En la presente memoria se describe la síntesis de varios organocatalizadores bifuncionales derivados de L-prolina y aminas o 1,2-aminoalcoholes quirales y derivados de bencimidazoles. Además se detalla su aplicación en la catálisis asimétrica de reacciones de adición conjugada y reacciones aldólicas.

En la presente memoria se describe la síntesis y aplicaciones de nuevos organocatalizadores derivados de B1NAM y prolina en reacciones aldólicas. Se ha puesto a punto la síntesis de las diferentes prolinamidas derivadas de BINAM y prolina, discutiendo su estructura, relación entre ellas, así como su recuperación. Se ha estudiado la actividad catalítica de los nuevos catalizadores BINAM-prolinamidas en condensación aldólica directa entre aldehidos y cetonas alifáticas, en diferentes disolventes comparando con L-Pro. Las prolinamidas han sido recuperadas por técnicas de extracción sencillas, pudiendo ser reutilizadas. Además, se describe el estudio del control de la regio-, diastereo-, y enantioselectividad en reacciones aldólicas directas organocatalizadas por L-prolina y BINAM-prolinamidas utilizando la a-hidroxi ó a-alcoxiacetonas como donores lo cual ha permitido sintetizar mayoritariamente los correspondientes dioles anti. Los tiempos de reacción se han reducido cuando se usa como cocatalizador un ácido carboxílico en medios acuosos. Se ha observado que en presencia de ácido benzoico además de que los tiempos de reacción son mucho más cortos, se mantiene e incluso se mejora la regio-, diastereo-, y enantioselectividad en la mayoría de los casos. Se ha llevado a cabo la síntesis enantio- y diastereoselectiva de a,B-epoxicetonas llevando a cabo la reacción aldólica de a-cloroacetona con diferentes aldehidos seguido de ciclación intramolecular de los a-cloroaldoles. Se describe también el estudio de la reacción aldólica directa organocatalizada por (Sa-BINAM-L-prolinamida y ácido benzoico en ausencia de disolventes, bajo estas condiciones se ha podido disminuir la cantidad de cetona utilizada y mejorar los tiempos de reacción, así como la regio-, diastereo-, y enantioselectividad. También se ha estudiado el posible mecanismo de reacción para la reacción aldólica organocatalizada por (Sa)-BINAM-L-prolinamida utilizando la técnica de espectrometría de masas mediante ionización por electrospray. De estos estudios se puede deducir que aunque se forma la doble enamina, solamente una unidad de prolinamida lleva a cabo la reacción aldólica. / In this work, the synthesis and applications of new organocatalysts derived of BINAM and proline are described in aldol reactions. The catalyts synthesis are described, explaining their structure, the relationship between them and as well as, the conditions for its recovery. Applications of the new catalysts BINAM-prolinamides in direct aldol condensations between aldehydes and aliphatic ketones are described in several solvents. In addition, comparison studies with L-Pro and the recovery of the catalyst after the reaction by simple extractive techniques are performed. Reaction conditions are studied in order to control the regio-, diastereo-, and enantioselectivities of aldol direct reactions organocatalyzed by L-proline and BINAM-prolinamides between aldehydes and oc-hydroxy or a-alcoxyacetones to the anti aldols. The rection times were reduced for aldol direct reactions using (Sa-BINAM-L-prolinamide and carboxilic acids as cocatalysts in aqueous media giving similar regio-, diastereo- and enantioselectivities. The enantio- and diastereoselective synthesis of a,B-epoxyketones by the aldol reaction of the a-chloroacetone with several aldehydes followed by intramolecular cyclization of the a-chloroaldols is described. Studies on the aldol direct reaction organocatalyzed by (Sa)-BINAM-L-prolinamide and benzoic acid in absence of solvent are described, as well as, the decreasing in the amount of ketone used, trying to improve the reaction times, the regio-, diastereo- and enantioselectivities. Finally, studies on the mechanism of the aldol direct reaction organocatalyzed by (Sa)-BINAM-L-prolinamide are described, using ionization electrospray mass spectroscopy techniques. From these mechanistic studies it can be deduced that in spite of the formation of double enamine, only one enamine is working in the aldol direct reaction.

En el Capítulo I se describe la obtención de nuevas aminoguanidinas a partir de trans-ciclohexano-1,2-diaminas enantiopuras y su empleo como organocatalizadores quirates en la reacción de adición Michael enantioselectiva de aldehídos a maleimidas, para sintetizar succinimidas enantioméricamente enriquecidas, las cuales son estructuras con propiedades biológicas y precursores de otros compuestos de interés como las y-lactamas. Se confirmó experimentalmente la configuración absoluta de los aductos mediante análisis de rayos X de uno de los productos, tras su oxidación, y se llevaron a cabo cálculos DFT para justificar la enantioselección observada en el proceso. Como muestra de la utilidad sintética de las succinimidas quirales obtenidas, se llevó a cabo un proceso one-pot consistente en la secuencia de adición Michael enantioselectiva de aldehídos a maleimidas, aminación reductora del aducto y lactamización final para obtener y-lactamas. Asimismo, estos organocatalizadores fueron empleados en la reacción de adición Michael enantioselectiva de isobutiraldehído a nitroalquenos para sintetizar -y-nitroaldehídos enantioenriquecidos. Asimismo, se realizaron cálculos teóricos para justificar el mecanismo a través del cual evolucionaba este proceso enantioselectivo. En el capítulo II se muestra el uso de 1,2-diaminas quirales comercialmente asequibles como organocatalizadores en la adición conjugada enantioselectiva de aldehídos a maleimidas para sintetizar derivados de succinimidas quirales. Asimismo, se llevaron a cabo cálculos teóricos para justificar la enantioselectividad observada.

En la presente Memoria se describe la síntesis de organocatalizadores bifuncionales quirales derivados de la trans-1,2-ciclohexanodiamina, ya que son accesibles sus dos enantiómeros. En el Capítulo I, se han llevado a cabo Reacciones aldólicas enantioselectivas catalizadas por prolinamidas derivadas de trans-1,2- ciclohexanodiaminas y pirimidina, empleando ácido adípico (ácido hexanodioico, HDA) como co-catalizador en ausencia de disolvente. Además de las prolinamidas empleadas y de una prolinotioamida derivada de estas, han sido evaluadas otras aminas primarias caracterizadas por disponer diferentes otras unidades heterocíclicas capaces de participar en el estado de transición. Los mejores resultados se alcanzaron usando las prolinamidas (se trabajó con dos diastereoisómeros) y no las aminas primarias. Se han estudiado tanto, la reacción aldólica inter- como la intramolecular. En primer lugar, se estudió la reacción aldólica intermolecular con la pareja aldehído-cetona, alcanzando excelentes resultados para los mayoritarios anti-aldoles finales. Seguidamente, se consideró la reacción aldólica intermolecular aldehído-aldehído catalizada por las prolinamidas sintetizadas. Además, se estudió la versión intramolecular, obteniendo la propia cetona de Wieland-Miescher y otras cetonas bicíclicas relacionadas. El escalado de ambas reacciones, aportó mejorías en los resultados finales siendo posible además, recuperar el catalizador del propio medio de reacción. Los resultados estereoquímicos experimentales obtenidos en la reacción aldólica intermolecular, han sido justificados con la ayuda de cálculos computacionales, mostrando mediante modelos teóricos el papel bifuncional de las prolinamidas sintetizadas. En el Capítulo II, se han llevado a cabo diferentes Adiciones conjugadas enantioselectivas catalizadas por aminas primarias derivadas de trans-1,2- ciclohexanodiaminas. En primer lugar, se realizó la adición enantioselctiva de diferentes aldehídos a maleimidas N-sustituidas por grupos alquilo y arilo, evaluando las diferentes aminas primarias sintetizadas. Tras la optimización, se concluyó que los mejores resultados tenían lugar cuando se usó la amina primaria derivada de la pirimidina. La reacción se realizó en presencia de nuevo, de ácido adípico (HDA) como co-catalizador en un medio acuoso de N,Ndimetilformamida (DMF) y a una temperatura de 0-5 °C. Las succinimidas se obtuvieron con buenos rendimientos y enantioselectividades. Los resultados experimentales obtenidos han podido ser explicados mediante cálculos computacionales, constatando que en disolventes polares el grupo 2-aminopirimidinil actúa bloqueando una de las caras de la enamina. Además se comprobó, empleando un estudio de efecto no lineal, que era sólo una molécula de catalizador la que se encarga de la catálisis. En este caso también se escaló la reacción, manteniéndose los resultados finales. La recuperación del organocatalizador, no fue posible en este caso. Por otra parte, se intentó la adición de varias cetonas e incluso malonatos a la N-fenilmaleimida (NPM), sin que se observara inducción asimética. Finalmente, se trabajó con otros aceptores Michael como son los nitroalquenos, con diferentes organocatalizadores tipo amina primaria. Empleando la amina primaria derivada del bencimidazol, se realizó la adición conjugada de isobutiraldehído a trans-nitroestireno. El exceso enantiomérico conseguido en el aducto Michael final, tras realizar diferentes modificaciones en las condiciones de reacción, fue aceptable aunque el rendimiento fue bajo. Para terminar se intentó la adición Michael, empleando la amina primaria derivada de pirimidina, sobre compuestos carbonílicos, β-cetoéster y chalcona, alcanzando bajos excesos enantioméricos.

En la presente memoria se describe la síntesis y aplicación de varios organocatalizadores quirales en reacciones aldólicas y adición Michael. Para ello se describe la síntesis de distintos compuestos derivados de 1,1'- Binaftil-2,2'-diamina (Binam) y prolina. Dichos compuestos se aplican en la reacción aldólica intermolecular sin disolvente empleando aldehídos como electrófilos. En estas condiciones se llega a obtener excesos enantioméricos de hasta el 98%. Además, se estudia la recuperación del catalizador del medio de reacción. También se detalla el estudio llevado a cabo sobre el mecanismo de reacción mediante Espectrometría de Masas empleando la técnica de Ionización por Electroespray (ESI-MS). El organocatalizador derivado de (Sa)-Binam-D-prolina en combinación con ácido cloroacético se emplea en la reacción aldólica intermolecular empleando α-cetoésteres como electrófilos en ausencia de disolvente, obteniéndose tras reacción con cetonas alifáticas y α-funcionalizadas acíclicas, aldoles cuaternarios con un elevado grado de funcionalidad, con excesos enantioméricos de hasta el 94%. También se estudia la síntesis de la cetona de Weiland-Miescher y análogos, mediante la reacción de Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert en condiciones de ausencia de disolvente catalizada por N-Tosil-(Sa)-binam-L-prolinamida en presencia de ácido benzoico, obteniéndose enantioselectividades de hasta el 97%. Por último, se estudia la aplicación de estos compuestos en otras reacciones de formación de enlaces C-C, como por ejemplo la adición Michael de α-alcoxicetonas a nitroalquenos catalizadas por el derivado de (Sa)-Binam-L-prolina, empleando n-hexano como disolvente, obteniéndose las γ-nitrocetonas correspondientes con excesos enantioméricos de hasta el 60%. / Herein, the synthesis and applications of some chiral organocatalysts to aldol reactions and Michael additions are described. For this reason, the synthesis of 1,1'-Binaphthyl-2,2'- diamine (Binam) and proline derivatives compounds is described. These compounds are applied in the solvent-free aldol reaction employing aldehydes as electrophiles in the presence of benzoic acid. Under these conditions, the corresponding aldols were obtained up to 98% enantiomeric excess. Also, the catalyst recovery from the reaction medium is described. Moreover, reaction mechanism studies have been carried out through ESI-MS experiments. The organocatalyst derived from (Sa)-Binam-D-proline in the presence of chloroacetic acid, is employed in the solvent-free aldol rection using α-ketoesters as electrophiles, obtaining after reaction with aliphatic and α-functionalized ketones, the corresponding quaternary aldols with a high degree of functionality, affording enantioselectivities up to 94%, Also, the synthesis of the Weiland-Miescher ketone and analogues through the Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert reaction is studied, under solvent-free conditions using N-Tosyl-(Sa)-binam-L-prolinamide in the presence of benzoic acid, affording enantioselectivities up to 97%. Finally, the application of these compounds in other C-C bond formation reaction, like the Michael addition of α-alcoxyketones to nitroalkenes catalyzed by the (Sa)-Binam-L-proline derivative compound was explored, employing n-hexane as solvent and affording the corresponding γ-nitroketones with enantiomeric excess up to 60%. / Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación por parte del Ministerio de Educación y Ciencia (CTQ2004-00808/BQU), CTQ2007-62771/BQU) y “Consolider Ingenio 2010-CSD2007-00006”, por la Generalitat Valenciana (CTIOIB/2002/320, GRUPOS03/134 y GV05/157) y por la Universidad de Alicante (GRJ06-05).

En la presente memoria se describe el empleo de sales de amonio derivadas de alcaloides de Cinchona como organocatalizadores quirales recuperables en diferentes transformaciones enantioselectivas. En el Capítulo I se han llevado a cabo cuaternizaciones enantioselectivas de B-cetoésteres cíclicos. Así, se han realizado adiciones Michael, alquilaciones y aminaciones enantioselectivas, en condiciones de reacción suaves. En el Capítulo II se describe el empleo de una sal de amonio dimérica derivada de la cinconidina como organocatalizador de transferencia de fase quiral en la alquilación enantioselectiva de oxazol-5-(4H)-onas. Finalmente, en el Capítulo III se ha profundizado en el estudio de la dependencia de la enantioselectividad con la temperatura en la cianoformilación enantioselectiva de aldehídos, empleando la anterior sal de amonio dimérica de cinconidina. Asimismo, se ha extendido la aplicación de esta metodología a un mayor rango de aldehídos. Estas sales de amonio diméricas han podido ser recuperadas mediante precipitación y posterior filtración, y reutilizadas sin pérdida de actividad.

En la presente memoria se describe la síntesis y aplicación de diversos organocatalizadores quirates derivados de 2-aminobencimidazol en reacciones de adición Michael de compuestos 1,3-discarbonílicos a maleimidas. En este trabajo se ha preparado un organocatalizador quiral y reciclable con simetría C₂ derivado de bencimidazol y (1R,2R)-ciclohexano-1,2-diamina y se ha utilizado con éxito en la adición conjugada de β-dicetonas, β-cetoésteres y malonatos de dialquilo a maleimida y maleimidas N-sustituidas. La adición, que se lleva cabo en tolueno y a temperatura ambiente, conduce a las correspondientes succinimidas quirales con buenos rendimientos, moderadas diastereoselectividades y excelentes excesos enantioméricos. También se han realizado estudios mecanísticos mediante cálculos computacionales DFT y estudios de difusión por resonancia magnética nuclear para determinar el modo de actuación del catalizador y el estado de transición de la reacción de adición conjugada de compuestos 1,3-dicarbonílicos a maleimidas que han confirmado el estado de transición y mecanismo propuestos.

En el año 2003, nuestro grupo de investigación comenzó a trabajar en el campo de la organocatálisis haciendo uso de prolinamidas como catalizadores. En el presente trabajo se muestra la síntesis y aplicación de varios organocatalizadores quirales derivados de 1,1'-binaftil-2,2'-diamina (Binam) y prolinamidas en la reacción aldólica directa de α-oxoaldehídos como aceptores tales como ácido glioxílico, glioxilato de etilo, metilglioxal y 2,2-dimetoxiacetaldehído, con varios tipos de cetonas y aldehídos como donores, con el fin de obtener derivados de γ-oxo-α hidroxicarboxílicos con un alto nivel de estereocontrol.

En la última década dos áreas en síntesis orgánica han emergido con especial impacto en la comunidad investigadora: metátesis y organocatálisis. Ambas metodologías tienen en común que pasaron desapercibidas durante años a pesar de su potencial, y solo recientemente han atestiguado un extraordinario renacimiento. La enorme atención que los científicos han puesto en ellas se debe al amplio rango de posibilidades que ambas ofrecen in síntesis orgánica, la reacción de metátesis de olefinas en la creación de enlaces C=C y la organocatálisis en síntesis asimétrica a partir de precursores aquirales. Por lo tanto, estas metodologías capturaron nuestra atención y decidimos involucrarnos in estas dos áreas. El proyecto de tesis se puede dividir en dos bloques principales: a) procesos tandem o en cascada, siendo una de las etapas una reacción de metátesis y b) síntesis enantioselectiva de compuestos nitrogenados a través de organocatálisis. La primera mitad consiste en dos procesos tandem, reacciones RCM-isomerización y CM-aza-Michael intramolecular. Aunque la primera de ellas ya era conocida, hemos comprobado que es posible llevar a cabo dicho protocolo empleando el catalizador de Grubbs de 2ª generación sin el empleo de aditivos. La influencia de F en el proceso global también ha sido objeto de estudio. La segunda de ellas ha sido estudiada por primera vez empleando catalizadores de metátesis. En la segunda mitad se han desarrollado dos reacciones enantioselectivas para la síntesis de aminoalcoholes fluorados y heterociclos nitrogenados a través de reacción de Mannich y aza-Michael intramolecular organocatalíticas respectivamente. En ambos casos los catalizadores elegidos fueron prolina y derivados de ésta. Finalmente, la metodología desarrollada se ha aplicado en la síntesis de tres alcaloides de tipo piperidina. / Jiménez Huerta, JD. (2008). Organocatálisis y reacciones támdem de compuestos nitrogenados: Síntesis y reactividad [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2423

En la present Tesi s’han abordat dos camps de gran actualitat en la Química Orgànica actual, l’organocatàlisi i la catàlisi promoguda per complexos d’Au(III). En ambdós blocs s’han orientat els esforços en la recerca de nous mètodes sintètics o en aprofundir en els ja existents a fi de millorar−los; sense perdre de vista en cap cas la seva aplicabilitat a casos sintètics reals. En el primer Bloc s’ha tractat de solucionar el problema de la lentitud de moltes de les transformacions organocatalíques. S’ha trobat com la oxazolidinona derivada de la condensació de la L−prolina amb el pivalaldehid (oxazolidinona de Seebach, d’ara endavant SolPro) permet dur a terme reaccions aldòliques entre cetones i aldehids en tan sols dues hores, millorant significativament molts dels temps de reacció descrits en la literatura. Els estudis per RMN de 1H van permetre de determinar que el procés clau era el bescanvi del pivalaldehid amb la cetona corresponent. També es van realitzar una sèrie de càlculs teòrics a fi d’esbrinar quin o quins podien ser els mecanismes implicats en aquests bescanvis. En el darrer capítol del Bloc 1 s’ha avaluat l’activitat catalítica de la SolPro en la reacció de Michael entre nitroalcans i cetones alfa,beta−insaturades, trobant−se que també l’accelera però no de manera tan espectacular com en el cas de l’aldòlica. En el segon Bloc s’han estudiat diverses transformacions que involucren, directa o indirectament, el grup nitro. En el capítol 2.2 s’han preparat diverses N−sulfenilimines quirals amb un procediment desenvolupat recentment en el nostre grup de recerca. En el capítol 2.3 s’ha posat a punt un mètode d’hidròlisi d’N−sulfenilimines realment suau i que evita la racemització dels estereocentres en alfa. Després d’haver provat diversos àcids de Lewis s’ha trobat que l’ús de quantitats catalítiques d’AuBr3 més l’addició de nitrit d’isoamil, permet d’obtenir cetones quirals a partir de la corresponent N−sulfenilimina. A més, és possible acoblar el mètode de formació d’N−sulfenilimines amb el d’hidròlisi d’aquestes, de manera que s’ha desenvolupat una reacció de Nef formal que transcorre en condicions molt suaus (pH pràcticament neutre) i sense racemització dels estereocentres en alfa. En el capítol 2.4 s’ha estudiat la transformació d’oximes a carbonils. De nou, l’AuBr3 s’ha mostrat com l’únic àcid de Lewis que permet la formació de cetones (o aldehids) a partir d’oximes. S’ha aconseguit que el procés sigui catalític si s’empra biacetil o isovaleraldehid com additius. Les condicions en les que té lloc la reacció són suaus (si bé el pH baixa lleugera o moderadament durant el decurs de la reacció). S’ha fet un estudi pioner per Espectrometria de Masses en Electroesprai en mode negatiu a fi de conèixer els detalls mecanístics, trobant−se que les espècies de tipus AuBrx(OH)y─ són les predominants i com la oxima s’hi coordina desplaçant Br─. El mètode s’ha aplicat a més d’una vintena de cetoximes i aldoximes obtenint−se resultats excel•lents. / This Thesis deals about Organocatalysis and gold−mediated catalysis, two fields that have experienced a rapid growth in recent years. In both sections, the efforts have been focused in the development of new synthetic methodologies or in gaining insight into existing procedures in order to improve them. In the first section, we attempted to solve the problem of the slow rate of some organocatalytic transformations. Several oxazolidinones were prepared and then were tested in aldol reactions between ketones and aldehydes. The most efficient was Seebach’s oxazolidinone (SolPro). With this catalyst aldol reaction take less than 2 hours. Exchanges between pìvalaldehyde and different ketones were proved by 1H-NMR studies which suggested that these exchanges are essential in the mechanism. Finally, in chapter 1.5, the scope of the catalytic activity of SolPro was evaluated in a Michael reaction between nitroalkanes and alpha, beta-unsaturated ketones. Transformations in which the nitro group is involved were studied in the second section. In chapter 2.2 several chiral N-sulphenylimines were prepared according a novel procedure developed in our group. In chapter 2.3 a novel method to hydrolyze N-sulphenylimines was developed, which works in very mild conditions (room temperature, almost neutral pH) and avoids the racemization of alpha stereocenters. After an exhaustive screening of several Lewis acids, only AuBr3 catalyzed the reaction at neutral pH and afforded the corresponding ketone without racemization of alpha-stereocenters. Finally, in chapter 2.4, the transformation of oximes into carbonyl compounds was studied. Again, only AuBr3 was able to perform the hydrolysis of oximes into ketones (or aldehydes) in mild conditions (although the pH decreased slightly or moderately during the reaction). A pioneering study by Mass Spectroscopy (Electrospray in negative mode) showed that oximes coordinate to species like AuBrx(OH)y─ and this coordination is crucial in order to obtain the carbonyl compound.