Teraflop 73 - Novembre - cesca

química (i de la química orgànica
en particular) del segle XXI és
disposar de metodologia eficaç (en termes
de rendiment químic i estereoquímic)
i neta (en termes d’economia d’àtoms,
d’acord amb la definició de B. M.
Trost) per a la fabricació de productes
químics complexos i de gran valor afegit.
En efecte, el desenvolupament de mètodes
catalítics enantioselectius (ja siguin directes
o indirectes) en aquests últims deu
anys està essent, certament, vertiginós.
Conseqüents amb aquesta preocupació,
perseguim en el nostre projecte
d’investigació quatre grans objectius: a)
dissenyar mètodes de síntesis que usen
quantitats subestequiomètriques de catalitzadors
fàcilment reusables (o reciclables),
b) dissenyar mètodes de síntesis
enantioselectius, ja que això augmenta
molt el seu valor afegit, c) conéixer el
mecanisme íntim de la seqüència d’etapes
que constitueixen el cicle catalític
complet i d) aconseguir mètodes de síntesi
enantioselectiva capaços d’operar en
medis aquosos.
Cap José M. Saá
Integrants F. Tur
Període
2002-2003
Hores usades (4%)
CPQ: 11.816 h
N/V: 26.626 h
IBM: 86.004 h
• “Binolam, a Recoverable Chiral Ligand for
Bifunctional Enantioselective Catalysis: the
Asymmetric Synthesis of Cyanohydrins”. Organic
Letters, 2002, 4, 2589.
• “An HF and DFT ab initio Study on the Mechasm
of Ortho-directed Lithiation of Hydric
and Non-hydric Aromatic Compounds Incor-
PUBLICACIONS Un objectiu transcendental de la
Química teòrica
Estudi i disseny de processos catalítics
enantioselectius
“La catàlisi enantioselectiva és la quarta dimensió de la química”
(R. Noyori, Premi Nobel de Química)”
Prenent els enzims com a models
ideals de catalitzadors, hem decidit explorar,
en primer lloc, l’ús de catalitzadors
bifuncionals del tipus ALBB (Àcids
de Lewis-Bases de Brönsted), posseïdors
de, com a mínim, un centre àcid de Lewis
i un centre base de Brönsted, en reaccions
químiques promogudes per la doble
activació dels reactius implicats (generalment
un nucleòfil i un electròfil). En
particular, hem decidit explorar l’activitat
catalítica de derivats metàl·lics de binaftolamines
(binolam, això és, 3,3'-bis-dialquilaminometil-2,2'dihidroxi-1,1'-binaftaleno),
capaços, a priori, d’actuar com a
catalitzadors bifuncionals ALBB, sense
que, per això, s’autodestrueixin. En efecte,
s’ha provat que el derivat d’alumini binolam-AlCl
és capaç d’actuar com a catalitzador
en la sililcianació, cianoformilació
i cianofosforilació enantioselectiva
d’aldehids. Com a valor afegit dels processos
s’ha aconseguit demostrar que
binolam és recuperable i reutilitzable.
L’estudi computacional del cicle catalític
complet que té lloc en aquests processos
s’ha portat a terme a través de càlculs
HF/6-31G* i B3LYP/6-31G* (puntuals)
amb un model molt proper: nolam-AlCl.
Així, els càlculs han posat de manifest
que el procés fonamental que té lloc és la
hidrocianació enantioselectiva d’aldehids,
per a la qual cosa resulta rellevant
la naturalesa bifuncional del catalitzador,
que actua com una espècie ALBB
activant electròfil (aldehid) i nucleòfil
(cianur d’hidrogen) simultàniament. Els
càlcults han revelat, per al cas de la cianofosforilació,
que l’etapa determinant
porating Aggregation and Discrete Solvation:
the Role of N,N',N'',N'''-Tetramethylethane-
1,2-diamine (TMEDA) in Lithiation Reactions”.
Helvetica Chimica Acta, 2002, 85, 814.
• “Enantioselective Cyanoformylation of Aldehydes
Mediated by Binolam-AlCl, a Monometallic
Bifunctional Catalyst”. Tetrahedron
Estat de transició més favorable (cianació amb el
model nolam-AlCl: atac si vs. atac re; B3LYP/6-
31G*//HF/6-31G* ∆∆E*=1.48 kcal/mol) de la cianofosforilació
enantioselectiva catalitzada per binolam-AlCl.
de la velocitat, i també de l’estereoquímica,
és l’addicció intramolecular de cianur
i que totes les etapes implicades en
el reciclatge del catalitzador (turnover)
són ràpides en el cas de la cianofosforilació,
però probablement lentes en el
cas de la cianosililació i cianoformilació
ja que necessiten aigua externa (afegida
com a MS4Å). L’enantioselecció observada
experimentalment ha estat recreada
amb una concordança molt alta
(∆∆E*=1.48 kcal/mol) pel model mecanístic
descrit per al cicle catalític. La informació
derivada d’aquest estudi teòric
haurà de facilitar el treball de disseny necessari
per a futures accions adreçades a
la consecució dels objectius planificats.■
Asymmetry, 2003, 14, 197.
• “Enantioselective Synthesis of Cianohydrins-
O-phosphates Mediated by the Bifunctional
Catalyst Binolam-AlCl”. Angewandte Chemie
International Edition in English 2003, 42,
3143.