Síntesis y reactividad de iminas y diiminas ciclopaladadas. Una aproximación a los metalaciclos hidrosolubles

Abstract

La tesis doctoral se divide en cuatro partes:

a) Síntesis de complejos ciclopaladados endocíclicos de cinco eslabones derivados de la (E)-N-benciliden-2-(2',6'-diclorofenil)etanamina, de fórmula [(Pd{C6H4CH=N(CH2)2(2,6-Cl2C6H3)-κC,κN}(μ-X))2] (X = OAc, Cl) y [Pd{C6H4CH=N(CH2)2(2,6-Cl2C6H3)-κC,κN}L(X)] (X = OAc, Cl; L = py-d5, PPh3). Se ha ensayado la reactividad de los correspondientes complejos puente cloruro frente a una gran variedad de bases de Lewis [N,N] y [P,P] rígidas y flexibles {tales como 2,2'-(etilendioxi)bis(etilamina); 1,3-diaminopropan-2-ol; etilendiamina; trans-1,2-bis(difenilfosfino)etileno; 1,2-bis(difenilfosfino)etano; y 4,4'-bipiridina}.

b) Preparación de complejos ciclopaladados puente acetato a partir de la doble activación σ(Csp2−H) intramolecular de las diiminas de fórmula (RC6H4CH=NZ)2 [Z = CH2, R = p-Cl, p-MeO, p-NO2, o-Cl; Z = (CH2)2OCH2, R = p-Cl, p-MeO, p-NO2, o-Cl]. Las condiciones de la reacción de ciclopaladación se optimizaron para el sustrato con Z = CH2 y R = p-Cl. La preparación in situ de los derivados dimetalados [{Pd(O2CMe)(py-d5)(RC6H3CH=NZ-κC,κN)}2] reveló la existencia de sistemas menores que se asignan a los complejos iónicos [{Pd(py-d5)(RC6H3CH=NZ-κC,κN)}2(μ-O2CMe)](OAc) (para Z = CH2), [(py-d5)2Pd(μ-L)Pd(OAc)(py-d5)](OAc) {para Z = CH2 y (CH2)2OCH2}, y al correspondiente complejo diciclopaladado bis(tridentado) {para Z = (CH2)2OCH2}. Se constata que la proporción molar de las distintas especies es dependiente de la concentración de la muestra. También se describe la síntesis de los complejos [({Pd(μ-Cl)(RC6H3CH=NZ-κC,κN)}2)n] y [{PdCl(PPh3)(RC6H3CH=NZ-κC,κN)}2].

Adicionalmente, se ensaya la reactividad de algunos derivados diciclometalados puente cloruro frente a bases de Lewis [N,N] y [P,P], que actúan como ligandos bis(monodentados) en la síntesis de metalomacrociclos de fórmula [{(Pd(Cl){4-ClC6H3CH=N(CH2)2OCH2-κC,κN})2(μ-L?L)}n] {L?L = NH2(CH2)2O(CH2)2O(CH2)2NH2, Ph2PCH=CHPPh2}. Con objeto de elucidar la nuclearidad de las especies en solución, se realizan simulaciones de dinámica molecular y cálculos DFT de los sistemas [({Pd(Cl){4-ClC6H3CH=N(CH2)2OCH2-κC,κN}}2{μ-NH2(CH2)2O(CH2)2O(CH2)2NH2-κN:κN'})n] (donde n = 1 y 2).

c) Síntesis de nuevos complejos orto-ciclopaladados endo hidrosolubles a partir de la activación directa intramolecular de enlaces C−H de N-bencilidenanilinas con sustituyentes polares o grupos ionizables [de fórmula RPhCH=N(C6H4-4-COOR') (R = H, Cl, p-NMe2, p-NO2; R' = H, Me)]. Se ailaron los derivados monometalados de fórmula [(Pd(μ-O2CMe){RC6H3CH=N(C6H4-4-COOH)-κC,κN})2], que mostraron cierta solubilidad en solución acuosa a pH 10. La adición de un exceso de py-d5 a una suspensión de estos complejos en D2O condujo a los complejos mononucleares zwitteriónicos [Pd(py-d5)2{RC6H3CH=N(C6H4-4-COO)-κC,κN}], solubles en agua. Por otro lado, se prepararon complejos ciclopaladados quelato puente [C,N,O] de fórmula [(Pd(L){μ-RC6H3CH=N(C6H4-4-COO)-κC,κN:κO})2] (L = py, PPh3). El inusual modo de coordinación del ligando metalado tras la desprotonación del grupo carboxilo es responsable de su insolubilidad en agua.

También se han preparado complejos ciclopaladados endo de cinco eslabones de fórmula [(Pd{C6H4CH=N(C6H4-4-COOMe)-κC,κN}(μ-X))2] (X = OAc, Cl) y sus derivados [Pd(C?N)L(X)] (X =OAc, Cl; L = py, PPh3). La caracterización de los compuestos [Pd(C?N)(py)X] (X = OAc, Cl) revelaron una mezcla de los estereoisómeros trans-N,N y cis-N,N, cuya relación molar varía en función del disolvente. Sorpresivamente, los complejos [Pd(C?N)(py)X] (X = OAc, Cl) se disuelven en D2O al añadir un exceso de piridina-d5 debido a la formación del compuesto cis-[Pd(C?N)(py-d5)2]X (X = OAc, Cl). Adicionalmente, se incluye un estudio teórico de la estereoquímica de la reacción de escisión de los complejos dinucleares ciclopaladados puente. Los cálculos DFT se plantearon para un sistema modelo de fórmula [Pd(CH=CH−CH=NH)X(L)] (X = OAc, Cl, Br, I; L = py, NH3, PH3, PMe3) con el fin de establecer unas tendencias sobre la estabilidad relativa de ambos isómeros.

d) Preparación de heterociclos dibenzo[b,d]-fusionados mediante arilación catalítica directa. La síntesis de los diferentes carbazoles se realizó en dos etapas, tras una aminación Buchwald-Hartwig catalítica para obtener las correspondientes diarilaminas halosustituidas, seguida de una activación C–H catalizada por complejos de paladio.

Intramolecular aromatic C−H bond activation is explored in the synthesis of novel endo five-membered ortho-cyclopalladated imine and diimine complexes. The N-donor ligands tested in this reaction were the N-alkyl imine PhCH=N(CH2)2(2,6-Cl2C6H3), the symmetric diimines with the general formula (RC6H4CH=NZ)2 (Z = CH2 or (CH2)2OCH2) in a range of substitution patterns, and the N-benzylideneanilines RC6H4CH=NC6H4-4-COOR' (R' = H or Me).

Reactivity studies of the corresponding bridged-cyclopalladated complexes with monodentate Lewis bases, as well as rigid or flexible [N,N] and [P,P] Lewis bases, are also reported. All cyclometallated derivatives were characterised by conventional spectroscopic techniques, elemental analysis, and X-ray diffraction (when possible). In addition, the stereochemistry of a simplified endo five-membered mononuclear cyclopalladated imine model was computationally examined.

This report also deals with some aspects of the solution chemistry of doubly cyclopalladated complexes in terms of nuclearity and equilibrium processes. Furthermore, considerable efforts were made to synthesise metallomacrocycles containing one or more dimetallated moieties and bis(monodentate) Lewis bases. Two novel metallomacrocycles were isolated and spectroscopically characterised, although their nuclearity remains unclear. Theoretical calculations were therefore performed in order to gain insight into the nuclearity and conformation of the species present in solution, which showed temperature and solvent-polarity dependence.

In an attempt to synthesise new water-soluble cyclopalladated complexes, the strategy of incorporating polar substituents or ionisable functional groups into the N-donor ligand was examined. Hydrosoluble carboxylated palladacyclic species of a zwitterionic nature were obtained in solution in the presence of an excess of pyridine. By contrast, some related cyclometallated derivatives showed unanticipated coordination of the carboxylate group that resulted in the formation of a water-insoluble 16-membered metallomacrocyclic complex. In parallel, an additional route for the preparation of hydrosoluble palladacycles was unexpectedly found.

A study was also carried out on the two-pot synthesis of carbazoles from aryl bromides and the appropriate aniline via initial catalytic Buchwald-Hartwig amination followed by palladium-catalysed intramolecular C−H activation.