Modeling of homogeneous catalysis: from dft to qspr approaches

Abstract

La catálisis es un campo de la ciencia que explora soluciones a los problemas ambientales como la contaminación, la eliminación de los residuos generados en el proceso de síntesis de materiales o la regeneración de los recursos naturales. En la presente Tesis, hemos reportado un estudio de cálculos DFT para la σ activación del enlace NH de amoníaco considerando las especies μ3-alquilidinos de titanio utilizando el complejo modelo [{Ti(η5-C5H5)(μ-O)}3(μ3-CH)]. Posteriormente, con el fin de analizar la hidroformilación asimétrica de estireno catalizada por complejos Rh-Binaphos, se han combinando estudios basados en la aproximación de la determinación del estado de transición y un análisis cualitativo a través de un descriptor molecular recién definido (volumen de distancia ponderada, VW). Usando nuestro conocimiento mecanicista anterior, hemos presentado un estudio QSPR para predecir la actividad y la enantioselectividad de la hidroformilación de estireno catalizada por complejos Rh-difosfinas. También, hemos desarrollado una nueva metodología 3D-QSSR para predecir la enantioselectividad basada en la cuantificación de la representación de diagramas por cuadrantes y aplicándola en el ciclopropanación asimétrica de alquenos catalizadas por complejos de cobre.

Catalysis is a field of science that explores solutions to environmental problems such as pollution, elimination of waste generated in the process of materials synthesis or regeneration of natural resources. In the present Thesis, we have reported a DFT study on the N-H σ-bond activation of ammonia by the µ3-alkylidyne titanium species using the [{Ti(η5-C5H5)(µ-O)}3(µ3-CH)] model complex. Afterwards, we have combined the TS-based approach and qualitative analysis through a newly defined molecular descriptor (distance-weighted volume, VW), in order to analyze the asymmetric hydroformylation of styrene catalyzed by Rh-binaphos complexes. Using our previous mechanistic knowledge, we have presented a QSPR study to predict the activity and the enantioselectivity in the hydroformylation of styrene catalyzed by Rh-diphosphane complexes. We have also developed a new methodology to predict enantioselectivity based on the quantitative quadrant-diagram representation of the catalysts and 3D-QSSR modeling; and we have applied it in the asymmetric cyclopropanation of alkenes catalyzed by copper complexes.