Functionalization of organic substrates with aryl and alkyl palladium derivativesstoichiometric and catalytic studies

Resumen

El objetivo principal de esta Tesis ha sido el desarrollo de nuevas metodologías y estrategias que permitan la funcionalización de enlaces C-H y C-C mediante el uso de paladio, tanto de forma estequiométrica como catalítica. Otros objetivos importantes de este trabajo son: a) el aislamiento de los complejos de paladio(II) involucrados en estos procesos y b) el estudio de los mecanismos por los que transcurren los ciclos catalíticos. El contenido científico de la Tesis se encuentra estructurado en cinco capítulos, desarrollados en el orden cronológico en que se llevó a cabo el trabajo experimental, y dos anexos. El Capítulo I proporciona una introducción general en la que se enfatiza la relevancia de los metales de transición en reacciones de acoplamiento cruzado catalíticas. Particularmente, se describe el uso de paladio en reacciones de acoplamiento y reacciones en cascada o tándem, basadas en la carbopaladación intramolecular de alquenos y la activación remota de enlaces C-H. Como una extensión de los estudios previos realizados por nuestro grupo de investigación en el campo de la ortometalación de aminas primarias, el Capítulo II describe la funcionalización del núcleo de benzofurano, mediante el uso de metalaciclos de paladio(II) que contienen un sustituyente aminoetilo en la posición tres del anillo. Se discute la preparación de los complejos ortopaladiados en la posición dos del anillo, que se forman como consecuencia de una activación de enlace C-H, y su reactividad hacia especies neutras y moléculas insaturadas. Las reacciones de inserción de monóxido de carbono o isocianuros en el enlace Pd-C de los complejos ortometalados conduce a la formación de lactamas o sales de amidinio tras su descomposición. Además, se describen las condiciones óptimas de reacción para la alquenilación catalítica del derivado N-Boc de la amina de partida. En conexión con nuestro interés en el campo de la activación C-H, el Capítulo III describe los resultados obtenidos en el diseño de reacciones en cascada catalizadas por paladio. En estos casos, ciertas transformaciones básicas tienen lugar de manera secuencial en un producto de partida polifuncional adecuadamente diseñado: a) adición oxidante a un compuesto de Pd(0), b) carbopaladación intramolecular de una especie insaturada y c) funcionalización C-H en posición remota. Se describen dos reacciones en cascada basada en la captura del intermedio de ?-alquil Pd(II) así formado: con arinos y diazocarbonil compuestos como agentes de acoplamiento. Este trabajo contribuye ampliar las estrategias sintéticas que permiten obtener estructuras espirocíclicas con distintos patrones de sustitución. Estos núcleos espirocíclicos tienen una gran importancia en el desarrollo de moléculas con actividad biológica. Este Capítulo también analiza en profundidad el camino de reacción por el que transcurren estas transformaciones, incluyendo el aislamiento y caracterización de varios intermedios organometálicos. En el capítulo IV se describe un nuevo tipo de proceso que permite la ruptura de enlaces C(sp3)-C(sp3) no tensionados a temperatura ambiente. Este proceso tendría lugar a través de: a) la activación de un enlace C(sp3)-H mediada por paladio(II) y favorecida por la presencia de un grupo de 8-aminoquinolina, b) una inserción concertada asíncrona en el enlace Pd-C de un carbeno (generado in situ a partir de un precursor) y c) la inesperada eliminación de un carbono en posición ? con respecto a paladio. Durante el desarrollo de este trabajo de investigación se utilizaron distintos ácidos carboxílicos, tales como el ácido oleico y el ácido linoleico, como agentes de acoplamiento que actuaban como sintones alquenílicos. El Capítulo V agrupa todos los datos experimentales correspondientes a los Capítulos II-IV, incluyendo los procedimientos experimentales y los datos de caracterización de los nuevos compuestos orgánicos y organometálicos. Respecto a los aspectos metodológicos de esta Tesis, se ha utilizado una gran variedad de técnicas instrumentales para la caracterización estructural y el estudio de la reactividad de los diferentes compuestos estudiados. Los datos obtenidos mediante espectroscopía de RMN, difracción de rayos X, espectrometría de masas, análisis elementales y cálculos computacionales (entre otros) aparecen a lo largo de la discusión de los resultados en cada capítulo. En los anexos A y B se presentan en detalle los datos cristalográficos y los espectros IR y de RMN de los compuestos preparados.