Avenços en la preparació d'organosíliques derivades de sals d'imidazoli i de prolinsulfonamides

Durant la última dècada l’organocatàlisi ha suscitat molt d’interès en la comunitat científica. Per una banda, els carbens N-heterocíclics (NHC) són capaços de catalitzar un ampli ventall de reaccions (condensacions benzoíniques, condensacions creuades d’enals amb aldehids o imines, reaccions de Stetter, transesterificacions, reaccions de polimerització,...). Aquesta recerca s’ha centrat en processos homogenis. La inmmobilització de l’organocatalitzador a un suport polimèric insoluble en permetría una fàcil separació per filtració, possibilitant el seu reciclatge. Representa un repte científic que reportaría beneficis des del punt de vista econòmic i medi-ambiental. En aquest treball s’han preparat els monòmers sililats 2 i 6 i les organosíliques M1, M2 i M3 pel procés sol-gel, per a ser assajades en un futur com a organocatalitzadors en fase heterogènia. Per una altra banda, les prolinsulfonamides representen la última incorporació a la família dels derivats de prolina i han mostrat molt bons resultats com a organocatalitzadors quirals en fase homogènia en reaccions aldòliques, addicions de Michael, reaccions de Mannich i d’aza-Diels Alder. Per aquest motiu, i tenint en compte les mateixes raons abans esmentades, en aquest treball es va plantejar la síntesi del mònomer sililat 9 per a poder preparar posteriorment la corresponent organosílica mitjançant el procés sol-gel. La preparació del producte 9 no ha estat possible i s’ha canviat l’estratègia sintètica per tal de sintetitzar un altre monòmer sililat, 16, que s’utilitzarà per la preparació del material corresponent. S’ha fet estudis per obtenir un substrat model 17 a fi de trobar les condicions adients de l’acoblament entre N-Cbz-L-prolina i arilsulfonamides.

Desarrollo de un método para acoplar arenos a metalacarboranos

El uso de metalacarboranos en la síntesis de compuestos aril-cobaltobis(dicarballuro) ha despertado un nuevo tema de interés y de estudio en el grupo de Síntesi Inorgànica i Catàlisi del ICMAB-CSIC. Los metalacarboranos presentan diversas aplicaciones innovadoras como la BNCT (Boron Neutron Capture Therapy), el tratamiento de aguas residuales, actividades catalíticas, como agentes dopantes en membranas poliméricas conductoras, y como integrantes en sensores potenciométricos, entre otros. El principal objetivo de este trabajo de investigación ha consistido en desarrollar un método de acoplamiento B–C sobre el anión sándwich [3,3’-Co-(1,2-C2B9H11)2]- para la formación de nuevos derivados aril-cobalto-bis(dicarballuro); éstos se han sintetizado por su posible capacidad fotoactiva. Este acoplamiento transcurre mediante una reacción de sustitución electrófila aromática (SEAr) sobre el anillo aromático o desde la óptica del metalacarborano, mediante una sustitución nucleófila inducida electrofilicamente (EINS). Dicha reacción requiere el uso de un ácido de Lewis como catalizador. El hecho que se haya utilizado AlCl3 como catalizador, hace que la reacción que se desarrolla en este trabajo recuerde de alguna manera a una reacción de Friedel-Crafts, pese a que la reacción está dirigida a la formación de un enlace B–C mediado por un ácido de Lewis. El principal problema de las reacciones de Friedel-Crafts es la elevada cantidad de areno que se precisa para llevar a cabo la reacción, debido a que el disolvente empleado puede actuar como fuente de electrófilos. El procedimiento empleado en nuestro caso utiliza el mesitileno como disolvente, el cual posee un gran impedimento estérico y un alto punto de ebullición. De esta manera, se puede realizar esta reacción utilizando entre 1.5 y 10 equivalentes de areno respecto al cobalto-bis(dicarballuro) sin que el disolvente actúe como reactivo. Se han estudiado y optimizado las condiciones experimentales para que el método sintético que genera el enlace B–C sea lo más universal posible para cualquier tipo de anillo aromático. Se han probado una gran diversidad de anillos aromáticos, desde anillos aromáticos fuertemente activados a los más desactivados, así como anillos aromáticos heterocíclicos. Finalmente, las condiciones de síntesis extraídas de este estudio son muy satisfactorias para los anillos activados probados y para los anillos débilmente desactivados. En cambio, para los arenos fuertemente desactivados, los rendimientos de la reacción han sido bajos. Por otro lado, las pruebas realizadas sobre los anillos heterocíclicos no han sido exitosas y no se ha producido el acoplamiento B–C.

Síntesi de tiourees quirals i el seu ús com a organocatalitzadors

En el present treball de recerca s’ha posat a punt la síntesi d’organocatalitzadors bifuncionals ciclobutànics de tipus tiourea. Amb aquests catalitzadors s’han realitzat proves en reaccions d’addició de malonats a nitroalquens. Amb aquest objectiu i a través d’una metodologia prèviament descrita al grup, s’ha preparat el producte intermedi partint de dicloroetilè i anhídrid maleic. A partir d’aquest compost de partida, l’àcid 1-metoxicarbonil-(1R,2S)-ciclobutan-2-carboxílic,i per reaccions successives, s’han sintetitzat dues tiourees bifuncionals. Aquests catalitzadors han estat assajats en la reacció d’addició d’un malonat a un nitroalquè, obtenint-se bons rendiments i excessos enantiomèrics.

Estudio de una nueva metodología de α-hidroxilación directa de β-cetoésteres catalizada por iterbio

Aquesta memòria recull l'estudi realitzat sobre els paràmetres que influeixen en la α-hidroxilació directa de β-cetoesters catalitzada per metalls amb l'objectiu d'assolir una transformació més eficaç. Es van estudiar els paràmetres com la temperatura, metall, dissolvent, atmosfera, oxidant i additius. Es va estudiar l'abast del la reacció amb els paràmetres optimitzats utilitzant diferents β-cetoesters comercials o sintetitzats prèviament. Es va estudiar l'ee de la reacció utilitzant diferents β-cetoesters i complexos metàl•lics amb lligands quirals mitjançant HPLC.

Preparació d'un organocatalitzador dendrimèric

Els organocatalitzadors, en quantitats subestequiomètriques, són especies orgàniques que permeten accelerar reaccions químiques. Per tal d’aconseguir una química més sostenible, un dels reptes dels científics del nostre temps, és poder recuperar aquests catalitzadors de forma fàcil, tant per poder-los reutilitzar (sobre tot si són cars) com per simplificar els processos de purificació dels productes desitjats. En el treball que es presenta ens hem centrat en la preparació d’un organocatalitzador dendrimèric amb grups cinchonina a la seva superfície. Els derivats de cinchona són barats i comercialment assequibles i a més s’han emprat en moltes reaccions com organocatalitzadors. Els dendrímers, son unes molècules arborescents que poden ser emprades com a suports de catalitzadors. Concretament els dendrímers fosforats són solubles en solvents orgànics convencionals, però es poden precipitar i recuperar fàcilment, afegint grans quantitats de pentà a la mostra. Aquesta propietat els fa uns bons suports fàcilment recuperables per a catalitzadors, que poden actuar en condicions homogènies. Per portar a terme el nostre objectiu, hem hagut de modificat l’estructura de la cinchonina a través del seu grup vinil, utilitzant una reacció radicalària amb un tiol alifàtic. Aquest tiol a més aportava a la seva estructura un grup fenol que ens ha servit per ancorar aquesta molècula a un dendrímer fosforat de primera generació, com es pot veure a la figura. Per optimitzar les condicions de reacció, s’ha utilitzat inicialment una molècula model amb grups funcionals similars als de la superfície del dendrímer que ens interessava. Tots els compostos nous preparats en aquest treball que contenen l’estructura de cinchonina han estat assajats com a catalitzadors en una reacció de Michael. S’ha pogut veure que quan actuen en heterofase els temps de reacció són molt llargs comparats amb la cinchonina model, però quan ho fan en fase homogènia, són molt actius i es poden recuperar de forma pràcticament quantitativa.

Estudi de les addicions de Michael i aza-Michael. I, Catalitzades per lantànids. II, Catalitzades per un nou organocatalitzador suportat en nanopartícules d'or

Aquesta memòria es centra en un gran tema de la química orgànica que és la catàlisi asimètrica de les addicions de Michael. Més concretament, en aquest treball s’estudia la enantioselectivitat que proporcionen dos lligand en qüestió, un d’ells basat en metalls i l’altre organocatalític, en unes reaccions de Michael. Així doncs, s’estudiaren dos tipus de sistemes. El primer cas és l’addició de Michael entre 2-tert-butoxicarbonil-1-indanona i tres acceptors de Michael diferents com són la metilvinilcetona, el Nacriloïloxazolidinona i l’azodicarboxilat de di-tert-butil, catalitzat per combinacions de metalls lantànids (majoritariament Yb) amb lligands quirals de tipus pybox. La segona part de la memòria es centra en l’estudi d’enantioinducció que proporciona un nou organocatalitzador en les addicions de Michael esmentades en l’apartat anterior. Aquest catalitzador està format pel derivat de la cincona 11-(9-mercaptononiltio)-10,11-dihidrocinconina suportat en nanopartícules d’or.

Síntesis y caracterización de complejos moleculares de rutenio que incorporan el ligando Py4lm en su estructura. Aplicación en catálisis de oxidación de agua y de epoxidación de olefinas

El ligando Py4Im contiene 4 grupos piridina y 1 grupo imidazol, y se puede considerar un miembro de la familia de ligandos Py5H2 y de sus derivados Py5R2. Este tipo de ligandos tienen la particularidad de aumentar la estabilidad de los estados de oxidación altos de los metales de la segunda y tercera serie de transición a los que se coordinan y a su vez favorecer cambios de estados de oxidación dielectrónicos. En este trabajo se pretende sintetizar complejos de rutenio que incorporen el ligando Py4Im en su estructura, con el objetivo de utilizar sus propiedades como catalizadores en los procesos de oxidación del agua, a partir de los cuales se produce oxígeno molecular, y también en los procesos de epoxidación de olefinas.

Síntesis de nuevas triarilfosfinas carboxiladas mediante hidrólisis del grupo trifluorometilo. Aplicaciones en catálisis de intercambio de fase y anclaje sobre sílica

En el presente trabajo se describe una nueva familia de ligandos trifenilfosfina con sustituyentes trifluorometilo y ácidos carboxílicos. Se ha desarrollado un procedimiento sintético optimizado para estos compuestos, en el que se parte de derivados fácilmente accesibles y permite obtener las fosfinas con elevada pureza y rendimiento. El procedimiento es, además, fácilmente escalable. Las fosfinas sintetizadas han sido completamente caracterizadas por las técnicas habituales. Uno de los ligandos preparados se ha usado en una prueba preliminar de hidroformilación de alqueno con un catalizador Rh/fosfina, en la que se ha ensayado la recuperación del catalizador mediante intercambio de fase a pH controlado. Otro de los ligando se ha anclado a una sílica mesoporosa comercial, usando la función carboxílica. El material resultante del anclaje se ha caracterizado por medio de análisis elemental y RMN en estado sólido (SSNMR) de 31P y 29Si. El proceso de obtención de estas nuevas fosfinas ha permitido explorar el alcance y limitaciones de la reacción de hidrólisis del grupo trifluorometilo en fosfinas arílicas, mediante el uso de ácido sulfúrico fumante y ácido bórico. Parte de estos resultados han sido depositados como patente (Patente española P201231702, 2012). Por otra parte, la nueva familia de ligando fosfinas descrita en este trabajo será comercializados próximamente por Strem, bajo licencia de la UAB.

Síntesi i optimització de la DPTMephos. Complexos de Mo i W

La ruta sintètica del bis(2-((difenilfosfino)metil)fenil)sulfà, Ph2PCH2-(C6H4)S(C6H4)-CH2PPh2 , DPTMephos, involucra 5 reaccions en 4 etapes ben diferenciades. Es per aquest motiu que es fa necessària una optimització de la ruta sintètica per assolir rendiments més elevats. La primera reacció parteix del sulfur de difenil i involucra la formació d’un complex litiat per acabar realitzant una carbonilació amb N,N-DMF per obtindre un dialdehid. El següent pas de la ruta passa per la reducció del producte al diol corresponent. Tot seguit ja es por preparar el substrat mitjanjant una bromació per a que en l’última etapa, s’acobli a l’estructura el grup difenilfosfino. Tant mateix s’han sintetitzat els isòmers de la DPTMephos amb [W(CO)6] i [Mo(CO)6], observant-se la formació tant dels complexos meridionals com facials i la seva interconversió. Tot seguit s’ha desenvolupat la sulfuració de la DPTMephos per obtindre els lligands tant mono com di sulfurats. També s’ha realitzat un estudi de l’espectre de RMN 31P{1H} del complex fac-[Mo(CO)3(DPTMephos)] a temperatura variable per determinar el senyal de cada fòsfor no equivalent a 200K. S’ha realitzat un estudi de forma qualitativa de les conformacions que adopta l’anell quelat de 6 baules en les conformacions tant meridional com facial d’un complex.

Síntesis y caracterización de complejos mononucleares de rutenio que incorporan estructuras azobencénicas y fosfónicas. Aplicación en catalisis homogénea y heterogénea

Los azobencenos son compuestos extensamente utilizados en la industria. Éstos contienen un grupo funcional azo que gracias a su isomerización reversible (E)/(Z) foto-inducida y específica del grupo N=N, ha llevado a la utilización de este tipo de compuestos para la generación de interruptores moleculares. En este trabajo se pretende aplicar este peculiar comportamiento del grupo azo a la catálisis heterogénea de epoxidación de alquenos, con la idea de activar y desactivar a voluntad la actividad de sistemas catalíticos de rutenio inmovilizados sobre nanopartículas mediante la acción de un estímulo externo, la luz.

Activación de espuma de poliuretano con nanopartículas de Ag y evaluación de sus propiedades catalíticas

Este trabajo se basa en la elaboración de nanocompuestos (con nanopartículas de Ag) con propiedades catalíticas efectivas aplicando la Síntesis Intermatricial sobre espuma de poliuretano comercial como matriz estabilizadora y medio de reacción. Encontrándose que las espumas muestran actividad catalítica en la reducción del p-nitrofenol con NaBH4 en experimentos en batch y experimentos con flujo, siendo siempre necesario un tiempo de activación que dé inicio a la reacción catalítica. En experimentos de catálisis con flujo, fue posible realizar ciclos de catálisis (hasta 5) manteniéndose la eficiencia catalítica del material y su reutilización. También se observó que al aumentar el caudal de trabajo aumentaba la eficiencia y disminuía el tiempo de activación.

Substrate influence on the properties of doped thin silicon layers grown by Cat-CVD

We present structural and electrical properties for p- and n-type layers grown close to the transition between a-Si:H and nc-Si:H onto different substrates: Corning 1737 glass, ZnO:Al-coated glass and stainless steel. Structural properties were observed to depend on the substrate properties for samples grown under the same deposition conditions. Different behaviour was observed for n- and p-type material. Stainless steel seemed to enhance crystallinity when dealing with n-type layers, whereas an increased crystalline fraction was obtained on glass for p-type samples. Electrical conduction in the direction perpendicular to the substrate seemed to be mainly determined by the interfaces or by the existence of an amorphous incubation layer that might determine the electrical behaviour. In the direction perpendicular to the substrate, n-type layers exhibited a lower resistance value than p-type ones, showing better contact properties between the layer and the substrate.

Shutterless deposition of phosphorous doped microcrystalline silicon by Cat-CVD

In this paper we present results on phosphorous-doped μc-Si:H by catalytic chemical vapour deposition in a reactor with an internal arrangement that does not include a shutter. An incubation phase of around 20 nm seems to be the result of the uncontrolled conditions that take place during the first stages of deposition. The optimal deposition conditions found lead to a material with a dark conductivity of 12.8 S/cm, an activation energy of 0.026 eV and a crystalline fraction of 0.86. These values make the layers suitable to be implemented in solar cells.

Investigations on doping of amorphous and nano-crystalline silicon films deposited by catalytic chemical vapour deposition

Hydrogenated amorphous and nanocrystalline silicon, deposited by catalytic chemical vapour deposition, have been doped during deposition by the addition of diborane and phosphine in the feed gas, with concentrations in the region of 1%. The crystalline fraction, dopant concentration and electrical properties of the films are studied. The nanocrystalline films exhibited a high doping efficiency, both for n and p doping, and electrical characteristics similar to those of plasma-deposited films. The doping efficiency of n-type amorphous silicon is similar to that obtained for plasma-deposited electronic-grade amorphous silicon, whereas p-type layers show a doping efficiency of one order of magnitude lower. A higher deposition temperature of 450°C was required to achieve p-type films with electrical characteristics similar to those of plasma-deposited films.