Synthesis, reactivity and applications in organic synthesis of fluoroalkylated organometallic complexes of rhodium, iridium and gold = Síntesis, reactividad y aplicaciones en síntesis orgánica de complejos organometálicos fluoroalquílicos de rodio, iridio y oro

Abstract

Debido a las importantes aplicaciones de los compuestos organofluorados, existe una demanda de métodos sintéticos que permitan introducir sustituyentes perfluoroalquilo en sustratos orgánicos de forma selectiva. A pesar de los avances recientes, la formación de enlaces C–perfluoroalquilo mediada o catalizada por compuestos metálicos todavía continua siendo difícil debido a la baja reactividad de los perfluoroalquil complejos metálicos. En este contexto, nos propusimos como objetivo general incrementar el conocimiento de la química de los complejos perfluoroalquílicos y de los procesos de perfluoroalquilación mediados por metales. En particular nos planteamos: (a) Estudiar nuevas reacciones de perfluoroalquilación de alquenos en la esfera de coordinación de complejos de Rh e Ir; (b) sintetizar y estudiar nuevos tipos de trifluorometil complejos de Au(I) y Au(III). Adicionalmente nos propusimos sintetizar complejos de Au(III) de tipo pinza que presentasen una fotoluminiscencia intensa y modificable según el entorno químico. El primer capítulo de la tesis describe las reacciones de complejos del tipo [M(Cp*)(eteno)L] (M = Rh, Ir; L = eteno, trifenilfosfina o trimetilfosfina) frente a yodoperfluoroalcanos primarios, secundarios y terciacios. Estas reacciones conducen a complejos del tipo [M(Cp*)(CH2CH2-perfluoroalquilo)(I)L], resultantes de la perfluoroalquilación del eteno coordinado. Dependiendo del ligando auxiliar de los complejos de partida y del yodoperfluoralcano utilizado, las reacciones transcurren por ataque de radicales o aniones perfluoroalquilo sobre el eteno coordinado. Se investigó la reactividad de los complejos obtenidos, obteniendo derivados con ligandos fosfina, CO o isocianuro. Cabe destacar que al eliminar un ligando ioduro por reacción con triflato de plata(I) se produce la formación de perfluoroalquil-alquenos por reacciones de eliminación beta. Los hidruro alqueno complejos intermedios de Ir(III) fueron aislados y estudiados. En las reacciones de estos complejos con trifenilfosfina se observó una reacción de activación C-H del hidrógeno en posición orto de uno de los grupos fenilo de la fosfina, que da lugar a un complejo ciclometalado de Ir(III) y fluoroalcanos de tipo CH3CH2-perfluoroalquilo. Tanto los complejos [M(Cp*)(eteno)L] como los derivados perfluoroalquilados de Rh(III) son capaces de iniciar la adición radicalaria del heptafluoro-2-iodopropano al eteno. El segundo capítulo trata sobre la síntesis y reactividad de trifluorometil complejos de Au(I) y Au(III). Por reacción de los complejos [Au(Cl)L] (L = PPh3, PMe3, 0.5 dppe, P(OEt)3, carbenos NHC, o isonitrilos) con AgF y trifluorometiltrimetilsilano se obtuvo una serie de complejos de tipo [Au(CF3)L]. Las reacciones del complejo [Au(CF3)(IPr)] (IPr = 1,3-bis(2,6-diisopropilfenil)imidazol-1-ilideno)) con PhICl2, Br2 I2 o ICl dieron lugar a los correspondientes complejos plano-cuadrados resultantes de la adición oxidante de los haloderivados. Estos complejos de Au(III) son térmicamente estables, salvo el diiodo derivado, pero al ser irradiados con luz UV sufren reacciones de eliminación reductora de halotrifluorometano. Mediante reacciones de transmetalación entre [Cu(CF3)(phen)] (phen = 1,10-fenantrolina) y complejos de Au(III) de tipo [AuCl2(C^N)] (C^N = ligando ciclometalado C- y N-dador) obtuvimos complejos de los tipos [AuCl(CF3)(C^N)] y [Au(CF3)2(C^N)]. Estas especies son térmica y fotoquímicamente estables en disolución frente a la eliminación reductora. En el tercer capítulo de la tesis se describe la síntesis de complejos tipo pinza de Au(III) con el ligando C^Npz^C, que contiene una unidad de pirazina central sustituida en las posiciones 2 y 6 por dos grupos 4-t-butilfenilo. Este nuevo ligando se sintetizó mediante reacciones de acoplamiento y se ortomercurió en uno de los anillos de fenilo. Por transmetalación a una sal de Au(III), seguida de una orto-auración intramolecular del segundo anillo fenílico, se obtuvo el complejo [AuCl(C^Npz^C)]. Las reacciones de sustitución del ligando cloro condujeron a los correspondientes derivados con ligandos ciano o fenilacetiluro. Algunos de estos complejos muestran una intensa luminiscencia cuyo color puede ser modificado por protonación, alquilación o en presencia de iones metálicos.

Resumen en Inglés Owing to the important applications of fluorinated organic compounds, there is a demand of synthetic methods to selectively introduce perfluoroalkyl substituents in organic substrates. Despite the recent advances in this field, the metal-mediated or -catalyzed formation of C–perfluoroalkyl bonds is still challenging because of the poor reactivity of perfluoroalkyl metal complexes. In this context, the general aim of this work is to increase the knowledge of the chemistry of perfluoroalkyl metal complexes and metal-mediated perfluoroalkylation reactions. In particular, our goals were: (a) To study new alkene perfluoroalkylation reactions in the coordination sphere of Rh or Ir complexes; (b) to synthesize and study the reactivity of new types of Au(I) and Au(III) trifluoromethyl complexes. In addition, we aimed to synthesize Au(III) pincer complexes with an intense photoluminescence which could be sensitive to the chemical environment. The first chapter of the thesis reports the reactions of complexes of the type [M(Cp*)(ethene)L] (M = Rh, Ir; L = ethene, triphenilphosphine o trimethyphosphine) with primary, secondary and tertiary iodoperfluoroalkanes. These reactions led to perfluoroalkylation of the coordinated ethene to give complexes of the type [M(Cp*)(CH2CH2-perfluoroalkyl)(I)L]. Depending on the ancillary ligand of the starting complexes and the iodoperfluoroalkane, these reactions proceed by attack of perfluoroalkyl anions or radicals to the coordinated ethene. The reactivity of the resulting complexes was studied and derivatives containing phosphine, CO and isocyanide ligands were prepared. Remarkably, perfluoroalkylethenes were formed by beta-elimination reactions after removing an iodide ligand by reaction with silver(I) triflate. The intermediate Ir(III) hydrido-alkene complexes were isolated and studied. In the reactions of these complexes with triphenylphosphine a C-H activation reaction was observed that led to a cyclometalated Ir(III) complex and fluoroalkanes of the type CH3CH2-perfluoroalkyl. Complexes [M(Cp*)(ethene)L] and their perfluoroalkylated M(III) derivatives (M = Rh, Ir) are able to initiate the radical addition of heptafluoro-2-iodopropane to ethene. The second chapter deals with the synthesis and reactivity of Au trifluoromethyl complexes. A series of complexes of the type [Au(CF3)L] (L = PPh3, PMe3, 0.5 dppe, P(OEt)3, NHC carbenes, or isonitriles) was prepared by reaction of [Au(Cl)L] with AgF and trifluoromethyltrimethylsilane. Oxidative addition of PhICl2, Br2 I2 o ICl to [Au(CF3)(IPr)] (IPr = 1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-1-ilydene)) led to the corresponding square-planar dihalo complexes. With the exception of the diiodo derivative, these Au(III) complexes are thermically stable, but they undergo photoreductive elimination reactions of halotrifluoromethanes when they are irradiated with UV light. The reactions of [Cu(CF3)(phen)] (phen = 1,10-phenantroline) with Au(III) complexes of the type [AuCl2(C^N)] (C^N = C- and N-donor cyclometalated ligand) led to complexes of the types [AuCl(CF3)(C^N)] and [Au(CF3)2(C^N)]. These species are thermally and photochemically stable against reductive elimination. The third chapter of this thesis reports the synthesis of Au(III) pincer complexes containing the ligand C^Npz^C, wich presents a central pyrazine unit with two 4-t-butilphenyl substituents in the positions 2 and 6. This new ligand was prepared by coupling reactions and was mercuriated in the ortho position of one of the phenyl rings. Transmetalation to a Au(III) salt followed by intramolecular ortho-auration of the other phenyl group afforded the complex [AuCl(C^Npz^C)]. The chloro ligand was substituted by cyano or phenylacetylide ligands. Owing to the presence of the pyrazine unit, some of these complexes present an intense photoluminescence whose color can be tuned by protonation, alkylation or in the presence of metal ions.