Nuevos ligandos cooperativos tipo piridona en reacciones de activación C-H mediadas por paladio

Abstract

Las reacciones de acoplamiento C-C de hidrocarburos mediadas complejos de paladio que implican una activación de un enlace C-H representan una alternativa más verde a los acoplamientos tradicionales catalizados por paladio. Cuando se emplean hidrocarburos directamente, no es necesario preparar los reactivos utilizados en los acoplamientos convencionales, lo que mejora la sostenibilidad y la eficiencia de los procesos químicos. La ruptura del enlace C‒H es difícil y los ligandos con un grupo básico capaz de desempeñar un papel cooperativo o bifuncional son esenciales para la activación de C‒H. En el grupo de investigación en que se ha llevado a cabo este trabajo se han desarrollado sistemas catalíticos eficientes para la funcionalización de arenos con el ligando [2,2'-bipiridin]-6(1H)-ona (bipy-6- OH), que tiene un papel cooperativo en la ruptura del enlace C-H por un mecanismo de metalación-deprotonación concertada. En este trabajo fin de máster se han preparado nuevos ligandos de tipo PXPO (pyridine-bridge-pyridone) con un grupo dador de densidad electrónica como puente entre los dos anillos heterocíclicos, con el fin de que su influencia haga que el oxígeno piridónico sea más básico y facilite la ruptura del enlace C-H. Se han diseñado rutas sintéticas eficientes para los ligandos propuestos y se han sintetizado sus correspondientes complejos de paladio, modelo de alguno de los intermedios posibles en la catálisis de acoplamiento de arenos. Su capacidad cooperativa ha sido evaluada mediante cálculos por métodos de DFT, experimentos estequiométricos de activación C-H por descomposición de complejos y por la eficiencia catalítica mostrada en reacciones modelo como la arilación directa de piridina y tolueno. Los ligandos han demostrado su capacidad de promover la ruptura de un enlace C(sp2 )-H de piridina o tolueno en reacciones estequiométricas. Sin embargo su actividad en catálisis de arilación directa de estos arenos es moderada o pobre, indicando una situación más compleja donde estos ligandos desfavorecen otra u otras etapas del ciclo catalítico

Palladium mediated C-C coupling reactions of hydrocarbons involving C-H bond activation represent a greener alternative to traditional palladium-catalyzed couplings. When hydrocarbons are employed directly, it is unnecessary to prepare the reagents used in conventional couplings, which enhances the sustainability and efficiency of chemical processes. The cleavage of the C-H bond is difficult, and ligands with a basic group capable of playing a cooperative or bifunctional role are essential for C-H activation. In the research group where this work was conducted, efficient catalytic systems for the functionalization of arenes have been developed using the ligand [2,2'-bipyridin]-6(1H)-one (bipy-6-OH), which has a cooperative role in the C-H bond cleavage through a concerted metalation-deprotonation mechanism. In this master's thesis, new PXPO-type ligands (pyridine-bridge-pyridone) with an electron-donating group as a bridge between the two heterocyclic rings have been prepared. In this way the pyridone oxygen becomes more basic and this could facilitate the C-H bond cleavage. Efficient synthetic routes have been designed for the proposed ligands, and their corresponding palladium complexes have been synthesized, modeling some of the possible intermediates in the arene coupling catalysis. Their cooperative capacity has been evaluated through DFT methods, stoichiometric C-H activation experiments by decomposition of isolated complexes, and testing the catalytic efficiency in model reactions such as the direct arylation of pyridine and toluene. The ligands have demonstrated their ability to promote the cleavage of a C(sp2 )-H bond in pyridine or toluene in stoichiometric reactions. However, their activity in the direct arylation catalysis of these arenes is moderate or poor, indicating a more complex situation where these ligands may disfavor one or more other steps of the catalytic cycle