Preparation of recoverable Ru catalysts for liquid-phase oxidation and hydrogenation reactions

We here report the synthesis, characterization and catalytic performance of new supported Ru(III) and Ru(0) catalysts. In contrast to most supported catalysts, these new developed catalysts for oxidation and hydrogenation reactions were prepared using nearly the same synthetic strategy, and are easily recovered by magnetic separation from liquid phase reactions. The catalysts were found to be active in both forms, Ru(III) and Ru(0), for selective oxidation of alcohols and hydrogenation of olefins, respectively. The catalysts operate under mild conditions to activate molecular oxygen or molecular hydrogen to perform clean conversion of selected substrates. Aryl and alkyl alcohols were converted to aldehydes under mild conditions, with negligible metal leaching. If the metal is properly reduced, Ru(0) nanoparticles immobilized on the magnetic support surface are obtained, and the catalyst becomes active for hydrogenation reactions. (c) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nous complexos de pal·ladi amb lligands macrocíclics triolefínics. Estructura i aplicacions

Aquesta Tesi Doctoral està dividida en diferents capítols tots ells basats en aplicacions de macrocicles nitrogenats triolefínics de 15 membres i dels seus complexos amb metalls de transició. En primer lloc es descriu l'aplicació d'un complex macrocíclic ferrocenílic de Pd0 com a catalitzador en reaccions de Mizoroki-Heck i Suzuki emprant sals de diazoni com a agents arilants. Aquest catalitzador va proporcionar bons rendiments de productes i va poder ser recuperat i reutilitzat, essent el primer sistema catalític reciclable descrit en la reacció de Mizoroki-Heck amb sals de diazoni. La metodologia es va estendre de forma efectiva a alcohols al·lílics, però en no ser possible recuperar el catalitzador macrocíclic, es va emprar Pd(dba)2. Posteriorment es van preparar estructures macromoleculars mitjançant la introducció de diferents unitats macrocícliques sobre un espaiador. La complexació d'aquestes estructures va permetre preparar complexos tant homo (Pd0) com heterometàl·lics (Pd0, Pt0) amb bons rendiments. Els complexos homometàl·lics van resultar ser bons catalitzadors en reaccions de Suzuki i fàcilment recuperables per simple filtració. En una última part, es van preparar nous macrocicles triolefínics contenint d'un a tres grups amino lliures en l'estructura mitjançant la utilització del grup protector (2-trimetilsilil)etansulfonil (SES). Aquesta modificació estructural va permetre ampliar la capacitat coordinant dels macrocicles a altres metalls de transició, com el PdII, possibilitant noves aplicacions. Concretament es va aplicar el lligand contenint un sol grup amino lliure al reconeixement, transport i preconcentració de PdII i PtIV continguts en dissolucions aquoses.

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.

Synthese und Eigenschaften Silizium-verknüpfter Oligo(phenylenvinylen)e

Im Vordergrund der vorliegenden Arbeit stand die Synthese konjugierter Oligomere und Polymere vom Phenylenvinylen-Typ, die Elektronenakzeptorsubstituenten tragen, sowie die Darstellung von Oligo(phenylenvinylen)en mit reaktiven Alkoxysilylgruppen, die durch Hydrolyse und Polykondensation zu amorphen und filmbildenden Materialien mit definierten Chromophoren umgewandelt werden können.Der Aufbau von Oligo(phenylenvinylen)en (OPVs) und Poly(phenylenvinylen)en (PPVs) mit Elektronenakzeptoren an den aromatischen Kernen wurde über die Heck-Reaktion substituierter Divinylaromaten mit Dibromaromaten durchgeführt. Dazu wurde eine einfache Synthese von Divinylaromaten mit Elektronenakzeptor-substituenten über die zweifache Vinylierung der 1,4-Dibromaromaten mit Ethen bei erhöhtem Druck entwickelt.OPVs haben sich als Emitter in lichtemittierenden Dioden (LEDs) bewährt, ein zentrales Problem bei der Verwendung wohldefinierter niedermolekularer Verbindungen ist deren Kristallisationstendenz. Eine hier angewendete Strategie zur Unterdrückung der Rekristallisation beinhaltet die Verknüpfung stilbenoider Chromophore über ein gemeinsames Silizium-Atom, zu dreidimensionalen Verbindungen. Alternativ können durch die Verknüpfung definierter Chromophore mit Alkoxysilanen Monomere erzeugt werden, die für den Aufbau von Kammpolymeren mit Polysiloxanhauptkette oder von Siloxan-Netzwerken genutzt werden können, um amorphe und filmbildende Materialien aufzubauen. Die Darstellung der Tetrakis-OPV-silane wurde über Horner-Olefinierungen stilbenoider Aldehyde mit einem tetraedrischen Phosphonester mit Si-Zentralatom durchgeführt. Die Verknüpfung stilbenoider Chromophore mit Alkoxysilanen zu polykondensierbaren Monomeren erfolgte über Heck-Reaktion oder gekreuzte Metathese Reaktionen. Eine Verknüpfung über flexible Spacer wird durch Kondensation der Oligostyrylbenzaldehyde mit Aminopropylethoxysilanen zu Schiffschen Basen und deren Reduktion mit Cyanoborhydrid zu sekundären Aminen erzeugt. Die Chromophore, OPVs oder Diaryloxadiazole, mit Kieselsäureestergruppen lassen sich durch saure Hydrolyse und Kondensation zu gut löslichen, fluoreszierenden Oligomeren umwandeln, die entweder ringöffnend polymerisierbar oder zu unlöslichen Filmen vernetzbar sind.

1,2-Additionen deprotonierter Alpha-Aminonitrile: Umgepolte Imine als vielseitige Synthesebausteine

Von aromatischen Aldehyden abgeleitete α-Aminonitrile können ohne die Anwendung von Schutzgruppen in α-Position deprotoniert werden, wenn keine lithiumhaltigen Basen verwendet werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Reaktionen deprotonierter α-Aminonitrile mit Elektrophilen zu untersuchen. Die Addition von α-Aminocarbanionen an Imine führt unter intramolekularer Eliminierung von HCN zu Endiaminen, die sich in einer Eintopfsynthese abhängig von der Aufarbeitung in 1,2-Diamine oder 1,2-Diimine umwandeln lassen. Die nach Oxidation durch Luftsauerstoff erhaltenen Diimine können mit dem Reduktionsmittel BH3·THF diastereoselektiv reduziert werden. Es hat sich hier gezeigt, dass durch Zugabe einer katalytischen Menge an NaBH4 hauptsächlich die syn-Diamine erhalten werden, der Zusatz von Phthalsäure wiederum liefert bevorzugt die anti-Produkte. In beiden Fällen wird das Produkt in quantitativer Ausbeute erhalten. So konnte also eine effektive diastereoselektive Reduktionsmethode entwickelt werden, die eine freie Wahl der syn- oder anti-Konfiguration ermöglicht. Um enantiomerenreine 1,2-Diamine zu erhalten, wurden verschiedene Methoden getestet. Sowohl auxiliargesteuerte Synthesen mit einem N-Glycosyl-Aminonitril oder mit chiralen Sulfinyliminen als auch die Reduktion durch chirale Borverbindungen (CBS-Katalysatoren, Triacyloxyborhydrid oder Diisopinocamphenylboran), Transferhydrierungen mit chiralen Difluortitanocen-, Noyori- oder Organophosphat-Katalysatoren sowie enantioselektive Hydrierungen mit chiralen Übergangsmetall-katalysatoren waren jedoch nicht erfolgreich. Die Umsetzung der 1,2-Diimine mit Chlormethylethern oder -estern liefert die entsprechenden unsymmetrischen Imidazoliumsalze. Diese konnten zu N-heterocyclischen Carbenen deprotoniert und erfolgreich als Liganden in Suzuki- und Heck-Reaktionen eingesetzt werden. Durch die 1,2-Addition α-deprotonierter Streckerprodukte und anschließende Reduktion im Eintopfverfahren konnten 1,2-Aminoalkohole in mäßigen bis guten Ausbeuten dargestellt werden. Die Umsetzung von α-Aminocarbanionen mit N-Acyliminen erlaubt zudem die Synthese tetrasubstituierter Imidazole und trisubstituierter Oxazole in drei beziehungsweise vier Stufen: Die zunächst gebildeten α-Amino-α-acylaminopropionitrile können isoliert und in Gegenwart von Base einer Retro-Strecker-Reaktion unterworfen werden. Abhängig vom Substitutionsmuster schließt sich in manchen Fällen nach der Eliminierung von HCN direkt die Cyclisierung zum Imidazol an. Nicht cyclisierte Intermediate lassen sich durch Dehydratisierung mit PCl5 zu Imidazolen umsetzen, aber auch unter sauren Bedingungen zu α-Acylaminoketonen hydrolysieren, welche wiederum durch Einwirkung von PCl5 in Oxazole überführt werden können. Auf diese Weise wurden Imidazole und Oxazole in moderaten bis hohen Gesamtausbeuten hergestellt.

Estudos de vias sintéticas catalíticas para benzociclo-alcanois e análogos: potenciais fármacos para doença de Alzhjeimer

A doença de Alzheimer constitui uma ameaça significativa a nível mundial. Estima-se que, mundialmente existam cerca de 35 milhões de pessoas afetadas por este tipo de demência. Os compostos contendo um esqueleto benzocicloalcanol (que incluem benzofuranos e di-hidrobenzofuranóis) mostram atividades biológicas significativas e possuem muito potencial no tratamento das doenças neurodegenerativas. Nos últimos anos têm havido avanços significativos no campo das reações catalisadas por metais. As reações de adição nucleófila intramolecular e a de Heck intramolecular constituem metodologias importantes para a síntese de benzocicloalcanóis. No âmbito deste trabalho, pretendia-se sintetizar uma biblioteca de compostos contendo um esqueleto benzocicloalcanol. A estratégia adotada para a síntese de dihidrobenzofuranóis envolveu um método de ciclização catalítica de cetonas aril-éteres e para a síntese de benzofuranos, um método de ciclização catalítico de enoatos e enamidas (amidas de Weinreb). Várias condições foram estudadas; Abstract: Studies on Synthetic Catalytic Pathways to Benzocycloalkanols and Derivatives – Potential Drugs for Alzheimer’s Disease Alzheimer's disease constitutes a significant threat worldwide. It is estimated that are about 35 million people worldwide suffering from this type of dementia. The compounds containing a benzocycloalkanol scaffold (including benzofurans and dihydrobenzofurans) show significant biological activity and have great potential in the treatment of neurodegenerative diseases. In recent years there have been many advances in the field of catalyzed reactions by transition-metals. The intramolecular nucleophilic addition and the intramolecular Heck reactions constitute important methods for the synthesis of benzocycloalkanols. Within this work, the main goal was to synthesize a library of compounds containing a benzocycloalkanol scaffold. The adopted strategy for the synthesis of dihydrobenzofurans was the catalytic cyclization of aryl ether ketones and for the synthesis of benzofurans, the catalytic cyclization of enoates and enamides (Weinreb amides). Several conditions were studied

Coupling of Heck and hydrogenation reactions in a continuous compact reactor

A continuous multi-step synthesis of 1,2-diphenylethane was performed sequentially in a structured compact reactor. This process involved a Heck C-C coupling reaction followed by the addition of hydrogen to perform reduction of the intermediate obtained in the first step. Both of the reactions were catalysed by microspherical carbon-supported Pd catalysts. Due to the integration of the micro-heat exchanger, the static mixer and the mesoscale packed-bed reaction channel, the compact reactor was proven to be an intensified tool for promoting the reactions. In comparison with the batch reactor, this flow process in the compact reactor was more efficient as: (i) the reaction time was significantly reduced (ca. 7 min versus several hours), (ii) no additional ligands were used and (iii) the reaction was run at lower operational pressure and temperature. Pd leached in the Heck reaction step was shown to be effectively recovered in the following hydrogenation reaction section and the catalytic activity of the system can be mostly retained by reverse flow operation. © 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Arylation of β,γ-unsaturated lactones by a Heck-Matsuda reaction: an unexpected route to aryldiazene butenolides and pyridazinones

The palladium catalysed coupling of aryldiazonium salts with β-γ-unsaturated lactones under basic conditions has been investigated. Both (3H)-furanone and α-angelicalactone were evaluated as substrates in the Heck Matsuda reaction but both failed to afford the desired arylated butenolides. Under basic conditions, β-γ-unsaturated lactones generate highly nucleophilic enolates that preferentially undergo azo coupling reactions with arenediazonium salts to afford aryldiazene butenolides. The electronic and steric effect of the substituents on the aryldiazonium salt in the azo coupling reaction is described. Aryldiazene-lactone derivatives were obtained in good yields from a highly facile and straightforward procedure. An aminoisomaleimide was formed from (3H)-furanone and cyclised to the corresponding pyridazinones in modest yield.

Phospha-adamantane ligands and phosphorous ionic liquids for palladium-catalyzed cross-coupling reactions /

New and robust methodologies have been designed for palladiumcatalyzed cross-coupling reactions involving a library of novel tertiary phosphine ligands incorporating a phospha-adamantane framework. The secondary phosphine, l,3,5,7-tetramethyl-2,4,8-trioxa-6-phospha-adamantane was converted into a small library of tertiary phosphine derivatives and the ability of these tertiary phosphaadamantanes to act as effective ligands in the palladium-catalyzed amination reaction and p-alkyl-Suzuki cross-coupling was examined. l,3,5,7-Tetramethyl-6- phenyl-2,4,8-trioxa-6-phosphaadamantane (PA-Ph) used in combination with Pd2(dba)3 CHCI3 facilitated the reaction of an array of aryl iodides, bromides and chlorides with a variety secondary and primary amines to give tertiary and secondary amines respectively in good to excellent yields. 8-(2,4-Dimethoxyphenyl)- l,3,5,7-tetramethyl-2,4,6-trioxa-8-phospha-tricyclo[3.3.1.1*3,7*]decane used in combination with Pd(0Ac)2 permitted the reaction of an array of alkyl iodides, and bromides with a variety aryl boronic acids and alkyl 9-BBN compounds in good to excellent yields. Subsequent to this work, the use of phosphorous based ionic liquids, specifically tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC), in the Heck reaction provided good to excellent yields in the coupling of aryl iodides and bromides with a variety of olefins.

Développement d'un tandem multicatalytique méthylénation - couplage de Heck et Approche synthétique de l'Hodgsonox

Cette thèse comprend deux parties distinctes, dans lesquelles seront décrits tout d’abord, le développement d’un procédé multicatalytique en un seul pot d’une réaction de méthylénation suivie d’un couplage de Heck, puis dans un second temps, une étude vers la synthèse de l’Hodgsonox. Le premier thème de la thèse correspond à la mise en place d’un procédé en un seul pot, basé sur la méthodologie de méthylénation catalysée par un métal de transition, développée au sein du groupe du Pr. Lebel, et sur des couplages de Heck. Différentes études de compatibilité des réactifs mis en présence sont abordées, ainsi que le choix des conditions optimales (Pd(OAc)2 et P(o-tol)3) pour la réalisation d’un tel système qui ne requiert aucun isolement du produit intermédiaire. Il a été démontré que la présence de triphénylphosphine en excès inhibe la réaction de couplage de Heck, ce qui a finalement orienté notre choix vers les sels de cuivre pour la catalyse de la réaction de méthylénation. Le tandem séquentiel a ensuite été appliqué à la synthèse de divers stilbènes, notamment des composés dérivés du Resvératrol, molécule d’intérêt thérapeutique pour les maladies cardiovasculaires, et à la synthèse d’indanes substitués, avec un couplage intramoléculaire, avec de bons rendements. La deuxième partie de cette thèse traite de l’étude menée vers la synthèse de l’Hodgsonox. Cette molécule correspond à une nouvelle classe de sesquiterpènes tricycliques, comportant un dihydropyrane doté d’une fonction éther diallylique. Cette molécule représente un défi synthétique pour le groupe du Pr. Lebel, qui envisage de synthétiser les deux doubles liaisons terminales au moyen de la méthodologie de méthylénation développée au sein du groupe. L’Hodgsonox, dont la biosynthèse utilise la voie MEP, a un potentiel insecticide pour la croissance de la larve de la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. La synthèse envisagée au cours de ces travaux est basée sur la formation préalable d’un cycle à 5 chaînons, comportant 3 centres stéréogéniques, puis sur la cyclisation du cycle pyranique au moyen d’une réaction d’insertion dans un lien O H. Un dédoublement cinétique dynamique sur une δ butyrolactone substituée permet de fixer la stéréochimie relative de deux centres chiraux dès la première étape. Le cycle à 5 chaînons est ensuite formé par métathèse après 6 étapes avec un rendement de 37%. Une addition conjuguée suivie d’une réaction de Saegusa et d’une réaction d’hydrosilylation introduit le groupement isopropyle de manière syn. Après mise en place d’un groupement céto-ester, un transfert de groupement diazonium permet de préparer le précurseur pour la réaction d’insertion dans un lien O-H. Le bicycle correspondant à la structure de base de l’Hodgsonox a été préparé au moyen de 16 étapes linéaires avec un rendement global de 12%.

Mononuclear palladium and heterodinuclear palladium–ruthenium complexes of semicarbazone ligands: synthesis, characterization, and application in C–C cross-coupling reactions

Reaction of salicylaldehyde semicarbazone (L-1), 2-hydroxyacetophenone semicarbazone (L-2), and 2-hydroxynaphthaldehyde semicarbazone (L-3) with [Pd(PPh3)(2)Cl-2] in ethanol in the presence of a base (NEt3) affords a family of yellow complexes (1a, 1b and 1c, respectively). In these complexes the semicarbazone ligands are coordinated to palladium in a rather unusual tridentate ONN-mode, and a PPh3 also remains coordinated to the metal center. Crystal structures of the 1b and 1c complexes have been determined, and structure of 1a has been optimized by a DFT method. In these complexes two potential donor sites of the coordinated semicarbazone, viz. the hydrazinic nitrogen and carbonylic oxygen, remain unutilized. Further reaction of these palladium complexes (1a, 1b and 1c) with [Ru(PPh3)(2)(CO)(2)Cl-2] yields a family of orange complexes (2a, 2b and 2c, respectively). In these heterodinuclear (Pd-Ru) complexes, the hydrazinic nitrogen (via dissociation of the N-H proton) and the carbonylic oxygen from the palladium-containing fragment bind to the ruthenium center by displacing a chloride and a carbonyl. Crystal structures of 2a and 2c have been determined, and the structure of 2b has been optimized by a DFT method. All the complexes show characteristic H-1 NMR spectra and, intense absorptions in the visible and ultraviolet region. Cyclic voltammetry on all the complexes shows an irreversible oxidation of the coordinated semicarbazone within 0.86-0.93 V vs. SCE, and an irreversible reduction of the same ligand within -0.96 to -1.14 V vs. SCE. Both the mononuclear (1a, 1b and 1c) and heterodinuclear (2a, 2b and 2c) complexes are found to efficiently catalyze Suzuki, Heck and Sonogashira type C-C coupling reactions utilizing a variety of aryl bromides and aryl chlorides. The Pd-Ru complexes (2a, 2b and 2c) are found to be better catalysts than the Pd complexes (1a, 1b and 1c) for Suzuki and Heck coupling reactions.

A single-step procedure for the preparation of palladium nanoparticles and a phosphine-functionalized support as catalyst for Suzuki cross-coupling reactions

We here report the preparation of supported palladium nanoparticles (NPs) stabilized by pendant phosphine groups by reacting a palladium complex containing the ligand 2-(diphenylphosphino)benzaldehyde with an amino-functionalized silica surface The Pd nanocatalyst is active for Suzuki cross-coupling reaction avoiding any addition of other sources of phosphine ligands The Pd intermediates and Pd NPs were characterized by solid-state nuclear magnetic resonance and transmission electron microscopy techniques The synthetic method was also applied to prepare magnetically recoverable Pd NPs leading to a catalyst that could be reused for up to 10 recycles In summary we gathered the advantages of heterogeneous catalysis magnetic separation and enhanced catalytic activity of palladium promoted by phosphine ligands to synthesize a new catalyst for Suzuki cross-coupling reactions The Pd NP catalyst prepared on the phosphine-functionalized support was more active and selective than a similar Pd NP catalyst prepared on an amino-functionalized support (C) 2010 Elsevier Inc All rights reserved

Synthesis of new fluorous modular chiral ligand derivatives from amino alcohols and application in enantioselective carbon-carbon bond-forming alkylation reactions

N-Trifluoracyl beta-chalcogeno amides and N-perfluoracyl beta-thio amide ligands were prepared by a simple and efficient reaction sequence. These new ligands were evaluated in palladium-catalyzed alkylation of rac-(E)-1,3-diphenyl-2-propenyl acetate in the presence of dimethyl malonate and an enantioselectivity of up to 99% was obtained. After catalysis, the fluorous ligand can be easily recovered by liquid-liquid extraction and reused without loss in the activity. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis of alpha,beta-unsaturated aryl esters via Heck reaction of unsymmetrical aryl tellurides

A variety of alpha,beta-unsaturated aryl esters were prepared by the direct reaction of unsymmetrical aryltellurides and ethyl acrylate, catalyzed by PdCl(2) via a Heck cross-coupling reaction. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dba-free palladium intermediates of the Heck-Matsuda reaction

The dba-free Heck-Matsuda reaction was investigated via direct ESI-MS(/MS) monitoring. Palladium species involved in the reduction of Pd(ii) during a Wacker type reaction and several dba-free arylpalladium transient complexes were detected and characterized. Based on these findings, a more comprehensible catalytic cycle for this pivotal reaction is suggested. © 2013 The Royal Society of Chemistry.