Desenvolvimento de novos catalisadores de metais de transição : catálise de reacções de carbonilação conducentes à obtenção de produtos de valor acrescentado

Palavras-chave: Hidroformilação,Catálise

A reacção de hidroformilação de olefinas catalisada por complexos de ródio permite obter, num só passo, aldeídos que podem ser convertidos, posteriormente ou in situ, numa grande diversidade de outros produtos de valor acrescentado com especial interesse no domínio da química fina. Um dos objectivos fulcrais do trabalho apresentado nesta dissertação centrava-se no desenvolvimento de catalisadores activos e selectivos para promover a carbonilação de produtos naturais, nomeadamente esteróides, terpenos e quinolinas, tendo em vista a preparação de novos compostos com potencial interesse para a indústria farmacêutica e de perfumaria. Os estudos foram iniciados com optimização de sistemas catalíticos para promover a reacção de hidroformilação de diterpenos (extraídos directamente de plantas) utilizando catalisadores de ródio (Rh/CO, Rh/PPh3 e Rh/P(O-o-tBuC6H4)3). Os sistemas catalíticos seleccionados revelaram ser activos e selectivos para a formação de um par de aldeídos diastereoisoméricos. A diastereosselectividade, apesar de tendencialmente controlada pelo substrato é também dependente do sistema catalítico utilizado. O sistema Rh/CO foi o que conduziu sempre a uma maior diastereosselectividade (~80/20). Os estudos cinéticos realizados, no decorrer das duas primeiras horas de reacção, permitiram estabelecer que o processo de -eliminação do intermediário metal--alquilo conduz a uma maior a diastereosselectividade e que portanto o catalisador com maior tendência para promover a -eliminação é também o mais diastereosselectivo. O catalisador Rh/P(O-o-tBuC6H4)3, foi seleccionado para promover a reacção de hidroformilação do monorterpeno acetato de (1R)-(-)-mirtenilo e de 3-acetoxi-esteróides, uma vez que é conhecida a sua capacidade para promover a hidroformilação de duplas ligações internas e estereoquimicamente mais impedidas. Este sistema catalítico mostrou ser eficaz na transformação das duplas ligações do acetato de (1R)-(-)-mirtenol, obtendo-se uma mistura de aldeídos com um rendimento de 65% e uma relação diastereoisomérica de 71/28. A reacção de hidrofomilação do 3-acetoxicolest-4-eno com o mesmo sistema catalítico, permitiu obter conversões e quimiosselectividades >98 % e uma relação diastereoisomérica de 60/40. A caracterização dos aldeídos formados, recorrendo a técnicas de RMN bidimensional completada com estudos de deuterioformilação dos dois substratos permitiu propor o mecanismo da reacções que justifica a formação dos produtos obtidos. Para além da aplicação da reacção de hidroformilação aos produtos naturais referidos anteriormente, era também nosso objectivo promover a funcionalização de quinolinas recorrendo à reacção de carbonilação, tendo em conta as potencialidades destes compostos. A aminocarbonilação da 5,7-diiodo-8-benziloxiquinolina conduziu à formação de carboxamidas e ceto-carboxamidas cuja selectividade depende da pressão de CO usada. Por outro lado, quando se aplicou as condições de aminocarbonilação à 5,7-diiodo-8-hidroxiquinolina verificou-se que a presença do grupo hidroxilo da posição 8 é responsável pela hidrodesiodação do substrato. Tendo em conta a diversidade de produtos que é possível sintetizar a partir da função aldeído, um outro objectivo deste trabalho consistia em combinar a reacção de hidroformilação com outras reacções, no mesmo vaso de reacção, no sentido de sintetizar novos produtos de valor acrescentado, evitando os isolamentos dos intermediários formados e tornando os processos ambientalmente mais sustentáveis. Neste sentido, efectuou-se uma reacção sequencial “tandem” de hidroaminometilação para sintetizar directamente aminas terciárias a partir do caurenato de metilo, tendo-se obtido conversões de 79 % e uma relação diastereoisomérica de 61/39 resultante do processo de hidroformilação. Além disso, recorreu-se à reacção sequencial tipo “dominó” para promover “in situ” a síntese de -aminonitrilos derivados do éter de trimetilsililcaurenol e do colest-4-eno e a mistura dos aminonitrilos foi obtida com rendimentos de 65% e 95 %, respectivamente. A reacção sequencial “dominó” foi ainda aplicada à síntese de -aminoácidos lipídicos partindo de olefinas alquílicas de cadeias variáveis. Em primeiro lugar foi efectuado um estudo sistemático do efeito da estrutura do ligando na regiosselectividade do processo para aldeído terminal, tendo-se obtido os melhores resultados com o catalisador Rh/Xantphos, conversões de 98% e regiosselectividades para os aldeídos lineares (>95 %) elevadas. Por fim, os -aminoácidos de cadeias carbonadas variáveis (n= 8-16) foram obtidos por hidrólise ácida dos correspondentes -aminonitrilos com bons rendimentos (63-92 %). Os foram isolados e caracterizados por RMN 1H e 13C e por EM. Tendo em conta a crescente aplicação da reacção de hidroformilação na preparação de aldeídos enantiomericamente puros, com especial interesse para o desenvolvimento da química fina, continua a ser relevante a procura de novos ligandos, que combinados com as condições de reacção ideais formem sistemas catalíticos mais activos e selectivos. Com base neste importante propósito, um outro objectivo deste trabalho, centrava-se no desenvolvimento de uma estratégia para se sintetizar novos ligandos ditópicos do tipo piridina-bis-BINOL-fosfito. O efeito da estrutura do ligando nos complexos de ródio foi avaliado na reacção de hidroformilação do estireno. Foi ainda estudado o efeito da adição de sais de lítio ao catalisador observando-se um aumento de 25% da regiosselectividade em alguns casos. Com base nos resultados experimentais obtidos para a reacção de hidroformilação do estireno foi desenvolvido, com um dos sistemas Rh/piridina-bis-BINOL-fosfito, um planeamento factorial 23 no sentido de racionalizar os efeitos dos factores pressão, temperatura e relação Li/Rh na regiosselectividade global do processo e prever as condições óptimas de reacção para obter uma resposta de 100% (regiosselectividade para aldeído ramificado). Foram também efectuados estudos de RMN em solução dos complexos e cálculos teóricos de estrutura dos complexos no sentido de interpretar os resultados catalíticos da reacção de hidroformilação obtidos com estes sistemas catalíticos.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais