Acoplamiento C-C con ruptura de enlaces C-H: reacciones de arilación de arenos catalizadas por paladio y asistidas por el ligando 2,2'-bipiridin-6(1H)-ona

Abstract

Las reacciones de formación de enlaces C-C catalizadas por paladio son fundamentales en la construcción de moléculas complejas de interés en Química Fina. Habitualmente estas reacciones emplean un haloderivado orgánico RX y un compuesto organometálico R’MLn. Ambos reactivos son preparados mediante procedimientos con varias etapas de síntesis desde los correspondientes hidrocarburos, que son las materias primas disponibles. Conseguir realizar estas reacciones desde hidrocarburos mediante la activación directa del enlace C-H es un reto que permitiría ahorrar muchos pasos sintéticos, uno de los requisitos de la Química Verde. Generalmente, las reacciones de acoplamiento cruzado con activación C-H emplean complejos metálicos con ligandos que modulen la densidad electrónica del centro metálico y una base externa que es la que asiste en la deprotonación del hidrocarburo. El objetivo general de este trabajo es conseguir acelerar estas reacciones mediante el empleo de un ligando que, además de modular la densidad electrónica del metal, contenga un grupo básico que sea capaz de producir la activación C-H de un areno mediante un mecanismo intramolecular en la esfera de coordinación del metal. Este papel cooperativo o bifuncional del ligando se ha explotado en otros procesos catalíticos y también se ha explorado en el contexto de las reacciones de acoplamiento de arenos o alquenos. Sin embargo, en estas últimas reacciones, las pruebas experimentales de dicho papel o no existen, o son muy indirectas. Por ello este trabajo tiene también como objetivo aportar evidencias experimentales inequívocas de que se puede usar un ligando cooperativo en el acoplamiento cruzado de hidrocarburos catalizada por paladio. Esta tesis doctoral recoge el trabajo realizado con el ligando cooperativo 2,2’-bipiridin-6(1H)-ona y otros derivados necesarios para los estudios mecanísticos, así como la síntesis de nuevos complejos de Pd(II) con dichos ligandos. El Capítulo 3 y el Capítulo 4 abarcan la aplicación del ligando sintetizado en reacciones de acoplamiento con activación C-H de arenos. Se ha llevado a cabo un estudio detallado de estas reacciones mediante la síntesis de intermedios de reacción, experimentos cinéticos y cálculos computacionales para entender el mecanismo por el que transcurren. En el contexto de estos estudios, se han desarrolado reacciones de deuteración de fluoroarenos aplicables tanto en síntesis como para estudios mecanísticos de reacción, que se describen en el Capítulo 5.