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Ministerio de Ciencia y Tecnología, DGES (proyecto PB97-0133); Generalitat Valenciana (CTIDIB/2002/318)

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En la presente memoria se describen nuevos métodos sintéticos desarrollados para la preparación de compuestos que poseen la unidad de perhidrofuro[2,3-b]furano. En el Capítulo 1 se describe una nueva metodología, basada en la reacción de Wacker, que permite obtener de una manera directa perhidrofuro[2,3-b]furanos a partir de 3-metiliden-1,5-dioles. En el Capítulo 2 se estudia la preparación de nuevos 3-metiliden-1,5-dioles empleando dianiones dilitiados como intermedios de reacción. Estos metilidendioles son transformados en perhidrofurofuranos sustituidos en la posición 2. En el Capítulo 3 se explora la posibilidad de obtener otros 3-metiliden-1,5-dioles más funcionalizados, empleando reacciones eno-carbonilo y su posterior transformación en los correspondientes perhidrofuro[2,3-b]furanos sustituidos en la posición 2.

En la presente memoria se describe el estudio sobre la preparación de sistemas catalíticos litio/areno o dieno y paladio/derivado de imidazol para su uso en reacciones de formación de nuevos enlaces carbono-carbono. En el primer capítulo se estudia la reacción de litiación de un cloruro secundario [(2-cloropropil)benceno] empleando litio metálico y una cantidad subestequiométrica de un derivado de binaftaleno quiral como transportador de electrones [(R)-BINOL, (R)-BINAP, (R)-H8-BINAP, (S)-Tol-BINAP, (R)-2,2-bis(1-pinolidilo )-1, 1 '-binaftaleno y (S)-2,2 '-dimetil-1, 1 '-binaftaleno], y la posterior reacción del intermedio organolítico generado con distintas cetonas simétricas. El proceso de litiación empleando (S)-2,2' -dimetil-1,1 '-binaftaleno y en presencia del electrófilo (condiciones de reacción tipo Barbier) a temperatura ambiente dio lugar, tras hidrólisis, a los conespondientes alcoholes con enantioselectividades hasta del 50%. En el segundo capítulo se estudia la reacción de litiación en el carbono 2 de diferentes derivados de imidazol N-sustituidos con alquilos primarios (butilo, pentilo y dodecilo) o secundarios (ciclohexilo y 1-metilheptilo) a través de una metología basada en el uso combinado de litio e isopreno. La posterior adición nucleofílica de los correspondientes intermedios derivados de 2-litio-imidazol a diferentes compuestos carbonílicos como electrófilos (condiciones de reacción tipo Grignard), dio lugar a la formación de los correspondientes derivados de imidazol 1 ,2-disustituidos. En el tercer capítulo se lleva a cabo la preparación de diferentes derivados de imidazol hidroxi- y amino-funcionalizados a partir de 1-metil y 1-(dietoximetil)imidazol mediante el uso de una metodología de litiación mediada por isopreno, y posterior reacción con distintos compuestos carbonílicos e iminas como electrófilos. A continuación, estos derivados de imidazol se han empleado, en combinación con acetato de paladio(II), como sistema catalítico para la reacción de acoplamiento tipo Hiyama en ausencia de fluoruros y bajo inadiación con microondas. El estudio del sistema catalítico a través de la utilización de protocolos estadísticos de Diseño de Experimentos (DoE) mostró que el mejor ligando es 1-[(4-clorofenil)(1-metil-2-imidazolil)metil]anilina. El estudio reveló también una interacción entre la proporción Pd/ligando y la cantidad de TBAB. El uso de dicho sistema catalítico formado in situ con una proporción Pd/ligando 1:2, en ausencia de disolvente, empleando NaOH como base y utilizando un 20% molar de TBAB como aditivo representa un procedimiento robusto capaz de operar para una variedad de (trialcoxi)arilsilanos, tanto con bromuros como con cloruros de arilo (en relación equimolecular) para la síntesis de derivados de biarilo. En el cuarto capítulo se estudia en primer lugar el uso de 1,3-bis(carboximetil)imidazol (preparado mediante reacción entre glicina, glioxal y formaldehído) en combinación con acetato de paladio(II) como sistema catalítico para el acoplamiento tipo Hiyama en ausencia de disolvente, empleando NaOH como base y bajo inadiación con microondas. El estudio a través de la utilización de protocolos estadísticos de Diseño de Experimentos (DoE) reveló que dicho derivado de imidazol funcionalizado con grupos carboxilo resulta menos efectivo que otras sales de imidazolio hidroxi-funcionalizadas. A continuación se estudia el empleo de1 ,3-bis(carboximetil)imidazol como ligando de paladio en la reacción Suzuki-Miyaura. El estudio a través de la utilización de protocolos estadísticos de Diseño de Experimentos (DoE) del sistema catalítico formado in situ a partir de dicho precursor de carbeno N-heterocíclico funcionalizado (0.2% molar) y acetato de paladio(II) (0.1% molar) reveló que se trata de un sistema muy activo en disolventes próticos, especialmente en metanol. La información obtenida de dicho estudio estadístico reveló también una interacción entre tres de los parámetros considerados: disolvente, uso de aditivo y proporción Pd/ligando. El empleo de dicho sistema catalítico posibilitó la síntesis de derivados de biarilo y de estilbeno partiendo de una variedad de bromuros de arilo y de organoboranos derivados de arilo y vinilo, como ácidos borónicos y trifluoroboratos de potasio, en 15 min y bajo calentamiento convencional.

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.