Parametrização de ligantes em reações catalisadas por metais de transição

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Autor(a) principal: Barboza, Amanda Aline
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18167
Resumo: The approach of statistical methods capable of accurately predicting the relationship between catalyst structure and reactivity represents a major impact on reaction development, since both reactivity and selectivity of the catalyst employed in organic reactions are directly related to its structural aspects. In the case of transition metal catalysis, this parameterization provides quick information and relevant estimates about the structure and respective activity of new ligands that are briefly identified in structural descriptors that influence the desired activity. Here we list key results obtained in the development and use of ligand parameterization to guide, predict and explain the discovery and development of new catalysts and methodologies. In the context of nucleopalladation reactions, we highlight Wacker-type reactions that employ carbonylation reactions of double bonds not activated by CO capture in a palladium-catalyzed process. We present a new methodology to obtain pyrazoline ester derivatives tolerant to different substitutions at strategic positions in the starting material as demonstrated by the scope study. By statistical studies, it was possible to observe that the molecular softness (ƞ) of the pyridine has a direct relationship with the yield - except for the bulkiest pyridines. For monophosphine ligands, the reactivity threshold analysis revealed that bulkier ligands are associated with the worst results. When bisphosphines are involved, the angle between the phosphorus substituents in the complex with PdCl2 indicates an important role, which can be interpreted in terms of flexibility of the ligand. In summary, the parameterization analysis of phosphine ligands and pyridine bases in general revealed dominant influences of steric effects that may imply the formation of bis-ligated palladium species and a detrimental role of pyridine coordination in active catalysts. In sequence, we report our efforts to integrate data science and computational chemistry tools to guide, predict, and explain synthetic catalyst development in the context of ruthenium-catalyzed crossmetathesis in the synthesis of trisubstituted olefins. To investigate the reactivity of substrate versus catalysts, we performed reactions with 3 methylenecyclohexane derivatives (challenging substrates), cis-1,4-diacetoxy-2-butene and 28 Ru-based catalysts. These experimental results were integrated with molecular steric and electronic descriptors obtained for the Ru complexes to parameterize the catalyst structure in relation to the reaction yield. Our results indicate that although the overall structure of ruthenium-based olefin metathesis precatalysts is highly modular, the use of carbenes as one of the neutral ligands has the greatest impact on the performance of these reactions. The variation in the substitution pattern of the aromatic ring bonded to the NHC nitrogens comprises the greatest variability in results for the challenging substrates, still, no clear correlation could be observed. However, through catalyst parameterization we found correlations and univariate and multivariate models to predict the outcome of new structures to broaden the scope of the catalyst used in these important reactions.
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In the case of transition metal catalysis, this parameterization provides quick information and relevant estimates about the structure and respective activity of new ligands that are briefly identified in structural descriptors that influence the desired activity. Here we list key results obtained in the development and use of ligand parameterization to guide, predict and explain the discovery and development of new catalysts and methodologies. In the context of nucleopalladation reactions, we highlight Wacker-type reactions that employ carbonylation reactions of double bonds not activated by CO capture in a palladium-catalyzed process. We present a new methodology to obtain pyrazoline ester derivatives tolerant to different substitutions at strategic positions in the starting material as demonstrated by the scope study. By statistical studies, it was possible to observe that the molecular softness (ƞ) of the pyridine has a direct relationship with the yield - except for the bulkiest pyridines. For monophosphine ligands, the reactivity threshold analysis revealed that bulkier ligands are associated with the worst results. When bisphosphines are involved, the angle between the phosphorus substituents in the complex with PdCl2 indicates an important role, which can be interpreted in terms of flexibility of the ligand. In summary, the parameterization analysis of phosphine ligands and pyridine bases in general revealed dominant influences of steric effects that may imply the formation of bis-ligated palladium species and a detrimental role of pyridine coordination in active catalysts. In sequence, we report our efforts to integrate data science and computational chemistry tools to guide, predict, and explain synthetic catalyst development in the context of ruthenium-catalyzed crossmetathesis in the synthesis of trisubstituted olefins. To investigate the reactivity of substrate versus catalysts, we performed reactions with 3 methylenecyclohexane derivatives (challenging substrates), cis-1,4-diacetoxy-2-butene and 28 Ru-based catalysts. These experimental results were integrated with molecular steric and electronic descriptors obtained for the Ru complexes to parameterize the catalyst structure in relation to the reaction yield. Our results indicate that although the overall structure of ruthenium-based olefin metathesis precatalysts is highly modular, the use of carbenes as one of the neutral ligands has the greatest impact on the performance of these reactions. The variation in the substitution pattern of the aromatic ring bonded to the NHC nitrogens comprises the greatest variability in results for the challenging substrates, still, no clear correlation could be observed. However, through catalyst parameterization we found correlations and univariate and multivariate models to predict the outcome of new structures to broaden the scope of the catalyst used in these important reactions.A abordagem de métodos estatísticos capazes de prever com precisão a relação entre a estrutura do catalisador e a reatividade representa um grande impacto no desenvolvimento de reações, uma vez que tanto sua reatividade quanto seletividade quando empregados em reações orgânicas estão diretamente relacionadas aos seus aspectos estruturais. No caso da catálise por metais de transição essa parametrização fornece informações rápidas, que são resumidamente identificadas em descritores estruturais, e estimativas relevantes sobre a estrutura e respectiva atividade de novos ligantes. Aqui listamos os principais resultados obtidos no desenvolvimento e uso da parametrização de ligantes para orientar, prever e explicar a descoberta e desenvolvimento de novos catalisadores e metodologias. No contexto de reações de nucleopaladação, destacamos as reações do tipo Wacker que empregam reações de carbonilação de ligações duplas não ativadas por captura de CO em um processo catalisado por paládio. Apresentamos uma nova metodologia para obter derivados de ésteres de pirazolina tolerante a diferentes substituições em posições estratégicas do material de partida conforme demonstrado pelo estudo de escopo. Por meio de estudos estatísticos, foi possível observar que a moleza molecular (ƞ) da piridina tem relação direta com o rendimento – exceto para as piridinas mais volumosas. Para ligantes de monofosfinas, a análise de limiar de reatividade revelou que ligantes mais volumosos estão associados aos piores resultados. Quando as bisfosfinas estão envolvidas, o ângulo entre os substituintes do fósforo no complexo com PdCl2 indica um papel importante, o que pode ser interpretado em termos de flexibilidade do ligante. Em suma, a análise de parametrização de ligantes de fosfina e bases de piridina em geral revelou influências dominantes de efeitos estéricos que podem implicar a formação de espécies de paládio bis-ligadas e um papel prejudicial da coordenação de piridinas em catalisadores ativos. Em sequência, relatamos nossos esforços para integrar ferramentas de ciência de dados e química computacional para orientar, prever e explicar o desenvolvimento de catalisadores sintéticos no contexto da metátese cruzada catalisada por rutênio na síntese de olefinas trissubstituídas. Para investigar a reatividade do substrato em relação aos catalisadores, realizamos reações com 3 derivados de metilenocicloexano, cis-1,4-diacetoxi-2-buteno e 28 catalisadores à base de Ru. Esses resultados experimentais foram integrados com descritores moleculares estéricos e eletrônicos obtidos para os complexos de Ru para parametrizar a estrutura do catalisador em relação ao rendimento da reação. Nossos resultados indicam que, embora a estrutura geral dos pré-catalisadores de metátese de olefinas à base de rutênio seja altamente modular, o uso de carbenos como um dos ligantes neutros tem o maior impacto no desempenho dessas reações. A variação no padrão de substituição do anel aromático ligado aos nitrogênios do NHC compreende a maior variabilidade de resultados para os substratos desafiadores, porém, não foi possível observar uma correlação clara. No entanto, por meio da parametrização do catalisador encontramos correlações e modelos univariados e multivariados para prever o resultado de novas estruturas para ampliar o escopo do catalisador utilizado nestas importantes reações.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessParametrizaçãoCatálisePaládioRutênioLigantesParameterizationCatalysisPalladiumRutheniumLigandsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAParametrização de ligantes em reações catalisadas por metais de transiçãoParameterization of ligands in reactions catalyzed by transition metalsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis60060031144104-e78d-4438-831f-39dae3ba73cdreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Amanda_Aline_Barboza.pdfTese_Amanda_Aline_Barboza.pdfTese de doutoradoapplication/pdf18166652https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18167/1/Tese_Amanda_Aline_Barboza.pdfd0e13f3a711d85d9dde8ee050f7c9151MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18167/3/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD53TEXTTese_Amanda_Aline_Barboza.pdf.txtTese_Amanda_Aline_Barboza.pdf.txtExtracted texttext/plain376270https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18167/4/Tese_Amanda_Aline_Barboza.pdf.txt7420e86df59e21ed3af9e650fbd1dabeMD54ufscar/181672024-05-14 18:32:28.19oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18167Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T18:32:28Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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