparats però no de forma enantiomèricament pura, ja que sha observat una racemització del carboni estereogènic clàssic en la darrera de les cinc etapes previstes per la síntesi daquests compostos. En aquesta darrera etapa, la basicitat de lanió tioacetat usat en la substitució nucleofílica dels productes ditosilats ha estat suficient per abstreure el protó acarbonilic. No shan trobat precedents duna reacció similar amb aquest anió.
El segon objectiu del treball ha estat la hidroformilació diastereoselectiva de tres trans-N-1-propeniltartarimides homoquirals. La ruta emprada per sintetitzar-les consisteix, en primer lloc, en la condensació de lN-al·lilamina i làcid L-(-)-tartàric per obtenir lN?al·liltartarimida. Lesterificació dels grups OH daquesta amb els anhídrids apropiats permet obtenir les N-al·liltartarimides funcionalitzades amb grups CH3COO-, (CH3)3COO- i PhCOO-. Finalment, la isomerització daquestes imides permet sintetitzar les trans-N-1-propeniltartarimides. Els precedents bibliogràfics indiquen que la isomerització dimides és una reacció complicada, ja que sovint requereix quantitats elevades de catalitzador així com condicions de reacció dràstiques. En aquest treball shan assajat diferents complexos metàl·lics de rodi i de ruteni com a catalitzadors disomerització. Els millors resultats sobtenen utilitzant el complex RuClH(CO)(PPh3)3 (1% molar). Sassoleixen conversions properes al 90% en dues hores de reacció amb una regioselectivitat en lisòmer trans del 90%. Aquests valors representen els millors resultats reportats fins al moment en aquest tipus de reacció. La hidroformilació de les trans-N-1-propeniltartarimides sintetitzades sha dut a terme amb catalitzadors de rodi no quirals amb la intenció dobtenir els aldehids de manera diastereoselectiva. Els resultats obtinguts indiquen que és la naturalesa del substrat la que controla la formació de lalquil complex i que lestructura del catalitzador no influeix, de forma determinant, en la selectivitat. Per altra banda, no shan observat en cap cas excessos diastereoisomèrics superiors al 10%, fet que indica que els diferents substituents no tenen un efecte clar sobre lestereoselectivitat de la reacció.
El tercer i darrer objectiu ha estat lobtenció de lN-acetil-2-pirrolina a partir de lN-al·lilacetamida mitjançant la reacció dhidroformilació. Aquest heterocicle nitrogenat pot usar-se com a buillding-block en la síntesi de diferents molècules amb activitat biològica, especialment alcaloides. La hidroformilació de lN-al·lilacetamida sha portat a terme emprant catalitzadors de rodi i les difosfines Bisbi i Xantphos, i el difosfit tert-butil Biphephos com a co-catalitzadors. Amb el sistema Rh/Xantphos sobtenen quimio- i regioselectivitats superiors al 90% en laldehid lineal o els seus derivats. La ciclació intramolecular del 2-acetamidobutanal, producte majoritari de la reacció dhidroformilació, i la posterior deshidratació de lalcohol resultant, permet obtenir lN-acetil-2-pirrolina a partir de lN?al·lilacetamida mitjançant un procés one pot amb una excel·lent economia atòmica. Sha estudiat en profunditat la ciclació i posterior deshidratació. Així sha determinat que catalitzadors àcids de tipus Brönsted provoquen laparició de productes de doble condensació no desitjats i que el millor catalitzador per aquestes reaccions és el tamís molecular de 3 Å finament polvoritzat i assistit per una destil·lació en continu de lazeòtrop toluè/aigua. Amb aquest mètode sha pogut obtenir el producte desitjat a partir de lN?al·lilacetamida, CO, H2 i un 0.0002% de Rh amb un rendiment del 41%.
-------------------------------------------------- Three main goals were set at the beginning of this work, all of them related with the hydroformylation reaction and its application in the synthesis of fine chemicals.
The first goal is the synthesis of three chiral ditioacetate ligands coming from the L?(-)-ethyl lactate and bicyclic diols, that in some cases contain an atropoisomeric centre. These ligands could be used in the enantioselective hydroformylation of olefins catalysed by rhodium complexes or in other asymmetric reactions. The ditioacetates were prepared but not enantiomerically pure, because of the racemization of the classical estereogenic centre in the last of the five steps of the synthetic pathway designed. In this last step, the basicity of the tioacetate anion used in the nucleophilic substitution of the corresponding ditosilate intermediates was enough to abstract the a?carbonilic hydrogen. As far as we know, there is no precedent of such a reaction with this anion.
The second goal of this work is the diastereoselective hydroformylation of three homochiral trans-N-1-propenyltartarimides. The synthetic pathway consists, first of all, in the condensation of the N-allylamine and the L-(-)-tartaric acid to obtain the N?allyltartarimide. The esterification of the OH groups of this imide with the suitable anhydrides allows the synthesis of the corresponding N-allyltartarimides functionalised with the CH3COO-, (CH3)3COO- and PhCOO- groups. Finally, the isomerization of these imides leads to the trans-N-1-propenyltartarimides. The literature indicates that imide isomerization is a difficult reaction, usually it requires high levels of catalyst and heavy reaction conditions. In this work a number of rhodium and ruthenium complexes has been tested as catalysts. The best result were found using RuClH(CO)(PPh3)3 (1% molar). It is possible to reach yields up to 90% in two hours of reaction with a regioselectivity in the trans isomer up to 90%. As far as we know that results represent the best ones ever reported in such a reaction. The hydroformylation of the trans-N-1-propenyltartarimides has been done using non-chiral rhodium complexes as catalysts with the aim of obtaining the aldehydes in a diastereoselective way. The results obtained indicate that the nature of the substrate is controlling the alkyl complex formation during hydroformylation and that there is not any effect of the catalyst in the selectivity. Moreover, diastereomeric excess in the aldehydes formation does not exceed 10%, which indicates that there is not a clear effect of the substrate nature in the stereoselectivity of the reaction.
The third and last goal of this work is the synthesis of N-acetyl-2-pyrroline through the hydroformylation of N-allylacetamide. This heterocycle containing nitrogen can be used as building-block for the synthesis of a number of molecules with biological activity, specially alkaloids. The hydroformylation of N-allylacetamide was attempted using rhodium catalysts and diphosphines (Bisbi and Xantphos) or diphosphites (tert-butil Biphephos) as co-catalysts. With the catalytic system Rh/Xantphos, chimio- and regioselectivities exceeding 90% in the linear aldehyde or their derivatives are obtained. 2-acetamidobutanal is the major product of the hydroformylation reaction, it cycles in an intramolecular way to obtain the corresponding alcohol, the dehydration of which leads to the N-acetyl-2-pyrroline in a one-pot process with an excellent atomic economy. The cycle formation and the dehydration reaction of the alcohol has been deeply investigated. It has been found that Brönsted catalysts promote double condensation products formation which are undesirable. After a number of tests the best catalyst for the one-pot reaction referred above is 3 Å molecular sieves finely powdered and assisted by a continuous distillation of the toluene/water azeotrop. According to this method it is possible to obtain N-acetyl-2-pyrroline from N-allylacetamide, CO, H2 and a 0.0002% of rhodium with a global yield of 41%.
