Los organosilanos como agentes de acoplamiento carbono-carbono catalizado por paladio en agua

Resumen

La importancia creciente de los reactivos organometálicos (Li, Mg, Al, Zn, B, Sn, Si) en las últimas décadas, ha hecho que su empleo se haya extendido de forma general a la Síntesis Orgánica y farmacéutica. Las reacciones de acoplamiento cruzado entre reactivos organometálicos y haluros orgánicos, catalizadas por metales de transición, son en la actualidad el método más usado para la formación de enlaces - carbonocarbono. En Síntesis Orgánica, el interés por el agua como disolvente surge principalmente a partir de 1980, cuando Breslow y col. descubrieron que el agua usada como disolvente acelera las reacciones de DielsAlder entre ciclopentadieno y butenona. En la actualidad, se conocen ejemplos en medio acuoso de casi todas las reacciones orgánicas más útiles. El agua es, desde luego, un disolvente barato y seguro, que puede aliviar los problemas medioambientales asociados con el uso de disolventes orgánicos, por lo que el desarrollo de la Síntesis Orgánica en agua se asocia al de la llamada Química Verde. Ciertas visiones idílicas son, sin embargo, demasiado simplistas, tal como se ha manifestado críticamente en ocasiones, ya que no debe olvidarse que el disolvente de la reacción no es más que uno de los múltiples factores en la evaluación de un proceso químico. En la tesis doctoral realizada se ha mostrado que los arilalcoxisilanos y vinilalcoxisilanos son reactivos útiles en las reacciones de acoplamiento CC con bromoarenos catalizadas por paladio en agua, permitiendo la síntesis selectiva de bifenilos , estirenos y estilbenos (esquema 3) con excelentes rendimientos. Uno de los mayores logros sintéticos, de entre los procesos estudiados en esta Tesis doctoral, ha sido la obtención con altos rendimientos de estilbenos simétricos y asimétricos mediante reacciones consecutivas de HeckdesililaciónHeck entre tri(etoxi)vinilsilano y bromoarenos en agua. Además, muchos de estos productos pueden aislarse del medio de reacción mediante una simple filtración, sin emplear disolventes orgánicos, con las ventajas medioambientales que ello conlleva. Los grupos alcóxido de los organoalcoxisilanos se hidrolizan en el medio básico de reacción generando los correspondientes organosilanolatos, que han sido convenientemente aislados y caracterizados. Estos organosilanolatos son solubles en agua y estables en medio básico. Precisamente, la formación de estas especies silanolato a pH básicos parece ser un requisito para obtener buenas actividades catalíticas. El estudio del mecanismo de la reacción entre haloarenos y vinilalcoxisilanos en agua ha descartado la existencia de una reacción de Hiyama, como había sido propuesta prematuramente por varios autores, incluidos nosotros. El proceso que está operando en la vinilación engloba una reacción de Heck, que genera un ß-silil-estireno, seguido de una etapa de desililación, cuyo mecanismo es dependiente de las condiciones y el catalizador empleados. Además, cuando la reacción se realiza a temperaturas mayores de 100 C en un medio acuoso básico de hidróxido de sodio, existe un proceso de desililación solvolítico no mediado por paladio. El intermedio clave de la reacción es el hidruro de paladio que se forma durante el ciclo de la reacción de Heck entre un haloareno y un alqueno. Este hidruro de paladio, en vez de regenerar la especie de Pd(0) por eliminación reductora de un haluro de hidrógeno, transfiere preferentemente el hidruro a una sililolefina para posteriormente desililarla. Cabe destacar la estabilidad de los hidruros de paladio formados en el ciclo de Heck, en un medio acuoso básico de pH > 12, lo que permite que se produzca el intercambio de olefina sobre su esfera de coordinación. Una acertada elección del catalizador empleado en la hidrosililación del acetileno deuterado con trietoxisilano, nos permitió la preparación de los isotopómeros dideuterados (Z) y (E) del tri(etoxi)vinilsilanod2, con buenos rendimientos y estereoselectividades . Ambos isotopómeros fueron utilizados para estudiar el mecanismo de la reacción de vinilación, permitiendo identificar las diferentes rutas de reacción. El análisis del medio de reacción acuoso mediante microscopía de transmisión electrónica (TEM), nos ha permitido estudiar con qué precursores catalíticos se forman nanopartículas de paladio y relacionar este resultado con los encontrados a la hora de estudiar el mecanismo de la vinilación. Finalmente, se han sintetizado nuevas estructuras terpénicas mediante la reacción de telomerización del isopreno con glicerol y poli(etilen)glicol (PEG) catalizada por complejos carbeno de paladio . Este es el primer ejemplo de la telomerización del isopreno con un alcohol diferente del metanol.