Mecanismo y quimioselectivad de las reacciones de metilenación de dobles enlaces C=C y C=O con diazometano catalizadas por complejos de paladio

Abstract

En esta Tesis Doctoral se ha estudiado el mecanismo y quimioselectividad de las reacciones de dobles enlaces C=C y C=O con diazometano catalizadas por complejos de paladio, utilizando cálculos teóricos y experimentos adecuados. Para ello, se ha estudiado, desde el punto de vista teórico, detenidamente la fragmentación del trímero de formiato de paladio(II) con diazometano y el mecanismo de ciclopropanación del etileno con diazometano y catalisis de formiato de paladio(II). Se ha visto que el formiato de paladio trimérico se fragmenta en estructuras más simples, que reaccionan con el diazometano insertándose los metilenos en los enlaces Pd-O. La especie activa del ciclo catalítico de la reacción de ciclopropanación es una molécula de formiato de paladio con dos metilenos insertados en los enlaces Pd-O en posición relativa cis. Las reacciones de metilenación más importantes transcurren a través de un intermedio de tipo Pd-carbeno. También se ha estudiado, mediante cálculos teóricos, la quimioselectividad de la reacción entre cetonas a,b-insaturadas, como la acroleína y la ciclohexenona, con diazometano y catálisis de formiato de paladio(II). Se ha visto que la ciclopropanación es más favorable, tanto cinética como termodinámicamente, que no la oxirenación del carbonilo.<br/>Desde el punto de vista experimental, se ha realizado un estudio de la adición de diazometano a ciclohexenona con catálisis de complejos de paladio, a fin de obtener datos acerca del mecanismo, estudiando los factores que influyen en el proceso así como el estado de oxidación del paladio que actúa como catalizador. Se ha visto que en esta reacción coexisten diferentes procesos, puesto que además de la ciclopropanación se produce la reducción del Pd(II) a Pd(0) por parte del diazometano. Se ha comprobado que para la ciclohexenona, la reacción es catalizada por más eficiencia por parte del Pd(II) que por el Pd(0).<br/>Finalmente, se han sintetizado una serie de ciclohexenonas polifuncionalizadas a fin de estudiar el efecto de los substituyentes en la obtención del producto de oxirenación el lugar de ciclopropanación. La síntesis y descripción estructural de algunas de estas ciclohexenonas se ha llevado a cabo por primera vez puesto que no habían sido descritas previamente en la bibliografía. Se ha visto que el efecto anquimérico de los substituyentes puede modificar la quimioselectividad de la reacción con diazometano y catálisis de acetato de paladio(II).

In this Doctoral Thesis we have studied the mechanism and chemoselectivity of the reactions on double C=C and C=O bonds with diazomethane and catalyzed by palladium complexes, using both theoretical calculations and experiments. We have studied the fragmentation of the trimeric palladium diformate with diazomethane and the mechanism of ethylene cyclopropanation with diazomethane catalyzed by palladium diformate. We have seen that the trimeric palladium diformate is fragmented in more simple structures, which react with diazomethane leading to the insertion of methylenes into Pd-O bonds. The active species of the catalytic cycle of the cyclopropanation reaction is a diformate palladium molecule with two cis inserted methylenes into Pd-O bonds. The most efficient methylenation occurs through a Pd-carbene intermediate. Moreover, we have studied with theoretical calculations the chemoselectivity in the reaction between a,b-unsaturated ketones, such as acroleine and cyclohexenone, with diazomethane and catalyzed by palladium diformate. We have seen that the cyclopropanation is more favourable than the carbonyl methylenation, both thermodynamically and kinetically. <br/>From the experimental point of view, we have studied of the diazomethane addition to cyclohexenone with palladium catalyst complexes, in order to obtain data about the mechanism, studying the factors which influence in the process as well as the oxidation state of the palladium which acts as a catalyst. We have seen that different processes coexist with the cyclopropanation, such as the reduction of Pd(II) to Pd(0) by diazomethane. We have shown that, for cyclohexenone, the reaction is catalyzed more efficiently by the Pd(II) than by Pd(O).<br/>Finally, we have synthesized polyfunctionalized cyclohexenones in order to study the effect of substituents in the chemoselectivity. These cyclohexenones were synthesized and structurally characterised for the first time in this work. We have shown that the anchimeric effect of the substituents can change the chemoselectivity of the reaction with diazomethane catalyzed by palladium diacetate.