Development of highly structured non-heme iron catalysts for selective C-H group oxidations

Abstract

Catalytic oxidation reactions of hydrocarbons that occur in the active site of metalloenzymes exhibit high efficiency and exquisite regio- and stereoselectivity under mild experimental conditions. We describe the efficient and selective oxidation of alkanes using a family of highly structured non-heme iron catalysts that introduce sterically bulky pinene groups. In this way, it is possible to modulate the selectivity, which depends on the combination of the chirality of the catalyst, the nature of the diamine backbone and the presence of a cavity-like site surrounding the metal center. We present an optimized reaction protocol for efficient oxidation of alkanes with the readily available [Fe(CF3SO3)2(mcp)] catalyst, which shows enhanced selectivity toward methylenic sites. Finally, we describe a new family of iron catalysts to systematically study the steric influence of the ligand in regioselectivity. We observe a strong relationship between the bulk of the silyl substituent and the regioselectivity offered by the catalyst.

Les reaccions catalítiques d’oxidació d’hidrocarburs que ocorren al centre actiu dels metal•loenzims són eficients, regio- i estereoselectives en condicions experimentals molt suaus. Es descriu l’oxidació eficient i selectiva d’alcans utilitzant una família de catalitzadors de ferro no-hemo altament estructurats que incorporen grups pinè voluminosos. D’aquesta manera és possible modular la selectivitat, que depèn de la combinació de la quiralitat del catalitzador, la natura de la diamina pont i la presència d’una cavitat al voltat del centre metàl•lic. Es presenta un protocol de reacció optimitzat per l’oxidació eficient d’alcans amb el catalitzador disponible [Fe(CF3SO3)2(mcp)], que mostra una millor selectivitat per posicions metilèniques. Finalment, es descriu una nova família de catalitzadors de ferro per estudiar sistemàticament la influencia estèrica del lligand en la regioselectivitat. S’observa una forta relació entre l’impediment imposat pel substituent silil i la regioselectivitat mostrada pel catalitzador.