Avaliação de complexos de ródio-NHC ou difosfina na catálise de reacções de hidroformilação. Aplicação na síntese de a-aminoácidos lipídicos

Abstract

A procura de novos sistemas catalíticos para a reacção de hidroformilação menos dispendiosos, mais eficientes e amigos do ambiente continua a ser um tópico de elevado interesse, devido às enormes potencialidades sintéticas que se abrem a partir da função aldeído. Por esta razão, o desenvolvimento de novos ligandos capazes de formar catalisadores metálicos simultaneamente mais estáveis, activos e selectivos é de extrema importância e constitui também o objectivo fulcral do trabalho apresentado nesta dissertação. Na primeira parte deste trabalho desenvolveram-se estudos conducentes à avaliação da aplicação de novos ligandos, do tipo carbeno N-heterocíclico (NHC), na formação in situ de complexos de ródio e sua aplicação como catalisadores em reacções de hidroformilação de olefinas terminais, em alternativa aos ligandos de fósforo e/ou a simples complexos ródio carbonilo. Em primeiro lugar, os complexos de ródio com os diversos ligandos NHCs (bis(diisopropilamino)-2-ilideno; 1,3-bis(tert-butilo)imidazol-2-ilideno; 1,3-bis(2,6-diisopropilfenil)dihidroimidazol-2-ilideno; 1,3-bis(2,6-diisopropilfenil)imidazol-2-ilideno; 1,3-bis(adamantil)imidazol-2-ilideno) e o complexo de diródio-NHC-acetato foram utilizados como catalisadores em reacções de hidroformilação do estireno e, para cada um deles, foram efectuados estudos cinéticos de forma a inferir qual o efeito da estrutura na actividade e selectividade dos sistemas catalíticos. Destes estudos verificámos que todos os sistemas catalíticos apresentavam conversões próximas ou superiores a 90%, à excepção dos complexos com maior impedimento estereoquímico, nomeadamente, os complexos de ródio/1,3-bis(adamantil)imidazol-2-ilideno e o complexo de diródio-NHC-acetato, ii cujas conversões foram de 27% e 63%, respectivamente. Foi ainda efectuado um estudo comparativo entre os complexos Rh/NHC e os complexos de ródio carbonilo, na actividade e selectividade de reacções de hidroformilação do estireno, que permitiu concluir que o complexo Rh/1,3-bis(tert-butilo)imidazol-2-ilideno era o único sistema catalítico significativamente mais regiosselectivo para o aldeído ramificado (b:l=85:15) que o complexo ródio carbonilo (b:l=80:20). Os mesmos sistemas catalíticos foram também aplicados à hidroformilação do 1-dodeceno e, para cada um deles, foi igualmente realizado um estudo cinético para avaliar o seu efeito na actividade e na selectividade do processo. Na hidroformilação do 1-dodeceno, observou-se, tal como anteriormente, que os complexos de ródio com os NHCs menos volumosos conduziram a conversões e selectividades semelhantes às obtidas com os catalisadores de ródio carbonilo. Por outro lado, os complexos com maior impedimento estereoquímico, nomeadamente o que envolve o ligando 1,3-bis(adamantil)imidazol-2-ilideno e o complexo diródio-NHC-acetato, conduziram à formação de sistemas catalíticos com maior selectividade para o aldeído linear (l/b=2.3) do que os respectivos sistemas de ródio não modificado (l/b=0.4-0.5). Neste trabalho, foram ainda sintetizados α-aminoácidos lipídicos com diferentes tamanhos de cadeia alquílica partindo de aldeídos obtidos via reacção de hidroformilação. Dado que os NHCs não se mostraram suficientemente selectivos para a obtenção exclusiva do aldeído linear, via hidroformilação de olefinas alifáticas, na segunda parte do trabalho foram usados complexos de ródio modificados com a difosfina xantphos. Com este sistema catalítico foi possível obter elevadas conversões (>94%) e regiosselectividades para o aldeído linear (>95%) na hidroformilação das iii olefinas estudadas, i.e. 1-octeno, 1-undeceno, 1-trideceno e 1-hexadeceno, o que permitiu o seu isolamento e posterior derivatização para α-aminoácidos via reacção de Strecker. Recorrendo a esta metodologia sintética foi possível preparar e isolar os respectivos aminonitrilos, α-aminodecanonitrilo, α-aminotridecanonitrilo, α-aminopentadecanonitrilo e α-aminooctadecanonitrilo, com rendimentos de 83% a 91% que após hidrólise deram origem aos correspondentes aminoácidos, i.e. o ácido α-aminodecanóico, o ácido α-aminotridecanóico, o ácido α-aminopentadecanóico e o ácido α-aminooctadecanóico, com rendimentos compreendidos entre 63% e 92%. O isolamento dos α-aminonitrilos revelou algumas dificuldades adicionais devido à presença de um contaminante com polaridade semelhante e de difícil separação. A sua purificação por cromatografia e recristalização permitiu isolar e caracterizar o 2,4,6-triundecil-1,3,5-trioxano e o 2,4,6-tritridecil-1,3,5-trioxano como produtos secundários resultantes da ciclotrimerização, in situ, do dodecanal e do tetradecanal, respectivamente. Uma vez sintetizados os diferentes α-aminoácidos racémicos foram ainda efectuados estudos preliminares no sentido de produzir cianohidrinas quirais como precursores de aminoácidos enantiomericamente puros. Para tal, foram usados complexos de titânio modificados com (S)-Binol ou (S)-H8-Binol que catalisaram de forma eficiente a adição do trimetilsililciano (TMSCN) ao dodecanal com conversões de 75% e de 66%, respectivamente. A identificação e caracterização de todos os produtos isolados foram efectuadas recorrendo a técnicas de espectroscopia de ressonância magnética nuclear e espectroscopia de massa.