Predictive catalysis towards the transformation of C-C bonds

Abstract

ENG- This thesis explores the use of computational chemistry in studying olefin metathesis reactions, a key process in organometallic catalysis. Computational chemistry aims to provide predictive insights into chemical processes, but reliable predictive models have only recently emerged. In organometallic catalysis, computational techniques are still underdeveloped, often limited to post-experimental interpretation. Improving these methods is crucial for achieving accurate predictions. The thesis begins with an overview of olefin metathesis, highlighting its advantages over other carbon-carbon bond-forming methods, such as greater atom economy and functional group tolerance. A bibliographic review traces the evolution of the reaction from its industrial inception to the development of ruthenium-based catalysts. Current challenges include the need for a deeper understanding of catalyst behavior beyond the Chauvin mechanism, issues with reaction selectivity, and the relatively low activity of ruthenium catalysts. After a general introduction to the field of ruthenium olefin metathesis, we move on to the projects carried out during this thesis

CAT- Aquesta tesi explora l'ús de la química computacional en l'estudi de les reaccions de metàtesi d'olefines, un procés clau en la catàlisi organometàl·lica. La química computacional té com a objectiu proporcionar coneixements predictius sobre els processos químics, però recentment han sorgit models predictius fiables. En la catàlisi organometàl·lica, les tècniques computacionals encara estan poc desenvolupades, sovint limitades a la interpretació post-experimental. Millorar aquests mètodes és crucial per aconseguir prediccions precises. La tesi comença amb una visió general de la metàtesi d'olefines, destacant els seus avantatges respecte a altres mètodes de formació d'enllaços carboni-carboni, com ara una major economia d'àtoms i la tolerància de grups funcionals. Una revisió bibliogràfica rastreja l'evolució de la reacció des dels seus inicis industrials fins al desenvolupament de catalitzadors a base de ruteni. Els reptes actuals inclouen la necessitat d'una comprensió més profunda del comportament del catalitzador més enllà del mecanisme de Chauvin, problemes amb la selectivitat de la reacció i l'activitat relativament baixa dels catalitzadors de ruteni. Després d'una introducció general al camp de la metàtesi de l'olefina de ruteni, passem als projectes realitzats durant aquesta tesi