Publicação

Organocatalysis and asymmetric catalysis : new applications of ferrocenylphosphines and nitromethane addition to conjugated substrates

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A presente dissertação centrou-se em duas areas de investigação distintas: o estudo de novas aplicações de ferrocenilfosfinas e a adição conjugada de nitrometano a substratos conjugados. Tendo em conta êxito do grupo do Prof. Carretero no desenvolvimento e uso de 1-fosfino-2-sulfenilferrocenos (ligandos Fesulphos) enquanto catalizadores quirais, propusemo-nos estudar a possibilidade de as ferrocenil dialquilfosfinas, compostos estáveis ao ar e ricos em electrões graças à sua estrutura ferrocénica, constituírem bons catalizadores para a reacção de Morita-Baylis- Hillman (RMBH). Adicionalmente, a elevada estabilidade destes sólidos cristalinos também constitui uma grande vantagem sobre as trialquilfosfinas comerciais, conhecidas pela sua elevada sensibilidade à oxidação pelo contacto com o ar e, nalguns casos, carácter pirofórico. Esta reacção geradora de ligações C-C entre alquenos activados e nucleófilos de carbono contendo um átomo de carbono sp2 deficiente em electrões tem frequentemente associados problemas de baixa reactividade e rendimentos dependentes do tipo de substracto utilizado. Durante o nosso estudo confirmámos que as ferrocenil diarilfosfinas e as ferrocenil dialquilfosfinas são, de facto, mais eficientes do que as fosfinas comerciais PPh3 e PCy3. Também, de acordo com o aumento de nucleofilicidade com a variação dos substituintes alquílicos, as ferrocenildialquilfosfinas demonstraram ser mais eficientes e, em especial, a dietilfosfina, menos estericamente impedida, permitiu obter conversões totais em 1h, gerando o aducto de MBH com um rendimento excelente. Em seguida explorámos o alcance estrutural da reacção usando a ferrocenildietilfosfina como catalizador e verificámosque as condições de reacção podiam ser aplicadas a outros aldeídos aromáticos, bem como a aldeídos alifáticos lineares e ramificados. Durante a reacção de Morita-Baylis-Hillman formam-se dois esterocentros, um dos quais permanece no produto da RMBH. Dado que, até onde nos foi possível averiguar, não existem relatos do uso de ferrrocenilfosfinas quirais na reacção de MBH, um conjunto de ferrocenildialquilfosfinas de fácil preparação e outras comerciais foram testas em reacções assimétricas de MBH. Os melhores resultados de enantioselectividade foram obtidos utilizando o catalizador quiral Mandyphos (até 65% ee). Na sequência do nosso estudo sobre as aplicação de ferrocenilfosfinas, o nosso objective seguinte consistiu na imobilização do ligado quiral Fesulphos num suporte sólido e sua utilização em catálise assimétrica de reacções organometálicas. Este ligando tem sido aplicado numa variedade de importantes reacções assimétricas com excelentes resultados, tanto em termos de reactividade como de enantioselectividade, comprovando assim a sua aplicabilidade generalizada. A imobilização sobre um suporte sólido permitiria a sua fácil recuperação da mistura reaccional, sem contaminação do produto, e facilitaria a sua reciclagem. Para imobilizar o Fesulphos sobre um suporte poliestirénico foi necessário introduzir na estrutura ferrocénica um terceiro substituinte, capaz de ligar o ligando ao suporte. Para minimizar as interacções estéricas que poderiam resultar num decréscimo da reactividade e/ou selectividade do catalizador, optámos por ligar o polímero ao anel Cp inferior que não contém os grupos coordenantes tioéter e fosfina. Foram preparados dois ligandos de Fesulphos imobilizados (diferentes extensores de ligação ao suporte) que, após a formação de complexos com sais de cobre (I), funcionaram como catalizadores eficientes na reacção de cicloadição 1,3-dipolar de iletos de azometino com uma variedade de dipolarófilos, proporcionando os produtos com excelentes enantioselectividades. Os produtos da reacção foram isolados da mistura reaccional por filtração do catalizador. Um dos ligandos quirais imobilizado pode ser reciclado até três vezes na reacção de cicloadição 1,3-dipolar, sem necessidade de adicionar mais cobre, e sem perda de reactividade ou enantioselectividade. A segunda linha de trabalho explorada durante este projecto de doutoramento consistiu no estudo da adição conjugada de nitrometano a dienos activados. O trabalho previamente realizado pelo grupo do Prof. Silva sobre a adição de nitrometano a (E,E)-cinamilidenoacetofenonas havia confirmado que apenas tem lugar a formação dos produtos de adição-1,4. Uma vez que estas estruturas poderiam constituir interessantes materiais quirais de partida para a síntese de compostos com potencial actividade biológica, decidimos tentar obter a versão assimétrica desta reacção. No entanto, não obtivemos quaisquer resultados usando aminas quirais, ácidos de Lewis ou uma estratégia de dupla activação. Curiosamente, durante o nosso estudo também preparámos derivados sulfonilimínicos de (E,E)-cinamilidenoacetofenonas e verificámos que, no caso destes substratos, a regioselectividade da reacção se alterava completamente. Observámos, pela primeira vez, a adição-1,6 de um nucleófilo de carbono (nitrometano) a iminas conjugadas. Foi estudada a optimização das condições de reacção, nomeadamente em termos das propriedades electrónicas destes sistemas altamente conjugados. Porém, os produtos de adição-1,6 apenas puderam ser obtidos com rendimentos modestos (até 49%) devido à formação simultânea de outros três compostos: um produto de adição-1,2 com perda do grupo sulfonamida, um produto de dupla adição 1,2/1,4 e a (E)-1,5-diaril-3- nitrometil-4-penten-1-ona. Longe de estar concluído, este estudo conduziu a novas questões, ainda por responder, sobre os factores controladores da regioselectividade em reacções de adição em sistemas altamente conjugados.
Autores principais:	Pereira, Susana Isabel Dinis
Assunto:	Química Catálise Síntese assimétrica Compostos orgânicos
Ano:	2008
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Aveiro
Idioma:	inglês
Origem:	RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro

Descrição
Resumo:	A presente dissertação centrou-se em duas areas de investigação distintas: o estudo de novas aplicações de ferrocenilfosfinas e a adição conjugada de nitrometano a substratos conjugados. Tendo em conta êxito do grupo do Prof. Carretero no desenvolvimento e uso de 1-fosfino-2-sulfenilferrocenos (ligandos Fesulphos) enquanto catalizadores quirais, propusemo-nos estudar a possibilidade de as ferrocenil dialquilfosfinas, compostos estáveis ao ar e ricos em electrões graças à sua estrutura ferrocénica, constituírem bons catalizadores para a reacção de Morita-Baylis- Hillman (RMBH). Adicionalmente, a elevada estabilidade destes sólidos cristalinos também constitui uma grande vantagem sobre as trialquilfosfinas comerciais, conhecidas pela sua elevada sensibilidade à oxidação pelo contacto com o ar e, nalguns casos, carácter pirofórico. Esta reacção geradora de ligações C-C entre alquenos activados e nucleófilos de carbono contendo um átomo de carbono sp2 deficiente em electrões tem frequentemente associados problemas de baixa reactividade e rendimentos dependentes do tipo de substracto utilizado. Durante o nosso estudo confirmámos que as ferrocenil diarilfosfinas e as ferrocenil dialquilfosfinas são, de facto, mais eficientes do que as fosfinas comerciais PPh3 e PCy3. Também, de acordo com o aumento de nucleofilicidade com a variação dos substituintes alquílicos, as ferrocenildialquilfosfinas demonstraram ser mais eficientes e, em especial, a dietilfosfina, menos estericamente impedida, permitiu obter conversões totais em 1h, gerando o aducto de MBH com um rendimento excelente. Em seguida explorámos o alcance estrutural da reacção usando a ferrocenildietilfosfina como catalizador e verificámosque as condições de reacção podiam ser aplicadas a outros aldeídos aromáticos, bem como a aldeídos alifáticos lineares e ramificados. Durante a reacção de Morita-Baylis-Hillman formam-se dois esterocentros, um dos quais permanece no produto da RMBH. Dado que, até onde nos foi possível averiguar, não existem relatos do uso de ferrrocenilfosfinas quirais na reacção de MBH, um conjunto de ferrocenildialquilfosfinas de fácil preparação e outras comerciais foram testas em reacções assimétricas de MBH. Os melhores resultados de enantioselectividade foram obtidos utilizando o catalizador quiral Mandyphos (até 65% ee). Na sequência do nosso estudo sobre as aplicação de ferrocenilfosfinas, o nosso objective seguinte consistiu na imobilização do ligado quiral Fesulphos num suporte sólido e sua utilização em catálise assimétrica de reacções organometálicas. Este ligando tem sido aplicado numa variedade de importantes reacções assimétricas com excelentes resultados, tanto em termos de reactividade como de enantioselectividade, comprovando assim a sua aplicabilidade generalizada. A imobilização sobre um suporte sólido permitiria a sua fácil recuperação da mistura reaccional, sem contaminação do produto, e facilitaria a sua reciclagem. Para imobilizar o Fesulphos sobre um suporte poliestirénico foi necessário introduzir na estrutura ferrocénica um terceiro substituinte, capaz de ligar o ligando ao suporte. Para minimizar as interacções estéricas que poderiam resultar num decréscimo da reactividade e/ou selectividade do catalizador, optámos por ligar o polímero ao anel Cp inferior que não contém os grupos coordenantes tioéter e fosfina. Foram preparados dois ligandos de Fesulphos imobilizados (diferentes extensores de ligação ao suporte) que, após a formação de complexos com sais de cobre (I), funcionaram como catalizadores eficientes na reacção de cicloadição 1,3-dipolar de iletos de azometino com uma variedade de dipolarófilos, proporcionando os produtos com excelentes enantioselectividades. Os produtos da reacção foram isolados da mistura reaccional por filtração do catalizador. Um dos ligandos quirais imobilizado pode ser reciclado até três vezes na reacção de cicloadição 1,3-dipolar, sem necessidade de adicionar mais cobre, e sem perda de reactividade ou enantioselectividade. A segunda linha de trabalho explorada durante este projecto de doutoramento consistiu no estudo da adição conjugada de nitrometano a dienos activados. O trabalho previamente realizado pelo grupo do Prof. Silva sobre a adição de nitrometano a (E,E)-cinamilidenoacetofenonas havia confirmado que apenas tem lugar a formação dos produtos de adição-1,4. Uma vez que estas estruturas poderiam constituir interessantes materiais quirais de partida para a síntese de compostos com potencial actividade biológica, decidimos tentar obter a versão assimétrica desta reacção. No entanto, não obtivemos quaisquer resultados usando aminas quirais, ácidos de Lewis ou uma estratégia de dupla activação. Curiosamente, durante o nosso estudo também preparámos derivados sulfonilimínicos de (E,E)-cinamilidenoacetofenonas e verificámos que, no caso destes substratos, a regioselectividade da reacção se alterava completamente. Observámos, pela primeira vez, a adição-1,6 de um nucleófilo de carbono (nitrometano) a iminas conjugadas. Foi estudada a optimização das condições de reacção, nomeadamente em termos das propriedades electrónicas destes sistemas altamente conjugados. Porém, os produtos de adição-1,6 apenas puderam ser obtidos com rendimentos modestos (até 49%) devido à formação simultânea de outros três compostos: um produto de adição-1,2 com perda do grupo sulfonamida, um produto de dupla adição 1,2/1,4 e a (E)-1,5-diaril-3- nitrometil-4-penten-1-ona. Longe de estar concluído, este estudo conduziu a novas questões, ainda por responder, sobre os factores controladores da regioselectividade em reacções de adição em sistemas altamente conjugados.