Preparació de nous catalitzadors basats en complexos de Ru i Pd, i el seu ancorament a polímers conductors per a la fabricació de materials multifuncionals

Aquesta tesi doctoral es basa en l'estudi de l'aplicació en catàlisi de dos tipus de complexos organometallics basats en dos metalls de tansició diferents. Concretament s'estudien complexos macrocíclics triolefínics de pal·ladi(0) com a catalitzadors per a les reaccions de Suzuki i Heck, i oxocomplexos carbènics de ruteni(II) com a espècies catalítiques en oxidacions de compostos orgànics. En el cas dels complexos de ruteni s'ha vist que en augmentar el nombre de lligands carbènics en l'esfera de coordinació del metall s'aconseguiex afavorir els processos bielectrònics, obtenint-se catalitzadors més actius i més selectius. En un segon pas, els dos tipus de catalitzadors homogenis s'han immobilitzat sobre la superfície d'un elèctrode mitjançant l'estratègia d'electropolimerització del grup pirrol. Els elèctodes modificats resultants s'han aplicat com a catalitzadors heterogenis. En ambdós casos els catalitzadors heterogenis han mostrat una activitat equiparable o superior a la del sistema homogeni corresponent. Finalment, s'ha assajat una reacció de catàlisi tàndem en què els dos catalitzadors (immobilitzats sobre el mateix elèctrode) actuen en cooperació. S'ha aconseguit realitzar dues transformacions consecutives d'un substat orgànic.

Synthesis and Electronic Structure of Dissymmetrical, Naphthalene-Bridged Sandwich Complexes [Cp′Fe(μ‑C10H8)MCp*]x (x = 0, +1; M =Fe, Ru; Cp′ = η5‑C5H2‑1,2,4‑tBu3; Cp* = η5‑C5Me5)

The dissymmetrical naphthalene-bridged complexes [Cp′Fe(μ-C10H8)FeCp*] (3; Cp* = η5-C5Me5, Cp′ = η5-C5H2-1,2,4-tBu3) and [Cp′Fe(μ-C10H8)RuCp*] (4) were synthesized via a one-pot procedure from FeCl2(thf)1.5, Cp′K, KC10H8, and [Cp* FeCl(tmeda)] (tmeda = N,N,N′,N′- tetramethylethylenediamine) or [Cp*RuCl]4, respectively. The symmetrically substituted iron ruthenium complex [Cp*Fe(μ-C10H8)RuCp*] (5) bearing two Cp* ligands was prepared as a reference compound. Compounds 3−5 are diamagnetic and display similar molecular structures, where the metal atoms are coordinated to opposite sides of the bridging naphthalene molecule. Cyclic voltammetry and UV/vis spectroelectrochemistry studies revealed that neutral 3−5 can be oxidized to monocations 3+−5+ and dications 32+−52+. The chemical oxidation of 3 and 4 with [Cp2Fe]PF6 afforded the paramagnetic hexafluorophosphate salts [Cp′Fe(μ-C10H8)FeCp*]PF6 ([3]PF6) and [Cp′Fe(μ-C10H8)RuCp*]PF6 ([4]PF6), which were characterized by various spectroscopic techniques, including EPR and 57Fe Mössbauer spectroscopy. The molecular structure of [4]PF6 was determined by X-ray crystallography. DFT calculations support the structural and spectroscopic data and determine the compositions of frontier molecular orbitals in the investigated complexes. The effects of substituting Cp* with Cp′ and Fe with Ru on the electronic structures and the structural and spectroscopic properties are analyzed.

Transport in the blood of an anti-tumor water-soluble rutheniun cyclopentadienyl complex: a fluorescence study on albumin binding

Dissertação de mestrado, Qualidade em Análises, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Determinação do perfil pré-clínico da atividade anti-tuberculose in vitro e in vivo de complexos heterolépticos de Rutênio(II) com fosfinas. diiminas e picolinato como ligantes

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Diruthenium(III) compounds, Ru2O(O2CAr)2(MeCN)4(PPh3)2(ClO4)2.cntdot.H2O and Ru2O(O2CAr)4(PPh3)2, with an (Ru2(.mu.-O)(.mu.-O2CAr)22+) core as model systems for the diiron centers in hemerythrin

Diruthenium(II1) compounds, Ru20(02CAr)2(MeCN)4(PPh3)2(C104)(z1~) Hazn0d R U ~ O ( O ~ C A ~ ) ~(2() P(PA~r ~= )P~h,C6H4-p-OMe), were prepared by reacting R U ~ C I ( O ~ CaAnd~ P)P~h 3 in MeCN and characterized by analytical and spectral data. The molecular structures of 1 with Ar = Ph and of 2 with Ar = C&p-OMe were determined by X-ray crystallography. Crystal data for Ru~~(~~CP~)~(M~CN),(PP~(~la)):~ m(oCnIoc~lin,ic), n~/~cH, ~a O= 27.722 (3) A, b = 10.793 (2) A, c = 23.445 ( 2 )A , fi = 124.18 (l)', V = 5803 A3, and 2 = 4. Cr stal data for Ru~O(O~CC~H~-~-O(M2b~): )o~rth(orPhoPm~bi~c, )Pn~n a, a = 22.767 (5) A, b = 22.084 (7) A, c = 12.904 (3) 1, V = 6488 AS; and 2 = 4. Both 1 and 2 have an (Ruz0(02CAr)z2t1 core that is analogous to the diiron core present in the oxidized form of the nonheme respiratory protein hemerythrin. The Ru-Ru distances of 3.237 (1) and 3.199 ( I ) A observed in 1 and 2, respectively, are similar to the M-M distances known in other model systems. The essentially diamagnetic nature of 1 and 2 is due to the presence of two strongly interacting t22 Ru"' centers. The intense colors of 1 (blue) and 2 (purple) are due to the charge-transfer transition involving an ( R ~ ~ ( f i - 0m)o~ie~ty.) The presence of labile MeCN and carboxylato ancillary ligands in I and 2, respectively, makes these systems reactive toward amine and heterocyclic bases.

Ruthenium(II)-trithiacyclononane complexes as potential antitumourals

Os únicos complexos metálicos presentemente utilizados em quimioterapia compreendem exclusivamente compostos de platina, com as desvantagens de apresentarem um leque de acção restrito e de provocarem sérios efeitos secundários. Na constante procura por novos fármacos antineoplásicos metálicos, os complexos de ruténio têm sido apresentados como uma alternativa adequada e existem já dois complexos de Ru(III) em ensaios clínicos. Estes são descritos como pró-fármacos, postulando-se que o seu mecanismo de acção envolva redução in vivo para originar complexos de Ru(II) activos. Assim, o actual desenvolvimento de fármacos antitumorais baseados em ruténio passará por criar novos complexos de Ru(II). O trabalho aqui descrito enquadra-se neste objectivo, tendo sido sintetizados complexos de ruténio(II)-tritiaciclononano com ligandos biologicamente activos, e avaliada a sua actividade antitumoral in vitro. Os ligandos utilizados compreendem um hidroxifenilpirazole, aminoácidos e derivados, flavonóides e quinonas. No primeiro capítulo do trabalho são apresentados os actuais desafios no desenvolvimento de complexos metálicos para quimioterapia e é ilustrada a importância dos complexos de Ru(II) aqui descritos no panorama actual de investigação. No capítulo dois, é apresentada uma descrição pormenorizada dos procedimentos experimentais, materiais e equipamentos utilizados na síntese, caracterização e ensaios biológicos. O capítulo três é dividido em duas sub-secções, a primeira analisando os resultados das sínteses e a caracterização estrutural dos complexos, e a segunda apresentando os resultados da sua actividade antiproliferativa. Foram obtidos onze novos complexos de ruténio(II)-tritiaciclononano, com rendimentos razoáveis. São apresentadas propostas das suas estruturas moleculares, sendo que estas mostram uma variedade interessante de modos de coordenação de acordo com os diferentes ligandos, ou seja, N, N,O, O,O e O. A actividade antiproliferativa dos complexos e dos respectivos ligandos foi avaliada em quatro linhas celulares tumorais, representativas de três tipos de cancro: osso (MG-63), próstata (PC-3) e mama (MCF-7 e MDA-MB-231). Quatro dos novos complexos demonstraram uma actividade antiproliferativa promissora, ou seja, aqueles que apresentam um hidroxifenilpirazole, a 3,7-dihidroxiflavona, a plumbagina ou a juglona na sua esfera de coordenação. Entre estes resultados, destacam-se os valores de IC50 para a linha celular MDA-MB-231 por se apresentarem inferiores ao apresentado pelo complexo de Ru(II)-tritiaciclononano mais activo descrito na literatura.

Dinuclear half-sandwich complexes containing bridging 1,2-dicarba-closo-dodecaborane-1,2-dichalcogenolato ligands. Molecular structures of Cp2Fe2(CO)(3)[mu-Se2C2(B10H10)], Cp2Ru2[mu-S2C2(B10H10)](2), and CP*Ru-2(2)(mu-Se)[mu-Se2C2(B10H10)].

Three prototypes of dinuclear complexes were obtained from the reactions of dilithium 1,2-dicarbacloso-dodecaborane-1,2-dichalcogenolates, (B10H10)C-2-(ELi)(2) (E = S, Se), with CpFe(CO)(2)Cl (1), CpRu(PPh3)(2)Cl (2), or [Cp*RuCl2](2) (3), respectively, and their structures have been determined by X-ray crystallography.

Spectroscopic properties and electronic structures of 17-electron half-sandwich ruthenium acetylide complexes, [Ru(CCAr)(L2)Cp′]+ (Ar=phenyl, p-tolyl, 1-naphthyl, 9-anthryl; L2=(PPh3)2, Cp′=Cp; L2=dppe; Cp′=Cp∗)

A series of half-sandwich bis(phosphine) ruthenium acetylide complexes [Ru(C CAr)(L-2)Cp'] (Ar = phenyl, p-tolyl, 1-naphthyl, 9-anthryl; L2 = (PPh3)(2), Cp' = Cp; L-2 = dppe; Cp' = Cp*) have been examined using electrochemical and spectroelectrochemical methods. One-electron oxidation of these complexes gave the corresponding radical cations [Ru(C CAr)(L2)Cp'](+). Those cations based on Ru(dppe)Cp*, or which feature a para-tolyl acetylide substituent, are more chemically robust than examples featuring the Ru(PPh3)(2)Cp moiety, permitting good quality UV-Vis-NIR and IR spectroscopic data to be obtained using spectroelectrochemical methods. On the basis of TD DFT calculations, the low energy (NIR) absorption bands in the experimental electronic spectra for most of these radical cations are assigned to transitions between the beta-HOSO and beta-LUSO, both of which have appreciable metal d and ethynyl pi character. However, the large contribution from the anthryl moiety to the frontier orbitals of [Ru(C CC14H9)(L2)CP'](+) suggests compounds containing this moiety should be described as metal-stabilised anthryl radical cations.

Heterobimetallic compounds [Ru(eta(5)-Cp)(dppf)X] (X = Cl, Br, I and N(3)): synthesis, electrochemical analysis, and the crystal structure of [Ru(eta(5)-Cp)(dppf)I] [dppf=1,1`-bis(diphenylphosphino)ferrocene]

A series of new ruthenium-iron based derivatives [Ru(eta(5)-Cp)(dppf)Cl] (1), [Ru(eta(5)-Cp)(dppf)Br] (2), [Ru(eta(5)-Cp)(dppf)I] (3) and [Ru(eta(5)-Cp)(dppf)N(3)] (4) were obtained by reactions of [Ru(eta(5)-Cp)(PPh(3))(2)Cl] with 1,1`-bis(diphenylphosphino) ferrocene (dppf) and characterized by IR, NMR ((1)H, (13)C and (31)P), (57)Fe Mossbauer spectroscopy and cyclic voltammetry. Additionally, the compound (3) was structurally characterized by X-ray crystallography, and the results were as follows: orthorhombic, Pbca, a = 18.2458(10), b = 20.9192(11), c = 34.4138(19) a""<<, alpha = beta = gamma = 90A degrees, V = 13135.3(12) a""<<(3) and Z = 16.

Novel chemical synthesis of Pt-Ru-P electrocatalysts by hypophosphite deposition for enhanced methanol oxidation and CO tolerance in direct methanol fuel cell

A novel method was developed to prepare the highly active Pt-Ru-P/C catalyst. The deposition of phosphorus significantly increased electrochemical active surface (EAS) area of catalyst by reduces Pt-Ru particle size. TEM images show that Pt-Ru-P nanoparticles have an uniform size distribution with an average diameter of 2 nm. Cyclic voltammetry (CV), Chronoamperometry (CA), and CO stripping indicate that the presence of non-metal phosphorus as an interstitial species Pt-Ru-P/C catalyst shows high activity for the electro-oxidation of methanol, and exhibit enhanced performance in the oxidation of carbon monoxide compared with Pt-Ru/C catalyst. At 30 degrees C and pure oxygen was fed to the cathode, the maximum power density of direct methanol fuel cell (DMFC) with Pt-Ru-P/C and Pt-Ru/C catalysts as anode catalysts was 61.5 mW cm(-2) and 36.6 mW cm(-2), respectively. All experimental results indicate that Pt-Ru-P/C catalyst was the optimum anode catalyst for direct methanol fuel cell.

Room temperature preparation of carbon supported Pt-Ru catalysts

A carbon supported Pt-Ru (Pt-Ru/C-T) catalyst can be prepared by a chemical reduction method in an aqueous solution with tetrahydrofuran (THF) at room temperature. The Pt-Ru particles possess high alloying, small average size and a low relative crystallinity. The electrocatalytic activity of the prepared Pt-Ru/C catalyst for methanol oxidation is much higher than that of commercial Pt-Ru/C (Pt-Ru/C-E) catalysts which have a similar average size and relative crystallinity, but the alloying extent is much lower than that in our Pt-Ru/C-T catalyst. The results illustrate that the alloying extent of Pt and Ru in the Pt-Ru/C catalyst plays an important role in the electrocatalytic activity of the Pt-Ru/C catalyst for methanol oxidation.

Nous complexos mono- i dinuclears de ruteni amb lligands polipiridílics i de tipus fosfina. Síntesi, caracterització i aplicacions catalítiques

La Tesi descriu de manera completa una sèrie de complexos de ruteni amb lligands polipiridílics i lligands auxiliars de tipus fosfina, dmso, nitril o aquo. Es descriuen estudis d'isomerització (cis/trans o coordinació meridional/facial) en complexos mononuclears, a partir de tècniques espectroscòpiques. Els resultats experimentals es corroboren a partir de càlculs DFT. S'han fet també estudis d'activitat catalítica en transferència d'hidrogen per als complexos Ru-fosfina. S'han sintetitzat també complexos dinuclears de ruteni amb el lligand tetradentat Hbpp i s'ha avaluat llur activitat en la catàlisi d'oxidació d'aigua, determinant la importància de la correcta orientació relativa dels centres actius Ru=O. L'heterogeneïtzació dels complexos sobre suports conductors permet avaluar llur activitat en fase heterogènia, millorant respecte el corresponent procés en dissolució. La co-polimerització dels catalitzadors amb espècies de tipus metalocarborà, amb major dilució del catalitzador i minimització de la sobreoxidació, millora notablement els resultats, permetent diverses reutilitzacions.

Síntesi i Caracterització de Nous Complexos de Ruteni contenint Lligands Quirals. Aplicacions en Catàlisi Asimètrica

La Tesis describe una serie de complejos de Rutenio conteniendo ligandos quirales y su aplicación en catálisis asimétrica. Por un lado se describe el complejo [RuCl(bpea)((S)-BINAP)](BF4), donde (S)-BINAP es una difosfina quiral y bpea un ligando N-tridentado. Su aplicación en catálisis de hidrogenación asimétrica de sustratos olefínicos y carbonílicos, tanto en fase homogénea como heterogénea (tras inmovilización sobre soportes alumino-fosfato), ha mostrado excelentes resultados de conversión y excesos enantioméricos. Aparte, se ha desarrollado una familia de complejos con fórmula [Ru(T)(B)X], donde T representa un ligando tri-N-dentado, B una di-oxazolina quiral y X es Cl o H2O. Se ha estudiado la actividad catalítica de los aquocomplejos con T = tpm en epoxidaciones, determinándose la influencia de los sustituyentes en B sobre el rendimiento y la quimioselectividad, favorecidos por interacciones de tipo π-stacking. El uso de otros ligandos tridentados ha llevado a su rotura, habiéndose caracterizado sin embargo los correspondientes complejos

Síntesi, estructura i reactivitat de nous complexos de Cu, Ag i Ni contenint lligands triazamacrocíclics. Aplicacions en l'activació d'enllaços

· S'ha preparat i caracteritzat una família de complexos de Cu(III) contenint lligands triazamacrocíclics, estudiant-se les seves propietats estructurals, espectroscòpiques i redox. Aquesta àmplia família de complexos tenen un gran interès perquè permeten descriure les propietats dels complexos de Cu en un estat d'oxidació poc habitual i a més ens han permès mesurar de manera quantitativa l'efecte Meyerstein. · Una nova família de complexos de Cu(I) amb els lligands triazamacrocíclics es sintetitzada i caracteritzada per tècniques espectroscòpiques i estructurals, demostrant que aquests complexos presenten diferents estructures a l'estat sòlid i en dissolució. Així doncs, mentre que en dissolució es demostra per RMN que es tracta d'una espècie monomèrica, la determinació estructural per difracció de raigs X d'aquests complexos de Cu(I), ens confirma la formació d'espècies polimèriques. Per altra banda, s'ha estudiat la seva reactivitat; a) la seva implicació en la formació de lligands deuterats mitjançant l'intercanvi H/D en condicions suaus i b) la formació de complexos bisfenoxo a partir de la reactivitat entre els corresponents complexos de Cu(I) i oxigen molecular. De la mateixa manera, s'ha preparat el corresponent anàleg de Ag(I) en estat sòlid, obtenint la formació d'un polímer de Ag(I), el qual presenta a l'estat sòlid una estructura en forma de ziga-zaga, diferent a l'estructura del polímer de Cu(I), que és lineal. · S'ha determinat i proposat el mecanisme que té lloc en l'activació de l'enllaç C-H i posterior reacció de transferència per tal d'estabilitzar els productes finals mitjançant una reacció de desproporció. El seguiment de la reacció té lloc mitjançant tècniques espectroscòpiques com UV-vis. Dit seguiment, ens permet determinar les diferents influències electròniques sobre la reacció de formació dels complexos organometàl·lics de Cu(III). A més a més, el seguiment de la reacció a baixa temperatura ens permet determinar espectroscòpica i teòricament la formació d'un intermedi de Cu(II), i mitjançant la determinació dels paràmetres cinètics i termodinàmics es proposa un mecanisme de reacció. Posteriorment, s'ha assajat la reactivitat d'una sal de Cu(II) amb un lligand macrocíclic que conté un grup metil en el carboni orientat cap al centre del macrocicle, implicant la formació d'un intermedi agòstic. De la determinació estructural d'aquest intermedi de CuII i del lligand protonat, s'extreuen una sèrie de conclusions molt interessants, com són la demostració estructural de l'activació de l'enllaç C-C en la primera etapa de formació i de manera anàloga poder comparar-ho amb els sistemes macrocíclics HL2-HL6, demostrant la possible formació d'un intermedi agòstic, on es produeix l'activació de l'enllaç C-H. Aquesta similitud estaria d'acord amb els sistemes HL2-HL6, els quals espectroscòpica i teòricament s'havia detectat la presència d'un intermedi de característiques similars. Degut a l'acidesa d'aquest protó, i gràcies a la presència d'una base com és el propi lligand, aquest podia ésser extret donant lloc a la formació dels corresponents organometàl·lics de Cu(III). Dita estructura també representa un dels pocs exemples d'un organometàl·lic de CuII, un estat d'oxidació poc conegut dins d'aquest camp. · S'ha descrit la reactivitat dels nous complexos organometàl·lics de Cu(III), els quals sota medi pròtic i en condicions àcides o neutres són espècies totalment estables, però en condicions bàsiques o reductores aquestes espècies reaccionen donant lloc a la formació de noves espècies de tipus bisfenoxo, on el Cu es troba en estat d'oxidació +2. S'han caracteritzat mitjançant difracció de RX, on es s'observa l'entorn químic del Cu, la geometria del complex bisfenoxo i l'hidroxilació de l'anell aromàtic. · Finalment, s'ha descrit per primera vegada la síntesi i caracterització d'uns nous complexos organometàl·lics de Ni. Aquests són sintetitzats en base als càlculs teòrics realitzats sobre els nostres sistemes macrocíclics. Per aquests complexos hem investigat l'efecte del metall, canviant el coure per altres metalls de la primera sèrie de transició (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) i de la segona sèrie de transició (Ru, Rh, Pd, Ag). Els resultats demostren que el Ni(II), és el metall que presenta una major capacitat de l'activació de l'enllaç C-H en aquests sistemes aromàtics. Aquests compostos s'oxiden lentament cap a complexos de Ni(III). Per altra banda, l'addició d'una sal de clor sobre una solució d'un complex de Ni(II) permet aïllar el corresponent complex de Ni(III), caracteritzat per ressonància de spin electrònic

The synthesis, structure, and electrochemical properties of Fe(C CC N)(dppe)Cp and related compounds

The cyanoacetylide complex Fe(CCCN)(dppe)Cp (3) is readily obtained from sequential reaction of Fe(CCSiMe3)(dppe)Cp with methyllithium and phenyl cyanate. Complex 3 is a good metalloligand, and coordination to the metal fragments [RhCl(CO)(2)], [Ru(PPh3)(2)Cp](+), and [Ru(dppe)Cp*](+) affords the corresponding cyanoaceylide-bridged heterobimetallic complexes. In the case of the 36-electron complexes [Cp(dppe)Fe-CCCN-MLn](n+), spectroscopic and structural data are consistent with a degree of charge transfer from the iron centre to the rhodium or ruthenium centre via the C3N bridge, giving rise to a polarized ground state. Electrochemical and spectroelectrochemical methods reveal significant interactions between the metal centres in the oxidized (35 electron) derivatives, [Cp(dppe)Fe-CCCN-MLn]((n+1)+).