A importância que a catálise representa para a sociedade pode ser vista em números: 90% dos processos da indústria química e mais de 20% de todos os produtos industriais comercializados no mundo utilizam uma ou mais etapas catalíticas. Assim, desenvolver catalisadores eficientes, ativos e seletivos é a solução para criar tecnologias mais limpas e sustentáveis. Além disso, reações químicas que geram novas ligações C-C estão entre as transformações mais relevantes na química orgânica e são a base desse trabalho. Os catalisadores de ródio apresentados aqui fazem parte de um trabalho minucioso de desenvolvimento, síntese e caracterização de nanopartículas e suportes magnéticos funcionais que foram utilizados em transformações de diversas moléculas. O estudo inicial com nanopartículas de ródio suportadas, em reações de hidrogenação do cicloexeno, serviu para a compreensão de como se comportam essas nanoestruturas e da influência que diferentes ligantes orgânicos e estabilizantes podem ter em uma aplicação catalítica bastante conhecida. O sistema catalítico mostrou-se bastante ativo e reutilizável,despertando o nosso interesse ao seu aperfeiçoamento para aplicação em reações de hidroformilação. Antes da síntese de catalisadores suportados, estudos com nanopartículasnão-suportadas mostraram que um sistema modificado pela adição de fosfinas era necessário para ativação do catalisador e que o estabilizante utilizado afetava a atividade catalítica. Assim, para possibilitar o ancoramento eficiente das espécies ativas, uma modificação da superfície do suporte magnético com a metildifenilfosfina foi realizada. A fosfina funcionalizada sobre o suporte viabilizou sua interação com as espécies ativas e evitou a sua lixiviação, possibilitando o reuso do catalisador. A reação de hidroformilação do oct-1-eno atingiu 96% de conversão e 82% de seletividade para aldeídos, em 6 horas a 80°C. A carga metálica do catalisador foi de apenas 0,2%. Buscando aumentar a eficiência na etapa de imobilização do metal e uma melhor atividade catalítica que possibilitasse o uso de substratos mais complexos, o suporte magnético foi modificado com um polímero hiper-ramificado. Essa modificação possibilitou aumentar a quantidade de grupos fosfinas sobre o suporte, assim como levou a um significativo aumento na carga de metal. A reação de hidroformilação de produtos naturais foi possível e, com o composto estragol, conversões de 100% foram alcançadas em 6 horas, com seletividade de 70% para aldeídos. Mesmo com evidências que sugerem a formação de espécies ativas moleculares, o suporte modificado possibilitou que o catalisador mantivesse sua atividade e seletividade por pelo menos seis reações sucessivas. Os materiais desenvolvidos apresentaram estabilidade quando manuseados ao ar, sem prejudicar sua vida útil e fácil separação. / The importance of catalysis to society may be seen in numbers: 90% of chemical production processes and more than 20% of all industrial products sold in the world use one or more catalytic steps. Thus, the development of efficient, active, and selective catalysts is crucial for creating cleaner and sustainable technologies. In addition, chemical reactions that generate new C-C bonds are among the most important transformations in organic chemistry and are the basis of this work. Rhodium catalysts presented herein are part of a careful investigation, which included the development, synthesis and characterization of metal nanoparticles and magnetic functional supports for use in the transformation of various molecules. The initial study of supported rhodium nanoparticles in cyclohexene hydrogenation reactions has driven our understanding of the behavior of these nanostructures, and the influence that different ligands and stabilizers may have in a well-known catalytic application. The identification of a highly active and recyclable catalytic system aroused our interest for its improvement for application in hydroformylation reactions. Prior to the synthesis of supported catalysts, studies with non-supported nanoparticles revealed that a modified system with the addition of phosphines was required for activation of the catalyst and the stabilizer used affected the catalytic activity. Thus, to enable efficient immobilization of the active species, the surface of the magnetic support was modified with methyldiphenylphosphine. The catalyst preparation removed, at least partially, the stabilizer adsorbed on the nanoparticles surfaces. The phosphine-functionalized support anchored the active species and avoided their leaching, allowing the reuse of the catalyst. The hydroformylation reaction of oct-1-ene reached 96% of conversion and 82% of selectivity to aldehydes, in 6 hours at 80°C. The metal loading of the catalyst was only 0.2%. Seeking to increase the efficiency in metal immobilization step and a better catalytic activity that would enable the use of more complex substrates, the magnetic support was modified with a hyperbranched polymer, which allowed an increase in the amount of external phosphines, as well as a significant increase in metal loading on the support. The hydroformylation reaction of natural products was possible and, with the estragole compound, 100% of conversion was achieved in 6 hours with 70% of selectivity to aldehydes. Despite evidence that suggests the formation of active molecular species, the modified support has enabled the catalyst to retain its activity and selectivity for at least six successive reactions. The materials developed could be handled in air without damaging their catalytic activity, durability and separation properties.

No description available.

Esta memoria consta de una introducción general y tres capítulos. En la introducción general, se muestra la importancia del anillo de oxindol, describiendo productos naturales o con actividad biológica que lo contienen en su estructura y comentando algunas de sus aplicaciones biológicas más relevantes. Además, se detallan diferentes técnicas para la síntesis de derivados de oxindol, destacando las metodologías que emplean la alquilación desacilativa. En el capítulo I se muestra una alquilación desacetilativa de derivados de 3-acetil-3-alquil-2-oxindoles con alquenos electrofílicos. En el capítulo II se describe la síntesis de derivados de 2-oxindoles 3,3-disustituidos a través de la alquilación desacetilativa usando haluros de alquilo y alquenos electrofílicos y mediante la alilación desacetilativa catalizada por paladio usando alcoholes alílicos. Finalmente, en el capítulo III, se estudia la reacción aldólica desacetilativa entre 3-fluorooxindoles y aldehídos.

En la presente tesis se desarrolla el empleo de alcoholes fluorados, en concreto, el hexafluoroisopropano, como disolventes para el desarrollo de metodologías alternativas para las reacciones de oxidación y ciclación. De este modo, en el primer capítulo, síntesis de tetrahidrofuradons substituidos mediante la apertura cíclica de epóxidos con alquenos ricos en electrones promovida por HFIP, se ha desarrollado un método directo para la síntesis de tetrahidrofuranos a través de la adición de alquenos ricos en electrones a epóxidos empleando alcoholes fluorados, en particular el 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol (HFIP), como disolventes y promotores de la reacción. El procedimiento descrito da lugar a la obtención de nuevos espiro compuestos basados en tetrahidrofuranos, así como derivados de tetrahidrobenzofuranos en rendimientos moderados y bajo condiciones de reacción suaves siendo, de este modo, una metodología medioambientalmente benigna debido a su economía atómica y la disponibilidad de los reactivos. Por otro lado, en el segundo capítulo, oxidación de arenos ricos en electrones empleando sistemas HFIP-UHP, se ha descrito la oxidación directa de arenos ricos en electrones empleando el aducto de urea-peróxido de hidrógeno (UHP) como fuente oxidante y el 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol (HFIP) como disolvente y promotor de la reacción. Así pues, se obtuvieron una gran variedad de quinonas en rendimientos de moderados a excelentes mediante un proceso de reacción considerado como sostenible, quedando de este modo demostrado que no es necesaria la utilización de metales para dar lugar al proceso oxidativo. Dentro del tercer capítulo, síntesis directa de N,N-formamidas disubstituidas mediante la oxidación de iminas empleando sistemas de HFIP-UHP, se describe la síntesis directa de formamidas N,N-disustituidas mediante la combinación de 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol (HFIP) como disolvente y el aducto de urea-peróxido de hidrógeno (UHP) como fuente oxidante. Se obtuvieron de este modo una gran variedad de formamidas con unos rendimientos de buenos a excelentes bajo unas condiciones suaves de reacción, siendo también posible su síntesis a través de una secuencia de un paso. Este protocolo medioambientalmente benigno fue aplicado para la síntesis a gran escala de la N,N-difenilformamida. En el capítulo 4, ruptura oxidativa de indoles mediante el empleo de UHP o H2O2 en disolventes polares, se ha llevado a cabo la ruptura oxidativa de indoles, conocida como oxidación de Witkop, mediante el empleo de disolventes polares con una fuente oxidativa como el agua oxigenada o el aducto de urea-peróxido de hidrógeno (UHP). En efecto, el uso del HFIP, de entre los disolventes utilizados, fue seleccionado como el más recomendable para la obtención de las 2-cetoacetanilidas con altos rendimientos. Además de los indoles, este protocolo de reacción se amplió para la ruptura de los derivados de pirrol y furanos. Además, se demostró que dicho procedimiento era factible a mayor escala, pudiendo recuperar y reutilizar el disolvente hasta cuatro ciclos, dando lugar a una metodología sostenible. Finalmente, dentro del último capítulo que encontramos en la tesis, deshidrogenación de compuestos N-heterocíclicos empleando H2O2 y mediada por disolventes polares, se expone una deshidrogenación oxidativa alternativa de compuestos N-heterocíclicos mediada por una fuente oxidativa más verde, como es el agua oxigenada, en combinación con disolventes polares como el HFIP o el agua. Aunque se obtuvieron buenos resultados al emplear el agua como disolvente, se lograron alcanzar rendimientos más altos para los derivados heteroaromáticos cuando se utilizó el HFIP debido a la activación electrofílica del H2O2. Junto con la amplia gama de tetrahidroquinolinas seleccionadas, diferentes compuestos N-heterocíclicos como las tetrahidroisoquinolinas o las indolinas, también se llevaron a estudio obteniendo los correspondientes productos con bajos rendimientos. Además de esto, es importante señalar que le metodología descrita fue también implementada en gran escala, reciclando de este modo el disolvente hasta cinco veces con una ligera erosión en la conversión después de cada ciclo. Con ello, se han desarrollado metodologías alternativas donde se reduce el uso de metales como catalizadores o condiciones extremas de reacción, ya bien sea por las elevadas temperaturas o presiones. Por otro lado, se ha propuesto en todos los capítulos un mecanismo de reacción para cada uno de los procedimientos descritos, así como el reciclaje y reutilización de disolvente, o la síntesis a gran escala, demostrándose la aplicabilidad de los procesos y demostrando la sostenibilidad del proceso.

[ES] En la presente tesis doctoral se ha llevado a cabo el estudio de la reacción de isomerización de alquenos terminales catalizada por rutenio. En primer lugar, se investigó la reacción de isomerización de alquenos terminales a sus correspondientes alquenos internos en condiciones industrialmente ventajosas. Para ello, se estudió un sistema catalizado por partes por millón de rutenio y sin necesidad de añadir disolventes, ligandos o cualquier otro aditivo solo empleando temperaturas mayores de 150 oC, mejorando de esta forma las condiciones empleadas actualmente tanto a nivel académico como a escala industrial. Además, se estudió la reacción de isomerización de alquenos con catalizadores sólidos. Para ello, se llevó a cabo esta reacción de manera más sostenible empleando catalizadores heterogéneos de rutenio soportados sobre soportes sólidos, en especial sobre carbono, haciendo posible la reacción tanto en fase gas como en fase líquida. Para concluir, se estudiaron las especies catalíticamente activas de rutenio durante la isomerización de alquenos terminales, con el fin de comprender y determinar el mecanismo que rige la reacción. Por medio de estudios mecanísticos se ha demostrado que las especies catalíticamente activas para la isomerización de alquenos terminales, independientemente de la fuente de Ru inicial, son complejos peralquenos de Ru(II), formados in situ durante la reacción. También se ha podido determinar que la reacción se lleva a cabo por medio de un mecanismo de Finke-Watzky tras la formación de un complejo d16 Ru(II)-H. En esta tesis doctoral también se ha estudiado el empleo de estructuras metalorgánicas (MOFs) basadas en aminoácidos para catálisis biomimética de productos naturales glucosídicos y beta-lactámicos. En primer lugar, se llevo a cabo el estudio de un MOF basado en el aminoácido L-serina como catalizador enzimático para realizar reacciones de hidrólisis de acetales imitando así a las enzimas glucosidasas. Además, se empleó este MOF para la adsorción de productos naturales en sus canales, lo que nos permitió llevar a cabo la determinación estructural completa, desconocida hasta el momento, del flavonoide brutieridina, empleando difracción de rayos X. Siguiendo con el estudio relacionado con la capacidad de las estructuras metalorgánicas de poder realizar catálisis enzimática emulando a las enzimas glucosidasas, se empleó un MOF multivariable (MTV-MOF) basado en los aminoácidos L-serina y metil-L-cisteína para llevar a cabo la reacción de formación de acetales de distintos compuestos carbonílicos. Siguiendo la metodología empleada en los apartados anteriores, se llevó a cabo el estudio de un MOF basado en el aminoácido metil-L-cisteína y que contiene Zn en su estructura para catálisis biomimética de compuestos beta-lactámicos. Para ello se llevó a cabo el estudio de esta reacción con los antibióticos: amoxicilina, ceftriaxona, clindamicina y ezetimiba. Se determinó que este MOF es selectivo para la hidrólisis del antibiótico amoxicilina y que también es capaz de encapsular dicho compuesto beta-lactámico en el interior de sus canales, como se ha podido comprobar empleando difracción de rayos X. / [CA] En aquesta tesi doctoral, s'ha realitzat l'estudi de la reacció d'isomerització d'alquens terminals catalitzades per ruteni. En primer lloc, es va investigar la reacció de l'isomerització d'alquens terminals als seus corresponents alquens interns en condicions industrialment avantatjoses. Per a això, es va estudiar un sistema catalitzat per parts per milió de ruteni i sense necessitat d'afegir dissolvents, lligans o qualsevol altre additiu només utilitzant temperatures superiors a 150 oC, millorant així les condicions que s'utilitzen actualment tant acadèmicament com industrialment. A més, es va estudiar la reacció d'isomerització amb catalitzadors sòlids. Per fer-ho, aquesta reacció es va dur a terme de manera més sostenible mitjançant catalitzadors heterogenis de ruteni recolzats en suports sòlids, especialment carboni, fent possible la reacció tant en fase gas com en fase líquida. Per concloure, les espècies de ruteni catalíticament actives es van estudiar durant l'isomerització d'alquens terminals, per tal d'entendre i determinar el mecanisme que regula la reacció. Mitjançant estudis mecanístics, s'ha demostrat que les espècies catalíticament actives per a l'isomerització d'alquenes terminals, independentment de la font de la Ru inicial, són complexos peralcans de Ru (II), formats in situ durant la reacció. També s'ha determinat que la reacció es realitza mitjançant un mecanisme Finke-Watzky després de la formació d'un complex d16 Ru (II)-H. L'ús d'estructures metal-organiques ( MOFs ) basades en aminoàcids per a la catàlisi biomimètica de products naturals glicosídics i beta-lactamics també s'ha estudiat en aquesta tesi doctoral. Primer, es va realitzar un estudi d'un MOF basat en l'aminoàcid L-serina com a catalitzador enzimàtic per realitzar reaccions d'hidròlisi d'acetals, imitant així les enzimess glucosidases. A més, aquest MOF es va utilitzar per a l'adsorció de productes naturals als seus canals, i ens va permetre dur a terme la determinació estructural completa, desconeguda fins ara, del flavonoide brutieridina, utilitzant difracció de raigs X. Continuant amb l'estudi relacionat amb la capacitat de les estructures metal·orgániques de poder realitzar catàlisi enzimàtica que emula les enzimes glucosidases, Es va utilitzar un MOF multivariat (MTV-MOF) basat en els aminoàcids L-serina i metil-L-cisteina per dur a terme la reacció de formació d'acetals de diferents compostos carbonilics. Després de la metodologia utilitzada a les seccions anteriors, l'estudi d'un MOF basat en l'aminoàcid metil-L-cisteïna i que conté Zn en la seva estructura per a la catàlisi biomimètica de compostos beta-lactamics es va dur a terme. Per a això, es va dur a terme l'estudi d'aquesta reacció amb els antibiòtics: amoxicil·lina, ceftriaxona, clindamicina i ezetimiba. Es va determinar que aquest MOF és selectiu per a la hidròlisi de l'antibiòtic amoxicil·lina i que també és capaç d'encapsular el compost beta-lactamics dins dels seus canals, com s'ha verificat mitjançant la difracció de raigs X. / [EN] In the present doctoral thesis the study of the isomerization reaction of terminal alkenes catalyzed by ruthenium has been carried out. Firstly, the isomerization reaction of terminal alkenes to their corresponding internal alkenes has been investigated under industrially advantageous conditions. For this purpose, a system catalyzed by parts per million of ruthenium and without the need to add solvents, ligands or any other additives was studied, using only temperatures above 150 oC, thus improving the conditions currently used both at academic and industrial scale. In addition, the isomerization reaction of alkenes with solid catalysts was studied. For this purpose, this reaction was carried out in a more sustainable way using heterogeneous ruthenium catalysts supported on solid supports, especially on carbon, making the reaction possible in both gas and liquid phases. To conclude, the catalytically active ruthenium species during the isomerization of terminal alkenes have been studied in order to understand and determine the mechanism governing the reaction. By mechanistic studies it has been shown that the catalytically active species for the isomerization of terminal alkenes, regardless of the initial Ru source, are peralkene Ru(II) complexes, formed in situ during the reaction. It has also been determined that the reaction proceeds via a Finke-Watzky mechanism after the formation of a d16 Ru(II)-H complex. In this PhD thesis, the use of amino acid-based metal-organic frameworks (MOFs) for biomimetic catalysis of glycosidic natural products and beta-lactamases has also been studied. First, a MOF based on the amino acid L-serine was studied as an enzymatic catalyst for acetal hydrolysis reactions mimicking glucosidase enzymes. In addition, this MOF was used for the adsorption of natural products in its channels, which allowed to carry out the complete structural determination, unknown until now, of the flavonoid brutieridine, by X-ray diffraction. Continuing with the study related to the ability of metal-organic frameworks to perform enzymatic catalysis emulating glucosidase enzymes, a multivariable MOF (MTV-MOF) based on the amino acids L-serine and methyl-L-cysteine was used to carry out the acetal formation reaction of different carbonyl compounds. Following the methodology employed in the previous sections, the study of a MOF based on the amino acid methyl-L-cysteine and containing Zn in its structure for the biomimetic catalysis of beta-lactam compounds was carried out. For this purpose, the study of this reaction was carried out with the antibiotics amoxicillin, ceftriaxone, clindamycin and ezetimibe. It was determined that this MOF is selective for the hydrolysis of the antibiotic amoxicillin and that it is also capable of encapsulating this compound beta-lactam inside its channels, as proved by X-ray diffraction. / Sanz Navarro, S. (2023). Isomerización de alquenos catalizada por rutenio sin ligando e hidrólisis de acetales catalizada por aminoácidos en redes metalorgánicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196470