학술논문
Bioinspired non-heme iron catalysts for challenging oxidative transformations: mechanistic studies and catalytic applications on selective alkane hydroxylation and alkene cis-dihydroxilation
Document Type
Dissertation/Thesis
Author
Source
TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
Subject
Language
English
Abstract
La funcionalització d'hidrocarburs de manera sostenible i eficaç és un dels principals reptes per la química moderna, degut a que la seva abundància natural els fa una important matèria primera. L'oxidació d'hidrocarburs és una de les reaccions més interessants, ja que la introducció d’un àtom d’oxigen en l’estructura d’un hidrocarburs li confereix funcionalitat química, fa augmentar el seu valor i els converteix en reactius adients per subseqüents transformacions químiques. No obstant això, aquestes reaccions són difícils a causa de la inherent baixa reactivitat dels hidrocarburs. Les metodologies actualment disponibles impliquen la utilització d’espècies altament oxidants i tòxiques, altes temperatures i llargs temps de reacció per tal de superar aquesta manca de reactivitat. Aquestes condicions extremes eviten que la química es pugui dur a terme de manera selectiva, fet essencial per produir productes d’alt valor sintètic. Un avanç important és el desenvolupament de metodologies de reacció suaus que permetin l'oxidació d'enllaços C-H i C=C amb alta regio- i estereoselectivitat. Els sistemes naturals, com ara enzims de ferro, són capaços de realitzar aquesta química. El ferro és l’element metàl•lic més abundant a la terra i és clau per nombrosos processos vitals, a més la seva baixa toxicitat el fa un atractiu material per substituir els elements de segona i tercera seria de transició més cars i tòxics emprats actualment. Un dels principals objectius d’aquesta tesi és dissenyar catalitzadors de ferro que imiten l’estructura i la funció dels enzims naturals per tal de trobar una nova metodologia que permeti l'oxidació selectiva d'enllaços C-H i C=C utilitzant condicions suaus i mediambientalment més benignes que les metodologies tradicionals. A més, l’estudi d’aquests sistemes pot donar informació útil sobre el mecanisme d’oxidació del propi enzim. Els resultats obtinguts en aquesta tesi aclareixen el mecanisme pel qual es duu a terme la hidroxilació de l’enllaç C-H amb retenció de la estereoselectivitat en centres mononuclears de ferro, i evidencien la formació d’una espècie de ferro (V) d’alt estat d’oxidació capaç de catalitzar la cis-dihidroxilació d’alquens. A més a més, es descobreix un catalitzador eficient i selectiu capaç de dur a terme aquesta química en condicions d’escala preparativa