Estudio de la reactividad de complejos organometálicos de los grupos 8 y 9 con b-lactamas, alquinos terminales y alenos

Resumen

En este trabajo nos hemos propuesto como objetivo la activación de enlaces N-H, C-H, C-C y C-N de moléculas orgánicas de interés, como las ß-lactamas que son la base de numerosos antibióticos como la penicilina, por complejos organometálicos de Ru, Rh, Os y Ir, así como el estudio del comportamiento observado en disolución de las unidades MH3 ó MH2 de los productos resultantes. También nos propusimos avanzar en el control de la selectividad de la inserción en los enlaces osmio¿hidruro de osmio de moléculas complejas insaturados como alquinos terminales o alenos, y de esta manera preparar productos desconocidos hasta ahora. En el primer capítulo se muestra la estrategia sintética para la preparación de una nueva clase de tribactamas que contienen un metal de transición y sus ligandos asociados en la posición 2 del anillo tricíclico y cómo estos metalatrinems se pueden formar mediante la activación heterolítica del enlace N-H de 2-azetidinonas sustituidas en la posición 4 del anillo de cuatro miembros con un N-heterociclo, como piridina y quinolina. El procedimiento es compatible con un amplio rango de complejos de partida de metales de transición (diolefinas, polihidruros, tetrahidruroboratos y dímeros semi-sandwich) y con bases internas y externas. En el siguiente capítulo se muestra cómo el complejo hexahidruro OsH6(PiPr3)2 promueve la fragmentación de la cis-1-(4-metoxifenil)-3-metoxi-4(piridin-2-il)azetidin-2-ona, vía el fragmento metálico OsH2(PiPr3)2 para dar el complejo de osmio(IV) OsH3{¿2-C,N-[py-2-CH=COMe]}(PiPr3)2. La adición del enlace C4-H del anillo de cuatro miembros a OsH2(PiPr3)2 permite la participación activa de un par de electrones solitario del átomo de osmio en el proceso de fragmentación de tipo-B del anillo de la ß-lactama. Esta participación facilita la ruptura de los enlaces paralelos N1-C4 y C2-C3, a través de un proceso por etapas con una energía de activación más pequeña que en el proceso concertado que opera en la fragmentación sin metal En el capítulo3 se muestra que las 2-azetidinonas con un sustituyente N-heterociclo en la posición 4 y un grupo fenóxido en la posición 3 pueden generar ligandos pinza CC¿N a través de su degradación promovida por un metal. El proceso implica la activación de dos enlaces C-H y la ruptura de enlaces paralelos C-N y C-C a través de una fragmentación de tipo B del anillo de cuatro miembros. Como prueba de esto, se han preparado novedosos complejos dihidruro de osmio(IV) neutros y catiónicos mediante la reacción del complejo OsH6(PiPr3)2 con las correspondientes 2-azetidinonas. Los ligandos hidruro de los nuevos compuestos sufren acoplamiento cuántico que es particularmente intenso para las sales. El fenómeno se ha cuantificado experimentalmente de acuerdo con un modelo de oscilador armónico bidimensional, donde Jex está determinada por la separación entre los ligandos hidruro, sus radios de esfera rígida y el parámetro ¿ que describe el modo vibracional H-M-H que permite el movimiento a lo largo del vector H-H. El análisis y la comparación de los datos obtenidos revelan que hay diferencias significativas entre las sales y las respectivas especies neutras. Así, se observa que en los compuestos catiónicos la separación entre los ligandos hidruro es alrededor de 0.1 Å más corta, el radio de la esfera rígida del hidrógeno crece alrededor de un 10% y el valor de ¿ decrece alrededor de un 20%. En el capítulo 4 se muestra el primer acceso directo a derivados alquilideno de osmio pentacoordinados. A diferencia de rutenio, estos compuestos eran desconocidos hasta ahora debido principalmente al mayor poder reductor del osmio, que favorece la formación de isómeros hidruro-alquilidinos. Aquí, se demuestra que esta limitación se resuelve introduciendo un grupo amida en la posición apropiada de la cadena alquílica de un alquino terminal. El grupo amida cambia la reactividad del alquino terminal con el complejo dihidruro de osmio(IV) OsH2Cl2(PiPr3)2. A diferencia de los grupos utilizados anteriormente, que favorecen la tautomerización del alquino a vinilideno para dar, finalmente, derivados hidruro-alquilidino, el sustituyente alquilamida evita la tautomerización del triple enlace promoviendo una inserción de tipo Markonikov en uno de los enlaces osmio-hidruro del precursor. Así, la migración 1,3 del otro ligando hidruro al átomo Cß (sp2) del intermedio alquenilo resultante da lugar al derivado alquilideno. Estos compuestos alquilideno son especies intermedias en la ruptura del enlace triple carbono-carbono del alquino inicial promovida por el metal. Por lo tanto son inestables a pesar de ser disustituidos, lo que esta acuerdo con el fuerte carácter reductor del osmio y su marcada preferencia para formar especies saturadas. De hecho, estos nuevos compuestos evolucionan a las especies hidruro-alquilidino hexacoordinadas, calentando o con el paso del tiempo, mediante interesantes procesos de reorganización que implican al enlace C¿-CH3 del alquilideno, que viene del triple enlace del alquino. Estas reorganizaciones consisten en un desplazamiento 1,2 del grupo metilo desde el átomo C¿ del ligando alquilideno al centro metálico y la posterior extrusión de metilideno, o de una activación de un enlace C-H, del grupo CßH2 de la cadena alquillica, promovida por el metal, junto con un desplazamiento 1,2 grupo metilo. A pesar de su inestabilidad, el ligando alquilideno de estos compuestos sufre metátesis con alenos, dando especies vinilideno pentacoordinadas, siendo de esta manera una entrada útil a interesantes ligandos vinilideno con el átomo de carbono Cß sustituido con dos grupos carbonados. Finalmente, en el último capítulo se describe cómo la hidrometalación de uno de los dobles enlaces C-C y la eliminación de la olefina son dos pasos fundamentales en las reacciones de reducción de alenos. Este estudio revela que la sustitución de un ligando cloruro en el complejo OsH2Cl2(PiPr3)2 por un hidruro, para dar el derivado OsH3Cl(PiPr3)2, produce un cambio drástico en el comportamiento del sistema con alenos gem-disustituidos. Además el estudio muestra que la regioselectividad en la primera etapa determina la segunda etapa.