Estudios sobre reacciones de hidrogenación enantioselectiva de olefinas e iminas catalizadas por complejos con ligandos fosforados quirales.

Zusammenfassung

En nuestro grupo se ha estudiado desde hace años la aplicación de complejos basados en ligandos P-OP (fosfina-fisfito) como catalizadores en diversas reacciones catalíticas. El interés en estos ligandos se basa en su alta modulabilidad, lo que permite modificar las propiedades de los mismos optimizando su reactividad. En un primer capítulo se aborda la hidrogenación asimétrica de olefinas de tipo ésteres de enol catalizada por complejos de fórmula general [Rh(P-OP)(dieno)]BF4, el estudio cubre sustratos de diferente naturaleza electrónica y estérica con sustituyentes alquilo o arilo en las posiciones alfa y beta. Además, en el primer capítulo se estudia también la hidrogenación asimétrica de dienos conjugados, para los que se han utilizado fundamentalmente catalizadores de rodio basados en ligandos comerciales de tipo Duphos o BPE. En un segundo capítulo se ha estudiado la optimización de la síntesis de complejos de rutenio de fórmula general RuCl2(P-OP)(N-N) (N-N = ligando diamina). Estos complejos se han utilizado como catalizadores en la hidrogenación asimétrica de una amplia variedad de N-aril iminas y en el estudio de la hidrogenación asimétrica de la p-anisil acetona. Los resultados más importantes de este trabajo se recogen a continuación: 1. Los complejos [Rh(P-OP)(dieno)]BF4 (P-OP = fosfina-fosfito) conducen a catalizadores activos en la hidrogenación asimétrica de ésteres de enol de los tipos -alquil-aril, -dialquil y -diaril sustituidos con configuración Z. Se ha observado que la enantioselectividad de la reacción depende de manera crítica de la estructura del catalizador para cada tipo de sustrato. Se ha detectado también un efecto beneficioso del DCE como disolvente de reacción. La aplicación de los mejores catalizadores para cada tipo de sustrato han permitido alcanzar valores de enantioselectividad de hasta un 99% para los sustratos del tipo -alquilo-arilo y -dialquilo, y de hasta un 93% para los del tipo -diarilo. 2.- La configuración del éster de enol tiene una influencia crítica en la enantioselectividad de la hidrogenación del éster 1e, representativo de los sustratos del tipo -alquilo--arilo. Un estudio mecanicista ha permitido proponer un mecanismo para la erosión de la enantioselectividad asociada a la participación del isómero E del sustrato. Por el contrario, para los sustratos del tipo -dialquilo esta influencia es notablemente menor, aspecto que permite hidrogenar con una enantioselectividad elevadas mezclas Z/E de estos ésteres de enol. 3.- El estudio por RMN del modo de coordinación del sustrato 1a en el complejo que contiene a éste y la ligando P1, muestra la presencia de dos especies en una proporción aproximada de 2:1, caracterizadas por un modo de coordinación del tipo 3-C,O,O. Un estudio computacional complementario mediante DFT ha permitido profundizar en las diferencias estructurales que existen entre estos isómeros. En este sistema también se observa un esquema de tipo anti lock and key en el que el enantiómero mayoritario de la hidrogenación corresponde al aducto menos estable. 4.- En la hidrogenación de dienos conjugados se ha observado que los catalizadores basados en ligandos P-OP no ofrecen resultados satisfactorios. Por el contrario, los catalizadores basados en las difosfinas Duphos y BPE dan lugar a valores de diastereoselectividad moderados, con una relación de diastereoisómeros hasta 4:1, y de enantioselectividad elevadas, hasta un 97 % ee. Los estudios sobre el modo de coordinación del dieno 3a muestran también un modo de coordinación 3-C,O,O en el que sólo se coordina uno de los fragmentos olefínicos. El estudio DFT muestra un excelente acuerdo con estos datos e indica la preferencia de este modo de coordinación sobre otros de tipo 4-dieno. Estos datos y la elevada influencia de la enantioselectividad del catalizador en la diastereoselectividad de la reacción han permitido proponer un esquema de reacción basado en dos adiciones de 1,2 hidrógeno consecutivas. 5. Los 1,4-dioles alifáticos quirales pueden obtenerse fácilmente a partir de los diésteres 4, obtenidos por doble hidrogenación enantioselectiva de los dienos 3, mediante una desacetilación y posterior cristalización de la mezcla C2/meso del diol obtenido. 6. Una aplicación relevante de la doble hidrogenación de los dienos 3 es la preparación de nuevos ligandos difosfina del tipo Duphos/BPE. Para demostrar esta metodología se ha preparado el nuevo ligando (S,S)-nBu-Duphos (P22) a partir del diol (R,R)-5c. 7. La doble hidrogenación asimétrica de los dienos 3 con catalizadores basados en bis(2,5-dialquilfosfolanos) constituye un sistema catalítico que alimenta su propia quiralidad. 8. La preparación de complejos de formulación RuCl2(P-OP)(N-N) (P-OP = fosfina-fosfito, N-N = diamina) puede llevarse a cabo mediante el desplazamiento secuencial de los ligandos PPh3 del precursor RhCl2(PPh3)3. La preparación de complejos de rutenio mediante esta ruta ha mostrado excelentes resultados de rendimiento en comparación con la ruta de síntesis basada en la protonación de los ligandos alilo de los complejos Ru(ƞ3-2-MeC3H4)2(P-OP). 8.- Los nuevos ejemplos de complejos RuCl2(P-OP)(N-N) han permitido extender el rango de aplicación de la hidrogenación enantioselectiva de N-aril iminas descrito anteriormente en nuestro laboratorio. Los nuevos catalizadores ofrecen niveles elevados de enantioselectividad, de hasta un 97% ee. Estos complejos también muestran actividad catalítica en la hidrogenación enantioselectiva de la cetona bencílica 3a, con valores de enantioselectividad moderados, de hasta un 57% ee. 9.- La preparación del complejo de fórmula RuH(ƞ1-BH4)(P1)(A2) puede llevarse a cabo fácilmente mediante el tratamiento del diclorocomplejo RuCl2(P1)(A2) con NaBH4 en una mezcla tolueno/etanol. Este hidruro-borohidruro de rutenio muestra actividad catalítica en la hidrogenación asimétrica de la imina 1a y la cetona 3a en ausencia de base, con valores de enantioselectividad prácticamente idénticos a los obtenidos con el diclorocomplejo, apuntando a la participación del dihidruro Ru(H)2(P1)(A2) en la reacción catalítica.