Organocatàlisi d'addicions conjugades mitjançant fosfines. Reciclatge i mecanisme. Síntesi de benzotiazines

Resumen

Les fosfines són organocatalitzadors eficaços d'una gran varietat de reaccions, que han estat revisades en diverses ocasions. Entre elles es troben l'&#945;-hidroxialquilació de Morita-Baylis-Hillman, la reacció de Rauhut-Currier, diverses cicloaddicions o les &#945; i &#947; addicions a compostos insaturats activats. En la present Tesi Doctoral s'han estudiat les addicions conjugades, reaccions que també es poden catalitzar mitjançant fosfines però que no s'havien estudiat exhaustivament utilitzant aquests catalitzadors. Concretament s'ha treballat amb addicions de Michael i addicions conjugades de compostos N-nucleòfils. S'ha estudiat l'abast i les limitacions del mètode així com el mecanisme de la reacció.Com a substrats nucleòfils en les addicions de Michael s'han mostrat actius compostos &#946;-dicarbonílics de tipus dicetona, diester, cetoester i cetoamida substituïts i no substituïts en posició &#945;, així com compostos cíclics o de cadena oberta. És important destacar també la gran diversitat d'electròfils aptes per aquestes reaccions (esters, nitrils, cetones, fosfonats, piridines, azodicarboxilats). Respecte a les addicions conjugades de compostos N-nucleòfils pobres en electrons, han mostrat activitat amides, tioamides, anilines, sulfonamides, benzamides i fenilamines. S'ha observat que la reactivitat d'aquests compostos depèn del pKa del nucleòfil i s'ha establert un valor límit aproximat de pKa = 25 fins al qual el mètode funciona, tot i que per obtenir bons rendiments, es requereix un pKa < 20. En aquells casos que els substrats de la reacció són menys reactius, la reacció de Rauhut-Currier (dimerització de l'acceptor) competeix amb l'addició conjugada però aquesta reacció secundària es pot evitar emprant electròfils que no dimeritzin com el metacrilat d'etil o el fosfonat de dietil. En alguns casos s'ha observat la reacció de retroaddició, que és a causa de la inestabilitat del producte i de la presència de la fosfina.Una altra part del treball de la present Tesi Doctoral ha consistit en sintetitzar dues fosfines polifluorades que s'han emprat amb èxit com a organocatalitzadors de diverses reaccions d'addició de Michael amb l'objectiu de ser reciclades i reutilitzades mitjançant processos de catàlisi bifàsica orgànica-fluorada. Tot i que la seva activitat com a catalitzadors és excel·lent, la seva reciclabilitat és limitada. Aquest resultat s'ha atribuït al fet que l'estat residual del catalitzador en aquestes reaccions no és la fosfina esperada sinó una sal de fosfoni derivada de l'addició conjugada de la fosfina a l'acceptor de Michael. Aquest treball s'ha realitzat en col·laboració amb el Prof. J. A. Gladysz a la Friedrich-Alexander Universität d'Erlangen-Nürnberg.Dels estudis mecanístics sobre les d'addicions conjugades catalitzades per fosfines han aportat proves per corroborar que la reacció s'inicia per l'atac de la fosfina catalítica a l'electròfil, generant un zwitterió que activa el nucleòfil i acaba donant una sal de fosfoni que serà l'estat residual del catalitzador en el cas de les fosfines més nucleòfiles (tributilfosfina per exemple). En canvi per les fosfines menys nucleòfiles com la trifenilfosfina, l'estat residual seria la pròpia fosfina de partida. Els estudis també indueixen a descartar una possible SN2directa del nucleòfil activat a la sal de fosfoni anterior i recolzen la hipòtesi que la ruta més probable implica l'atac del nucleòfil activat a una nova molècula d'olefina.Finalment, s'ha dissenyat una estratègia per sintetitzar benzo[d][1,3]tiazines. La ruta té 3 passos des de compostos comercialment assequibles i l'etapa clau implica una S-addició conjugada intramolecular.