Reações Multicatalíticas Sequenciais envolvendo Hidroformilação de Olefinas

Palavras-chave: Tandem,Hidroformilação,Arilação,Strecker,Hidroaminometilação,Passerini,Catalisadores bimetálicos,DIOP-diol

O trabalho apresentado nesta tese orientou-se no sentido de desenvolver processos multicatalíticos sequenciais, partindo da hidroformilação de olefinas como reação central. Os aldeídos obtidos através da hidroformilação foram, subsequentemente, submetidos in situ a reações sequenciais, com o intuito de sintetizar diferentes famílias de compostos com grupos funcionais diversos e, desta forma, obter produtos de valor acrescentado. No Capítulo 1 apresenta-se uma revisão crítica da literatura focada nas principais temáticas desenvolvidas no decurso do trabalho experimental. No Capítulo 2, encontram-se apresentados os estudos de otimização da reação de hidroformilação catalítica de diferentes tipos de olefinas que, posteriormente, foram selecionadas como substratos nos processos catalíticos sequenciais. Estes estudos, em conjunto com a otimização das reações seguintes, permitiram identificar os sistemas catalíticos mais ativos e seletivos para se obter os aldeídos pretendidos e, assim, prosseguir com a metodologia proposta. No que concerne à reação tandem de hidroformilação/arilação, o sistema catalítico Rh/dppp permitiu obter seletivamente álcoois do tipo 1,2-diarilpropan-1-ol, em resultado da derivatização dos correspondentes aldeídos ramificados, com rendimentos isolados até 68%. Com o sistema catalítico Rh/NHC obtiveram-se, de um modo geral, rendimentos globais mais elevados (até 81%), embora com menor seletividade, sendo que a relação entre os álcoois dos tipos 1,2-diarilpropan-1-ol e 1,3-diarilpropan-1-ol variou entre 81:19 e 84:16. Por sua vez, o sistema catalítico Rh/PPh3 foi capaz de induzir conversões elevadas no passo de hidroformilação (até 99%, no caso do 4-metilestireno) e elevada regioseletividade para o aldeído ramificado (até 98%), com concomitantes elevados rendimentos no passo de arilação (até 89%, no caso do 2-fenil-1-p-tolilpropan-1-ol) e elevada seletividade para álcoois do tipo 1,2-diarilpropan-1-ol (até 98%). Surprendentemente, apesar de se usar um sistema catalítico aquiral, os álcoois secundários do tipo 1,2-diarilpropan-1-ol, contendo dois centros quirais, foram obtidos, com relações diastereoméricas syn/anti entre 70:30 e 87:13. A metodologia foi estendida a olefinas alquílicas, o que comprovou a versatilidade deste processo tandem, sendo o sistema catalítico Rh/NHC aquele que conduziu a rendimentos mais elevados (até 80%). Neste capítulo, efetuaram-se também estudos da reação sequencial hidroformilação/Strecker que mostrou ser uma estratégia eficiente para preparar aminonitrilos e os correspondentes aminoácidos, partindo das olefinas dodec-1-eno, colest-4-eno e 3-vinil-1H-indol. Os aminonitrilos foram obtidos com rendimentos até 86%, enquanto os respetivos aminoácidos foram obtidos, por subsequente hidrólise, com rendimentos até 92%. Na última parte do Capítulo 2 são apresentados os estudos da reação sequencial de hidroformilação/aminação redutiva (hidroaminometilação), que permitiu obter aminas terciárias derivadas do oct-1-eno, colest-4-eno e 3-vinil-1H-indol com rendimentos isolados entre 51 e 96%. A seleção dos sistemas catalíticos apropriados no passo da hidroformilação bem como a alteração do gás de síntese para H2 foram cruciais para a obtenção de bons rendimentos. No Capítulo 3 encontram-se apresentados os estudos de síntese de duas famílias distintas de catalisadores heterobimetálicos derivados de (S,S)-DIOP-diol. A primeira família de catalisadores ródio/boro baseou-se na proteção de (S,S)-DIOP-diol com diferentes ácidos borónicos, nomeadamente o ácido fenilborónico, 3,5-difluorofenilborónico e 2,4,6-isopropilfenilborónico, da qual resultaram as correspondentes boro-difosfinas com rendimentos de 98%, 94% e 88%, respetivamente. As boro-difosfinas foram, posteriormente, complexadas o precursor de ródio Rh(cod)2BF4, obtendo-se os respetivos complexos heterobimetálicos. A segunda família de complexos heterobimetálicos Rh-Ti e Rh-Al foi sintetizada, a partir de reações entre (S,S)-DIOP-diol e tetraisopropóxido de titânio ou cloreto de dietil-alumínio, seguida de complexação com o precursor de ródio Rh(cod)2BF4. Após a preparação dos complexos, foi realizada uma avaliação catalítica preliminar na reação de hidroformilação do estireno, onde os complexos bimetálicos conduziram a conversões e regiosseletividades para o aldeído ramificado mais elevadas que o sistema homólogo Rh/DIOP, apesar de os excessos enantioméricos serem sempre inferiores a 8 %. Os complexos de titânio e alumínio foram estudados individualmente na reação de Passerini, tendo o complexo (S,S)-DIOP-diol/Al conduzido aos melhores rendimentos para as aciloxiamidas com ambos os aldeídos (hidrocinamaldeído e 2-fenilpropionaldeído). Por esta razão, o complexo bimetálico Rh-Al foi usado na reação sequencial hidroformilação/Passerini do estireno, resultando na obtenção do produto benzoato de 1-((4-metoxibenzil)amino)-1-oxo-3-fenilbutan-2-ilo com um rendimento de 46 % e uma relação diastereoisomérica de 60:40. No Capítulo 4, são descritas as técnicas e a instrumentação utilizadas, bem como as caraterizações de todos os produtos sintetizados no decorrer do trabalho experimental.

Área científica: Ciências Exactas e Naturais