Triarilfosfines Sulfonades Trifluorometilades. Aplicacions en Processos Catalítics

Abstract

En el present treball s’han sintetitzat una sèrie de triarilfosfines amb característiques π àcides que han estat caracteritzades i avaluades com a lligands en diferents processos catalitzats per complexos de metalls de transició. Les fosfines sintetitzades incorporen al menys un grup trifluorometil en la seva estructura i es poden dividir en dos grups: fosfines neutres i fosfines iòniques amb grups sulfonats. Les fosfines sulfonades sintetitzades presenten solubilitat en aigua i s’han avaluat en processos catalítics bifàsics líquid-líquid, per tal de poder separar fàcilment els productes de la reacció per decantació i reutilitzar el catalitzador en reaccions de reciclatge. Les propietats electròniques de les fosfines neutres s’han investigat mitjançant la freqüència de vibració del lligand CO de nous complexos d’iridi tipus [IrCl(CO)(L)2] (L = fosfina). Els resultats indiquen que les característiques π-àcides de les fosfines augmenten amb el nombre de substituents trifluorometil, excepte per les fosfines orto trifluorometilades, on una assistència a llarga distància d’algun àtom de fluor al centre metàl·lic proporciona una densitat electrònica extra, que compensa l’efecte inductiu dels grups trifluorometils. La capacitat σ-donadora de les fosfines sulfonades s’ha determinat mitjançant la constant d’acoblament JP-Se per RMN, dels corresponents seleniürs. Totes les fosfines sulfonades que contenen grups CF3 són menys bàsiques que les corresponents fosfines sense grups trifluorometil. La presència de grups CF3 en l’estructura de les fosfines sulfonades incrementen la seva resistència front a l’oxidació, si es comparen amb les fosfines sense grups trifluorometil. A més, el caràcter ambifílic dels lligands provoca la formació de superestructures en disssolució aquosa, com micel·les o vesícules, que han estat observades per microscòpia electrònica Les fosfines sintetitzades s’han avaluat com a lligands en processos catalítics: carbonilació (metoxicarbonilació, hidroxicarbonilació i hidroformilació), reducció (hidrogenació i transferència d’hidrogen de dobles enllaços) i acoblaments carboni carboni (Suzuki-Miyara i Tsuji-Trost). D’entre totes les reaccions assajades, la hidroformilació de substrats polars és la reacció on les noves fosfines sintetitzades presenten una millora substancial respecte les fosfines sulfonades prèviament descrites, pel que fa a la velocitat de les reaccions. A més, les fosfines sulfonades trifluorometilades permeten reciclar el catalitzador mitjançant sistemes bifàsics.

In the present work, a new series of triarylphosphines with strong π-acidic character have been synthesized and fully characterized. They have also been tested as ligands in different processes catalyzed by transition metal complexes. These phosphines contain at least one trifluoromethyl group in its structure and they can be divided in two different groups: neutral phosphines and ionic phosphines with sulfonated substituents. The sulfonated phosphines are water soluble and they have been tested in biphasic liquid-liquid processes, in order to separate the reaction products by decantation and to reuse the catalyst in recycling experiments. The electronic properties of the neutral phosphines has been investigated by analyzing the CO stretching frequency of a series of new complexes [IrCl(CO)L2] (L = phosphine). These results show that the π-acidic properties of phosphines increases with the number CF3 substituents in the aril rings, except for the o-trifluoromethylated phosphines, where a fluorine long distance assistance provides the metal with extra electronic density, that compensate the inductive effect of the CF3 groups. The σ-donating ability of sulfonated phosphines has been assessed by measuring the NMR JP Se coupling constant of the corresponding phosphine selenides. All sulfonated phosphines containing CF3 substituents show to be less basic than the equivalent phosphines without this substituent. The presence of CF3 groups in sulfonated phosphines significantly increases their resistance towards oxidation when compared with the equivalent phosphines. Furthermore, the amphiphilic character of these phosphines leads to the formation of superstructures in their aqueous solutions, such as micelles and vesicles, that have been observed by electronic microscopy. The synthesized phosphines have been evaluated as ligands in different catalytic processes: carbonylation (methoxycarbonylation, hydroxycarbonylation and hydroformylation); reduction (hydrogenation and hydrogen transfer of double bonds); C-C coupling reactions (Suzuki-Miyaura and Tsuji-Trost reactions). Among all reactions essayed, the hydroformylation of polar substrates is the reaction where the new phosphines here synthesized show a clear advantage over the previously described sulfonated phosphines, because the increase in the reaction rate. Furthermore, in these processes, the trifluoromethylated sulfonated phosphines allow the recycling of the catalyst by using a biphasic system.