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2013 90 Néstor García Villalta Complejos de rutenio e iridio como catalizadores en reacciones de cicloadición enantioselectivas Departamento Director/es Química Inorgánica Carmona Gascón, Daniel Ferrer Cerra, Joaquina Director/es Tesis Doctoral Autor Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Departamento Director/es Néstor García Villalta COMPLEJOS DE RUTENIO E IRIDIO COMO CATALIZADORES EN REACCIONES DE CICLOADICIÓN ENANTIOSELECTIVAS Director/es Química Inorgánica Carmona Gascón, Daniel Ferrer Cerra, Joaquina Tesis Doctoral Autor 2013 Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Departamento Director/es Director/es Tesis Doctoral Autor Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Complejos de Rutenio e Iridio como Catalizadores en Reacciones de Cicloadición Enantioselectivas Tesis Doctoral Néstor García Villalta Universidad de Zaragoza Departamento de Química Inorgánica Zaragoza, Mayo 2013  Complejos de Rutenio e Iridio como Catalizadores en Reacciones de Cicloadición Enantioselectivas Memoria presentada en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza para optar al grado de Doctor en Ciencias, Sección Químicas, por el licenciado: Néstor García Villalta José Daniel Carmona Gascón, Profesor de Investigación del CSIC, adscrito al Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea, Universidad de Zaragoza-CSIC y Joaquina Ferrer Cerra, Profesora Titular de la Universidad de Zaragoza CERTIFICAN: Que la presente Memoria titulada “COMPLEJOS DE RUTENIO E IRIDIO COMO CATALIZADORES EN REACCIONES DE CICLOADICIÓN ENANTIOSELECTIVAS” ha sido realizada en el Departamento de Química Inorgánica de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza, bajo nuestra dirección, por Néstor García Villalta y autorizamos su presentación para que sea calificada como Tesis Doctoral. Zaragoza, 16 de Abril de 2013 Fdo.: Dr. J. Daniel Carmona Gascón Fdo.: Dra. Joaquina Ferrer Cerra ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Catálisis asimétrica por compuestos metálicos……………...…………......….. 1 1.2 Reacciones de cicloadición...........................................................................….. 6 1.2.1 Reacciones de cicloadición 1,3-dipolar..................................................... 8 1.2.1.1 Reacciones enantioselectivas de cicloadición 1,3-dipolar de nitronas y enales………………………...…….. 14 1.2.2 Reacciones de Diels-Alder................................................................…… 21 1.2.2.1 Reacciones de Diels-Alder con nitroalquenos como dienófilos…………………………………………………..….. 28 1.3 Ligandos fosfano-oxazolina quirales.................................................................. 30 2 ANTECEDENTES Y OBJETIVOS 2.1 Complejos semisandwich (  6-areno)Ru(II)/Os(II) y (  5-C5Me5)Rh(III)/Ir(III)…………………………......................................….. 37 2.2 Complejos octaédricos de Ir(III) con ligandos fosfano-oxazolina.............…… 40 2.3 Objetivos............................................................................................................. 42 3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1 Preparación de complejos de Ru(II) y estudio de su actividad catalítica en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar enantioselectivas……………………………………………………..……... 45 3.1.1 Preparación y caracterización de complejos de estequiometrías [(η6-areno)RuCl(PN*)][SbF6] (1-6) y [(η6-areno)Ru(PN*)(H2O)] [SbF6]2 (7-12)............................................................................................ 46 3.1.2 Asignación de la configuración absoluta……………………………… 52 3.1.3 Estructuras moleculares de [(η6-C6Me6)RuCl(PNiPr)][SbF6] (2), [(η6-C6H6)RuCl(PNInd)][SbF6] (4), [(η6-C6H6)Ru(PNiPr) (H2O)][SbF6]2 (7) y [(η6-C6Me6)Ru (PNiPr)(H2O)][SbF6]2 (8)………... 56 3.1.4 Estudio en disolución de los acua-complejos 7-12………………......... 59 3.1.5 Estructura molecular de [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(OPOF2)(PNiPr)] [PF6] (RRu-13/SRu-13)……………………………….…………............ 61 3.1.6 Reacciones de cicloadición 1,3-dipolar entre nitronas y metacroleína……………….......…………………………… 63 3.1.7 Resultados de las reacciones catalíticas.................................................. 64 3.1.7.1 Efecto de la temperatura y el contraión. Reutilización de catalizador…………………………………... 67 3.1.7.2 Efecto del ligando areno……………………………………….. 69 3.1.7.3 Reacciones con otras nitronas…………………………………. 70 3.1.8 El sistema [(η6-areno)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2/ metacroleína. Complejos de formulación [(η6-areno)Ru(PNiPr)(metacroleína)][SbF6]2.......................................... 73 3.1.9 El sistema [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2/ metacroleína/nitrona. Complejos de estequiometría [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(nitrona)][SbF6]2....................................... 74 3.1.10 Transcurso de las reacciones catalíticas................................................ 77 3.2 Preparación de compuestos de Ir(III) y estudio de su actividad catalítica en reacciones enantioselectivas de cicloadición…........................... 81 3.2.1 Preparación de complejos de estequiometría [IrClH(PN*)(PP)][SbF6] (3-12)............................................................... 81 3.2.2 Caracterización de los complejos 3-12………………………………... 83 3.2.3 Estructuras moleculares de los compuestos [IrClH(PN*)(PP)] [SbF6] [PN* = PNInd; PP = dppen (4a, 4b), dppp (5a). PN* = PNiPr; PP =dppp (11a)]……………………………………..…….... 87 3.2.4 Preparación de los compuestos de estequiometría [IrClH(PN*)(dfppe)][SbF6] (13, 14) y [Ir(PN*)(dfppe)][SbF6] (15, 16).............................................................. 91 3.2.5 Estructura molecular de [IrClH(PNInd)(dfppe)][SbF6] (13).......................................................... 94 3.2.6 Estructuras moleculares de [Ir(PN*)(dfppe)][SbF6] [PN* = PNInd (15), PNiPr (16)]............................................................. 95 3.2.7 Preparación de complejos de estequiometría [IrH(H2O)(PN*)(PP)][SbF6]2 (17-25)…………………………………. 97 3.2.8 Estructuras moleculares de [IrH(H2O)(PNInd)(PP)][SbF6]2 [PP = dppe (17); dppen (18)] y [IrH(OPOF2)(PNiPr)(dppp)] [SbF6] (26a)............................................................................................. 102 3.2.9 Reacción de cicloadición 1,3-dipolar de N-bencilidenfenilamina-N-óxido y metacroleína……………..……….. 106 3.2.10 Preparación de complejos de formulación [IrH(metacroleína)(PNInd)(PP)][SbF6]2 [PP = (S,S)-quirafos (27), (R)-profos (28)]........................................... 108 3.2.11 Reacciones de Diels-Alder entre ciclopentadieno y trans-β-nitroestirenos............................................................................ 111 4 PARTE EXPERIMENTAL 4.1 Instrumentación……………………………………………………………….. 117 4.2 Información general…………………………………………..……...………... 119 4.3 Preparación de compuestos semisandwich de Ru(II)……………………… 123 4.3.1 Preparación de complejos de estequiometría [(η6-areno)RuCl(PN*)][SbF6] (1-6)……………………………........... 123 4.3.2 Preparación de compuestos de estequiometría [(η6-areno)Ru(PN*)(H2O)][SbF6]2 (7-12) ……………….………......... 129 4.3.3 Preparación de [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(OPOF2)] [PF6] (13)................................................................................................. 135 4.3.4 Preparación de [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru{(R,R)-quirafos}(H2O)] [SbF6]2 (15).............................................................................................. 136 4.3.5 Preparación de compuestos de estequiometría [(η6-areno)Ru (PNiPr)(metacroleína)][SbF6]2 (18-20)………………………………. 137 4.3.6 Preparación de compuestos de estequiometría [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(nitrona)][SbF6]2 (21-23)……………….. 140 4.4 Preparación de complejos octaédricos de Ir(III)…………………………... 142 4.4.1 Preparación de complejos de estequiometría [IrClH(PNInd)(PP)][SbF6] (3-8)………………..................................... 142 4.4.2 Preparación de compuestos de estequiometría [IrClH(PNiPr)(PP)][SbF6] (9-12)……………………………………… 149 4.4.3 Preparación de compuestos de estequiometría [IrClH(PN*)(dfppe)][SbF6] (13, 14)…………...……………………… 155 4.4.4 Preparación de compuestos de estequiometría [Ir(PN*)(dfppe)][SbF6] (15, 16)]……………….……………………… 158 4.4.5 Preparación de compuestos de estequiometría [IrH(H2O)(PN*)(PP)][SbF6]2 (17-25)……............................................. 160 4.4.6 Preparación de [IrH(OPOF2)(PNiPr)(dppp)][SbF6] (26)………............ 167 4.4.7 Preparación de compuestos de estequiometría [IrH(metacroleína)(PNInd)(PP)][SbF6]2 (27, 28)……………………… 168 4.5. Procedimientos catalíticos…………………………………………………... 170 4.5.1 Reactivos empleados en las catálisis....................................................... 170 4.5.2 Procedimiento catalítico de las reacciones de cicloadición 1,3-dipolar entre nitronas y metacroleína................................................ 172 4.5.2.1 Empleo de catalizadores de Ru(II).............................................. 172 4.5.2.2 Empleo de catalizadores de Ir(III)............................................... 173 4.5.3 Caracterización de los cicloaductos de la DCR entre las nitronas I-V y metacroleína........................................ 174 4.5.4 Procedimiento catalítico de las reacciones de Diels-Alder con catalizadores de Ir(III)…................................................................ 177 4.5.4.1 Reacción de DA entre ciclopentadieno y metacroleína............................................................................ 177 4.5.4.2 Reacciones de DA entre ciclopentadieno y trans-β-nitroestirenos................................................................. 178 4.5.5 Caracterización de los cicloaductos de Diels-Alder............................... 179 5 CONCLUSIONES...................................................................................... 183           1. Introducción                               Introducción 1  1 Introducción 1.1 Catálisis asimétrica por compuestos metálicos La quiralidad juega un papel importante en la vida. Los seres vivos están compuestos por moléculas quirales, tales como L-amino ácidos y D-azúcares, y la especificidad y eficacia de gran parte de las reacciones importantes desde el punto de vista biológico, están basadas en interacciones quirales. Los enantiómeros de un fármaco tienen propiedades físico-químicas similares, pero difieren en sus propiedades biológicas. En entornos quirales, las propiedades de los dos enantiómeros de una molécula pueden ser muy diferentes,1 pudiendo ocurrir que un enantiómero produzca los efectos deseados, mientras que el otro sea inactivo e incluso tóxico. Desde 1992 la Food and Drug Administration (FDA) y, desde 1994, la European Medicines Agency (EMEA) obligan a las industrias farmacéuticas a verificar la pureza enantiomérica de los medicamentos quirales, y a evaluar sus propiedades y toxicidad independientemente para ambos enantiómeros, incluso si el fármaco se va a comercializar enantioméricamente puro.2 De acuerdo con esto, en los últimos años, dentro de esta industria, se ha producido un notable aumento en la producción de fármacos altamente enantioenriquecidos. Los datos publicados por Murakami sobre nuevos medicamentos aprobados en el mundo entre los años 1985 y 2002 (Fig. 1), reflejan claramente esta tendencia. En esta misma línea, en el año 2006, el 80% de los medicamentos aprobados por la FDA eran quirales y, de ellos, el 75% fueron comercializados enantioméricamente puros;3 y entre los años 2008 y 2009, de los diez medicamentos más vendidos en Estados Unidos, ocho eran quirales y, salvo en uno de los casos, todos eran compuestos enantiopuros.4 Fármacos tan comunes como el antiinflamatorio Ibuprofeno, uno de los 10 medicamentos más vendidos en la actualidad,1a y el inhibidor de la acidez Omeprazol, que en 1997 fue el fármaco de mayor venta en Estados Unidos,5 se 1 (a) Kasprzyk-Hordern, B. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4466. (b) Mannschreck, A.; Kiesswetter, R.; Angered, E. V. J. Chem. Ed. 2007, 82, 2012. 2 La talidomida es un claro ejemplo de la necesidad de esta medida. El (+)-enantiómero con propiedades terapéuticas (tranquilizante), sufre interconversión in vivo en el cuerpo humano y da lugar al (-)- enantiómero, que es teratogénico y responsable de que miles de niños nacieran con malformaciones en los años 60. Fabro, S.; Smith, R. L.; Williams, R. T. Nature 1967, 215, 296. 3 Thayer, A. M. Chem. Eng. News 2007, 85, 11. 4 Ainsworth, S. Chem. Eng. News 2009, 87, 13. 5 Nerkar, A. G.; Lade, K. S.; Gadhave, N. A.; Sawant, S. D. J. Pharm. Res. 2011, 4, 1300. Introducción 2  comercializan, desde los años 1994 y 2000, respectivamente, como compuestos enantiopuros (dexibuprofen, S-(+)-ibuprofeno y esomeprazole, S-(-)- omeoprazole).1a La demanda de compuestos quirales enantiopuros aumenta también paulatinamente, aunque a un ritmo menor que en la industria farmacéutica, en otros sectores industriales, como el de aromas y fragancias, productos agroquímicos, y materiales especiales. El uso de este tipo de productos reduce la dosis a emplear, con el consiguiente beneficio ecológico. Figura 1 Nuevos fármacos desarrollados entre los años 1984 y 2002 Existen diferentes metodologías6 para obtener compuestos enantioméricamente puros (Esq. 1), tales como la resolución de racematos, la conversión de un material de partida enantioméricamente puro (“chiral pool”) en un derivado o la síntesis asimétrica. De entre las tres, la síntesis asimétrica, proporciona el método más general. En esta estrategia sintética la transferencia de quiralidad se produce de forma intermolecular, por lo que la estructura de la fuente quiral y la de los productos no están relacionadas, lo que aumenta notablemente su versatilidad y permite la preparación de un rango de estructuras más amplio que con las otras dos técnicas. 1a Kasprzyk-Hordern, B. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4466. 6 Beck, G. Synlett. 2002, 6, 837. 1983-86 1987-90 1991-94 1995-98 1999-02 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Producción de Fármacos (%) Intervalo de años Racemato Enatiomero puro Aquiral Introducción 3  Esquema 1 Métodos de preparación de compuestos enantiopuros La importancia de la síntesis asimétrica y de los compuestos ópticamente activos queda reflejada en la Figura 2, donde se recoge a lo largo de más de tres décadas, el número de publicaciones científicas que contienen en el título las palabras “ópticamente activo”, “quiral” o “síntesis asimétrica”, frente al año en el que fueron publicadas. Como puede observarse, este número crece exponencialmente desde el año 1980 al 2000, y permanece relativamente invariable desde el 2000 a 2012, con alrededor de 2600 publicaciones por año.7 Figura 2 Número de publicaciones que contienen los criterios de búsqueda “optically active”, “chiral” o “asymmetric synthesis” en sus títulos, entre los años 1980 y 2012 (Datos extraídos de la plataforma ISI Web of Knowledge) Dentro de la síntesis asimétrica, la catálisis asimétrica se muestra como la manera más eficaz de obtener compuestos enantioenriquecidos, ya que la estereoquímica del conjunto de la reacción es controlada por pequeñas cantidades 7 Adaptación del estudio realizado por Maseras y Balcells. Maseras, F.; Balcells, D. New J. Chem. 2007, 31, 333. Síntesis asimétrica Catálisis asimétrica Catálisispor complejos metálicos Organocatálisis Biocatálisis Compuestos enantiopuros Resoluciónracematos “chiralpool” Introducción 4  de catalizador. Aunque la resolución de racematos, debido a la simplicidad operativa, es todavía un método muy importante a nivel industrial, a la hora de obtener productos enantiopuros, las tecnologías catalíticas van adquiriendo mayor peso con el paso de los años. En el año 2002 el 45% de los productos quirales preparados se obtuvieron utilizando un catalizador (35% por complejos metálicos y organocatalizadores y 10% por biocatalizadores), y las estimaciones para el año 2009 preveían un aumento de hasta un 58%.8 A pesar de que en los últimos años la organocatálisis9 está conociendo un auge espectacular y está demostrando que moléculas orgánicas relativamente sencillas pueden ser catalizadores altamente efectivos y enantioselectivos, las mejores expectativas se siguen centrando en el empleo de compuestos metálicos como catalizadores moleculares.10 Las diferentes actividades catalíticas de las distintas especies metálicas, en combinación con las variaciones estructurales y electrónicas en los ligandos, permiten la modulación de las propiedades de este tipo de compuestos, lo que los hace especialmente eficaces y versátiles. El intenso desarrollo de este tipo de catálisis en los últimos años, a nivel académico11 e industrial,12 justifican la transcendencia y actualidad de esta disciplina. Dentro de la catálisis asimétrica, los primeros ejemplos aparecieron a principios de los años sesenta. Natta publicó procesos de polimerización asimétrica empleando como catalizadores compuestos quirales de aluminio o titanio;13 Nozaki y Noyori describieron la ciclopropanación de estireno con diazoacetato de etilo catalizada por un compuesto quiral de cobre14 y, siguiendo 8 Rouhi, A. M. Chem. Eng. News 2004, 82, 47. 9 List, B. Chem. Rev. 2007, 107, 5413. (b) Pellissier, H. Recent Developments in Asymmetric Organocatalysis, RSC: Cambridge, 2010. 10 (a) Comprehensive Organometallic Chemistry III, Vol. IX-XI, Crabtree, R. H.; Mingo, M. P. Eds.; Elsevier Ltd: 2007. (b) Fundamentals of Molecular Catalysis. Kurosawa, H.; Yamamoto, A. Elsevier Science B.V.: 2003. 11 (a) Comprehensive Asymmetric Catalysis, Vol. I-III, Jacobsen, E. N.; Pfaltz, A.; Yamamoto, H. Eds.; Springer: New York, 1999; Suppl. 1 y 2, 2004. (b) Organometallic Chemistry and Catalysis, Astruc, D. Ed.; Springer: Berlin, 2007. (c) New Frontiers in Asymmetric Catalysis, Mikami, K.; Lautens, M. Eds.; John Wiley and Sons: Hoboken, 2007. 12 (a) Asymmetric Catalysis on Industrial Scale, Challenges, Approaches and Solutions, 2ª Ed. Blaser, H. U.; Federsel, J. Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2010. (b) Metal-catalysis in Industrial Organic Processes, Chiusoli, P. C.; Maitlis, P. M. Eds.; RSC: Cambridge, 2006. 13 Natta, G.; Farina, M.; Peraldo, M.; Bressan, G. Makromol. Chem. 1961, 43, 68. 14 Nozaki, H.; Takaya, H.; Noyori R. Tetrahedron Lett. 1966, 22, 5239. Introducción 11  Estos hechos nos proporcionan una nueva forma de entender las DCR que hay que considerar. Las relaciones existentes entre las energías de distorsión y las energías de los FMO son fundamentales para entender y reconciliar estas dos teorías.34 Sustman35 aplicó la teoría de los FMO a las reacciones de cicloadición 1,3dipolar y las clasificó en tres tipos, dependiendo de las interacciones establecidas entre los FMO del dipolo y del dipolarófilo (Fig. 4). Figura 4 Clasificación de las DCR Energía Dipolo Dipolarófilo Dipolo Dipolarófilo LUMO HOMO Tipo I Tipo II Tipo III DEN DEI En las reacciones del tipo I la interacción más favorable implica la transferencia de carga del dipolo al dipolarófilo, mientras que en las del tipo III la interacción de los FMO dominante tiene lugar entre el HOMO del dipolarófilo y el LUMO del dipolo. De las primeras reacciones, tipo I, decimos que transcurren con demanda electrónica normal (DEN) y de las reacciones tipo III, con demanda electrónica inversa (DEI). Como cabe esperar, las reacciones del tipo II implican a dipolos y dipolarófilos con diferencias de energía entre el HOMO y el LUMO similares. En particular, las reacciones de nitronas con alquenos pertenecen al tipo II. La introducción de sustituyentes dadores o aceptores de densidad electrónica en el dipolarófilo o en el dipolo pueden modificar las energías de los FMO y por lo tanto el tipo de la reacción. Las reacciones de nitronas con alquenos deficientes en densidad electrónica, como compuestos carbonilo  - insaturados, que son las estudiadas en esta Memoria, pertenecen al primer grupo de reacciones (con DEN), y la utilización de alquenos con grupos dadores, como éteres, transcurren con DEI. similares, Ei# que generalmente presenta un valor entre 32-46% del valor de Ed#, controla la diferencia la reactividad entre los dipolarófilos, por ejemplo en alquenos sustituidos. 34 Engels, B.; Christl, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 7968. 35 (a) Sustmann, R. Tetrahedron Lett. 1971, 12, 2717. (b) Sustmann, R.; Trill, H. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1972, 11, 838. Introducción 12  Por otra parte, la presencia de ácidos de Lewis en el medio de reacción afecta al transcurso del proceso.36 Así, como se recoge en la Figura 5, su coordinación al dipolo o al dipolarófilo, conlleva una disminución de la energía de los FMO, y por lo tanto una disminución de la diferencia de energía entre el HOMO y el LUMO de los reactivos, que se traduce en un aumento de la velocidad de reacción en ambos casos. Figura 5 Variación en los FMO por coordinación a un ácido de Lewis Una vez que la interacción dominante de FMO ha sido identificada, la reacción más favorable que determinará la regioselectividad del proceso estará igualmente controlada tanto por factores electrónicos como estéricos. Considerando los factores electrónicos, la dirección más favorable será aquella en la que interactúan los dos átomos terminales con mayores coeficientes de orbital. Los coeficientes de los FMO, que han sido calculados para un gran número de dipolos y dipolarófilos, nos ayudan a justificar, por lo tanto, las regioselectividades observadas.26a,37 La presencia de un catalizador condiciona también las regioselectividades obtenidas. Así, por ejemplo, para la reacción de nitronas con enales, la presencia de un ácido de Lewis coordinado al alqueno, aumenta el carácter electrofílico del carbono  , y por lo tanto favorece el ataque nucleofílico de la nitrona sobre dicho carbono.31 36 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Chem. Rev. 1998, 98, 863. 26a Huisgen, R. 1,3-Dipolar Cycloaddition, Introduction, Survey, Mechanism, pp 1. 1,3-Dipolar Cycloaddition Chemistry, Vol. 1; Padwa, A. Ed.; Wiley: New York, 1984. 37 (a) Houk, K. N.; Sims, J.; Watts, C. R.; Luskus, L. J. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 7301. (b) Houk, K. N.; Yamaguchi, K. pp 407, Theory of 1,3-Dipolar Cycloadditions. 1,3-Dipolar Cycloaddition Chemistry, Vol. 2; Padwa, A. Ed.; Wiley: New York, 1984. 31 Tanaka, J.; Kanemasa, S. Tetrahedron 2001, 57, 899. Energía Dipolo Dipolarófilo Dipolo Dipolarófilo LUMO HOMO Dipolarófilo -ácido Lewis Dipolo-ácido Lewis DEN DEI Introducción 13  Figura 6 DCR de nitronas con alquenos Respecto a la estereoquímica de las DCR, podemos decir que de forma general la diastereoselectividad suele ser elevada.28,36 En particular, en la reacción entre nitronas y alquenos, se pueden formar hasta tres nuevos centros quirales contiguos (Fig. 6). Debido a que la reacción transcurre a través de un mecanismo concertado, la estereoquímica del dipolarófilo se mantiene en el aducto, y por lo tanto, se podrán formar hasta un máximo de cuatro diastereómeros, dos isómeros endo y dos exo. Figura 7 Selectividad endo y exo La nomenclatura endo y exo procede de las reacciones de Diels-Alder; así, los isómeros endo se forman cuando en la reacción se produce la aproximación de los reactivos de forma que el átomo de nitrógeno de la nitrona apunta en la misma dirección que el átomo de carbono vecinal con hibridación sp2 del alqueno (Fig. 7). No obstante, mientras las interacciones secundarias de los orbitales p son importantes para la diastereoselectividad endo en las reacciones de DA, en las DCR esta interacción, y como consecuencia la estabilización, es pequeña. La selectividad endo/exo es controlada principalmente por la estructura de los sustratos, y en su caso por el catalizador.36 28 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Chem. Commun. 2000, 1449. 36 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Chem. Rev. 1998, 98, 863. O NNO + nit r on a a l q ueno iso x a zoli d in a *** X O N endo exo N O Reacc i ó n de D i e l s-A l der Reacc i ó n de c i c l oad i c i ó n 1,3-d i po l ar XX endo Introducción 14  Como hemos comentado anteriormente, el desarrollo de las DCR en los últimos años ha entrado en una fase donde el mayor reto es controlar la estereoquímica del proceso en la etapa de la adición. 1.2.1.1 Reacciones enantioselectivas de cicloadición 1,3-dipolar de nitronas y enales Comparado con el desarrollo de las reacciones de DA catalíticas asimétricas, que comienza a finales de los años 70,38 las DCR análogas empiezan a estudiarse unos cuantos años más tarde.39 Podemos decir que las DCR catalíticas enantioselectivas permanecen casi inexploradas40 hasta que, en 1994, se estudian los primeros ejemplos, con nitronas y alquenos como sustratos. En la primera reacción, publicada por el grupo de Scheeren,41 se utilizan C,Ndifenilnitrona, alquenos con grupos dadores y, como catalizador, un aminoácido derivado de una oxazaborodilinona; la reacción transcurre con demanda electrónica inversa. Meses más tarde Jørgensen42 publica la que será la primera DCR catalizada por compuestos metálicos quirales. Utiliza como catalizadores complejos de TiCl2-Tadol y como reactivos, nitronas y alquenos con grupos aceptores, alquenoiloxazolidinonas; la reacción transcurre, en este caso, con demanda electrónica normal (Esq. 5). Dentro de las DCR, las reacciones de nitronas con alquenos figuran entre las más estudiadas.26c, 36, 39c, 39d, 43, 44 Una de las razones es que, a diferencia de la 38 Hashimoto, S.; Komeshima, N.; Koga, K. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1979, 437. 39 Revisiones de DCR asimétricas: (a) ref. 36. (b) Karlsson, S.; Högberg, H. E. Org. Prep. Prod. Int. 2001, 33, 103 (Organocatálisis). (c) Kanemasa, S. Synlett. 2002, 1371 (Catálisis metálica). (d) Pellisier, H. Tetrahedron 2007, 63, 3235. (e) Nájera, C.; Sansano, J. M.; Yus, M. J. Braz. Chem. Soc. 2010, 21, 377. 40 En 1991 se publicó la primera DCR catalizada por compuestos metálicos quirales, pero con cantidades estequiométricas de catalizador. Se utilizaron como dipolos iluros de azometino. Allway, P.; Grigg, R. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 5817. 41 Seerden, J. P. G.; Scholte op Reimer, A. W. A.; Scheeren, H. W. Tetrahedron Lett. 1994, 35, 4419. 42 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. J. Org. Chem. 1994, 59, 5687. 26c Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Asymmetric Reactions, pp 817. The Chemistry of Heterocyclic Compounds, Vol. 59: Synthetic Applications of 1,3-Dipolar Cycloaddition Chemistry toward Heterocycles and Natural Products; Padwa, A.; Pearson, W. H. Eds.; Wiley: Hoboken, New Jersey, 2002. 36 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Chem. Rev. 1998, 98, 863. 39c Kanemasa, S. Synlett. 2002, 1371. 39d Pellisier, H. Tetrahedron 2007, 63, 3235. 43 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Chem. Comm. 2000, 1449. Introducción 15  mayoría de los otros dipolos, las nitronas son compuestos estables que no requieren la preparación in situ. Además, la reacción de nitronas con alquenos es especialmente importante ya que, como producto de la reacción, se obtienen isoxazolidinas (Fig. 6), que pueden ser transformados en compuestos de gran interés biológico como alcaloides,  -lactamas, amino-ácidos y amino-azúcares.44 Esquema 5 Primera DCR catalizada por complejos metálicos quirales De las tres posibles estrategias para la preparación de isoxazolidinas enantiopuras, utilización de nitronas quirales, alquenos quirales y catalizador quiral, la última se presenta como la más adecuada. El catalizador quiral suele ser un ácido de Lewis, en muchos casos un metal de transición o de transición interna con un ligando quiral, aunque también puede ser un compuesto orgánico (organocatalizador). La utilización de metales transición como catalizadores para esta reacción, además de acelerarla, en muchas ocasiones, permite un eficiente control de la selectividad del proceso, en particular de la enantioselectividad. De los grupos de reacciones, con DEN y DEI, nos vamos a referir exclusivamente a reacciones del primer tipo, ya que son las que hemos estudiado en esta Memoria. Como ya hemos comentado anteriormente, alquenos con sustituyentes electroatractores, como por ejemplo grupos carbonilo, pueden activarse por coordinación a través del grupo electroaceptor al metal. Esta activación, favorecerá la interacción entre el LUMO del alqueno, que ha disminuido su energía, y el HOMO de la nitrona, de manera que la reacción transcurrirá con cesión de densidad electrónica desde la nitrona al alqueno. Por lo tanto, para llevar a cabo cicloadiciones con DEN habrá que favorecer la coordinación de la olefina con respecto a la de la nitrona. La coordinación de la nitrona a un ácido de Lewis está favorecida frente a la coordinación monodentada de un compuesto carbonilo (Esq. 6); por esta razón, la mayoría de 44 Fredericson, M. Tetrahedron 1997, 53, 403. HPh NO R1 R1 = aril, bencil, alquil NO R2 O O R2 = alquil O O O O A r Ar Ar Ar TiCl2 O O N O O NR2 Ph R1 O O N O O NR2 Ph R1 endo, 62% ee exo , 80% ed, 60% ee Ar = Ph 10 % mol Tolueno/Éter de Petróleo Introducción 16  las reacciones de este tipo se han desarrollado utilizando alquenos bifuncionalizados del tipo alquenoiloxazolidinonas,26c,36,39c,39d,43,45 con capacidad para actuar como quelatos a través de la coordinación de sus dos grupos carbonilo. Siguiendo esta estrategia sintética, en los últimos años se han Esquema 6 Capacidad de coordinación de nitronas y compuestos carbonilo  -insaturados publicado sistemas en los que habitualmente se utilizan alquenos con capacidad para actuar como bidentados, como alquiliden malonatos,46  -hidroxi enonas,47 2-acil imidazoles  -insaturados48 y 2-alquenoil piridina N-óxidos49 y, consecuentemente, precursores de catalizador con, al menos, dos vacantes de coordinación. Sin embargo, catalizadores con una sola vacante de coordinación para la activación de alquenos monofuncionalizados con grupos aceptores, como por ejemplo enales, son muy escasos y los ejemplos que se encuentran en la literatura son de los últimos años. En esta línea, el grupo de Kanemasa demostró que una elección adecuada del catalizador puede inhibir la coordinación de la nitrona por razones estéricas, y por lo tanto favorecer la activación del enal para este tipo de reacciones.50 26c Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Asymmetric Reactions, pp 817. The Chemistry of Heterocyclic Compounds, Vol. 59: Synthetic Applications of 1,3-Dipolar Cycloaddition Chemistry toward Heterocycles and Natural Products; Padwa, A.; Pearson, W. H. Eds.; Wiley: Hoboken, New Jersey, 2002. 36 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Chem. Rev. 1998, 98, 863. 39c Kanemasa, S. Synlett. 2002, 1371. 39d Pellisier, H. Tetrahedron 2007, 63, 3235. 43 Gothelf, K. V.; Jørgensen, K. A. Chem. Comm. 2000, 1449. 45 Stanley, L. M.; Sibi, M. P. Chem. Rev. 2008, 108, 2887. 46 (a) Huang, Z. Z.; Kang. Y. B.; Zhou, J.; Ye, M. C.; Tang, Y. Org. Lett., 2004, 6, 1677. (b) Chen, D.; Wang, Z.; Li, J.; Yang, Z.; Lin, L.; Liu, X.; Feng, X. Chem. Eur. J. 2011, 17, 5226. 47 Palomo, C.; Oiarbide, M.; Arceo, E.; García, J. M.; López, R.; González, A.; Linden A. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 6187. 48 Evans, D. A.; Song, H. J.; Fandrick, K. R. Org. Letters 2006, 8, 3351. 49 Barroso, S.; Blay, G.; Muñoz. M. C.; Pedro, J. R. Org. Letters 2011, 13, 402. 50 Kanemasa, S.; Ueno, N.; Shirahase, M. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 657. O N R 1 ML n NO R 2 O O O R<< ML n ML n Introducción 17  En el año 2002, Kündig y col. desarrollaron las primeras DCR entre nitronas y aldehídos  -insaturados catalizadas por ácidos de Lewis quirales.51,52 Como catalizadores utilizaron compuestos quirales de rutenio y hierro, y los cicloaductos fueron obtenidos con buenos rendimientos, diastereoselectividad perfecta endo y excesos enantioméricos de hasta el 96%. Con nitronas cíclicas la reacción es totalmente regioselectiva,51a y con diarilnitronas las isoxazolidinas se obtienen como una mezcla de regioisómeros (3,4 y 3,5) en relaciones molares que varían desde 96:4 a 15:85, en función de las propiedades electrónicas de la nitrona (Esq. 7).51b Muy recientemente, este grupo ha extendido el estudio, con estos mismos sistemas, a la DCR entre metacroleína y nitronas N-alquiladas ó Nbenciladas.51c Esquema 7 Primeras DCR entre nitronas y aldehídos  -insaturados Simultáneamente, Yamada y col. publicaron53 la DCR de diarilnitronas con aldehídos  -insaturados catalizada por complejos catiónicos de Co(III) con 51 (a) Viton, F.; Bernardinelli, G.; Kündig, E. P. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4968. (b) Badoiu, A.; Bernardinelli, G.; Mareda, J.; Kündig, E. P.; Viton, F. Chem. Asian J. 2008, 3, 1298. Ibid. 2009, 4, 1021. (c) Badoiu, A.; Kündig, E. P. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 114. 52 Esta transformación se había llevado a cabo en el año 2000 por el grupo de MacMillan, en la que fue la primera DCR organocatalizada. (a) Jen, W. S.; Wiener, J. J. M.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9874. Publicaciones que siguen la estrategia sintética de MacMillan: (b) Karlsson, S.; Hogberg. H. E.; Tetrahedron: Asymmetry, 2002, 13, 923. (c) Karlsson, S.; Hogberg. H. E.; Eur. J. Org. Chem. 2003, 2782. (d) Puglisi, A.; Benaglia, M.; Cinquini, M.; Cozzi, F.; Celentano, G. Eur. J. Org. Chem. 2004, 567. (e) Lemay, M.; Trant, J.; Ogilvie, W. W. Tetrahedron 2007, 63, 11644. (f) Chow, S. S.; Nevalainen, M.; Evans, C. A.; Johannes, C. W. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 277. 53 (a) Mita, T.; Ohtsuki, N.; Ikeno,T.; Yamada, T. Org. Letters 2002, 4, 2457. (b) Ohtsuki, N.; Kezuka, S.; Kogami, Y.; Mita, T.; Ashizawa, T.; Ikeno, T.; Yamada, T. Synth. 2003, 1462. (c) Kezuka, S.; Ohtsuki, N.; Mita, T.; Kogami, Y.; Ashizawa, T.; Ikeno, T.; Yamada, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2003, 76, 2197. N Ph O Ar NO Me CHO + cat*, 5 % mol NO Ph Ar Me CHO NO Ph Ar OHC Me NOMe CHO H M L (C6F5)2P O OP(C6F5)2 Ph Ph + + (3,4)-endo 94 % ee (3,5)-endo, 96 % ee (3,5)-endo 87 % ee M = Fe; L = acroleína M = Ru; L = acetona cat* = Introducción 18  ligandos  -cetoimidato (Esq. 8). Los cicloaductos fueron obtenidos con regioy diastereoselectividades endo excelentes (A:B o B:A = 99:1; endo:exo = 99:1) y enantioselectividades de hasta el 92%. En 2004, Kanemasa y col. comunicaron54 la utilización de compuestos de níquel, magnesio, cinc o cobalto con ligandos dibenzofuranilbisoxazolina (DBFOX) en este mismo tipo de reacciones (Esq. 9). Se obtienen regioselectividades muy diferentes en función del metal utilizado y, en particular, la reacción con  -bromoacroleína catalizada por un complejo de Zn(II) da lugar al regioisómero con el grupo formilo en posición 4 con enantioselectividades de hasta el 99.5%. En los años siguientes el grupo de Maruoka demostró55 que los complejos dinucleares de titanio y BINOL recogidos en el Esquema 10 catalizan muy eficientemente la reacción de nitronas menos reactivas como N-bencil y N-difenilmetil nitrona con acroleína y metacroleína, dando lugar a isoxazolidinas con sustituyentes en el átomo de nitrógeno fácilmente eliminables. Se obtiene como producto mayoritario el aducto 3,4-endo y enantioselectividades de hasta el 99%. Esquema 8 DCR catalizadas por complejos β-cetoimidato de Co(III) 54 (a) Shirahase, M.; Kanemasa, S.; Oderaotoshi, Y. Org. Lett. 2004, 6, 675. (b) Shirahase, M.; Kanemasa, S.; Hasegawa, M. Tetrahedron Lett. 2004, 45, 4061. 55 (a) Kano, T.; Hashimoto, T; Maruoka, K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11926. (b) Hashimoto, T.; Omote, M.; Kano, T.; Maruoka, K. Org. Lett. 2007, 9, 4805. (c) Hashimoto, T.; Omote, M.; Hato,Y.; Kano, T.; Maruoka, K. Chem. Asian J. 2008, 3, 407. (d) Hashimoto,T.; Omote, M; Maruoka, K. Org. Biomol. Chem. 2008, 6, 2263. Ar NO Ph R2 R1 O +cat*, 5 % mol NaBH4/EtOH N O R2 R1 H OH Ar Ph N O R1 R2 H Ar Ph OH + (A)-endo 91 % ee (B)-endo 92 % ee N O Co N O R R O O cat* = R1 = H; R2 = H, Me, Bu, hex, Bn, p-Tol R1 = Me; R2 = H R1 R2 = -(CH2)3-SbF6 Introducción 19  Esquema 9 DCR catalizadas por complejos con DBFOX Esquema 10 DCR catalizada por complejos de Ti-BINOL En el año 2008 Doyle y col. publicaron56 que complejos de valencia mixta RhII/RhIII con ligandos carboxamidatos catalizan la reacción de diaril nitronas y metacroleína (Esq. 11). Se obtienen mezclas de regioisómeros y enantioselectividades mayores en los isómeros 3,4 que en los 3,5, que aumentan hasta un e.e. del 95% al aumentar el tamaño del grupo éster del catalizador. Esquema 11 DCR catalizadas por complejos carboxamidatos de RhII/RhIII 56 Wang, Y.; Wolf, J.; Zavalij, P.; Doyle, M. P. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 1439. Ar NO Ph +R2 R1 O cat*, 2-10 % mol NaBH4 O N Ph Ar R1 CH2OH O N Ph Ar R2 CH2OH R1 R2 + 99.5 % ee O ONNO M R RR R Ph Ph X2 M = Ni, Mg, Zn, Co cat* = R1 = H; R2 = H, Me, Et, Ph, Br R1 = Me; R2 = H R1 R2 = -(CH2)3R2 NO R1 +R3 O cat*, 10% mol NaBH4 O N R1 R2 R3 3,4-endo 99 % ee CHO O OTi X X OiPr OTi OiPr O O X X cat* = R1 = Bn, dfenilmetil R2= aril, alquil, alquenil R3 = H, Me Ar NO Ph +cat*, 5 % mol O N Ph Ar CHO O N Ph Ar Me + endo-(3R, 4R) CHO Me endo-(3R, 5R) Rh Rh O N H COOR cat* = + R = Me, iPr, (R)-mentil Me O Introducción 20  Esquema 12 DCR catalizadas por complejos de rodio(III) e iridio(III) Finalmente, en nuestro grupo de investigación hemos llevado a cabo DCR de nitronas lineales y cíclicas con enales, utilizando como precursores de catalizador los acua-complejos de Rh(III) e Ir(III) de estequiometría (SM, SC)- [(  5-C5Me5)M(PP*)(H2O)][SbF6]2 (PP* = difosfano quiral, véase el Esquema 12). Se obtienen conversiones cuantitativas, excelentes regioselectividades (la reacción de N-bencilidenfenilamina N-óxido con metacroleína es una excepción), M Ph NO R +cat*, 5 % mol O N R Ph CHO O N R Ph CHO + 3,4-endo-(3S, 4S) Me Me endo-(3R, 5R) N (n) O n = 1, 2 NO (n) NO H Me CHO (+)-endo-(3R, 5R) NO Me CHO H (-)-endo-(3S, 5R) Ph NO Ph NO cat*, 5 % mol R1 O R2 + O N Ph Ph CHO R1 NO Me CHO H R2 R1 = R2 = H R1 = H, R2 = Me R1 = R2 = Me R1 = Me, R2 = Et R1 = R2 = H R1 = H, R2 = Me Ph2P PPh2 OH2 R cat* = M PPh2 PPh2 R 2+ 2+ R1 O R2 M = Rh, Ir; R = Me, Ph, Bn, iPr, Cy, Norfos; R1 = Me, R2 = H M = Ir; R = Me R1 = R2 = H R1 = H, R2 = Me R1 = R2 = Me R1 = Me, R2 = Et ácido de Lewis/di p ola r ó f ilo Me O M = Rh, Ir R = Me, Ph, Bn, iPr, Cy, Norfos Introducción 27  estos autores han sido: difosfinitos (empleados por Kündig con los metales rutenio y hierro); piridin-oxazolinas y bisoxazolinas (por Davies, en compuestos de rutenio y rodio); y el ligando Quinap y el fosfano Binpo (por Faller, con los metales rutenio y osmio). Nuestro grupo de investigación ha desarrollado trabajos con los metales rodio, iridio, rutenio y osmio, y los ligandos quirales piridin-iminas, piridin-aminas, fosfano-oxazolinas y ligandos difosfano, principalmente R-profos. Figura 12 Reacción de DA de metacroleína y ciclopentadieno catalizada por complejos semisandwich B M L A* n+ * + CHO Me Me COH  6-(areno)M M = Rh, Ir, Fe M = Ru, Os  5-(C5R5)M Ph Ph (C6F5)2PO OP(C6F5)2 (S,S) y (R,R) fosfinito N O R PPh 2 fosfano-oxazolina (S) NR2 H N H Me R1 (R) p i r i d in-imina N N O iPr (S) piridin-oxazolina N OO N MeMe iP r iPr (S,S) bisoxazolina PPh2 ( S )-Binpo PPh2 O N PPh2 (R)-Quinap NR2 NH H Me R1 (R) pi r idin-a m ina R Ph2PPPh2 R=Me, Ph, Bn, iP r , Cy, N o r fo s Kündig y col. Faller y col.Davies y col. Carmona y col. difosfano J. Org. Chem. 2006, 71, 9831. (i) Carmona, D.; Lamata, M. P.; Rodríguez, R.; Viguri, F.; Lahoz, F. J.; Dobrinovich, I.; Oro, L. A. Dalton Trans. 2007, 1911. (j) Carmona, D.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Barba, C.; Rodríguez, R.; Lahoz, F. J.; Martín, M. L.; Oro, L. A.; Salvatella, L. Organometallics 2007, 26, 6493. (k) Carmona, D.; Lamata, M. P.; Rodríguez, R.; Viguri, F.; Lahoz, F. J.; Dobrinovich, I.; Oro, L. A. Dalton Trans. 2008, 3328. (l) Carmona, D.; Viguri, F.; Asenjo, A.; Lamata, M. P.; Lahoz, F. J.; García-Orduña, P.; Oro, L. A. Organometallics 2011, 30, 6661. (m) Carmona, D.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Barba C.; Lahoz, F. J.; García-Orduña, P.; Oro, L. A. Organometallics 2011, 30, 6661. (n) Carmona, D.; Viguri, F.; Asenjo, A.; Lahoz, F. J.; García-Orduña, P.; Oro, L. A. Organometallics 2012, 31, 4551. Introducción 28  1.2.2.1 Reacciones de Diels-Alder con nitroalquenos como dienófilos Hemos comentado anteriormente que entre los sustituyentes aceptores de densidad electrónica que pueden contener los dienófilos se encuentran los grupos nitro. El grupo nitro, además de ser un sustituyente de alto carácter electroaceptor que, por tanto, aumentará considerablemente el carácter electrófilo del alqueno enlazado a él, es un grupo especialmente versátil, ya que permite acceder a un rango importante de grupos funcionales, tales como aminas, hidroxilaminas, amidas, nitronas, oximas, nitrilos, óxidos de nitrilo, nitronatos y carbonilo.72 Estas características son las que justifican el hecho de que los nitroalquenos se hayan utilizado con éxito en un número importante de procesos,72,73 como por ejemplo, en reacciones catalíticas enantioselectivas de Friedel-Crafts.74 Sin embargo, es sorprendente que apenas se conozcan trabajos que describan reacciones de DA catalíticas con nitroolefinas como electrófilos.75 Probablemente la menor estabilidad de las nitroolefinas cis frente a las trans y el hecho de que éstas últimas no sea buenos diénofilos, sea una de las causas de que los ensayos realizados sean escasos. Además, en presencia de ácidos de Lewis, los nitroalquenos pueden actuar como dienos y reaccionar con olefinas, para dar alquil nitronatos cíclicos, por lo que este proceso competiría con la reacción de DA (Fig. 13).76 De hecho, únicamente se han publicado dos trabajos de procesos de DA con nitroalquenos y catalizador metálico. En ambos se ensaya la reacción del nitroalqueno con un dieno en presencia de un catalizador no quiral: trans-  - 72 (a) Ono, N. The nitro group in organic synthesis. Wiley-VCH: New York, 2001. (b) Berner, O.M.; Tedeschi, L.; Enders, D. Eur. J. Org. Chem. 2002, 1877. 73 (a) Barret, A. G. M.; Grabosky, G. G. Chem. Rev. 1986, 86, 751. (b) Barret, A. G. M. Chem. Rev. 1991, 20, 95. 74 (a) Poulsen, T. B.; Jørgensen, K. A. Chem. Rev. 2008, 108, 2903. (b) Bandini, M.; Eichholzer, A., Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9608. (c) You, S.-L.; Cai, Q.; Zeng, M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2190. 75 (a) Fuji, K.; Tanaka, K.; Abe, H.; Matsumoto, K.; Harayama, T.; Ikeda, A.; Taga, T.; Miwa, Y.; Node, M. J. Org. Chem. 1994, 59, 2211. (b) Kinsman, A. C.; Kerr, A. Org. Lett. 2000, 2, 3517. (c) Thayumanavan, R.; Dhevalapally, B.; Sakthivel, K.; Tanaka, F.; Barbas, C. F. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 3817. (d) Sunden, H.; Rios, R.; Xu, Y.; Eriksson, L.; Córdova, A. Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 2549. (e) Xu, D. Q.; Xia, A. B.; Luo, S. P.; Tang, J.; Zhang, S.; Jiang, J. R.; Xu, Z. Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 3821. (f) Takenaka, N.; Sarangthem, R. S.; Seerla, S. K. Org. Lett. 2007, 9, 2819. 76 (a) Denmark, S. E.; Kesler, B. S.; Moon, Y. C. J. Org. Chem. 1992, 57, 4912. (b) Denmark, S. E.; Thurarensen, A. Chem. Rev. 1996, 96, 137. (c) Çelebi-Ölçüm, N.; Ess, D. H.; Aviyente, V.; Houk, K. N. J. Org. Chem. 2008, 73, 7472. Introducción 29  nitroestireno con 1,3-ciclohexadieno e Yb(OTf)3, 75b y alquilsulfinil nitroalquenos con ciclopentadieno en presencia de ZnCl2.75a Hay que puntualizar, además, que en el primer caso, se trabaja en condiciones de ultrapresión y no se observa actividad catalítica. En el segundo caso, se alcanza un 89% de rendimiento en 15 horas a temperatura ambiente con cantidades estequiométricas de catalizador, obteniéndose preferentemente aductos endo (Fig. 15). Figura 13 Reacciones con nitroalquenos Figura 14 Reacción de 1-(alquilsulfinil)-2-nitroalquenos y ciclopentadieno catalizada por ZnCl2 En la misma línea, respecto a reacciones de DA enantioselectivas, solamente se han publicado tres trabajos, y en todos ellos se emplean organocatalizadores. En concreto, se trata de procesos en los que reaccionan trans-  -nitroestirenos con 2-ciclohexanonas (Homo DA) en presencia de derivados de la pirrolidina.75c-e Los mejores resultados los da el catalizador tioaminopiridina,75e alcanzándose, con un 20% de catalizador y tras 12-36 h de reacción, hasta el 96% de e.e. (Fig. 15). Figura 15 Reacción de nitroalquenos y enonas organocatalizada O R2 R1R1 + NO2 R3 20 % mol NHS N O R2 R1 R1 R3 O2N ee = 96 % N OONO2 ácido de Lewis alqueno dieno  NO2 + NO2 SO Me Ph ZnCl2 100 % mol NO2 Me S O Me Ph endo Introducción 30  Finalmente, cabe resaltar que para la reacción de trans-  -nitroestirenos y ciclopentadieno, que hemos desarrollado en esta Memoria, sólo hay un trabajo publicado, no asimétrico, en el que las mejores conversiones, de hasta un 54%, se obtienen con un organocatalizador, una sal de 7-azaindolio, alcanzándose una diastereoselectividad endo de hasta el 96% (Fig. 16).75f Figura 16 Reacción de nitroestireno y ciclopentadieno 1.3 Ligandos fosfano-oxazolina quirales Gran parte de los complejos preparados y ensayados como catalizadores en esta Memoria contienen como auxiliares quirales ligandos de tipo fosfanooxazolina (PN*) como los representados en el Esquema 15. Estos ligandos no son comerciales77 y su preparación fue publicada en 1993, independientemente, por los grupos de Pfaltz, Helmchen y Williams.78 Las rutas más generales de síntesis se presentan igualmente en dicho esquema.79 En la ruta I el enlace P-C se forma por desplazamiento aniónico de 2-(2-fluorofenil)-oxazolina (procedente de un aminoalcohol quiral, comercial o sintetizado) con un anión fosfuro, mientras que en la ruta II dicho enlace se genera por desplazamiento organometálico (compuesto de Grignard) de un clorofosfano. En el año 2007, Stolz y col.80 proponen una vía alternativa de síntesis basada en el acoplamiento de difenilfosfano (PPh2H) con bromuros de aril-oxazolinas. Con este método abarcan un rango mayor de sustratos de partida, ampliando así las posibilidades 75f Takenaka, N.; Sarangthem, R. S.; Seerla, S. K. Org. Lett. 2007, 9, 2819. 77 Sólo recientemente se puede disponer de alguno de ellos comercialmente: Bélanger, E.; Pouliot, M. F.; Paquin, J. F. Org. Lett. 2009, 11, 2201. 78 (a) von Matt, P.; Pfaltz, A. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 566. (b) Sprinz, J.; Helmchen, G. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 1769. (c) Dawson, G. J.; Frost, C. G.; Williams, J. M. J.; Coote, S. J. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 3149. 79 Peer, M.; de Jong, J. C.; Kiefer, M.; Langer, T.; Rieck, H.; Schell, H.; Sennhenn, P.; Sprinz, J.; Steinhagen, H.; Wiese, B.; Helmchen, G. Tetrahedron 1996, 52, 7547. 80 Tani, K.; Behenna, D. C.; McFadden, R. M.; Stolz, B. M. Org. Lett. 2007, 9, 2529. N HN H TFPB + NO2 Ph 20 % mol NO2 Ph ed (endo) = 96 % Introducción 31  de modulación de las propiedades electrónicas y estéricas de los ligandos preparados. Las modificaciones más habituales de estas moléculas afectan al sustituyente enlazado al carbono  al nitrógeno del anillo oxazolínico (C4), a los grupos arilo unidos a fósforo, o a ambos. En nuestro laboratorio siguiendo la ruta I del Esquema anterior, reacción del fragmento oxazolina con difenilfosfuro de potasio, hemos optimizado la preparación de los dos ligandos empleados en este trabajo: PNInd y PNiPr (Fig. 17). Los detalles concretos de su preparación se describen en la Parte Experimental de la Memoria. Esquema 15 Rutas generales de preparación de ligandos fosfano-oxazolina Figura 17 Ligandos fosfano-oxazolina preparados por la ruta I El ligando PNiPr fue una de las primeras moléculas de tipo fosfanooxazolina preparadas y representa, junto con el ligando homólogo con un sustituyente terc-butilo en el C4, un referente importante en la investigación de las aplicaciones de ligandos PN* en catálisis asimétrica. La introducción de un grupo indenilo como sustituyente en las posiciones 4 y 5 del anillo oxazolínico es, sin embargo, mucho menos frecuente y el comportamiento en catálisis de los ligandos PN* resultantes se encuentra prácticamente inexplorado. De hecho, P N O F + R N O BrMg R + Ph2PCl Ph2PPN* III 4 5 N O R N O Ph2P (4S)-2-(2-difenilfosfano)fenil-4iso p r o p il-4,5-dihid r ooxazol (PNiPr) (3aR,8aS)-2-(2-difenilfosfano)fenil-3a,8adihidroindano[1,2-d]oxazol (PNInd) Ph2PN O Introducción 32  hasta donde sabemos, únicamente nuestro grupo de investigación ha publicado la preparación de complejos de (p-MeC6H4iPr)Ru(II)/Os(II) y (C5Me5)Ir(III) con el ligando con el grupo indenilo PNInd y su empleo como catalizadores en reacciones de DA entre ciclopentadieno y metacroleína, sin que se conozcan otras aplicaciones catalíticas de este ligando. Conviene señalar, por otra parte, que un ligando similar, preparado en 1996 por Saigo y col. (Fig. 18),81 ha demostrado una mayor actividad catalítica que PNiPr en reacciones de aminación alílica,82 reacciones de Heck asimétricas83 e hidrosililación asimétrica de cetonas.84 Figura 18 Ligando fosfano-oxazolina preparado por Saigo y col. A continuación incluimos una breve revisión del comportamiento de los ligandos fosfano-oxazolina en catálisis asimétrica. Un factor determinante en la eficiencia y control de la enantioselectividad de reacciones asimétricas proporcionados por ligandos fosfano-oxazolina es la diferencia pronunciada, tanto en propiedades electrónicas como estéricas, entre los dos átomos dadores: fósforo (base de Lewis blanda) y nitrógeno (base dura), que son los átomos que habitualmente se coordinan de forma quelato al metal.85 Estas diferencias hacen que, en ocasiones, los ligandos PN* den lugar a mejores resultados en los procesos ensayados que ligandos quelatos N,N ó P,P relacionados.86 En la década de los 90, una vez publicada su síntesis, Pfaltz y col. decidieron emplear ligandos PN* quirales coordinados a Ir(I) en reacciones de 81 Sudo, A.; Saigo, K. Tetrahedron: Asymmetry 1996, 7, 1239. (b) Sudo, A.; Saigo, K. Chem. Lett. 1997, 97. 82 Sudo, A.; Saigo, K. J. Org. Chem. 1997, 62, 5508. 83 Hashimoto, Y.; Horie, Y.; Hayashi, M.; Saigo, K. Tetrahedron: Asymmetry 2000, 11, 2205. 84 Sudo, A.; Yoshida, H.; Saigo, K. Tetrahedron: Asymmetry 1997, 8, 3205. 85 La coordinación del anillo oxazolina a través del átomo de oxígeno es menos probable, sobre todo en metales de la última serie de transición, debido a que la energía de sus orbitales es desfavorable comparada con la del átomo de nitrógeno con hibridación sp2. 86 Pfaltz, A.; Drury III, W. J. PNAS 2004, 101, 5723. Ph2PN O Introducción 33  hidrogenación de olefinas no funcionalizadas. El motivo fue la baja reactividad y enantioselectividades poco satisfactorias obtenidas con ligandos difosfano quirales que, por otro lado, habían demostrado una alta eficacia, coordinados a rodio y rutenio, en reacciones de hidrogenación. El desarrollo de los nuevos sistemas con PN* tomó como modelo el catalizador de iridio de Crabtree,87 [Ir(cod)(PCy3)(py)][PF6] (Cy = ciclohexil; py = piridina), ensayado con gran éxito en procesos de hidrogenación, y que contiene un ligando fosfano y otro piridina en su esfera de coordinación (Fig. 19). Con los nuevos catalizadores se obtuvieron enantioselectividades excelentes en reacciones de hidrogenación de olefinas no funcionalizadas como la del Esquema 16, una de las primeras reacciones publicadas.88 Figura 19 Catalizadores de Crabtree (izda) y Pfaltz (dcha) O R 12 P iPr R 2 PF 6 R 2 Cy 3 P Ir PF 6 N R 1 = Ph, Cy, C 6 F 5 R 2 = H, Me N Ir Aparte de las reacciones de hidrogenación asimétrica de alquenos, donde la eficacia del sistema Ir(I)/fosfano-oxazolina ha sido sobradamente demostrada,89 los ligandos PN* se han empleado también con éxito en otros tipos de reacciones catalíticas enantioselectivas de interés, tales como procesos de alquilación alílica,90 alilación,91 aminación,92 reacciones de Heck,93 hidrogenación de 87 Crabtree, R. H. Acc. Chem. Res. 1979, 12, 331. 88 (a) Lightfoot, A.; Schnider, P.; Pfaltz, A. Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 2897. (b) Pfaltz, A; Blankenstein, J.; Hilgraf, R.; Hoermann, E.; McIntyre, S.; Menges, F.; Schoenleber, M.; Smidt, S. P.; Wüstenberg, B.; Zimmermann, N. Adv. Synth. Catal. 2003, 345, 33. (c) Smidt, S. P.; Zimmermann, N; Studer, M; Pfaltz, A. Chem. Eur. J. 2004, 10, 4685. 89 (a) Cui, X.; Burgess, K. Chem. Rev. 2005, 105, 3272. (b) Roseblade, S. J.; Pfaltz, A. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 1402. (c) Church, T. L.; Andersson, P. G. Coord. Chem. Rev. 2008, 252, 513. (d) Woodmansee, D. H.; Pfaltz, A. Chem. Commun., 2011, 47, 7912. 90 (a) Geisler, F. M.; Helmchen, G. J. Org. Chem. 2006, 71, 2486. (b) García Yebra, C.; Jannsen, J. P.; Rominger, F.; Helmchen, G. Organometallics 2004, 23, 5459. (c) Zehnder, M.; Schaffner, S.; Neuburger, M.; Plattner, D. A. Inorg. Chim. Acta 2002, 337, 287. (d) Bartels, B.; Helmchem, G. Chem. Commun. 1999, 741. (e) Blacker, A. J.; Clark, M. L.; Loft, M. S.; Williams, J. M. J. Chem. Commun. 1999, 913. (f) Prétôt, R.; Lloyd-Jones, G. C.; Pfaltz, A. Pure Appl. Chem. 1998, 70, 1035. Introducción 34  cetonas94 e iminas,95 transferencia de hidrógeno a cetonas96 o adición conjugada a enonas,97 entre otras. Además de iridio, como átomos metálicos se han empleado en las reacciones anteriores, rodio, rutenio y paladio entre otros. Esquema 16 Reacción de hidrogenación de olefinas no funcionalizadas Sin embargo, la aplicación de ligandos fosfano-oxazolina a reacciones de Diels-Alder o de cicloadición 1,3-dipolar, no ha sido apenas estudiada. En el primer caso cabe señalar la aportación de Helmchen y col., que en 1998 publicaron la reacción de DA entre dienófilos de tipo 3-acriloil-1,3-oxazolidin-2onas y ciclopentao hexadieno catalizada de forma efectiva por un sistema de cobre(II)/PN*. Se obtienen en general buenas relaciones molares endo/exo y enantioselectividades de hasta el 97% (Esq. 17a).98 Varios años después, Watanabe e Hiroi obtuvieron una eficiencia casi completa en rendimiento químico y enantioselectividad en reacciones DA con un catalizador de paladio y el ligando PNtBu (Esq. 17b).99 Finalmente, cabe señalar, como hemos indicado en el apartado anterior, los trabajos de nuestro grupo de investigación con catalizadores semisandwich de rodio(III) o iridio(III)71e y rutenio(II) u 91 Keith, J. A.; Behenna, D. C.; Mohr, J. T.; Ma, S.; Marinescu, S. C.; Oxgaard, J.; Stoltz, B. M.; Goddard III, W. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11876. 92 Welter, C.; Koch, O.; Lipowsky, G.; Helmchem, G. Chem. Commun. 2004, 896. 93 (a) Loiseleur, O.; Hayashi, M.; Keenan, M.; Schmees, N.; Pfaltz, A. J. Organomet. Chem. 1999, 576, 16. (b) Loiseleur, O.; Hayashi, M.; Schmees, N.; Pfaltz, A. Synthesis 1997, 11, 1338. (c) Ripa, L.; Hallberg, A. J. Org. Chem. 1997, 62, 595. 94 Naud, F.; Malan, C.; Spindler, F.; Rüggeberg, C.; Schmidt, A. T.; Blaser, H. U. Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 47. 95 (a) Schnider, P.; Koch, G.; Prétôt, R.; Wang, G.; Bohnen, F. M.; Krüger, K.; Pfaltz, A. Chem. Eur. J. 1997, 3, 887. (b) Baeza, A.; Pfaltz, A. Chem. Eur. J. 2010, 16, 4003. 96 (a) Langer, T.; Helmchen, G. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 1381. (b) Sammakia, T.; Stangeland, E. L. J. Org. Chem. 1997, 62, 6104. 97 Stangeland, E. L.; Sammakia, T. Tetrahedron 1997, 53, 16503. 98 Sagasser, I.; Helmchen, G. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 261. 99 Hiroi, K.; Watanabe, K. Tetrahedron: Asymmetry 2002, 13, 1841. 71e Carmona, D.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Sánchez, F.; Martínez, S.; Cativiela, C.; López-Ram de Víu, M. P. Organometallics 2002, 21, 5100. Ph Ph [Ir(L)(cod)]+ X5-50 bar H2 CH2Cl2, RT Ph Ph 98% ee L = P(o-Tol)2N O t B u Introducción 35  osmio(II)71g en la reacción de DA entre metacroleína y ciclopentadieno (véase Fig. 12). Todos estos complejos son muy reactivos a RT y dan lugar a buena selectividad exo y enantioselectividades de moderadas a altas. Esquema 17 Empleo de ligandos PN* en reacciones de DA Respecto a las reacciones de cicloadición 1,3-dipolar, la aplicación de ligandos PN* es todavía más escasa, centrándose la mayor parte de las investigaciones en el uso de iluros de azometino como dipolos, sin que haya ninguna aplicación con sustratos de tipo nitrona. Los únicos resultados publicados son los de Pfaltz y col., que emplean como catalizadores complejos de plata y ligandos PN* en la DCR de iluros de azometino con ésteres α,βinsaturados, obteniendo enantioselectividades moderadas (Esq. 18).100 Recientemente se han publicado trabajos de DCR entre iluros de azometino y acrolatos con derivados fosfano-oxazolina modificados, como los ferrocenil71g Carmona, D.; Vega, C.; García, N.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Borao, R. Organometallics 2006, 25, 1592. 100 Stohler, R.; Wahl, F.; Pfaltz, A. Synthesis 2005, 9, 1431. (CH2)n n = 1, 2 +N O O R1 O R1 = H, Me, Ph, COOEt CuX2 0.1-10 % mol (CH2)n R1 N OO O 97% ee O N R PAr2 R = Me, iPr, tBu Ar = Ph, mesitilo, 1naf t il, 2-naf t il, 1-an t r il R N O O O H (CH2)n + endo/exo: 98/2-28/72 (a) Helmchen y col. +N O O R O R = H, Me, Ph 5, 10 ó 20 % mol R N OO O HR N O O O H + O N R PPh2 Pd XXR = iPr, MeOCMe2 tBu, Ph X = SbF6, ClO4, OTf 99% ee (b) endo/exo: 97/3-75/25 Watanabe y col. Introducción 36  PN*, representados en la Fig. 20, y sales de Cu(I)101 o Ag(I);102 alcanzándose, para el metal plata, enantioselectividades muy elevadas (hasta 98% e.e.). Esquema 18 Empleo de ligandos PN* en DCR N CO 2 Me + CO 2 Me Ag(OAc), 3 % mol tolueno, 0 ºC MeO 2 C N H CO 2 M e MeO 2 C N H CO 2 Me + ee < 67 % N O P(R 3 ) 2 R 1 R 2 R 2 R 1 = iPr, tBu, Ph R 2 = H, Me, Cy, o-Tol, nPr, Ph R 3 = Ph, o-Tol, Cy Finalmente, con el fin de aplicarlos de forma efectiva en reacciones catalíticas homogéneas, en la última década ha habido una gran explosión en el desarrollo de ligandos PN* modificados que, como los ferrocenil-PN* mostrados, contienen muy diversos tipos de fragmentos de unión entre los grupos fosfano y oxazolina. En la revista Chemical Reviews se han publicado dos completas revisiones de la química de ligandos que contienen fragmentos oxazolina.103 Figura 20 Ligandos ferrocenil fosfano-oxazolina Fe PPh 2 N O R Fe N O Bn PPh 2 Fe PAr 2 N O R Fe PPh 2 N O iPr PPh 2 101 Gao, W.; Zhang, X.; Raghunath, M. Org. Lett. 2005, 7, 4241. 102 Suárez, A.; Downey, W.; Fu, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11244. 103 (a) Hargaden, G. C.; Guiry, P. J. Chem. Rev. 2009, 109, 2505. (b) McManus, H. A.; Guiry, P. J. Chem. Rev. 2004, 104, 4151. Antecedentes y Objetivos 41  ligandos fosfano-oxazolina quirales (PN*).9 Varios de los complejos de iridio(I) preparados hasta la fecha han demostrado buenas propiedades catalíticas en reacciones de Michael asimétricas.9d Es interesante resaltar que, a pesar de que en muchos casos las especies de Ir(III) son intermedios cruciales de los procesos catalíticos, sin embargo, el empleo de especies bien definidas de iridio(III)/PN* como catalizadores es infrecuente, con la excepción de los derivados de (  5C5Me5)Ir(III).4e Trabajos preliminares de nuestro grupo han demostrado que complejos apropiados de iridio(I) con ligandos PN* son precursores adecuados de dihidruros de iridio(III) estables, de estequiometría [Ir(H)2Cl(PN*)(PR3)].9c La síntesis de derivados relacionados, que contengan alguna posición de coordinación labilizada, por ejemplo, por la presencia de una molécula de halógeno o disolvente, es una vía de potenciales catalizadores de Ir(III). Este requisito lo cumplen los cloruros y solvatos de formulación [IrHL(PN*)(difosfano)]n+ (L = Cl, H2O; n = 1, 2), que se estudiarán en la Memoria. Desde un punto de vista estructural, los complejos de iridio anteriores se asemejan a los derivados de rutenio(II) de estequiometría trans- [RuXY(difosfano)(diamina)] (X, Y = Cl, H), desarrollados, desde comienzos de siglo, principalmente por el grupo de Noyori.10 Dichos compuestos presentan una geometría octaédrica formada por coordinación de dos ligandos quelato, difosfano y diamina, en el plano ecuatorial y dos ligandos aniónicos que ocupan las dos posiciones apicales. Recientemente, Baratta y col.11 han analizado la química de un sistema homólogo con osmio(II), mientras que Morris12 investiga 9 (a) Lalaguna. E; Tesis de Licenciatura, Universidad de Zaragoza, 2002. (b) Carmona, D.; Ferrer, J.; Lalaguna, E.; Lorenzo, M.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A. Eur. J. Inorg. Chem. 2002, 259. (c) Carmona, D.; Ferrer, J.; Lorenzo, M.; Santander, M.; Ponz, S.; Lahoz, F. J.; López, J. A.; Oro, L. A. Chem. Commun. 2002, 870. (d) Carmona, D.; Ferrer, J.; Lorenzo, M.; Lahoz, F. J.; Dobrinovich, I. T.; Oro, L. A. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 9, 1657. 4e Carmona, D.; Lahoz, F.; J. Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Sánchez, F.; Martínez, S.; Cativiela, C.; López-Ram de Víu, M. P. Organometallics 2002, 21, 5100. 10 (a) Noyori, R.; Ohkuma,T. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 40. (b) Noyori, R. Angew. Chem. Int. Ed.2002, 41, 1998. (c) Hems, W. P.; Groarke, M.; Zanotti-Gerosa, A.; Grasa, G. A. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 1340-1347. 11 Baratta, W.; Barbato,C.; Magnolia, S.; Siega, K.; Rigo, P. Chem. Eur. J. 2010, 16, 3201. 12 Morris, R. H. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2282. Antecedentes y Objetivos 42  el comportamiento de los derivados correspondientes de hierro(II). Los excelentes resultados obtenidos por este tipo de compuestos en reacciones de hidrogenación y transferencia de hidrógeno apuntan a que la estequiometría indicada es capaz de generar entornos estéricos y electrónicos alrededor del metal favorables, tanto para la actividad catalítica como la inducción asimétrica. A pesar de estos resultados, sin embargo, la extensión a otros iones d6 de los metales de transición vecinos apenas se ha documentado. De hecho, hasta donde sabemos, los únicos ejemplos publicados son los complejos de rodio(III)13 o iridio(III)14 trans-[MClH{(R)-binap}(diamina)][BF4] y trans-[Ir(H)2{(R)- binap}(diamina)]Cl.15 Por otra parte, los complejos anteriores se han aplicado casi exclusivamente a reacciones de hidrogenación o transferencia de hidrógeno, sin que, hasta donde conocemos, se hayan explorado como catalizadores en procesos de cicloadición. 2.3 Objetivos De acuerdo a los antecedentes comentados, en esta Memoria se plantea, en concreto, los siguientes objetivos: i) Preparar y caracterizar nuevos complejos semisandwich quirales de Ru(II) de fórmula general [(η6-areno)Ru(AB)*L]n+. ii) Estudiar el comportamiento de los compuestos anteriores como precursores catalíticos en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar entre nitronas y metacroleína. iii) Estudiar la estereoquímica de los potenciales intermedios catalíticos metálicos. iv) Diseñar un método de preparación de hidruro-complejos de iridio(III) de estequiometría [IrHCl(PN*)(difosfano)]+ (PN* = Ligando fosfano-oxazolina quiral) y sus derivados [IrH(H2O)(PN*)(difosfano)]2+. 13 Dahlenburg, L.; Treffert, H.; Farr, C.; Heinemann, F. W.; Zahl, A. Eur. J. Inorg. Chem. 2007, 1738. 14 Dahlenburg, L.; Menzel, R.; Heinemann, F. W. Eur. J. Inorg. Chem. 2007, 4364. 15 Dahlenburg, L.; Kramer, D.; Heinemann, F. W. J. Coord. Chem. 2010, 63, 2673. Antecedentes y Objetivos 43  v) Estudiar la actividad de estos últimos como catalizadores en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar entre nitronas y metacroleína y reacciones de DielsAlder con trans-  -nitroestirenos como dienófilos vi) Estudiar las especies metálicas intermedias implicadas en procesos catalíticos intentando explicar los resultados obtenidos. Antecedentes y Objetivos 44  El trabajo desarrollado en esta Memoria ha dado lugar a las siguientes publicaciones:  Chiral Half-Sandwich Ruthenium(II) Complexes as Catalysts in 1,3Dipolar Cycloaddition Reactions of Nitrones with Methacrolein. Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 3155-3166.  Chiral Phosphinooxazoline-Ruthenium(II) and -Osmium(II) Complexes as Catalysts in Diels-Alder Reactions. Organometallics 2006, 25, 1592-1606.  Diastereoselective Synthesis of Chiral Octahedral Iridium(III) PhosphanoOxazoline Complexes. Organometallics 2013, 32, 1595-1608.  Chiral Octahedral Phosphano-Oxazoline Iridium(III) Complexes as Catalysts in Asymmetric Cycloaddition Reactions. Organometallics 2013, 32, 1609-1619.           3. Resultados y Discusión                                         3.1 Preparación de complejos de Ru(II) y estudio de su actividad catalítica en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar enantioselectivas                            Discusión de Resultados 45  En este Capítulo se estudia la preparación, caracterización y el comportamiento como catalizadores en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar enantioselectivas entre nitronas y metacroleína, de acua-complejos semisandwich de Ru(II) de estequiometría [(η6-areno)Ru(LL*)(H2O)]2+ (LL* = ligando bidentado quelato quiral enantiopuro). Su síntesis se lleva a cabo a partir de los correspondientes precursores cloruro [(η6-areno)RuCl(LL*)]+, que a su vez se obtienen empleando como material de partida los dímeros [{(η6-areno)RuCl}2(µCl)2].1 Los complejos preparados se recogen en el Esquema 1. Esquema 1 Complejos semisandwich de Ru(II) PPh 2 N Ru O L i Pr n+ L=Cl;n=1;R=H 6 (1), Me 6 (2), p-MeiPr (3) L=H 2 O; n = 2; R = H 6 (7), Me 6 (8), p-MeiPr (9) Ru H 2 OPPh 2 Ph 2 P Me R 2+ Ru OH 2 N N Nph 2+ Me Ru OH 2 N NH Nph 2+ Me PPh 2 N Ru O L n+ RR L=Cl;n=1;R=H 6 (4), Me 6 (5), p-MeiPr (6) L=H 2 O; n = 2; R = H 6 (10), Me 6 (11), p-MeiPr (12) R=H( 14), Me (15)(16)(17) Como puede apreciarse en el Esquema, los auxiliares quelato quirales empleados son del tipo fosfano-oxazolina, difosfano, piridin-imina o piridinamina. Algunos de los representantes anteriores se habían sintetizado y caracterizado previamente en nuestro laboratorio (véase Parte Experimental); sin embargo, gran parte de los complejos que contienen ligandos fosfano-oxazolina (PN*) se preparan y estudian por vez primera. Por ello, en primer lugar y antes de presentar los resultados catalíticos, discutiremos los aspectos más destacados de la síntesis, caracterización y propiedades de esta familia de compuestos. 1 Benett, M. A.; Huang, T. N.; Matheson, T. W.; Smith, A. K. Inorg. Synth. 1982, 21, 74.  Capítulo 1 46  En la Figura 1 se muestran los dos ligandos fosfano-oxazolina utilizados. Se diferencian en el sustituyente de la cadena oxazolínica: un grupo isopropilo en el carbono 4 (PNiPr) o un grupo indenilo enlazado a los carbonos en posiciones 4 y 5 (PNInd). Conviene resaltar que el átomo de carbono asimétrico enlazado al nitrógeno oxazolínico, C4, posee quiralidad opuesta en ambas moléculas: S en PNiPr y R en PNInd. El conocimiento de estas configuraciones nos ayudará a entender las estereoquímicas de los compuestos y productos catalíticos derivados. Figura 1 Ligandos fosfano-oxazolina empleados PPh2 O N 5 4 (3aR,8aS)-2-(2-difenilfosfano)fenil3a,8a-dihidroindano-[1,2-d]oxazol (R) (S) PPh2 O NiPr 4* (S) (4S)-2-(2-difenilfosfano)fenil-4isopropil-4,5-dihidrooxazol PNiPr PNInd * * 3.1.1 Preparación y caracterización de los complejos [(η6areno)RuCl(PN*)][SbF6] (1-6) y [(η6-areno)Ru(PN*)(H2O)][SbF6]2 (7-12) Los cloro-complejos 1-6 se obtienen por tratamiento en metanol del dímero apropiado de rutenio [{(η6-areno)RuCl}2(µ-Cl)2]1 con dos equivalentes de NaSbF6 y el ligando PN* enantiopuro correspondiente (PN* = PNiPr, PNInd) (Ec. 1, Esq. 2). Por otro lado, la reacción de disoluciones de 1-6 en mezclas de CH2Cl2/(CH3)2CO con una cantidad equimolar de AgSbF6 permite preparar, con rendimientos del orden del 90%, los correspondientes acua-complejos 7-122 (Ec. 2, Esq. 2). Los complejos cloruro 3 con aniones distintos de SbF6-, 3.A (A = CF3SO3-, PF6-, BF4-), de un lado, y los solvatos 9.A (A = CF3SO3-, BF4-), de otro, 1 Benett, M. A.; Huang, T. N.; Matheson, T. W.; Smith, A. K. Inorg. Synth. 1982, 21, 74. 2 La molécula de agua procede de trazas de agua del disolvente. Véase, por ejemplo: (a) Faller, J. W.; Grimmond, B. J.; D´Alliessi, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2525. (b) Carmona D.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata. M. P.; Viguri, F.; Sánchez, F.; Martínez, S.; Cativiela, C; López-Ram de Víu, M. P. Organometallics 2002, 21, 5100. Discusión de Resultados 53  espectros NOEDIFF y NOESY (acetona-d6, RT) en los que se observan las interacciones mencionadas. De forma análoga, la irradiación de los protones del areno dará lugar, en los compuestos cloruro RRu (o en los acua-solvatos SRu) a NOE con los protones Hc (complejos con PNiPr) o He y Hf (complejos con PNInd). En la Figura 8 se muestran fragmentos de espectros NOEDIFF (acetonad6, RT), correspondientes a los derivados 1 y 4, que muestran estas interacciones. Hemos asignado los espectros de RMN a cada uno de los epímeros en el metal empleando estos criterios. Figura 7 Fragmentos de NOEDIFF de 1 (izda) y NOESY de 5 (dcha) Por otra parte, para el complejo 5 que contiene los ligandos C6Me6 y PNInd se observa que el desplazamiento químico de los protones del grupo hexametilbenceno es significativamente diferente en los dos isómeros, valiendo 0.43 ppm menos para el epímero RRu. De la inspección de los modelos moleculares se deduce que únicamente en el epímero RRu estos protones pueden situarse próximos al anillo aromático del grupo indano (Fig. 9) y, por tanto, verse afectados por la corriente diamagnética de la nube  de dicho anillo (efecto  - fenilo).9 La estructura molecular en estado sólido del epímero RRu para el complejo homólogo 4 con el areno C6H6 muestra una conformación del anillo 9 Brunner, H. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1983, 22, 897. Ph2 P Ru Cl Hc Hb2 Hb1 Me Me H + N O SRu Ph2 P Ru Cl Hb + N O Hc SRu H b2 C 6 H 6 pp m5.605.705.805.906.00 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 H c H b C 6 Me 6 Capítulo 1 54  H f H e C 6 H 6 Ru-PN* en la que se confirma la proximidad de estos dos grupos (véase el apartado siguiente). Figura 8 Fragmentos de NOEDIFF de 1 (izda) y de 4 (dcha) Figura 9 Apantallamiento de los protones del areno en el diastereómero RRu-5 En la misma línea, en los complejos que contienen el ligando PNiPr se observa que en uno de los epímeros en el metal, uno de los dos sustituyentes metilo del grupo isopropilo se apantalla notablemente respecto al otro, siendo la diferencia entre los desplazamientos químicos de ambos dobletes, en la mayor parte de los casos, de cerca de 1 ppm (Tabla 2). Hemos asignado a estos epímeros la configuración S en el metal en el caso de los complejos cloruro 1-3 δ (C6Me6), ppm SRu RRu 1.99 1.56 PPh2 N Ru O Cl Hb1 Hc Hb2 Me Me H + RRu PPh2 N Ru O Cl He Hf Hb Hc + RRu C 6 H 6 H c PPh2 N Ru O Cl R Ru + Discusión de Resultados 55  (R para los correspondientes acua-solvatos 7-9). Este hecho será explicado más adelante, al describir las estructuras moleculares de los compuestos con PNiPr RRu-7 y RRu-8. Tabla 2 Desplazamientos químicos de los grupos Me del iPr Figura 10 Espectros de CD en el rango de longitud de onda 200-600 nm 1 [RRu:SRu (5:95)],  = 365 nm 4 [(RRu:SRu (98:2)], = 370 nm Medidas de dicroísmo circular corroboran las configuraciones propuestas para el centro metálico a través de datos de RMN. La principal característica de los espectros de CD de los cloruros SRu (o acua-complejos RRu) es un máximo con efecto Cotton positivo en un intervalo de 360-390 nm. Los espectros de los correspondientes diastereoisómeros con configuración opuesta en el metal presentan, habitualmente, un trazado pseudoenantiomorfo, indicativo de que la contribución principal a la transición corresponde al cromóforo metálico y su interacción con el ligando. En la Figura 10 se muestran como ejemplos los espectros de CD (acetona, RT) de los complejos 1 y 4, enriquecidos en el diastereómero de configuración S y R en el metal, respectivamente. Las medidas Complejo δ (Me), ppm SRu RRu 1 0.12,1.04 0.90,1.19 2 0.28,1.12 0.67,1.14 3 0.47,1.11 0.84,0.88 3.CF3SO3 0.49,1.15 0.88,0.89 3.PF6 0.54,1.17 0.91,1.22 3.BF4 0.47,1.08 0.87,0.95 7 0.86,1.25 0.01,1.03 8 - -0.05,1.12 9 1.07,1.25 0.29,1.16 9.CF3SO3 - 0.24,1.16 9.BF4 0.62,1.05 0.05,1.04 [θ]10-4/ºcm2dmol-1 200 400 600 0.0 λ/nm [θ]10 -4 /ºcm 2 dmol -1 λ/nm 200 400 600 0.0 Capítulo 1 56  de CD dan, por tanto, información directa acerca de la configuración del metal en esta familia de compuestos. Respecto a la estabilidad de la configuración del metal, hay que señalar que en todos los casos la composición de las mezclas diastereoméricas permanece esencialmente sin cambios durante varios días, a temperatura ambiente, en CDCl3, CD2Cl2 o (CD3)2CO. Únicamente se observó epimerización de los complejos cloruro en MeOH. Así, por ejemplo, el calentamiento a reflujo en este disolvente de una mezcla de los epímeros RRu-2:SRu-2 de composición molar 66:34 originó, tras 24 h, una mezcla de composición diastereomérica 89:11. 3.1.3 Estructuras moleculares de [(η6-C6Me6)RuCl(PNiPr)][SbF6] (2), [(η6C6H6)RuCl(PNInd)][SbF6] (4), [(η6-C6H6)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2 (7) y [(η6C6Me6)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2 (8) Se obtuvieron monocristales adecuados para medidas de difracción de rayos-X de estos compuestos por recristalización en Et2O de disoluciones de mezclas de diastereómeros en CH2Cl2. Las Figuras 11 y 12 muestran las representaciones gráficas de los cuatro cationes. En todos los casos se observa que la coordinación alrededor del átomo de rutenio es pseudooctaédrica, con el anillo η6-areno ocupando tres posiciones de coordinación, de tipo fac. El ligando Figura 11 Representaciones moleculares de los cationes de RRu-2 y RRu-4 [(η6-C6Me6)RuCl(PNiPr)][SbF6] (RRu-2) [(η6-C6H6)RuCl(PNInd)][SbF6] (RRu-4) fosfano-oxazolina se coordina a través de sus átomos de fósforo y nitrógeno, y la esfera de coordinación del metal se completa con un átomo de cloro (2, 4), o un átomo de oxígeno de una molécula de agua (7, 8). La configuración absoluta del Discusión de Resultados 57  centro metálico es R para todos los complejos, de acuerdo con las reglas de prioridad.3 Figura 12 Representaciones moleculares de los cationes de RRu-7 y RRu-8 [(η6-C6H6)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2 (RRu-7) [(η6-C6Me6)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2 (RRu-8) Tabla 3 Distancias de enlace (Å) y ángulos (º) representativos de 2, 4, 7 y 8 a Datos referidos al enlace Ru-Cl (2, 3) o Ru-O (7, 8). b G representa el centroide del anillo C(19)-C(24) del ligando areno. 3 (a) Cahn, R. S.; Ingold, C.; Prelog, V. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1996, 5, 385. (b) Prelog, V.; Helmchen, G. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1982, 21, 567. (c) Sloan, T. E. Top. Stereochem. 1981, 12, 1. (d) Stanley, K.; Baird, M. C. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 6598. (e) Lecomte, C.; Dusausoy, Y.; Protas, J.; Tirouflet, J.; Dormond, A. J. Organomet. Chem. 1974, 73, 67. RRu-2 RRu-4 RRu-7 R Ru-8 Ru-P(1) 2.2920(10) 2.3011(18) 2.3235(15) 2.357(2) Ru-O(2)/Cl(1)a 2.3973(10) 2.3993(16) 2.156(4) 2.182(5) Ru-N(1) 2.133(3) 2.125(5) 2.095(4) 2.115(6) Ru-C(19) 2.238(4) 2.183(7) 2.195(5) 2.230(8) Ru-C(20) 2.267(4) 2.217(6) 2.186(6) 2.244(7) Ru-C(21) 2.372(4) 2.260(6) 2.236(6) 2.230(7) Ru-C(22) 2.338(4) 2.269(7) 2.271(6) 2.288(8) Ru-C(23) 2.238(4) 2.211(6) 2.229(6) 2.324(7) Ru-C(24) 2.253(4) 2.211(6) 2.208(6) 2.280(8) Ru-G b 1.7897(17) 1.727(3) 1.723(2) 1.766(3) P(1)-C(1) 1.824(4) 1.816(6) 1.825(6) 1.837(8) N(1)-C(29) 1.297(6) 1.301(8) 1.284(7) 1.292(10) N(1)-C(31) 1.499(5) 1.502(9) 1.508(7) 1.522(11) C(1)-C(2) 1.405(5) 1.397(10) 1.384(7) 1.406(12) C(2)-C(29) 1.460(6) 1.465(10) 1.484(8) 1.469(12) C(2)-C(3) 1.391(6) 1.414(9) 1.395(8) 1.393(11) P(1)-Ru-O(2)/Cl(1) 87.00(3) 87.06(6) 85.43(13) 84.50(14) P(1)-Ru-N(1) 83.73(9) 84.12(15) 83.03(12) 80.47(19) P(1)-Ru-G a, b 129.21(6) 128.69(11) 130.68(9) 135.27(12) O(2)/Cl(1)-Ru-N(1)a 84.06(8) 83.89(16) 80.88(16) 81.9(2) O(2)/Cl(1)-Ru-G a, b 123.38(6) 123.32(10) 124.79(16) 121.49(18) N(1)-Ru-G b 133.62(11) 133.96(17) 134.31(14) 134.4(2) Ru-P(1)-C(1) 111.76(12) 111.5(2) 108.26(19) 106.7(3) Ru-N(1)-C(29) 131.5(3) 125.4(5) 128.8(4) 127.9(6) P(1)-C(1)-C(2) 117.8(3) 121.1(5) 121.0(4) 120.1(7) C(1)-C(2)-C(29) 123.9(4) 123.9(6) 122.5(5) 122.4(7) N(1)-C(29)-C(2) 129.2(4) 130.9(7) 130.1(5) 127.1(7) Capítulo 1 58  En la Tabla 3 se recogen las distancias y ángulos de enlace más representativos. Las distancias de enlace Ru-C para los átomos de carbono del ligando areno muestran diferencias significativas, probablemente debido a la mayor influencia trans del átomo de fósforo, respecto a los átomos de nitrógeno, cloro u oxígeno. En los derivados con el areno hexametilbenceno, 2 y 8, cabe destacar una elongación de la distancia Ru-G (G, centroide del grupo areno), más acusada para el primero (1.7897(17) Å), que puede ser provocada por las restricciones estéricas impuestas por los grupos metilo del grupo C6Me6.10 Una propiedad interesante de estas moléculas es que el metalaciclo de seis miembros formado por el metal y el ligando fosfano-oxazolina, Ru-P(1)-C(1)- C(2)-C(29)-N(1), no es plano. Esta propiedad se encuentra habitualmente en complejos con ligandos PN*, preparados en nuestro grupo11,12 (véase el próximo Capítulo), u otros grupos de investigación.13 En concreto, para el complejo cloruro 4 y los solvatos 7 y 8, este anillo adopta una conformación14 de bote retorcido 1S2, con el metal y el átomo de fósforo situados por encima y debajo del mejor plano del metalaciclo, respectivamente. Cabe señalar que dicha conformación fuerza a los grupos fenilo pro-R y pro-S a adoptar disposiciones pseudoaxial y pseudoecuatorial, respectivamente. En particular, en los acuacomplejos con la fosfano-oxazolina PNiPr, RRu-7 y RRu-8, el átomo de carbono C(33) correspondiente a uno de los metilos del grupo grupo isopropilo se sitúa próximo al fenilo pro-R del grupo PPh2, a distancias de 3.260(6) (7) y 3.405(9) Å (8) del plano de dicho fenilo, que ocupa una posición axial (véase las Figs. 12 y 13a). Este grupo metilo se verá, por tanto, afectado por la corriente diamagnética 10 (a) Singh, A.; Chandra, M.; Sahay, A. N.; Pandey, D. S.; Pandey, K. K.; Mobin, S. M.; Puerta, M. C.; Valerga, P. J. Organomet. Chem. 2004, 689, 1821. (b) Renfrew, A. K.; Philips, A. D.; Egger, A. E.; Hartinger, C. G.; Bosquain, S. S.; Nazarov, A. A.; Keppler, B. K.; Gonsalvi, L.; Peruzzini, M.; Dyson, P. J. Organometallics 2009, 28, 1165. (c) Carmona, D.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Barba, C.; Lahoz, F. J.; García-Orduña, P.; Oro, L. A. Organometallics 2011, 30, 6726. 11 (a) Carmona, D.; Ferrer, J.; Lorenzo, M.; Santander, M.; Ponz, S.; Lahoz, F. J.; López, J. A.; Oro, L. A. Chem. Commun. 2002, 870. (b) Carmona, D.; Ferrer, J.; Lorenzo, M; Lahoz, F. J.; Dobrinovitch, I. T.; Oro, L. A. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 1657. 12 Carmona, D.; Vega, C.; García, N.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Borao, R. Organometallics 2006, 25, 1592. 13 Smidt, S. P.; Pfaltz, A.; Martínez-Viviente, E.; Pregosin, P. S.; Albinati, A. Organometallics 2003, 22, 1000. 14 (a) Giacovazzo, C.; Monaco, H. L.; Artioli, G.; Viterbo, D.; Ferraris, G.; Gilli, G.; Zanotti, G.; Catti, M. Fundamentals of Crystallography, 2nd edn., Oxford University Press: Oxford, 2002. (b) Cremer, D.; Pople, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 1354. Discusión de Resultados 59  de la nube electrónica  de dicho anillo aromático, explicándose así el apantallamiento observado para estos protones en disolución. Es importante apuntar que esta disposición únicamente puede darse en los cloruros con configuración S en el metal y los acua-solvatos con configuración R. Con este criterio hemos asignado las señales de los espectros de protón en los epímeros correspondientes. Los resultados son coherentes con la asignación de la configuración absoluta del metal realizada mediante las medidas de NOE. Por otra parte, en el compuesto cloruro RRu-2, el metalaciclo adopta una conformación de bote retorcido 2S1, enantiomérica respecto a la anterior, con el metal y el átomo de fósforo por debajo y por encima del mejor plano del metalaciclo, respectivamente (Fig. 13b). Figura 13 Conformaciones en el estado sólido del metalaciclo Ru-P(1)-C(1)-C(2)-C(29)-N(1): (a) en RRu-7; (b) en RRu-2. Abajo, parámetros de Cremer y Pople13b 2 S 1 Q= 0.652(2) Å  = 117.7(3)º, φ = -141.5(3) º (a) (b) 1 S 2 Q= 0.730(3) Å  = 57.8(4)º, φ = 22.6 (4) º 3.1.4 Estudio en disolución de los acua-complejos 7-12 El comportamiento en disolución del acua-complejo 9.CF3SO3 pone de manifiesto la labilidad de la molécula de agua coordinada en este tipo de compuestos. Así, en los espectros de RMN de 1H y 31P en CD2Cl2 se aprecia la aparición de una nueva especie, a expensas del compuesto original, que por adición de tamices moleculares pasa a ser la única presente en el medio. Muy probablemente el proceso que tiene lugar es el representado en la Ecuación 3, en el que la molécula de agua es desplazada por un anión CF3SO3 de la esfera de Capítulo 1 60  coordinación del metal.15 De acuerdo con esta propuesta, en (CD3)2CO, un disolvente con mayor capacidad de coordinación, se forma el catión con acetona coordinada, [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr){(CD3)2CO}]2+, que hemos comprobado que revierte al complejo original [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr) (H2O)]2+ por adición de agua (Ec. 4). En este contexto, cuando el compuesto cloruro 3.PF6 reacciona con AgPF6, en lugar del acua-complejo dicatiónico esperado (9.PF6), se aísla el compuesto de estequiometria [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(OPOF2)(PNiPr)][PF6] (13) (Ec. 5). Probablemente, el acua-solvato [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(H2O)]2+ sea un intermedio de esta reacción, que evoluciona al complejo aislado por hidrólisis parcial de uno de los aniones PF6 para dar el anión PO2F2, que se coordina al centro metálico dando lugar al complejo monocatiónico 13.12,16 Los datos analíticos y espectroscópicos del compuesto 13, junto con su estructura cristalina determinada por difracción de rayos-X, confirmaron esta propuesta. En particular, en el espectro de 31P{1H}-RMN, medido en CD2Cl2, a RT, se observan, además de sendos singuletes en 43.29 (RRu) y 41.43 (SRu) ppm, 15 Hayashida, T.; Kondo, H.; Terasawa, J.; Kirchner, K.; Sunada, Y.; Nagashima, H. J. Org. Chem. 2007, 692, 382. 12 Carmona, D.; Vega, C.; García, N.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Borao, R. Organometallics 2006, 25, 1592. 16 (a) Trzeciak, A. M.; Olejnik, Z.; Ziólkowski, J. J.; Lis, T. Inorg. Chim. Acta 1989, 350, 339. (b) Branan, D. M.; Hoffman, N. W.; McElroy, E. A.; Prokopuk, N.; Salazar, A. B.; Robbins, M. J.; Hill, W. E.; Webb, T. R. Inorg. Chem. 1991, 30, 1200. (c) Reger, D. L.; Huff, M. F.; Lebioda, L. Acta Crystallogr. 1991, C 47, 1167. (d) Connelly, N. G.; Einig, T.; García Herbosa, G.; Hopkins, P. M.; Mealli, C.; Orpen, A. G.; Rosair, G. M.; Viguri, F. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1994, 2025. [(  6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(H2O)][CF3SO3]2H2O [(  6-p-MeC6H4iPr)Ru(CF3SO3)(PNiPr)][CF3SO3] TM /3 / [(  6-p-MeC6H4iPr)RuCl(PNiPr)][PF6] + AgPF6-AgCl [(  6-p-MeC6H4iPr)Ru(OPOF2)(PNiPr)][PF6] (13) H2O /5 / [(  6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(H2O)]2+ H2O [(  6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr){(CD3)2CO}]2+ (CD3)2CO /4 / Discusión de Resultados 61  asignados al átomo de fósforo del ligando PNiPr de cada uno de los epímeros en el metal, dos tripletes a campos notablemente más altos, -10.71 (RRu) y -11.60 (SRu) ppm, con una constante de acoplamiento alta, típica de acoplamientos fósforo-flúor17 (JF,P = 953.3 (RRu), 957.3 (SRu) Hz) (Fig. 14). Los tripletes se asignan al átomo de fósforo del anión difluorofosfato coordinado, acoplado a dos átomos de flúor equivalentes. El estudio cristalográfico del compuesto 13, que comentamos a continuación, corrobora los datos espectroscópicos. Figura 14 Espectro de 31P{1H}-RMN de 13 (RRu:SRu, 5:65) pp m-20 - 10010203040 PNiPr ■ R Ru -13 ■ S Ru -13 PO 2 F 2 ■ ■ ■ 3.1.5 Estructura molecular de [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(OPOF2)(PNiPr)][PF6] (RRu-13/SRu-13) Monocristales de este compuesto se obtuvieron por difusión lenta de nhexano sobre una disolución en acetona de una mezcla de RRu-13 y SRu-13, en relación molar 65:35. Cabe destacar que el complejo cristaliza como una mezcla equimolar de los dos epímeros. Aunque para complejos semisandwich se conocen ejemplos de cocristalización de los dos epímeros en el metal en el mismo monocristal,18,19 la cristalización habitual de este tipo de mezclas es en monocristales con solamente un diastereómero. 17Fernández-Galán, R.; Manzano, B. R.; Otero, A.; Lanfranchi, M.; Pellinghelli, M. A. Inorg. Chem. 1994, 33, 2309. 18 (a) Carmona, D.; Mendoza, A.; Lahoz, F. J.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; San José, E. J. Organomet. Chem. 1990, 396, C17. (b) Carmona, D.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Sánchez, F.; Martínez, S.; Cativiela, C.; López-Ram de Víu, M. P. Organometallics 2002, 21, 5100. (c) Capítulo 1 62  Ambos isómeros poseen parámetros estructurales análogos (véase Tabla 4), y presentan la geometría esperada del tipo “three-legged piano stool”. Un grupo p-MeC6H4iPr ocupa tres posiciones faciales de un entorno octaédrico ideal y el ligando quelato fosfano-oxazolina y un anión OPOF2-, enlazado a través de uno de sus átomos de oxígeno, completan la esfera de coordinación del rutenio. La Figura 15 muestra una representación gráfica de los cationes epímeros RRu y SRu. Figura 15 Representaciones moleculares de los cationes de [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru (OPOF2)(PNiPr)]+ (RRu-13) (izda), (SRu-13) (dcha) Respecto al metalaciclo de seis miembros Ru-P-C-C-C-N, cabe señalar que mientras en el diastereómero RRu-13 este anillo adopta una conformación14 de bote retorcido 1 S2, en el isómero SRu-13 presenta una conformación enantiomérica, 2S1, tal como se muestra de forma simplificada en la Figura 16, donde se incluyen también los parámetros de Cremer y Pople,14b que cuantifican el plegamiento de los metalaciclos. Carmona, D.; Viguri, F.; Lamata, M. P.; Ferrer, J.; Bardají, E.; Lahoz, F. J.; García-Orduña, P.; Oro, L. A. Dalton Trans. 2012, 41, 10298. 19 (a) Krämer, R.; Polborn, K.; Wanjek, H.; Zahn, I.; Beck, W. Chem. Ber. 1990, 123, 767. (b) Sheldrick, W. S.; Heeb, S. Inorg. Chim. Acta 1990, 168, 93. (c) Carter, L. C.; Davies, D. L.; Duffy, K. T.; Fawcett, J.; Russell, D. R. Acta Crystallogr. 1994, C50. (d) Brunner, H.; Weber, M.; Zabel, M. Coord. Chem. Rev. 2003, 242, 3. 14 (a) Giacovazzo, C.; Monaco, H. L.; Artioli, G.; Viterbo, D.; Ferraris, G.; Gilli, G.; Zanotti, G.; Catti, M. Fundamentals of Crystallography, 2nd edn., Oxford University Press: Oxford, 2002. (b) Cremer, D.; Pople, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 1354.  Discusión de Resultados 69  Por otra parte, hay que señalar que aunque se trata de un sistema homogéneo, el catalizador puede ser fácilmente recuperado del medio de reacción y reutilizado (véase Parte Experimental). En la Tabla 6 (Entradas 8.18.4) y en la Figura 17 se presentan las conversiones y selectividades obtenidas en cada uno de los cuatro ciclos catalíticos realizados, empleando el complejo 9 como precursor de catalizador. Se observa una disminución gradual en la conversión (barras rojas), pero apenas varía ni la regioselectividad (barras amarillas y violetas) ni la enantioselectividad (barras azules y verdes) a lo largo de los diferentes ciclos consecutivos. Figura 17 Experimentos de reutilización de 9 3.1.7.2 Efecto del ligando areno Con el fin de investigar la influencia estereoelectrónica del ligando  6-areno coordinado a rutenio se ensayaron los derivados de benceno (7 y 10) y de hexametilbenceno (8 y 11) con PNiPr o PNInd, como precursores de catalizador en la DCR de metacroleína y la nitrona I (Tabla 7). Las reacciones ensayadas a -25 ºC dan conversiones prácticamente cuantitativas en 15 horas de reacción, así como perfecta diastereoselectividad hacia los aductos endo. La presencia de sustituyentes en el areno favorece la formación del regioisómero 3,4-endo. Además, es interesante comprobar cómo el cambio de areno afecta significativamente a la enantioselectividad. Aunque no es obvia la racionalización de estos resultados, en general los complejos que contienen el ligando PNiPr conducen a resultados mejores que los correspondientes con PNInd, alcanzándose con el complejo de PNiPr y el areno C6Me6 un e.e. del 74% en el regioisómero 3,4-endo (Entrada 2). Si 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1234 Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 3,4-endo 3,5-endo e.e. 3,4-endo e.e. 3,5-endo Conv. (%) Nº de ciclos Capítulo 1 70  observamos el signo de las enantioselectividades obtenidas, se aprecia también cómo la cara de la metacroleína por la que preferentemente se produce el ataque de la nitrona, en la mayor parte de los casos, cambia con el ligando fosfano-oxazolina empleado, PNiPr o PNInd, independientemente de cuál sea el areno utilizado. En este punto hay que tener presente que en el ligando fosfano-oxazolina PNInd el carbono asimétrico contiguo al átomo de nitrógeno (C4) presenta una configuración R, mientras que en PNiPr la quiralidad del carbono homólogo es S. Tabla 7 DCR entre metacroleína y la nitrona I catalizadas por los complejos 7-12 a Ent. cat* areno PN* Conv. (%) Relación 3,4-endo/ 3,5-endo (%) E.e. (%) 1 b 7 C6H6 PNiPr 93 48:52 20:52 2 8 C6Me6 94 67:33 74:45 3 9 p-MeC6H4iPr 100 69:31 54:40 4 b 10 C6H6 PNInd 98 38:62 -22:-56 5 11 C6Me6 95 66:34 -32:-34 6 12 p-MeC6H4iPr 98 62:38 25:-20 a Véase las condiciones de reacción y determinación de resultados indicadas en la Tabla 5. b Se usan 8.4 mmol de metacroleína. 3.1.7.3 Reacciones con otras nitronas La reacción de cicloadición 1,3 dipolar se ha extendido a las nitronas Nbencilidenmetilamina N-óxido (II), 1-pirrolidina N-óxido (III), 2,3,4,5tetrahidropiridina N-óxido (IV) y 3,4-dihidroisoquinolina N-óxido (V) (Fig. 18). Figura 18 Nitronas utilizadas en las DCR con metacroleína O Ph N Ph O Ph N Me N O N O N O III III IV V Como precursores de catalizador en la DCR de metacroleína con estas nitronas se han ensayado los complejos con ligandos fosfano-oxazolina 7-9 y 12. Los resultados obtenidos se recogen en la Tabla 8. Los valores positivos de e.e. corresponden a los aductos (+)-endo-3R,5R (nitrona III), (-)-endo-3R,5R (nitrona IV) y (-)-endo-3S,5R (nitrona V). Para la nitrona II, los valores positivos se Discusión de Resultados 71  asignan de forma arbitraria al diastereómero con la señal a más bajo campo en el 1H-RMN. Tabla 8 DCR entre metacroleína y las nitronas II-V catalizada por los complejos 7-9 y 11 a  cat* O Ph N Me CHO Me + NO VNO Me CHO H II (n) N O n = 1, III n = 2, IV O N Ph Me NO Me CHO H (n) CHO (3,5)-endo (3,5)-endo * * * * Me (3,5)-endo   Entrada cat* Nitrona T (ºC) t (h) b Conv. (%) 3,5-endo (%) E.e. (%) c 1 9 II 0 48 99 98 d 27 2 9 III -25 16 92 100 39 3 9 IV -25 16 100 100 7 4 9 V -25 48 98 100 16 5 7 II 0 48 5 100 6 6 7 V -25 48 86 100 6 7 8 II 0 24 17 100 -36 8 8 V -25 24 51 100 -61 9 12 II 0 48 100 96 e 27 10 12 V -25 48 100 100 12 a Las condiciones de la reacción son las indicadas en la Tabla 5, usando 8.4 mmol de metacroleína. b Tiempo total de reacción; la adición de las nitronas se lleva a cabo durante 15 h. c Determinado por integración de las señales de 1H-RMN del protón H3 del derivado diastereomérico generado in situ por reacción con R-metilbencilamina (nitrona II), del protón CHO del derivado de la reacción con ácido (+)-S-mandélico (nitrona IV) y del protón CHO observado tras la adición del reactivo de desplazamiento quiral Eu(hfc)3 (nitronas III y V). d Aducto 3,5-exo, 2%. e Aducto 3,4-endo, 4%. Como veremos en el Apartado 3.1.9, se comprobó por 31P{1H}-RMN que en las condiciones catalíticas estas nitronas provocan el desplazamiento completo del aldehído coordinado en el complejo de rutenio [(η6-pMeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(metacroleína)]2+ (20), dando lugar al correspondiente derivado metálico con nitrona coordinada. Dado que en las reacciones de cicloadición 1,3-dipolar que transcurren con demanda electrónica normal (DEN) Capítulo 1 72  se produce el ataque del dipolo sobre el dipolarófilo coordinado, se ha llevado a cabo la catálisis adicionando lentamente las nitronas II-V al medio de reacción, durante un período de 15 horas, de tal forma que su concentración en todo momento sea baja (véase Parte Experimental). De esta manera se evita, de un lado, el desplazamiento de la metacroleína coordinada y la coordinación al metal de la nitrona y, de otro, la reacción no catalizada,25 en el caso de las nitronas cíclicas III-V. En general se obtienen elevadas conversiones, con una perfecta regioy diastereoselectividad hacia el isómero 3,5-endo y moderados o bajos valores de e.e. El complejo 8 que contiene el grupo areno C6Me6 y el ligando PNiPr origina la mayor enantioselectividad (61% e.e.), aunque es el menos activo de los ensayados (Entrada 8). La nitrona acíclica II es la menos reactiva (Entradas 1,5, 7 y 9). Hemos comentado anteriormente22d cómo los estudios teóricos realizados con la nitrona I y metacroleína en presencia de BH3 justificaban la formación preferente de los aductos 3,4 (Esq. 6a). La extensión de estos estudios a otras nitronas con mayor densidad electrónica sobre el átomo de oxígeno, como la nitrona III, indican que para estas especies está favorecida, sin embargo, la formación de los aductos 3,5 (Esq. 6b). Se propone que el estado de transición que originan dichos cicloaductos se estabiliza por interacciones de naturaleza electrostática entre el átomo de oxígeno de la nitrona y el grupo carbonilo de la metacroleína. En nuestro caso, la obtención preferente del regioisómero 3,5 en las reacciones con las nitronas II-V está de acuerdo con esta propuesta. Esquema 6 Regioselectividad de la nitrona I frente a la nitrona III 25 La reacción no catalizada con las nitronas I ó II, a -25 ó 0 ºC, respectivamente, está completamente inhibida, pero con las nitronas cíclicas III-V, a -25 ºC, transcurre en cierta extensión. 22d Barba, C.; Carmona, D.; García, J. I.; Lamata, M. P.; Mayoral, J. A.; Salvatella, L.; Viguri, F. J. Org. Chem. 2006, 71, 9831. O N Ph Ph CHO Me O N CHO Ph cat* isómeros 3,4 Me Ph cat* NOMe CHO NO CHO Me isómeros 3,5 (a) (b) Discusión de Resultados 73  3.1.8 El sistema [(η6-areno)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2/metacroleína. Complejos de formulación [(η6-areno)Ru(PNiPr)(metacroleína)][SbF6]2 Con objeto de obtener un mejor conocimiento de los sistemas catalíticos ensayados, se ha estudiado por espectroscopia de RMN el comportamiento en disolución de los acua-complejos [(η6-areno)Ru(PNiPr)(H2O)]2+ en presencia de excesos de metacroleína. Así, de acuerdo a medidas de 31P{1H}-RMN, la adición del aldehído sobre disoluciones de los complejos 7-9 (relación molar metacroleína/complejo 4:1), a 0 ºC, da lugar a la formación de los correspondientes solvatos de metacroleína [(η6-areno)Ru(PNiPr) (metacroleína)]2+ (Ec. 6). Ambos compuestos se encuentran en equilibrio pero, en presencia de tamices moleculares, éste se desplaza completamente hacia la formación de los derivados de metacroleína, pudiendo aislarse de las disoluciones los complejos 18-20 con buenos rendimientos y excesos diastereoméricos de alrededor del 40%. [(  6-areno)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2 + -H2O [(  6-areno)Ru(PNiPr)(metacroleína)][SbF6]2/6/ 7-9 CHO Me TM 18-20 Tabla 9 Composiciones diastereómericas obtenidas Los nuevos complejos 18-20 se han caracterizado por microanálisis de C, H y N y espectroscopias infrarroja y de RMN. En los espectros de IR se observa una banda asociada al modo de vibración de tensión (CO) del aldehído, alrededor de 1650 cm-1. Esta banda está desplazada hacia menores frecuencias, con respecto a la metacroleína libre, lo que indica que el carácter de doble enlace del grupo CO decrece al coordinarse al metal.26 Por otro lado, se observan señales de 1H-RMN a  ≈ 9.50 (CHO), 6.70 (=CH2) y 1.10 (Me) ppm, y de 13C{1H}-RMN a  ≈ 213 (CHO) ppm, características de la metacroleína coordinada al metal. 26 Nakamoto, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, Part B: Application in Coordination, Organometallic, and Bioinorganic Chemistry; Wiley: New York, 1997. Complejo Areno RRu/SRu 18 C6H6 70:30 19 C6Me6 70:30 20 MeC6H4iPr 32:68 Capítulo 1 74  Figura 19 Esquema de NOEs más relevantes observados en 18-20. Debajo, fragmentos de NOEDIFF de SRu5.0 H c (areno) m 0.05.010.0 CHO H b1 /H b2 CHiPr Me (PNiPr) (PNiPr) ( PNiPr) PPh2 N Ru O Hc iPr 2+ O C H C H2C SRu Me PPh2 N O Hc iPr 2+ O C H C H2C RRu Ru Me R Ru La asignación de los espectros de RMN a cada uno de los epímeros en el metal se realiza mediante experimentos de NOE. Así, como se recoge en la Figura 19, en los epímeros de configuración R en el rutenio la irradiación del protón aldehídico produce NOE en el protón Hc, que está enlazado al carbono asimétrico del ligando PNiPr. Sin embargo, en los epímeros SRu, la irradiación de los protones del ligando areno induce NOE en el protón Hc, mientras que la irradiación de los grupos metilo del isopropilo del ligando fosfano-oxazolina afecta al protón del grupo CHO. De acuerdo con estos datos, proponemos que el epímero mayoritario es el de configuración RRu en los compuestos con el areno benceno (18) o hexametilbenceno (19) y el de configuración SRu en el complejo con p-MeC6H4iPr (20). 3.1.9 El sistema [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6)]2 /metacroleína/ nitrona. Complejos de estequiometría [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr) (nitrona)][SbF6]2 La reacción entre una nitrona y un alqueno coordinado es habitualmente la etapa determinante de la velocidad y enantioselectividad en las DCR entre Discusión de Resultados 75  nitronas y enales.27 Por este motivo se estudió por espectroscopia de RMN el sistema generado al adicionar nitrona sobre una disolución del complejo con metacroleína [(η6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(metacroleína)]2+ (20), eligiéndose las nitronas N-bencilidenfenilamina N-óxido (I), N-bencilidenmetilamina N-óxido (II) y 3,4-dihidroisoquinolina N-óxido (V) como modelo (Fig. 18). El complejo 20 se generó in situ, a 0º C, a partir de una disolución del acua-complejo 9 (RRu:SRu, 69:31) en CD2Cl2 y 28 equiv de metacroleína. A continuación se añadió 20 equiv de las nitronas I, II ó V, en presencia de tamiz molecular. La relación molar acua-complejo 9/metacroleína/nitrona es la empleada en las reacciones catalíticas con la nitrona I (véase el Apartado 3.1.7). Mientras que esta nitrona sustituyó solo parcialmente a la molécula de metacroleína de la esfera de coordinación del rutenio, quedando alrededor del 40% de complejo 20 sin reaccionar, las nitronas II y V desplazaron completamente al enal, dando lugar a la formación de los nuevos complejos con nitrona coordinada [(η6-pMeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(II ó V)]2+. Como ya hemos comentado anteriormente, la información obtenida en estas experiencias nos llevó a adicionar lentamente las nitronas II-V en las reacciones catalíticas ensayadas (Apartado 3.1.7.3). De acuerdo con el comportamiento encontrado, nos propusimos aislar complejos con nitronas coordinadas. La caracterización de estas especies es de especial importancia ya que, por una parte, pueden intervenir en los procesos catalíticos que estamos estudiando y, por otra, podrían a su vez comportarse como catalizadores, por ejemplo, en DCR con demanda electrónica inversa frente a olefinas con grupos dadores de densidad electrónica. Además, hay que señalar que los ejemplos de complejos con nitronas no funcionalizadas (como es nuestro caso) coordinadas a un centro metálico son muy escasos.20,28 27 Carmona, D.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Rodríguez, R.; Oro, L. A.; Balana, A. I.; Lahoz, F. J.; Tejero, T.; Merino, P.; Franco, S.; Montesa, I. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2716. 20 Carmona, D.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Rodríguez, R.; Oro, L. A.; Lahoz, F. J.; Balana, A. I.; Tejero, T.; Merino, P. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13386. 28 (a) Hutchison, J. R.; La Mar, G. N.; Horrocks, W. D. Jr. Inorg. Chem. 1969, 8, 126. (b) Sivasubramanian, S.; Manisankar, P.; Palaniandavar, M.; Arumugan, N. Trans. Metal Chem. 1982, 7, 346. (c) Villamena, F. A.; Dickman, M. H.; Crist, D. R. Inorg. Chem. 1998, 37, 1446. (d) Das, P.; Boruah, M.; Kumari, N.; Sharma, M.; Konwar, D.; Dutta, D. K. J. Mol. Catal. A: Chem. 2002, 178, 283. (e) Lee, J.; Twamley, B.; Richter-Addo, G. B. Chem. Commun. 2002, 380. (f) Merino, P.; Tejero, T.; Laguna, M.; Cerrada, E.; Moreno, A.; López, J. A. Org. Biomol. Chem. 2003, 2336. (g) Ade, A.; Cerrada, E.; Contel, M.; Laguna, M.; Merino, P.; Tejero, T. J. Organomet. Chem. 2004, 689, 1788. Capítulo 1 76  -H2O [(  6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(nitrona)][SbF6]2 /7/ TM -H2O nitrona = I (21), II (22), V (23) (9) [(  6-p-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(H2O)][SbF6]2 + nitrona TM O Ph N Ph O Ph N Me III NO V Los complejos de formulación [(η6-MeC6H4iPr)Ru(PNiPr)(nitrona)][SbF6]2 [nitrona = I (21), II (22), V (23)] se preparan con buenos rendimientos por tratamiento, a 0 ºC, de disoluciones del acua-complejo [(η6-MeC6H4iPr)Ru (PNiPr)(H2O)][SbF6]2 (9) en CH2Cl2 con las correspondientes nitronas en cantidades equimolares y en presencia de tamices moleculares (Ec. 7). Los espectros de infrarrojo de los compuestos 21-23 muestran en la zona de vibración de tensión (C=N) dos bandas: una alrededor de 1600 cm-1, característica del ligando PNiPr y otra, a frecuencias, próximas a 1570 cm-1, asignada a la nitrona coordinada.28g Para esta última se observa un desplazamiento hacia menores frecuencias, respecto a las bandas observadas en los ligandos libres, lo que puede justificarse si se admite una menor contribución de la forma resonante (b) de la nitrona al coordinarse (Fig. 20). Figura 20 Estructuras resonantes de la función nitrona Los espectros de RMN muestran las resonancias esperadas para los ligandos p-MeC6H4iPr y PNiPr (véase Parte Experimental). Además, la coordinación de la nitrona al átomo de rutenio se pone de manifiesto por la aparición de un singulete en la región de 8 a 8.7 ppm del espectro de 1H-RMN, y un pico a  ≈ 150 ppm en el espectro de 13C{1H}-RMN, asignados al protón y carbono del grupo N=CH, respectivamente. ( a ) ( b ) (c) (d) NO NONONO Discusión de Resultados 77  Por otro lado, las medidas de RMN de los complejos de nitrona desde -90 ºC hasta RT muestran la existencia de un solo grupo señales por lo que proponemos que solo se obtiene un diastereómero en disolución. Figura 21 Interacciones NOE más relevantes observadas en 21-23 De los experimentos NOE llevados a cabo proponemos que el único diastereoisómero detectado es el epímero R en el rutenio. En la Figura 21 se muestran las interacciones NOEs más relevantes encontradas en las medidas espectroscópicas, compatibles con la configuración propuesta: en los tres casos se observa NOE entre el metilo del areno p-MeC6H4iPr y los protones del grupo iPr del ligando fosfanooxazolina. Además, en los derivados 22 y 23, hay interacción entre el protón Hc del PNiPr y las nitronas (grupo Me en 22 y N=CH en 23). 3.1.10 Transcurso de las reacciones catalíticas Los resultados recogidos en las Tablas 5-8 del Apartado 3.1.7, los datos espectroscópicos y las síntesis de los intermedios con metacroleína y nitrona llevadas a cabo nos proporcionan información acerca del transcurso del proceso catalítico. En el Esquema 7 se propone un camino de reacción que explica satisfactoriamente los datos experimentales. Los acua-complejos de rutenio de formulación [(η6-areno)Ru(LL*) (H2O)]2+, en presencia de metacroleína, están en equilibrio con los correspondientes complejos con el aldehído coordinado [(η6-areno)Ru(LL*) (metacroleína)]2+. Es importante desplazar este equilibrio hacia los segundos, ya que éstos son los que actúan como verdaderos catalizadores en la reacción, lo que se consigue retirando el H2O del medio de reacción mediante la adición de tamices moleculares. La caracterización espectroscópica de los complejos con PPh 2 N O C 2+ Me Me H R Ru -21 Ru Me N Ph O Ph PPh 2 N O C 2+ Me Me H R Ru -22 Ru Me N Me O Ph H c PPh 2 N O C 2+ Me Me H R Ru -23 Ru Me H c N O H 1 Capítulo 1 78  metacroleína coordinada 18-20 corrobora la formación de este tipo de compuestos. La metacroleína activada por la coordinación al centro metálico de rutenio interacciona con las nitronas formando las correspondientes isoxazolidinas, que son desplazadas de la esfera del metal por una nueva molécula de metacroleína, regenerando el catalizador. Ahora bien, alternativamente, la nitrona puede desplazar a la metacroleína (o también puede desplazar a la isoxazolidina coordinada) de la esfera del metal abortando el proceso catalítico. Hemos puesto de manifiesto esta posibilidad realizando estudios en disolución, aislando y caracterizando los complejos de rutenio con nitronas coordinadas 21-23. Por consiguiente, llevar a cabo el proceso en presencia de exceso de metacroleína y, en los casos en los que el aldehído es desplazado por la nitrona, adicionar esta última lentamente para que en todo momento su concentración sea baja, favorece la reacción catalítica. Esquema 7 Transcurso propuesto para las DCR catalíticas [ R u] OH 2 [Ru] O O [Ru] ON R 3 R 2 Me OHC R 1 R 1 NO R 3 R 2 R 1 NO R 3 R 2 R 1 NO R 3 R 2 [Ru] R 1 N O R 3 R 2 O aducto 3,4 aducto 3,4 Ru LL * * [Ru] = 2+ ONR 3 R 2 Me OHC R 1 TM O Por otra parte, el hecho de que, en general, las enantioselectividades obtenidas no sean muy elevadas merece algún comentario. El estudio Discusión de Resultados 83  simetría C1 (R)-profos puede adoptar cuando se coordina como quelato. Etiquetamos estos isómeros como a’ y b’ debido a la relación estereoquímica que presentan con los isómeros a y b, como veremos más adelante. De los datos de la Tabla 1 se desprende que, en la mayor parte de los casos, podemos obtener muestras puras o altamente enriquecidas en el isómero a. Por otra parte, en metanol a reflujo los isómeros a se epimerizan a los correspondientes diastereómeros b, lo que nos ha permitido obtener muestras puras de los complejos 3b y 6b, o altamente enriquecidas en el isómero b para el compuesto 10 (relación molar 10a:10b, 8:92). Estos resultados nos indican que los diastereómeros a se preparan bajo control cinético, mientras que los b son preferidos termodinámicamente. 3.2.2 Caracterización de los complejos 3-12 Estos compuestos se han caracterizado por microanálisis, espectrometría de masas y espectroscopias de IR y RMN (véase Parte Experimental). En cuatro casos representativos se ha llevado a cabo la determinación de las estructuras cristalinas por difracción de rayos-X. En los espectros de IR de los sólidos se observa una absorción débil, alrededor de 1600 cm-1 (complejos 3-8) o 1615 cm-1 (complejos 9-12), asignable a la vibración de tensión (C=N) del grupo oxazolina,4 junto con una banda próxima a 655 cm-1, típica de la vibración de tensión del enlace Sb-F del anión SbF6-.5 Asimismo, aparece una banda débil y ancha característica de la vibración de tensión (Ir-H) en el rango 2200-2250 cm-1, similar al encontrado en hidruros mononucleares de iridio(III) con el difosfano (S)-binap.6 En los espectros de 1H-RMN se observan las resonancias esperadas para los ligandos fosfano-oxazolina, difosfano e hidruro metálico, en relación molar 1:1:1. La asignación de estos espectros se ha llevado a cabo mediante medidas de NOE y correlaciones 2D homoy heteronucleares (1H-13C, 1H-31P). La presencia del hidruro se constata por una resonancia a campos altos (entre -17.8 y -19.6 4 Lenze, M.; Sedinkin, S. L.; Rath, N. P.; Bauer, E. B. Tetrahedron Lett. 2010, 51, 2855. 5 Nakamoto, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, 4a edición, Wiley-Interscience: New York, 1986. 6 Yamagata, T.; Tadaoka, H.; Nagata, M.; Hirao, T.; Kataoka, Y.; Ratovelomanana-Vidal, V.; Genet, J. P.; Mashima, K. Organometallics 2006, 25, 2505. Capítulo 2 84  ppm). En todos los casos, su patrón de acoplamiento (doblete de doblete de dobletes o doblete de pseudotripletes), y sus relativamente pequeñas constantes de acoplamiento P-H (entre 6.2 y 25.3 Hz) indican que el átomo de hidrógeno debe estar en una posición cisoide respecto a los tres átomos de fósforo.7 En la Figura 1 se recoge, a modo de ejemplo, la zona de hidruros del espectro de 1HRMN de los isómeros 11a y 6b. Figura 1 Señales del hidruro (CD2Cl2, RT ) en los complejos 11a y 6b En el caso de los complejos con PNiPr (9-12), cabe destacar que aunque en general, las resonancias de los protones oxazolínicos apenas se ven afectadas por la coordinación al metal, en las resonancias de los grupos metilo del sustituyente isopropilo se aprecian importantes apantallamientos. Los picos correspondientes aparecen entre -0.66 y 0.57 ppm. Discutiremos este hecho más adelante cuando describamos la estructura molecular en estado sólido del compuesto 11a. Las medidas de 31P{1H}-RMN muestran un sistema de espines AMX (o ABX), característico de tres átomos de fósforo magnéticamente no equivalentes mutuamente acoplados. La disposición meridional de estos núcleos se deduce de la existencia de una constante de acoplamiento P-P grande (346-380 Hz) y otras dos más pequeñas (11-28.5 Hz).8 A modo de ejemplo, en la Figura 2 se muestra el espectro de 31P{1H}-RMN del complejo 5a, medido en CD2Cl2 a RT. 7 Jameson, C. J. en Phosphorus-31 NMR Spectroscopy in Stereochemical Analysis, Verkade, J. G.; Quin, L. D. Eds.; VCH: Deerfield Beach, FL, 1987; Cap. 6. 8 Hara, T.; Yamagata, T.; Mashima, K. Organometallics 2007, 26, 110, y refs. incluídas. Discusión de Resultados 85  Figura 2 Espectro de 31P{1H}-RMN de [IrClH(PNInd)(dppp)][SbF6] (5a) Ir Ph2 P3 N O P1 Ph2 Ph2 P2 H Cl + De las medidas de NOE se obtiene información estructural adicional que nos permite distinguir entre los epímeros a y b. Así, mientras que para los diastereómeros a de los derivados con PNiPr 9-12 no se observa NOE entre el ligando hidruro y el protón CH del sustituyente iPr, en los correspondientes diastereómeros b, dicho protón metínico presenta NOE cuando se irradia la señal del hidruro (Fig. 3). Figura 3 Fragmento de espectro de NOEDIFF (CD2Cl2, RT), irradiando la señal del hidruro, de 10b Teniendo en cuenta los datos espectroscópicos encontrados, proponemos para los compuestos con PNiPr, 9a-12a, una estereoquímica absoluta9 OC-6-539 (a) von Zelewsky, A. Stereochemistry of Coordination Compounds, Wiley: Chichester, 1996. (b) Amouri, H.; Gruselle, M. Chirality in Transition Metal Chemistry, Wiley: Chichester, 2008. pp m - 25.0-20.0-15.0-10.0-5.0 P 1 P 2 P 3 δ= -7.01 δ= -26.02 J P3,P1 = 369.4 Hz J P2,P1 = 28.5 Hz δ= -18.26 J P3,P2 = 16.1 Hz ppm -20.0 - 15.0-10.0-5.00.0 MeMeCH Capítulo 2 86  C (OC-6-64-C para 12a). Los isómeros b serán los correspondientes epímeros en el metal, OC-6-53-A y OC-6-64-A, respectivamente. Por otra parte, para los derivados con PNInd, se propone la estereoquímica OC-6-53-A para los cationes de los complejos 3a-7a y OC-6-64-A para 8a (Fig. 4). Figura 4 Estructuras propuestas para los cationes de los diastereómeros a de los compuestos 3-12 Ir Ph 2 P N O P P H Ir Ph 2 P N O P Cl H Cl iPr P 3a-7a: OC-6-53-A 8a: OC-6-64-A + + 9a-11a: OC-6-53-C 12a: OC-6-64-C La RMN de 13C{1H} nos ha permitido distinguir entre los diastereómeros etiquetados a y a’ (ó b y b’) de los derivados que contienen (R)-profos, 8 y 12. La estructura de la resonancia asignada al carbono asimétrico del difosfano nos sirve de diagnóstico. Así, si se aprecia la constante de acoplamiento de este carbono con el núcleo de fósforo del ligando fosfano-oxazolina, y aparece como un doble doblete de dobletes, lo asignamos a un isómero a’. Por el contrario, si la resonancia de este carbono aparece como un doble doblete, asignamos al complejo correspondiente una estructura del tipo a (Fig. 5). Figura 5 Estructuras propuestas para los cationes de los diastereómeros a y a’ de los compuestos 8 y 12 Ir H Cl Ph2 P P Ph2 N P 8a: OC-6-64-A Ir H Cl Ph2 P P Ph2 N P 8a': OC-6-63-A ++ * * Ir Cl H Ph2 P P Ph2 N PIr Cl H Ph2 P P Ph2 N P ++ 12a: OC-6-64-C12a': OC-6-63-C * * Discusión de Resultados 87  3.2.3 Estructuras moleculares de los compuestos [IrClH(PN*)(PP)][SbF6] [PN* = PNInd, PP = dppen (4a, 4b), dppp (5a); PN* = PNiPr, PP = dppp (11a)] Por difusión lenta de n-hexano (4a, 5a) o éter dietílico (4b, 11a) sobre disoluciones de los compuestos en CH2Cl2, se han obtenido cristales adecuados para la determinación de su estructura cristalina por difracción de rayos-X. En la Figura 6 se representan diagramas ORTEP de los cationes, y en la Tabla 2 los parámetros estructurales más relevantes. En los cuatro compuestos el átomo de iridio presenta una coordinación octaédrica distorsionada; los dos ligandos quelato, fosfano-oxazolina y difosfano, ocupan un plano ecuatorial y el hidruro y el átomo de cloro, mutuamente transoides, se sitúan en posiciones axiales. Los complejos con PNInd, 4a y 4b, son los epímeros en el metal OC-6-53-A y OC-653-C, respectivamente, de acuerdo con las reglas de nomenclatura.9 El complejo 5a, que contiene también el ligando PNInd, tiene la misma configuración que 4a, mientras que el derivado con PNiPr 11a es el diastereómero OC-6-53-C. Las estereoquímicas propuestas en disolución a partir de los datos espectroscópicos coinciden con las encontradas en estado sólido. Los parámetros estructurales del ligando fosfano-oxazolina son semejantes a los encontrados en complejos de iridio/PN* relacionados.10 Las distancias de enlace Ir-P(1) e Ir-P(2) se encuentran en el rango descrito para complejos de Ir(III) que contienen difosfanos.11 Se observa que las primeras son ligeramente superiores a las segundas, posiblemente debido a la diferente influencia trans 9 (a) von Zelewsky, A. Stereochemistry of Coordination Compounds, Wiley: Chichester, 1996. (b) Amouri, H.; Gruselle, M. Chirality in Transition Metal Chemistry, Wiley: Chichester, 2008. 10 (a) Schnider, P.; Koch, G.; Prétôt, R.; Wang, G.; Bohnen, F. M.; Krüger, C.; Pfaltz, A. Chem. Eur. J. 1997, 3, 887. (b) Carmona, D.; Ferrer, J.; Lorenzo, M.; Santander, M.; Ponz, S., Lahoz, F. J.; López, J. A.; Oro, L. A. Chem. Commun. 2002, 870. (c) Smidt, S. P.; Pfaltz, A.; Martínez-Viviente, E.; Pregosin, P. S.; Albinati, A. Organometallics 2003, 22, 1000. (d) Carmona, D.; Ferrer, J.; Lorenzo, M.; Lahoz, F. J.; Dobrinovitch, I. T., Oro, L. A. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 1657. 11 (a) Johnson, C. E.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3148. (b) ibid. 1985, 107, 6531. (c) Deutsch, P. P.; Eisenberg, R. Chem. Rev. 1988, 88, 1147. (d) Wang, H-H.; Casalnuovo, A. L.; Johnson, B. J.; Mueting, A. M.; Pignolet, L. H. Inorg. Chem. 1988, 27, 325. (e) Tani, K.; Iseki, A.; Yamagata, T. Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 3381. (f) Dahlenburg, L.; Menzel, R.; Heinemann, F. W. Eur. J. Inorg. Chem. 2007, 4364. Capítulo 2 88  ejercida por los átomos P(3) (transoide a P(1)) y N (transoide a P(2)).6,12 Por otra parte, la elevada influencia trans del ligando hidruro se pone de manifiesto en las distancias de enlace Ir-Cl elongadas, en el rango de 2.4710(8) a 2.502(2) Å. Los valores observados, sensiblemente superiores a la distancia media Ir-Clterminal (2.426(7) Å), se hallan próximos al valor promedio medido en hidruros octaédricos de iridio con átomos de Cl transoides a ligandos hidruro (2.499(1) Å).13 Figura 6 Representaciones ORTEP de los cationes de 4a, 4b, 5a y 11a 4a, OC-6-53-A 4b, OC-6-53-C 5a, OC-6-53-A 11a, OC-6-53-C 6 Yamagata, T.; Tadaoka, H.; Nagata, M.; Hirao, T.; Kataoka, Y.; Ratovelomana-Vidal, V.; Genet, J. P.; Mashima, K. Organometallics 2006, 25, 2505. 12 Auburn, M. J.; Holmes-Smith, R. D.; Stobart, S. R.; Bakshi, P. K.; Cameron, T. S. Organometallics 1996, 15, 3032. 13 Base de Datos estructurales de Cambridge, CCDC 2012. Allen, F. H. Acta Crystallogr. 2002, B58, 380. Discusión de Resultados 89  Tabla 2 Distancias (Å) y ángulos (º) de enlace relevantes de 4a, 4b, 5a y 11a 4a 4b 5a 11a Ir-Cl 2.4710(8) 2.4755(17) 2.4843(9) 2.502(2) Ir-P(1) 2.3373(8) 2.339(2) 2.3805(10) 2.354(2) Ir-P(2) 2.2696(8) 2.2721(15) 2.2859(10) 2.287(2) Ir-P(3) 2.3130(9) 2.3304(17) 2.3206(10) 2.330(2) Ir-N 2.132(3) 2.145(5) 2.163(3) 2.149(8) Ir-H 1.582(10) 1.594(10) 1.662 1.63(9) N-C(45) 1.287(4) 1.295(9) 1.302(5) 1.283(12) N-C(54)/C(47)a 1.494(4) 1.497(9) 1.486(5) 1.507(12) Cl-Ir-P(1) 87.26(3) 92.64(6) 86.56(3) 86.35(7) Cl-Ir-P(2) 88.90(3) 102.65(6) 91.21(3) 89.01(8) Cl-Ir-P(3) 104.50(3) 87.51(6) 106.56(3) 108.12(8) Cl-Ir-N 87.50(7) 88.80(16) 87.94(8) 87.5(2) Cl-Ir-H 170(2) 170(2) 169.1 157(3) P(1)-Ir-P(2) 82.35(3) 84.18(6) 89.33(4) 87.44(8) P(1)-Ir-P(3) 167.86(3) 177.29(6) 165.48(3) 164.72(7) P(1)-Ir-N 95.94(8) 95.82(16) 92.98(9) 94.5(2) P(1)-Ir-H 86(2) 84(2) 85.9 75(3) P(2)-Ir-P(3) 100.62(3) 98.43(6) 96.43(4) 97.47(8) P(2)-Ir-N 176.08(8) 168.55(16) 177.48(9) 175.9(2) P(2)-Ir-H 97(2) 68(2) 96.5 102(3) P(3)-Ir-N 81.78(8) 81.48(16) 81.54(9) 81.6(2) P(3)-Ir-H 82(2) 97(2) 80.2 90(3) N-Ir-H 86(2) 101(2) 84.6 82(3) C(45)-N-C(54)/C(47)a 105.2(3) 107.2(6) 105.3(3) 106.2(7) a C(47) corresponde a la etiqueta del complejo 11a. En la Figura 7 se muestran representaciones simplificadas de las estructuras moleculares donde se aprecian las conformaciones de los metalaciclos formados por la coordinación del par de ligandos quelato, PN* y PP, al iridio. Mientras que los metalaciclos de seis miembros, Ir-P(3)-C(39)-C(44)-C(45)-N e Ir-P(1)-C(13)- C(13b)-C(14)-P(2), están fuertemente plegados en todos los casos, el metalaciclo de cinco miembros formado por el iridio y el difosfano dppen presenta valores de amplitud de plegamiento (Q) significativamente más bajos14 (0.4268(16) 4a y 0.155(4) Å 4b). El metalaciclo formado por la coordinación del ligando fosfanooxazolina no es plano en ningún caso, con amplitudes de plegamiento altas, alrededor de 0.8 Å. La Tabla 3 recoge los parámetros de Cremer y Pople14 de los dos metalaciclos en cada molécula, así como la conformación adoptada. 14 (a) Giacovazzo, C.; Monaco, H. L.; Artioli, G.; Viterbo, D.; Ferraris, G.; Gilli, G.; Zanotti, G.; Catti, M. Fundamentals of Crystallography, 2nd edn., Oxford University Press: Oxford, 2002. (b) Cremer, D.; Pople, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 1354. Capítulo 2 90  Figura 7 Representaciones simplificadas de los cationes de 4a, 4b, 5a y 11a Tabla 3 Parámetros de Cremer & Pople y conformaciones de los metalaciclos Ir-PN* e Ir-PP en 4a, 4b, 5a y 11a Metalaciclo I r -PN* Metalaciclo I r -PP Comp. Q (Å) φ (º)  (º) Confor. Q (Å) φ (º)  (º) Confor. 4a 0.832(2) -12.9(2) 60.0(2) 1 E 0.4268(16) -2.0(5 - 1 E 4b 0.786(4) -21.7(6) 62.6(6) 1 E 0.155(4) -25(2) - 1 T5 5a 0.832(2) -11.6(2) 60.2(3) 1 E 0.640(4) -118(2) 11.4(3) 1 C 4 11a 0.810(5) -165.5(6) 120.0(6) E 10.750(7) 159(7) 174.7(6) 4 C 1 Es importante señalar que la conformación de sobre E1 adoptada por el metalaciclo Ir-PN* en el complejo con PNiPr 11a conduce a una disposición casi paralela de la cadena de átomos de carbono C(47)-C(48)-C(49) respecto al fenilo pro-S (C(33)-C(38)) del grupo PPh2 de dicho ligando, y coloca al grupo metilo C(49) próximo a dicho anillo. Muy probablemente, en esta disposición los protones de los grupos metilo, C(49) y C(50), resultan apantallados por la corriente diamagnética de los electrones del anillo aromático C(33)-C(38), quedando de esta manera explicado el apantallamiento observado para estos protones en sus espectros de RMN de 1H. 4a 4b 5a 11a dppen dppen dppp dppp Discusión de Resultados 91  3.2.4 Preparación de compuestos de estequiometría [IrClH(PN*)(dfppe)][SbF6] (13, 14) y [Ir(PN*)(dfppe)][SbF6] (15, 16) Etano-1,2-diilbis(bispentafluorofenil)fosfano (dfppe), un difosfano menos básico que los anteriores, no reacciona con los complejos 1 ó 2 bajo las condiciones indicadas en la Ecuación 1. Sin embargo, los nuevos compuestos [IrClH(PN*)(dfppe)][SbF6] [PN* = PNInd (13), PNiPr (14)], de la misma estequiometría que 3-12, pueden ser preparados por tratamiento de 1 ó 2 con NaSbF6 y dfppe en condiciones más enérgicas (metanol a reflujo, varios días, Esq. 2). En la reacción se forman, asimismo, cantidades variables de los compuestos deshidrohalogenados de iridio(I) [Ir(PN*)(dfppe)][SbF6] [PN* = PNInd (15), PNiPr (16)], junto con trazas de hidruros no identificados. En las Esquema 2 Preparación de los compuestos 13-16 mismas condiciones en que son preparados, los complejos 13 y 14 pierden lentamente HCl, dando lugar a 15 ó 16, respectivamente. Este hecho indica que, muy probablemente, la formación de los compuestos 15 y 16 a partir de 1 y 2 tiene lugar a través de 13 y 14 (Esq. 2). Se comprueba, además, que este proceso es reversible, ya que la adición de HCl a los compuestos de Ir(I) 15 y 16 regenera los correspondientes derivados de Ir(III) 13 y 14. Sin embargo, en estado sólido y en disolución de diclorometano, los complejos 13 y 14 son estables frente a la eliminación reductora de HCl durante varios días a temperatura ambiente. Alternativamente, los compuestos 15 y 16 pueden prepararse a partir de los correspondientes complejos olefínicos de Ir(I)1,10d [IrCl(  -coe)(PN*)], dfppe y 1 Ciércoles, R. Tesis de Licenciatura, Universidad de Zaragoza, 2005. [IrCl2H(  2-coe)(PN*)] Ir (C6F5)2P H Cl P(C6F5)2Ir P P - HCl SbF6 P N [IrCl(  2-coe)(PN*)] PN* = PNInd (13) PNiPr (14) NaSbF6 (C6F5)2 (C6F5)2 P N dfppe SbF6 1, 2 PN* = PNInd (15) PNiPr (16) HCl NaSbF6 dfppe MeOH  MeOH Capítulo 2 92  NaSbF6, tal como se muestra en el Esquema 2. El compuesto con PNInd 13 se aísla como un único isómero, mientras que para el derivado con PNiPr 14 se obtiene una mezcla de dos diastereómeros, 14M, 14m, en relación molar 90:10. Los complejos 13-16 se han caracterizado por espectroscopias de IR y RMN, espectrometría de masas, análisis elemental (véase Parte Experimental) y mediante la determinación de las estructuras cristalinas por difracción de rayos-X de los compuestos 13, 15 y 16. La similitud de las propiedades espectroscópicas del isómero minoritario del compuesto 14 (14m) con las de los complejos 3-12, descritos en el apartado anterior, nos llevan a proponer una geometría del mismo tipo. Sin embargo, los espectros de RMN de protón de 13 y del isómero 14M presentan para el ligando hidruro una señal alrededor de -12 ppm con una constante de acoplamiento grande (~ 220 Hz), típica de acoplamiento entre núcleos de fósforo e hidrógeno en posiciones mutuamente transoides, otras dos constantes significativamente más pequeñas (alrededor de 20 y 16 Hz), indicativas de acoplamientos P-H de tipo cisoide, y una cuarta más pequeña (7.9 (13), 5.1 (14M) Hz), que se asigna a acoplamientos F-H a cinco enlaces. Cabe destacar el alto valor de la constante JP,H trans, por encima del rango habitual para este tipo de acoplamientos.15 Figura 8 Espectro de 1H-31P-HMBC de 13 10d Carmona, D.; Ferrer, J.; Lorenzo, M.; Lahoz, F. J.; Dobrinovitch, I. T., Oro, L. A. Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 1657. 15 Suardi, G.; Cleary, B. P.; Duckett, S. B.; Sleigh, C.; Rau, M.; Reed, E. W.; Lohman, J. A. B.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7716. ppm 0.01.0 2 .0 3 .04.05.06.07.08.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 P1 P2 P3 Discusión de Resultados 99  debida probablemente a equilibrios de intercambio entre agua coordinada y agua libre presente en el medio en pequeñas cantidades. Por otro lado, la permanencia del ligando hidruro se constata por una banda ancha y débil a altas frecuencias en el IR (2296-2326 cm-1), asignada a la vibración de tensión (IrH), junto con un doblete de pseudotripletes a campos altos (alrededor de -27 ppm), en los espectros de RMN de protón. El valor de  apunta a una disposición transoide entre el hidruro y el átomo de oxígeno del agua coordinada.6 Los pequeños valores de las constantes de acoplamiento P-H (alrededor de 22 y 11 Hz) son indicativos de una disposición cisoide del hidruro respecto a los tres átomos de fósforo. En el caso de los derivados con el ligando PNiPr, 22-25, se registran valores relativamente bajos para los desplazamientos químicos de los grupos metilo del sustituyente isopropilo (entre 0.65 y -0.58 ppm). Por otra parte, en los espectros de 31P{1H}-RMN, se observan sistemas de espines ABX o AMX, con una constante de acoplamiento JP,P grande (~ 320 Hz) y otras dos más pequeñas indicativas de una disposición meridional de tres átomos de fósforo alrededor del metal. Figura 13 Estructuras propuestas para los cationes de los diastereoisómeros mayoritarios de 17-25 La determinación de las estructuras cristalinas de los complejos con PNInd 17 y 18, confirma los datos estructurales encontrados en disolución y revela una configuración absoluta C para ambos, de acuerdo a las reglas de nomenclatura.9 Teniendo en cuenta la similitud de los datos espectroscópicos de todos los 6 Yamagata, T.; Tadaoka, H.; Nagata, M.; Hirao, T.; Kataoka, Y.; Ratovelomanana-Vidal, V.; Genet, J. P.; Mashima, K. Organometallics 2006, 25, 2505. 9 (a) von Zelewsky, A. Stereochemistry of Coordination Compounds, Wiley: Chichester, 1996. (b) Amouri, H.; Gruselle, M. Chirality in Transition Metal Chemistry, Wiley: Chichester, 2008. N Ir P P P H OH2 O N Ir P P OH2 H O 2+ 17a-20a: OC-6-24-C 21a: OC-6-35-C 22a-24a: OC-6-24-A 25a: OC-6-35-A Ph2 PPh2 2+ Capítulo 2 100  isómeros mayoritarios de los derivados que contienen PNInd, 17-21, proponemos para todos ellos una configuración C (Fig. 13). En el caso del diastereoisómero mayoritario de los complejos con PNiPr (22a-25a), la irradiación de la resonancia del ligando hidruro produce NOE en el protón CH del grupo isopropilo, tal como puede apreciarse en la Figura 14 para el compuesto 22. Este hecho es compatible únicamente con una configuración A para estos isómeros. Por comparación con los isómeros cloruro relacionados descritos en el Apartado 3.2.1, se asigna una configuración absoluta A al diastereoisómero minoritario del complejo con PNInd 19 (isómero b), y una configuración C al diastereómero b del derivado con PNiPr, 24. Figura 14 Fragmento del espectro NOESY de [IrH(H2O)(PNiPr)(dppe)][SbF6]2 (22) Es interesante hacer notar que únicamente para los compuestos que contienen el difosfano dppp (19 y 24), se obtienen los dos epímeros en el metal. Muy probablemente, la mayor flexibilidad de la cadena alifática de tres átomos de carbono de este ligando (sólo dos átomos de C en el resto de difosfanos empleados), permite la coordinación de la molécula de agua en ambos lados del plano ecuatorial definido por los dos átomos de fósforo del difosfano y uno de fósforo y otro de nitrógeno del ligando fosfano-oxazolina.18 18 En las preparaciones de los compuestos 21 y 25 se detectan pequeñas cantidades de otros isómeros que se asignan tentativamente a 21b,b’ y 25b,b’. En disolución de CH2Cl2 a RT, evolucionan a los correspondientes 21a,a’ y 25a,a’. pp m - 28.00-27.50-27.00 - 26.50-26.00 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 CHiPr 6.74 Discusión de Resultados 101  Figura 15 Estructuras propuestas para los cationes de 21a’ y 25a’ Por otra parte, la asignación de la estereoquímica del par de isómeros geométricos a, a’ de los complejos que contienen el ligando (R)-profos, 21 y 25, se lleva a cabo por comparación de la resonancia de 13C{1H} del carbono asimétrico de dicho difosfano con la de los correspondientes complejos cloruro (véase el Apartado 3.2.2). Con objeto de obtener monocristales del catión del complejo con PNiPr 24, adecuados para medidas de difracción de rayos-X, se llevó a cabo la reacción indicada en la Ecuación 3 empleando la sal AgPF6 como agente abstractor del cloruro, en lugar de AgSbF6 (Ec. 3). Del medio de reacción se aísla un sólido de color amarillo pálido que, de acuerdo a sus datos analíticos y espectroscópicos, se formula como el compuesto [IrH(OPOF2)(PNiPr)(dppp)][SbF6] (26). El anión difluorofosfato se forma, muy probablemente, por hidrólisis parcial del anión PF6.19 Ir Ph 2 P N O P Cl H iPr P + AgPF 6 + H 2 O SbF 6 + AgCl /3 / Ir Ph 2 P N O P H O iPr P SbF 6 PO F F 11a 26 El compuesto 26 se obtuvo como una mezcla de dos diastereoisómeros, 26a y 26b, en relación molar 92:8. Sus propiedades espectroscópicas son comparables a las de 24a y 24b, respectivamente (véase Parte Experimental). 19 (a) Carmona, D.; Vega, C.; García, N.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L.A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Borao, R. Organometallics 2006, 25, 1592. (b) White, C.; Thompson, S. J.; Maitlis, P. M. J. Organomet. Chem. 1977, 134, 319. (c) Branan, D. M.; Hoffman, N. W.; Mc.Elroy, E. A.; Prokopuk, N.; Salazar, A. B.; Robbins, M. J.; Hill, W. E.; Webb, T. R. Inorg. Chem. 1991, 30, 1200. (d) Connelly, N. G.; Einig, T.; García-Herbosa, G.; Hopkins, P. M.; Mealli, C.; Orpen, A. G.; Rosair, G. M.; Viguri, F. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1994, 2025. N Ir Ph2 P P P H OH2 2+ N Ir Ph2 P P P H OH2 2+ 21a: OC-6-35-C 25a: OC-6-35-A 21a': OC-6-25-C 25a': OC-6-25-A Capítulo 2 102  Por recristalización se pudo aislar 26a puro, del cual se obtuvieron monocristales adecuados para su caracterización por difracción de rayos-X. Figura 16 Espectro de 31P{1H}-RMN de 26a Tanto la frecuencia de vibración (IrH) como el valor del desplazamiento químico del ligando hidruro en 26 son semejantes a los presentados por los acuacomplejos 17-25. La resonancia de este último, ddt con constantes de acoplamiento de 10.5, 21.0 y 38.4 Hz, indica que está acoplado a cuatro núcleos. Por otra parte, el espectro de 31P{1H}-RMN muestra cuatro núcleos de fósforo no equivalentes (Fig. 16). Tres de estos núcleos dan un sistema de espines ABX, valiendo una de las constantes 345.7 Hz; el cuarto resuena como un triplete con una constante de 957.9 Hz, característica de acoplamientos 1J(PF).20 Todos estos datos son compatibles con una estructura para el catión de 26 como la mostrada en la Ecuación 3. La determinación de la estructura cristalina de 26a corroboró la asignación espectroscópica que acabamos de comentar. 3.2.8 Estructuras moleculares de [IrH(H2O)(PNInd)(PP)][SbF6]2 [PP = dppe (17), dppen (18)] y [IrH(OPOF2)(PNiPr)(dppp)][SbF6] (26a) La difusión lenta de dietil éter sobre disoluciones de estos compuestos en CH2Cl2 da lugar a la formación de monocristales adecuados para estudios de difracción de rayos-X. En las Figuras 17 y 18 se muestran representaciones gráficas de los tres cationes. Consisten en un átomo de iridio en un entorno 20 Fernández-Galán, R.; Manzano, B. R.; Otero, A.; Lanfranchi, M.; Pellinghelli, M. A. Inorg. Chem. 1994, 33, 2309. pp m-35.0-30.0-25.0-20.0-15.0 - 10.0 - 5.00.05.0 P3 P2 P1PO2F2 Discusión de Resultados 103  octaédrico, rodeado por un ligando hidruro transoide a un átomo de oxígeno de una molécula de agua coordinada (complejos 17 y 18) o a uno de los dos oxígenos de un anión difluorofosfato (26a). El plano ecuatorial del octaedro de coordinación lo forman un ligando fosfano-oxazolina, coordinado a través de los átomos de fósforo y nitrógeno, y un difosfano, enlazado por los dos átomos de fósforo. De acuerdo con las reglas de nomenclatura, los tres cationes son diastereómeros OC-6-24.9 La configuración absoluta es C para el par de complejos que contienen PNInd (17 y 18) y A para 26a. La Tabla 7 recoge las distancias y ángulos de enlace más representativos. Como consecuencia de la influencia trans del ligando hidruro, se observan distancias de enlace Ir-O significativamente elongadas (2.238(7) (17), 2.258(6) (18) y 2.231(5) Å (26a)), comparadas con los valores medios obtenidos en hidruros octaédricos de iridio(III) (valor medio: 2.134(7) Å).21 Las distancias de enlace Ir-P(1) e Ir-P(2), están dentro del intervalo encontrado en complejos de Ir(III) enlazado a difosfanos,11observándose valores algo más altos en las primeras, como consecuencia de la mayor influencia trans ejercida por el átomo de fósforo del ligando PN*, P(3). Figura 17 Estructuras moleculares de los cationes de 17 y 18 17 18 9 (a) von Zelewsky, A. Stereochemistry of Coordination Compounds, Wiley: Chichester, 1996. (b) Amouri, H.; Gruselle, M. Chirality in Transition Metal Chemistry, Wiley: Chichester, 2008. 21 Allen, F. H. Acta Crystallogr. 2002, B58, 380. 11 (a) Johnson, C. E.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3148. (b) ibid. 1985, 107, 6531. (c) Deutsch, P. P.; Eisenberg, R. Chem. Rev. 1988, 88, 1147. (d) Wang, H-H.; Casalnuovo, A. L.; Johnson, B. J.; Mueting, A. M.; Pignolet, L. H. Inorg. Chem. 1988, 27, 325. (e) Tani, K.; Iseki, A.; Yamagata, T. Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 3381. (f) Dahlenburg, L.; Menzel, R.; Heinemann, F. W. Eur. J. Inorg. Chem. 2007, 4364. Capítulo 2 104  Figura 18 Estructura molecular del catión de 26a Distancias (Å) y ángulos (º) de enlace seleccionados para el fragmento OPOF2: O(2)-P(4) 1.459(5); O(3)-P(4) 1.449(5); P(4)- F(7) 1.537(5); P(4)-F(8) 1.538(5). Ir-O(2)-P(4) 167.1(4); O(2)- P(4)-O(3) 121.1(4); O(2)-P(4)-F(7) 108.2(3); O(2)-P(4)-F(8) 106.7(4); O(3)-P(4)-F(7) 110.3(3); O(3)-P(4)-F(8) 109.0(3); F(7)- P(4)-F(8) 99.3(3). Tabla 7 Principales distancias (Å) y ángulos (º) de enlace de 17, 18 y 26a 17 18 26a Ir-P(1) 2.353(2) 2.341(2) 2.3599(18) Ir-P(2) 2.287(2) 2.286(2) 2.294(2) Ir-P(3) 2.345(2) 2.335(2) 2.3235(18) Ir-O(2) 2.238(7) 2.258(6) 2.231(5) Ir-N 2.145(7) 2.143(7) 2.120(6) Ir-H 1.6036 1.599(10) 1.589(10) N-C(45) 1.283(11) 1.312(11) 1.269(9) N-C(54)/C(47)a 1.496(11) 1.489(11) 1.524(9) P(1)-Ir-P(2) 83.52(7) 83.79(8) 87.38(8) P(1)-Ir-P(3) 174.68(10) 174.73(8) 174.49(8) P(1)-Ir-N 94.4(2) 95.5(2) 92.83(18) P(1)-Ir-O(2) 90.8(2) 92.9(2) 90.03(13) P(1)-Ir-H 90.2 93(5) 89(3) P(2)-Ir-P(3) 100.60(8) 97.22(8) 98.09(8) P(2)-Ir-N 172.6(2) 173.8(2) 172.78(18) P(2)-Ir-O(2) 103.47(19) 103.53(16) 101.94(18) P(2)-Ir-H 84.3 77(3) 86(3) P(3)-Ir-N 81.1(2) 83.0(2) 81.67(18) P(3)-Ir-O(2) 91.53(19) 91.9(2) 89.48(13) P(3)-Ir-H 86.9 82(4) 91(3) N-Ir-O(2) 83.7(3) 82.7(2) 85.3(2) N-Ir-H 88.6 97(3) 87(3) O(2)-Ir-H 172.3 174(5) 172(3) Ir-N-C(45) 125.6(6) 125.9(6) 129.8(5) Ir-N-C(54) 126.2(6) 128.0(5) 123.6(5) C(45)-N-C(54) 107.9(7) 106.0(7) 106.4(6) a La etiqueta C(47) corresponde al complejo 26. Discusión de Resultados 105  La coordinación bidentada de los ligandos fosfano-oxazolina y difosfano da lugar a la formación de los metalaciclos, Ir-PN* e Ir-PP. Los parámetros de Cremer y Pople,14 recogidos en la Tabla 8, cuantifican los plegamientos de dichos anillos. La conformación plegada del metalaciclo Ir-PN* adoptada obliga a los grupos fenilo pro-R (C(33)-C(38)) y pro-S (C(27)-C(32)), del fragmento PPh2 del ligando fosfano-oxazolina a ocupar posiciones pseudoaxial y pseudoecuatorial, respectivamente. Muy probablemente, esta conformación se mantiene en disolución, como pone de manifiesto el importante apantallamiento de las señales de los grupos metilo del isopropilo observado en los compuestos 22-25. El apantallamiento es consecuencia de que dichos protones se verán afectados por la corriente diamagnética de la nube  del anillo PPh pseudoaxial. Es interesante resaltar que la sustitución de un átomo de cloro por una molécula de agua (Ec. 2), apenas modifica los parámetros estructurales de la esfera de coordinación del metal, ya que tanto el complejo 18 como su precursor [IrClH(PNInd)(dppen)]+ presentan características geométricas muy parecidas. Sin embargo, cuando se tiene en cuenta las interacciones intermoleculares, destaca la tendencia de la molécula de agua coordinada a dar interacciones por enlace de hidrógeno. Así, los cationes 17 y 18 interaccionan a través de enlace de hidrógeno (O-H···O) con moléculas de agua y éter dietílico, respectivamente, (distancias O···O: 2.613(14) (17) y 2.701(11) Å (18)). Tabla 8 Parámetros de Cremer & Pople y conformaciones de los metalaciclos Ir-PN* e Ir-PP en 17, 18, 26a y 27 Metalaciclo I r -PN* Metalaciclo I r -PP Comp. Q (Å) φ (º)  (º) Confor. Q (Å) φ (º) Confor. 17 0.858(5) -18.9(6) 61.8(6) 1 S6 0.58(1) -64.6(8) 4 E / 4 T5 18 0.743(5) -15.3(6) 61.1(7) 1 S6 / 1 E 0.161(5) -26(3) 1 T5 /E5 26a 0.766(4) 163.6(5) 120.2(5) 6S1 0.986(6) 91.7(3)  90.7(3) º 6T2 27 0.74(1) -21(2) 63(2) 1 S6 0.54(2) -83(1) 4 T3 14 (a) Giacovazzo, C.; Monaco, H. L.; Artioli, G.; Viterbo, D.; Ferraris, G.; Gilli, G.; Zanotti, G.; Catti, M. en Fundamentals of Crystallography, Universidad de Oxford, Oxford, 2nd edn, 2002. (b) Cremer, D.; Pople, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97, 1354. Capítulo 2 106  3.2.9 Reacción de cicloadición 1,3-dipolar de N-bencilidenfenilamina Nóxido y metacroleína Los acua-complejos de iridio(III) de estequiometría [IrH(H2O)(PN*)(PP)][SbF6]2 (17-25) se han ensayado como precursores catalíticos en reacciones de cicloadición 1,3-dipolar entre nitronas y metacroleína. Para este estudio se ha elegido la nitrona N-bencilidenfenilamina N-óxido (Esq. 3). Los ocho posibles aductos de esta reacción se muestran en el Esquema 4 del Apartado 3.1.6. Esquema 3 DCR de N-bencilidenfenilamina N-óxido y metacroleína catalizada por los complejos 17-25 Como precursores de catalizador se utilizan disoluciones de los complejos en diclorometano. Éstas se tratan en primer lugar con metacroleína y tamices moleculares (4 Å) y, a continuación, se añade la nitrona (véase Parte Experimental). Como veremos más adelante, en estas condiciones se forman especies de estequiometría [IrH(metacroleína)(PN*)(PP)]2+, por desplazamiento de la molécula de agua de los correspondientes solvato-complejos iniciales. En la Tabla 9 se muestran los resultados obtenidos, así como las condiciones de reacción y los métodos de caracterización de los aductos. Para todas las reacciones estudiadas, los resultados presentados son el promedio de, al menos, dos experiencias con resultados comparables. Los valores positivos de e.e. corresponden al aducto 3R,4R-endo. Para el aducto 3,5-endo, los valores positivos se asignan arbitrariamente al diastereómero con la señal del protón H3 a campo más bajo en el 1H-RMN. En ausencia de catalizador, a RT, al cabo de 1.5 h se obtiene una conversión de un 17% (Entrada 1). Por lo tanto, los complejos de iridio(III) catalizan la reacción, con preferencia hacia los aductos endo, alcanzándose en la mayoría de los casos, perfecta diastereoselectividad. En cuanto a la regioselectividad de la reacción se obtienen mezclas de los isómeros 3,4-endo (no accesibles por rutas no catalíticas) y 3,5-endo. Las enantioselectividades alcanzadas son de N Ph O Ph NO Ph Ph + (3R*,4R*)-endo (3R*,5R*)-endo NO Ph Me Ph Me CHO CHO Me CHO cat* Discusión de Resultados 107  moderadas a buenas, siendo los derivados con PNInd (17-21) los más enantioselectivos. Sorprendentemente, los valores más altos de e.e. se alcanzan con los precatalizadores obtenidos como mezclas de diastereómeros (Entradas 6, 7 y 10). A más bajas temperaturas se mantiene la diastereoselectividad hacia los productos endo, pero se obtienen notables mejoras en la enantioselectividad, alcanzándose con el catalizador 19 un e.e. del 85% en el isómero 3S,4S-endo. Tabla 9 Resultados catalíticos de la DCR entre metacroleína y N-bencilidenfenilamina N-óxido Ent. cat* T (ºC) t (h) Conv. (%) a 3,4-endo/ 3,5-endo (%) b E.e. (%) c 1 - RT 1.5 17 0:100 - 2 17 RT 1.5 47 9:91 -22:-21 3 17 -25 96 29 8:92 -31:-25 4 18 RT 1.5 85 8:90 d -23:-12 5 18 -25 48 20 22:78 -32:-31 6 19a,b (84:16) RT 1.5 45 37:63 -72:-6 7 19a,b (84:16) -25 96 34 41:59 -85:-14 8 20 RT 48 98 5:93 d -53:-26 9 20 -25 96 20 7:93 -71:-22 10 21a,a’ (68:32) -25 96 87 60:40 77:38 11 22 RT 3 82 7:91 d 19:10 12 22 -25 96 36 15:85 5:32 13 23 RT 1.5 47 14:86 18:2 14 23 -25 96 54 25:75 27:18 15 24a,b (85:15) RT 1.5 47 13:87 8:8 16 24a,b (85:15) -25 96 38 17:83 25:25 17 25a,a’ (62:38) RT 1.5 29 11:89 13:18 18 25a,a’ (62:38) -25 96 22 12:88 22:35 Condiciones de reacción: 0.030 mmol de catalizador (5% mol), 4.2 mmol de metacroleína, 0.60 mmol de nitrona y 100 mg de tamices moleculares de 4 Å en 2.5 mL de CH2Cl2. a Basada en la nitrona. b Determinada por 1H-RMN. c Determinado por integración de las señales de 1H-RMN del protón H3 de los derivados diastereoméricos obtenidos por reacción con (R)- metilbencilamina. d Aductos exo, 2 %. Capítulo 2 108  3.2.10 Preparación de complejos de formulación [IrH(metacroleína)(PNInd) (PP)][SbF6]2 [PP = (S,S)-quirafos (27), (R)-profos (28)] Las reacciones de cicloadición 1,3-dipolar anteriores, promovidas por los acua-complejos de iridio(III) 17-25, emplean metacroleína como dipolarófilo. De ahí que, con el fin de explicar los resultados obtenidos, se intente aislar y caracterizar intermedios metálicos en los procesos catalíticos. Con este objetivo, estudiamos por espectroscopia de RMN el comportamiento en disolución de los solvatos 17-25 en presencia de excesos de metacroleína. En la mayor parte de los casos se observaron mezclas complejas de productos no identificados. Sin embargo, cuando se añaden, a 0 ºC, 5 equivalentes de metacroleína sobre disoluciones en diclorometano de los acuasolvatos con PNInd [IrH(H2O)(PNInd)(PP)]2+ [PP = (S,S)-quirafos (20), (R)- profos (21)] se observa, por medidas de RMN de 1H y 31P{1H}, la formación de un nuevo catión complejo cuya concentración aumenta con el tiempo de reacción, hasta alcanzarse un equilibrio con el correspondiente acua-solvato. Este equilibrio puede ser desplazado completamente hacia la formación del nuevo complejo por adición de tamices moleculares. De estas disoluciones se aíslan complejos con metacroleína coordinada de formulación [IrH(metacroleína)(PNInd)(PP)][SbF6]2 [PP = (S,S)-quirafos (27), (R)-profos (28)] (Ec. 4). Ir Ph2 P N O P P OH2 H 2+ Ir Ph2 P N O P P H CHO Me TM, 4Å + O Me H + H2O /4 / 2+ PP = (S,S)-quirafos (27), (R)-profos (28) El complejo 27 se obtiene como un único diastereoisómero; sin embargo, debido a la simetría C1 del difosfano (R)-profos, para el derivado 28 se forman dos diastereoisómeros, 28a y 28a’, en relación molar 74:26. Los compuestos anteriores se han caracterizado por métodos espectroscópicos, junto con la determinación de la estructura cristalina, por difracción de rayos-X, del complejo 27. Discusión de Resultados 115  la reacción catalítica, de forma más drástica en el caso de disustitución (Entradas 2-4). La influencia favorable de los sustituyentes aceptores de densidad electrónica es congruente con el comportamiento como electrófilo del dienófilo en reacciones de DA. En cualquier caso, el efecto estérico es negativo para este proceso. Tabla 11 Resultados catalíticos de las reacciones de DA entre ciclopentadieno y trans-βnitroestirenos sustituídos catalizadas por 21 + NO2 NO2 NO2 endo-6Sexo-6R cat* RR R Ent. R t (h) Conv. (%) a, b Relación endo/exo (%) b E.e.c 1 H 0.75 100 100:- 84 2 2-OMe 1.5 100 99:1 79 3 2,3-(OMe)2 17 100 98:2 79 4 2,4-(OMe)2 71 82 99:1 67 5 2-CF3 1 100 91:9 87 6 2-Cl 0.5 100 97:3 77 7d 2-Cl 144 49 98:2 86 8 2,3-Cl2 144 98 87:13 70 9 2,4-Cl2 143 59 99:1 71 a Basada en el nitroestireno. b Determinada por espectroscopia de 1H-RMN. c Isómero endo; determinado por HPLC. d A -25 ºC. La diastereoselectividad de las reacciones catalíticas es alta (e.d. superiores, en general, al 90% en el isómero endo) y apenas se ve afectada por la introducción de sustituyentes, o por el número y posición de éstos, o ambos. Finalmente, respecto a la enantioselectividad, los excesos enantioméricos obtenidos para todos los nitroestirenos sustituídos son algo inferiores al valor del nitroalqueno sin sustituir, con la excepción de 2-trifluorometil-trans-  - nitroestireno (e.e. del 87%, Entrada 5). Como cabe esperar, al bajar la temperatura se mejora la enantioselectividad (véase Entradas 6 y 7 de Tablas 10 y 11). Capítulo 2 116  En conclusión, se han llevado a cabo por vez primera reacciones de DA enantioselectivas entre ciclopentadieno y distintos trans-  -nitroestirenos catalizadas por complejos metálicos. Se alcanzan conversiones cuantitativas en tiempos cortos, y buenas diastereoselectividades. El complejo octaédrico de Ir(III) [IrH(H2O)(PNInd){(R)-profos}][SbF6]2 (21) origina las mayores reactividad y enantioselectividad (hasta el 90% de e.e. con el dienófilo trans-  - nitroestireno).           4. Parte Experimental                            Parte Experimental 117  4 Parte Experimental 4.1 Instrumentación Análisis elemental. Los análisis elementales de carbono, hidrógeno y nitrógeno de todos los compuestos descritos en esta Memoria se han realizado con un microanalizador Perkin-Elmer, modelo 240-B. Espectroscopia de infrarrojo (IR). Los espectros infrarrojos se han registrado en un espectrofotómetro Perkin-Elmer 1330 en el rango comprendido entre 4000 y 200 cm-1. Los espectros se han realizado sobre suspensiones homogéneas de la muestra en Nujol (absorciones a 2490, 1460, 1375 y 720 cm-1), colocadas entre láminas de polietileno (absorciones a 728 y 718 cm-1). Se ha empleado también un espectrofotómetro Perkin Elmer modelo Spectrum-100 con accesorio ATR (Reflectancia Total Atenuada) para muestras sólidas, en el rango comprendido entre 4000 y 250 cm-1. Resonancia magnética nuclear (RMN). Los espectros de resonancia magnética nuclear de 1H, 13C, 31P y 19F se han realizado en los espectrofotómetros que se citan a continuación: Varian GEMINI 2000 [121.45 (31P), 75.44 (13C), 300.07 (1H) MHz]; Varian UNITY 300 [121.40 (31P), 75.40 (13C) y 299.90 (1H) MHz]; Bruker AV-500 [202.46 (31P), 125.77 (13C), 500.10 (1H) MHz]; Bruker AV-400 [161.98 (31P), 100.61 (13C), 400.16 (1H) MHz]; Bruker AV-300 [121.49 (31P), 75.46 (13C), 300.13 (1H) MHz]; Bruker ARX-300 [121.48 (31P), 75.50 (13C) y 300.10 (1H) MHz]. Los desplazamientos químicos, expresados en ppm, se han referenciado respecto al tetrametilsilano (TMS) (1H y 13C) o referencias externas de ácido fosfórico (85%, w/w, en D2O) (31P) o CFCl3 (19F). Las constantes de acoplamiento, J, se dan en Hertzios. Los experimentos COSY, NOESY, NOEDIFF, y correlaciones heteronucleares 1H-13C y 1H-31P (HSQC y HMBC) se han llevado a cabo utilizando programas optimizados estándar de Varian o Bruker. Espectrometría de masas (MS). Los espectros de masas se han realizado en un espectrómetro Bruker Microflex MALDI-TOF utilizando dithranol (antralina) como matriz (PM = 226.2312 g/mol). Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). La cromatografía líquida de alta precisión analítica se ha realizado en un cromatógrafo Alliance Waters 2695 (Waters 2996 PDA Detector). Se ha utilizado la columna quiral Chiralpack AD- Parte Experimental 118  H (0.46 cm × 25 cm). Para los compuestos medidos se compararon los tiempos de retención con los obtenidos para mezclas racémicas. Cromatografía de gases (GC). Se ha realizado en un cromatógrafo modelo Hewlett-Packard 6890N con columna capilar Ultra-1 (25 mm × 0.32 mm d.i. × 0.17 m). Para el cálculo de excesos eantioméricos se empleó un cromatógrafo de gases Hewlett-Packard 3398A con columna capilar CP-Chirasil-DEX CB (25 mm × 0.25 mm d.i. × 0.25 m). Se compararon los tiempos de retención medidos, con los obtenidos para la mezcla racémica. Cromatografía en capa fina (CCF). Las capas finas empleadas son de silica gel 0.20 mm POLYGRAM® SIL G/UV254. Difracción de rayos-X. La toma de datos necesarios y la resolución de las estructuras cristalinas que se describen en esta Memoria se ha llevado a cabo por el Dr. Fernando J. Lahoz, la Dra. Pilar García-Orduña y las Lcdas. Mª Luisa Martín y Ma José Fabra del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Zaragoza, con un difractómetro Bruker SMART APEX CCD de tres círculos (θ,  y φ) equipado con un detector de área de tipo CCD y utilizando radiación de Mo-Kα (λ = 0.71073 Ả) monocromada a través de grafito. En todos los casos, las imágenes se tomaron con barridos del ángulo  . Los programas SMART y SADABS se utilizan en la integración y la corrección del efecto de la absorción en las intensidades medidas, respectivamente. Las estructuras se resuelven con el programa SHELXS-97 y se refinan por mínimos cuadrados utilizando el programa SHELXL-97. Para una correcta determinación de la configuración absoluta, además de la referencia interna, se refinó el parámetro de Flack.1 Dicroísmo circular (CD). Los espectros de dicroísmo circular se han realizado en un dicrógrafo Jasco J-710. Las medidas se llevaron a cabo sobre disoluciones de diclorometano o acetona 5 × 10-4 M, en celdillas de 1 cm de longitud. Rotación Óptica. La rotación óptica se registró a 589 nm en un polarímetro Perkin-Elmer modelo 241, en celdilla de 10 cm. 1 Flack, H. D. Acta Crystallogr. 1983, A39, 876. Parte Experimental 119  4.2 Información general Todas las preparaciones se han llevado a cabo bajo atmósfera de argón utilizando técnicas de Schlenk. Los disolventes se secan por los agentes desecantes apropiados, se destilan bajo atmósfera de argón y desoxigenan antes de su uso, o bien se recogen directamente, secos y bajo atmósfera de argón, del sistema purificador de disolventes (SPS), modelo PS-400-6 Innovative Technolog. Inc. En las separaciones por columna cromatográfica se utiliza sílica gel 60 y disolventes de calidad analítica. Los dímeros de rutenio(II)2 [{(η6-areno)RuCl}2(  -Cl)2] e iridio(I)3 [Ir(  - Cl)(  2-coe)2]2 se han preparado de acuerdo a la bibliografía. Los cloruros y solvatos catiónicos de Ru(II) de estequiometrías [(η6MeC6H4iPr)RuCl(LL*)][SbF6] y [(η6-MeC6H4iPr)Ru(LL*)(H2O)][SbF6]2 [LL* = PNiPr, PNInd, (R)-profos, Amina(Nph) e Imina(Nph)] se obtienen según rutas puestas en marcha en nuestro grupo de investigación.4 La obtención del acuacomplejo [(η6-MeC6H4iPr)Ru{(R,R)-quirafos)}(H2O)][SbF6]2 (15) se describe en la Memoria. Los complejos olefínicos de iridio(III) de formulación [IrCl2H(  2coe)(PN*)] [PN* = PNInd (1),5 PNiPr (2)6] han sido sintetizados previamente en nuestro grupo. Los ligandos fosfano-oxazolina se sintetizan de acuerdo al método desarrollado independientemente por Williams, Helmchen y Pfaltz.7,8 En nuestro 2 Bennett, M. A.; Huang, T-N.; Matheson, T. W.; Smith, A. K. Inorg. Synth. 1982, 21, 74. 3 Van der Ent, A.; Onderdelinden, A. L. Inorg. Synth. 1973, 14, 92. 4 Complejos con Imina(Nph): (a) Carmona, D.; Vega, C.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; García-Correas, R.; Cativiela, C.; López-Ram de Víu, M. P. Organometallics 1999, 18, 3364. Complejos con Amina(Nph): (b) Carmona, D.; Lamata, M. P.; Rodríguez, R.; Viguri, F.; Lahoz, F. J.; Dobrinovitch, I. T.; Oro, L. A. Dalton Trans. 2007, 1911. (c) Carmona, D.; Lamata, M. P.; Rodríguez, R.; Viguri, F.; Lahoz, F. J.; Dobrinovitch, I. T.; Oro, L. A. Dalton Trans. 2008, 3328. Complejos con PN*: (d) Carmona, D.; Cativiela, C.; Elipe, S.; Lahoz, F. J.; Lamata, M. P.; López-Ram de Víu, M. P.; Oro, L. A.; Vega, C.; Viguri, F. Chem. Commun. 1997, 2351. (e) Carmona, D.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Sánchez, F.; Martínez, S.; Cativiela, C.; López-Ram de Víu, M. P. Organometallics 2002, 21, 5100. (f) Carmona, D.; Vega, C.; García, N.; Lahoz, F. J.; Elipe, S.; Oro, L. A.; Lamata, M. P.; Viguri, F.; Borao, R. Organometallics 2006, 25, 1592. Complejos con (R)-profos: (g) Carmona, D.; Cativiela, C.; García-Correas, R.; Lahoz, F. J.; Lamata, M. P.; López, J. A.; López-Ram de Víu, M. P.; San José, E.; Viguri, F. Chem. Commun. 1996, 1247. 5 Ciércoles, R. Tesis de Licenciatura, Universidad de Zaragoza, 2005. 6 Lorenzo, M. Tesis de Licenciatura, Universidad de Zaragoza, 2000. 7 (a) Von Matt, P.; A. Pfaltz, Angew. Chem. Int., Ed. Engl. 1993, 32, 566. (b) Sprinz, J.; Helmchen, G. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 1769. (c) Dawson, G. J.; Frost, C. G.; Williams, J. M. J.; Coote, S. J. Tetrahedron Lett. 1993, 34, 3149. Parte Experimental 120  laboratorio hemos optimizado su preparación para los ligandos PNInd y PNiPr (Fig.1), que incluimos a continuación. Figura 1 Ligandos fosfano-oxazolina PPh 2 O NR S 4 5 O N PPh 2 iPr S 4 PNInd PNiPr Síntesis de (3aR,8aS)-2-(2-(difenilfosfanil)fenil)-3a,8a-dihidroindan[1,2d]oxazol (PNInd). La preparación se lleva a cabo siguiendo las tres etapas que se indican en el Esquema 1. En la Etapa I se transforma el precursor 2-fluorobenzonitrilo en clorhidrato de 2-fluorobencimidato de etilo, el cual en el paso II se condensa con el aminoalcohol indicado para formar el anillo oxazolínico en el producto intermedio, FNInd. En la Etapa III se obtiene el ligando buscado por desplazamiento aniónico del fluoruro con un anión fosfuro. Etapa I. Síntesis de clorhidrato de 2-fluorobencimidato de etilo. Sobre una disolución de 10.8 mL de 2-fluorobenzonitrilo de densidad 1.12 g/mL (12.1 g, 0.100 mol) en 6 mL de EtOH anhidro y 17 mL de Et2O, se borbotea HCl gas a 0 ºC durante 2 h y 30 min. La mezcla se deja a 5 ºC durante 6 días, a lo largo de los cuales se forma un sólido cristalino blanco que se separa por decantación. Sobre las aguas se añaden 100 mL de Et2O para completar la precipitación. El sólido se filtra, se lava con Et2O y se seca al aire por succión. Rdto: 11.2 g, 55%. Etapa II. Síntesis de (3aR,8aS)-2-(2-fluorofenil)-3a,8a-dihidroindan[1,2d]oxazol (FNInd). 8 (a) Peer, M.; de Jong, J. C.; Kifer, M.; Langer, T.; Rieck, H.; Schell, H.; Sennhenn, P.; Sprinz, J.; Steinhagen, H.; Wiese, B.; Helmchen, G. Tetrahedron 1996, 52, 7547. Parte Experimental 121  Bajo atmósfera de argón, a una suspensión de 7.59 g de clorhidrato de 2fluorobencimidato de etilo (0.037 mol) en 100 mL de 1,2-dicloroetano anhidro se añaden 3.71 g (0.025 mol) de (1R, 2S)-(+)-cis-1-amino-2-indanol. El sistema se calienta a la temperatura de reflujo del disolvente durante 24 h. Transcurrido este tiempo, se filtra la suspensión y se separa un precipitado blanco que se desecha. Las aguas de filtrado se evaporan a sequedad mediante bomba de vacío y el residuo resultante se purifica por columna cromatográfica (sílica gel 60; eluyente, n-hexano:AcOEt, 7:3 v/v), introduciendo el producto disuelto en 10 mL de CH2Cl2. El transcurso de la reacción se sigue por cromatografía de capa fina. Se obtiene como producto un sólido blanco. Rdto: 3.40 g, 54%. Esquema 1 Método de preparación de PNInd Etapa III. Síntesis de (3aR,8aS)-2-(2-difenilfosfanilfenil)-3a,8adihidroindan[1,2-d]oxazol (PNInd). Bajo atmósfera de argón se calienta, hasta la temperatura de reflujo de THF, 37 mL de una disolución de difenilfosfuro de potasio 0.5 M en este disolvente (4.14 g, 0.018 mol). Se adicionan, a continuación, 4.29 g (0.017 mmol) de FNInd disueltos en 20 mL de THF. El sistema se deja reaccionando 2 h en estas condiciones. A continuación se enfría a 5 ºC y se deja en reposo alrededor de 24 h. Pasado este tiempo, se añaden 18 mL de agua destilada para hidrolizar el exceso de KPPh2. La disolución, inicialmente roja, se aclara y se evapora hasta la HCl EtOH Etapa I F NH2 Cl EtO F CN NH2 OH 1,2-dicloroetano FNInd Etapa II KPPh2 THF Etapa III ** PNInd FNInd F O N F O N PPh2 O N * ** * * * Parte Experimental 122  eliminación total del disolvente. Se obtiene un residuo formado por dos fases, una orgánica y otra acuosa. La separación de dichas fases se lleva a cabo por extracción con 30 mL de una mezcla de CH2Cl2:H2O 1:1, v/v. La fase orgánica se extrae con una disolución acuosa saturada de NaCl (3 × 50 mL) y la fase acuosa con CH2Cl2 (3 × 50 mL). Se unen las fracciones orgánicas y se agitan con Na2SO4 anhidro durante 5 h. Se retira por filtración el Na2SO4 y las aguas de filtrado se evaporan hasta sequedad mediante bomba de vacío. Se obtiene un residuo que se purifica por columna cromatográfica (sílica gel 60; eluyente, Et2O:éter de petróleo, 1:3 v/v. El producto se introduce en la columna disuelto en 10 mL de CH2Cl2. Se obtiene como un sólido amarillo. Rdto: 4.05 g, 57%. Síntesis de (4S)-2-(2-(difenilfosfanil)fenil)-4-isopropil-4,5-dihidro-oxazol (PNiPr). En este caso la síntesis se lleva a cabo a través de dos pasos (Esq. 2). Etapa I: Condensación de 2-fluorobenzonitrilo con el aminoalcohol L-valinol. Etapa II: Transformación del producto intermedio, FNiPr, en el ligando deseado por desplazamiento del fluoruro con difenilfosfuro de potasio. Etapa I. Síntesis de 2-(2-fluorofenil)-4-isopropil-4,5-dihidro-oxazol (FNiPr). En un matraz de 100 mL se sublima a presión reducida 1.0 g (0.0073 mol) de ZnCl2 y se deja enfriar el sistema bajo argón hasta temperatura ambiente. Se añaden 50 mL de clorobenceno, (S)-(+)-2-amino-3-metil-1-butanol (L-valinol) (4.0 g, 0.040 mol) y 2-fluorobenzonitrilo (3.24 mL, 0.030 mol). Se calienta la mezcla a la temperatura de reflujo del disolvente durante 60 h. Transcurrido este tiempo se evapora el disolvente a vacío hasta sequedad y el residuo obtenido se purifica por columna cromatográfica (sílica gel 60; eluyente, éter de petróleo:Et2O, 3:1 v/v. El producto se introduce en la columna disuelto en 10 mL de CH2Cl2. Rdto: 3.97 g, 64%. Etapa II. Síntesis de (4S)-2-(2-difenilfosfanil)fenil)-4-isopropil-4,5-dihidrooxazol (PNiPr). Una disolución de 46 mL de KPPh2 0.5 M en THF (5.2 g, 0.023 mol) se calienta hasta la temperatura de reflujo del disolvente. Se añaden 4.0 g (0.019 mol) de FNiPr disueltos en 5 mL de THF y se mantiene el sistema a reflujo con agitación durante 2 h. Tras ese tiempo se hidroliza el exceso de KPPh2 con 20 mL de agua destilada y la disolución resultante se concentra a vacío hasta un