Estudio de reacciones en tándem con catalizadores heterogéneos

Abstract

Los organismos vivos son capaces de llevar a cabo transformaciones químicas complejas debido a la combinación de catalizadores altamente específicos y a la compartimentación de procesos en diferentes regiones de la célula. Para conseguir procesos industriales más limpios y eficaces, la química debería tender hacia la misma estrategia para poder llevar a cabo varios procesos en un solo paso, es decir, diseñar reacciones secuenciales usando múltiples catalizadores en un mismo matraz de reacción. Aunque en ocasiones dos o más catalizadores son compatibles en disolución, en muchos otros casos son mutuamente destructivos o desactivantes, como es el caso de catalizadores ácidos con catalizadores básicos. Una posibilidad para poder hacer compatibles esas reacciones es aislar los centros catalíticos impidiendo su interacción. En este sentido, la catálisis heterogénea ha demostrado ser una herramienta muy eficaz, ya que además de permitir el aislamiento de los centros catalíticos, permite una fácil separación de los productos de reacción así como la reutilización del catalizador en posteriores ciclos de reacción. En esta tesis se presenta la combinación de varias reacciones en tándem: 1.- Epoxidación de alquenos ¿ Apertura del epóxido formado: La combinación de estas dos reacciones es muy interesante desde el punto de vista sintético, gracias a la versatilidad de los epóxidos como intermedios de reacción. En este sentido, la apertura del anillo con una amplia variedad de reactivos permite la obtención de compuestos 1,2-difuncionalizados en un solo paso con control estereoquímico. Para ello se estudió la epoxidación de alquenos tanto nucleófilos como electrófilos (deficientes en electrones), así como la apertura con nucleófilos de diferente naturaleza como por ejemplo el cianuro o la azida de trimetilsililo, agua o 2-hidroxi-2-metilpropanonitrilo. Para este propósito se utilizaron diferentes tipos de catalizadores heterogéneos basados en diferentes metales tales como Ti, Mn o Co. 2.- Combinación de más de dos reacciones: Otro objetivo más ambicioso fue la combinación de catalizadores heterogéneos en secuencias de más de dos reacciones. En este sentido, se ha escogido como reacción central la adición de un enolsilano derivado de furano a diferentes compuestos carbonílicos ¿,ß-insaturados en la reacción viníloga de Mukaiyama-Michael. Esta reacción se combinó tanto con reacciones de síntesis del sustrato (condensación de Knoevenagel), como con reacciones sobre el producto de Mukaiyama-Michael (hidrogenación y transesterificación), utilizando para ello diferentes catalizadores heterogéneos basados en la inmovilización de metales como Cu o Mn o bases fuertes en diferentes soportes así como hidrotalcitas.