Nuevos sistemas de reducción y acoplamiento basados en la utilización de nanopartículas de cobre y de hierro

Abstract

En la presente Tesis Doctoral se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización de nanopartículas de cobre y de hierro, para su aplicación en diferentes transformaciones de gran interés en síntesis orgánica, con el objeto principal de desarrollar nuevas herramientas sintéticas de implementación sencilla, de bajo costo y de escaso impacto ambiental. Se describe la metodología utilizada para la preparación de las nanopartículas mencionadas, a partir de los sistemas CuCl22H2O-Liareno(cat.), CuCl2-Li-areno(cat.), FeCl24H2O-Li-areno(cat.) y FeCl2-Liareno(cat.), y su caracterización a través de técnicas de Microscopía de Transmisión Electrónica, Energía Dispersiva de Rayos X, Difracción de Rayos X, y Espectroscopia Fotoelectrónica de Rayos X. Para ambos metales se encontraron nanopartículas de simetría esférica, con una estrecha distribución de tamaños (3.0 1.0 nm para el cobre y 3.5 1.0 nm para el hierro). Las nanopartículas de cobre y de hierro generadas a partir de los sistemas uCl22H2O-Li-areno(cat.) y FeCl24H2O-Li-areno(cat.), en los cuales el agua de hidratación de las sales metálicas actúa como fuente de hidrógeno, fueron aplicadas con éxito a la reducción de una gran variedad de grupos funcionales de interés en síntesis orgánica. En particular, se llevó a cabo la reducción de: a) derivados halogenados alquílicos y aromáticos, incluyendo la reducción completa de derivados aromáticos polihalogenados; b) mesilatos y triflatos derivados de alcoholes, obteniéndose los correspondientes productos de desoxigenación; y enol triflatos derivados de cetonas, permitiendo la síntesis de olefinas a partir de compuestos carbonílicos; c) aldehídos, cetonas, compuestos carbonílicos a,b-insaturados e iminas, dando lugar a la obtención de los alcoholes y aminas correspondientes; y d)derivados nitro aromáticos, permitiendo el acceso a diferentes azo compuestos funcionalizados. La metodología empleada permitió, además, la obtención de productos marcados isotópicamente con deuterio, de una manera sencilla y económica, utilizando en los sistemas reductores las correspondientes sales metálicas hidratadas con agua deuterada. Por otra parte, las nanopartículas de hierro y de cobre generadas a partir de los sistemas FeCl2-Li-DTBB(cat.) y CuCl2-Li-DTBB(cat.) promovieron eficientemente el homoacoplamiento de reactivos de Grignard, permitiendo la síntesis de una gran variedad de compuestos biarílicos y biheteroarílicos simétricos. Finalmente, el sistema CuCl2-Li- DTBB(cat.), demostró ser un catalizador muy eficiente en la cicloadición 1,3-dipolar de azidas y alquinos terminales, permitiendo la síntesis de 1,2,3-triazoles con excelente regioselectividad.

In the present Doctoral Thesis, the synthesis and characterization of copper and iron nanoparticles, as well as their application to different organic synthetic transformations has been carried out; the main objective being the development of new and simple synthetic tools, with low cost and low environmental impact. It is described the methodology for the preparation of the above mentioned nanoparticles starting from the CuCl22H2O-Li-arene(cat.), CuCl2-Li-arene(cat.), FeCl24H2O-Li-arene(cat.) and FeCl2-Li-arene(cat.) systems, and its characterization using Transmission Electronic Microscopy, Energy Dispersive X Ray, X Ray Diffraction, and X Ray Photoelectronic Spectroscopy. For both metals, it was found the presence of spherical nanoparticles, with a narrow size distribution (3.0 1.0 nm for copper, and 3.5 1.0 nm for iron). The copper and iron nanoparticles prepared from the CuCl22H2O-Liareno(cat.) y FeCl24H2O-Li-areno(cat.) systems, in which the hydration water is the main hydrogen source, successfully promoted the reduction of the following organic functional groups: a) alkyl and aryl halides, including the complete reduction of polyhalogenated aromatic compounds; b) mesylates and triflates derived from alcohols, affording the corresponding deoxygenation products; and enol triflates derived from ketones, allowing the synthesis of olefins from carbonyl compounds; c) aldehydes, ketones, a,b-insaturated carbonyl compounds and imines, giving the corresponding alcohols and amines; and d) nitro aromatic derivatives, allowing the access to different functionalized azo compounds. The use of deuterium oxide, instead of water, in the corresponding hydrated metallic salts, have made it possible the preparation of deuterium labeled products, in a simple and economic way. On the other hand, the copper and iron nanoparticles prepared from the FeCl2-Li-DTBB(cat.) y CuCl2-Li-DTBB(cat.) systems, have been found to promoted the homocoupling of Grignard reagents, allowing the synthesis of a wide variety of symmetrical biarylic and biheteroarylic compounds. Finally, the CuCl2-Li-DTBB(cat.) system, efficiently catalyzed the 1,3-dipolar cycloaddition of azides and terminal alkynes, leading to the synthesis of the corresponding 1,2,3-triazoles with excellent regioselectivity.