departamento de química orgánica
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líneas de trabajo
Investigación
Departamento de Química Orgánica
En el departamento de Química Orgánica de la Universidad Autónoma
de Madrid se desarrollan líneas de investigación muy diferentes por los
numerosos grupos de investigación que lo componen. Esta publicación
pretende difundir las principales líneas actualmente en desarrollo.
En la descripción de cada uno de los grupos figuran los miembros de que
constan, así como sus datos de contacto. Para cualquier información adi-
cional no dudes en dirigirte a ellos en la seguridad de que te informarán
y aclararán tus dudas. La incorporación a alguno de estos grupos puede
ser una excelente oportunidad para iniciarse en el mundo de la investiga-
ción o familiarizarse con la química orgánica con vistas a un futuro profe-
sional en esta importante rama de la química.
¡BIENVENIDO!
Teléfono: 914973967 Fax: 914973966
Correo: [email protected]
Depto. Química Orgánica Módulo C-I
Facultad de Ciencias Avda. Fco. Tomas y Valiente, 7
28049 Madrid
Investigación
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LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÁNICA
Sólidos Organo-inorgánicos y Sondas Luminiscentes (Prof.. Ernesto Brunet)
Química Organometálica aplicada a Síntesis (Prof. Diego Cárdenas)
Desarrollo y Aplicaciones de las Reacciones Dominó Asimétricas (Prof. Carmen Carreño )
Desarrollo de Métodos en Catálisis Asimétrica (Prof. Juan Carlos Carretero)
Síntesis Asimétrica Asistida por Sulfóxidos (Prof. José Luis García Ruano)
Química Sostenible (Prof. Angel Rumbero )
Nanociencia y Materiales Moleculares (Prof. Tomás Torres Cebada)
EQUIPAMIENTO CIENTÍFICO E INSTALACIONES
El departamento de química orgánica está situado
en el módulo C-I de la Facultad de Ciencias y la
mayor parte de sus laboratorios acaban de ser
remodelados y dotados de nuevo equipamiento de
laboratorio. La gran mayoría de los laboratorios de
investigación disponen del todo el equipamiento
necesario para llevar a cabo sus trabajos. Este
equipamiento se ve completado con equipamiento
común en salas especialmente dedicadas a ello
(HPLC, Espectrofotómetros UV/vis, Fluorimetría e
Infrarrojo, Espectropolarímetro, hidrogenador a
presión, etc.)
Asimismo a través del Servicio Interdepartamental de Investigación (SIdI) los grupos del Departamento
tiene a su disposición el equipamiento mas moderno para llevar a cabo sus tareas. Entre este equipa-
miento cabe destacar:
Espectrómetros de masas
Equipos de Resonancia Magnética Nuclear de líquidos y sólidos
Analizadores de C, H, N, S y multielementales (ICP/MS y Fluorescencia de rayos X)
Equipos de Difracción de Rayos X para muestras mono y policristalinas
Cromatografía de gases y de líquidos
Análisis Térmico (Termogravimetría y Calorimetría diferencial de barrido)
Microscopía Electrónica (transmisión, barrido y nanolitografía)
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Sólidos Organo-inorgánicos y Sondas Luminiscentes (LUMILA) http://www.uam.es/lumila
Actualmente el grupo trabaja en el laboratorio C‐I‐207
y en el trabajan 9 investigadores, tres de ellos profeso‐
res:
Ernesto Brunet (Catedrático)
Juan Carlos Rodríguez Ubis (Catedrático)
Olga Juanes (Profesora Titular)
Estudiantes de doctorado: Carlos Cerro Martín Laura Jiménez García‐Patrón María de Victoria Rodríguez Elena Rodríguez Payán Alvaro Salvador A pesar de que el nombre del grupo recoge las dos líneas sobre las que se centra su trabajo en la actualidad, sus intereses están enfocados en el área de la química Supramolecular. Esta denominación engloba el estudio de aque‐llos procesos que van mas allá de las propiedades de la molécula en solitario para estudiar su comportamento con otras moléculas o especies químicas mediante las posible interacciones que puedan ponerse en juego. Esta deno‐minación es debida al profesor Jean Marie Lehn, premio Nobel de Química 1987, con quien Juan Carlos Rodríguez Ubis tuvo la oportunidad de realizar una estancia postdoctoral. Esta disciplina destaca principalmente por su carácter aplicado o dicho de otro modo, su objetivo es el de producir nuevas propiedades que no podrían encontrarse en el seno de una simple molécula. Un ejemplo de esta caracterís‐tica puede, por ejemplo comprobarse en el ejemplo descrito en el esquema: En la estructura representada la coordinación con un átomo metálico provoca el giro de las dos parte de la molécu‐la, lo que supone un impedimento al reconocimiento en la complejación de sales de diamonio (derecha). La propie‐dad observada es la variación en la capacidad de transporte de estas aminas regulada por la complejación metálica, en lo que se trataría de un modelo supramolecular del fenómeno del alosterismo observado con frecuencia en sis‐
temas biológicos. Con estos principios se han venido desarrollando distintos tipos de sistemas supramoleculares con intereses en los campos de la quí‐mica siguientes: Moléculas marcadores lumino‐sas (sondas luminiscentes) basadas en iones lantánidos Sistemas de éteres corona co‐mo reactivos para síntesis asimétrica Materiales órgano‐inorgánicos basados en fosfatos inorgánicos y fosfonatos orgánicos con los siguientes objeti‐vos
Sistemas con memoria quiral Complejación selectiva de iones Control de geometría de sistemas porosos Sistemas con actividad fotovoltaica Materiales fotónicos basados en iones lantánidos Materiales para el almacenamiento de hidrógeno
Zn2+
N
N
N
N
N
OO
OO
O
O
O
O
N
O
O
NN
N
N
O O
N
OO
O
OO
O
NO
O
N+
H
H
H CH2
CH2
CH2
CH2
N+
HH
H
Zn2+
NH3+
NH3+
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Las características del tipo de química sobre el que trabaja el grupo supone una ampliación en el tipo de técnicas instrumentales habitualmente utilizadas en un laboratorio de química orgánica dedicado a la investigación. En este sentido el estudio de materiales permite adentrarse en técnicas para el estudio de compuestos en fase sólida, que si son, sin embargo empleados en laboratorios de química orgánica y farmaceútica a nivel industrial, asimismo am‐pliar conocimientos en otras técnicas menos conocidas para el químico orgánico. Entre este tipo de técnicas tanto podríamos mencionar:
Resonancia magnética nuclear en fase sólida Difracción de rayos X en medios mono y policristalinos Análisis térmico (termogravimetría, calorimetría diferencial de barrido) Adsorción de gases (medidas de porosidad) Fluorimetría (f. sólida y líquida) Espectroscopía UV/vis y FT‐IR (líquido y reflectancia difusa) Potenciometría Etc.
Una breve introducción a los dos campos principales de investigación pretende ayudar a comprender la amplia va‐riedad de conocimientos puestos en juego para el desarrollo de estos proyectos. Sondas luminiscentes Las estructuras sobre las que se basan este tipo de compuestos están compuestas de una estructura orgánica capaz de absorber luz de forma eficaz (ver figura) para poder transmitirla hacia un ion trivalente de Europio o Terbio, lo‐grando que estos emitan luz característica de estos iones (rojo y verde respectivamente) a gran distancia respecto de la luz absorbida (desplazamiento de Stokes), lo que permite minimizar interferencias del medio y conseguir de‐tectar su emisión a concentraciones extremadamente bajas < 10‐8 M. Si estos compuestos se fijan sobre una bio‐molécula; proteína, anticuerpo, oligonucleótido permiten determinar el desarrollo de reacciones biológicas; enzima sustrato, antígeno‐anticuerpo, etc. con sensibilidades extraordinariamente altas.
El objetivo es poder disponer de estructuras orgánicas, como en la figura los anillos de pirazol‐piridina‐pirazol, que dispongan de las características de absorción de luz óptimas (longitud de onda y eficacia de la absorción) y sean capaces de transmitir esta energía de forma neta al ion complejado mostrando el máximo de emisión y en conse‐cuencia la máxima sensibilidad de la sonda, en la que an la figura el grupo isotiocianato sirve como anclaje frente a grupos amino de por ejemplo estructuras proteicas. En el laboratorio se han sintetizado numerosas estructuras similares a las representadas y aplicado en ensayos in‐
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Materiales órgano‐inorgánicos basados en fosfatos inorgánicos y fosfonatos El trabajo sobre este tipo de compuestos se basa en que a partir de un material de base, comúnmente fosfato de zirconio, es posible incorporar de modo ordenado y controlado todo tipo de estructuras orgánica en forma de fos‐fonato. Sobre la estructura laminar del fosfato de zirconio es pues posible , como se se tratase de un Lego, colocar estructuras orgánicas con distintos objetivos, aunque con una misma idea conductura; lograr que la disposición or‐denada d e estos restos orgánicos origine nuevas interacciones y propiedades que las estructuras orgánicas aisladas no podrían conseguir. A continuación se representan esquemas de algunos sitemas preparados y las propiedades conseguidas con ellos:
Cavidades Quirales de tamaño controlado
Materiales fotónicos
Materiales fotoactivos
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Otras áreas de interés En el grupo se desarrollan otras actividades de investigación en colaboración con empresas como un modo de des‐arrollar también investigación de carácter aplicado así como de disponer de financiación para becas para los alum‐nos que se incorporan al grupo. Este tipo de investigación se centra en la síntesis y caracterización estructural de compuestos farmacológicamente activos, algunas de cuyas estructuras se recogen a continuación. El grupo también mantiene diferentes colaboraciones con laboratorios de investigación de universidades naciona‐les e internacionales sobre algunos de los temas de investigación expuestos aquí. Cualquier información adicional podrá ser obtenido de cualquiera de los miembros del grupo citados anteriormen‐te. El laboratorio del grupo es el C‐I‐207. Algunas publicaciones recientes del grupo: Ernesto Brunet, Marina Alonso, Carlos Cerro, Olga Juanes, Juan‐Carlos Rodríguez‐Ubis, and Ángel E. Kaifer A Luminescence and Electrochemical Study of Photoinduced Electron Transfer within the Layers of Zirconium Phosphate Advanced Functional Materials. Volumen: 17(10) Páginas, inicial: 1603 final: 1610 Fecha: 2007 Ricardo O.Freire*, SuzanaP.Vila‐Nova, Ernesto Brunet, Olga Juanes, Juan C. Rodríguez‐Ubis*, Severino Alves Jr. Structure elucidation of lanthanide complexes by theoretical tools Novel pyrazole–pyridineTb(III) tripod. Chemical Physics Letters Volumen: 443 Páginas, inicial: 378 final: 382 Fecha: 2007 Brunet, Ernesto; Cerro, Carlos; Juanes, Olga; Rodriguez‐Ubis, Juan Carlos; Clearfield, Abraham. Hydrogen storage in highly microporous solids derived from aluminium biphenyldiphosphonate Journal of Materials Science Volumen:43(3) Páginas, inicial:1155 final:1158 Fecha: 2008 Brunet, Ernesto; Alonso, Marina; Quintana, M. Carmen; Atienzar, Pedro; Juanes, Olga; Rodriguez‐Ubis, Juan Carlos; Garcia, Hermenegildo Laser Flash‐Photolysis Study of Organic‐Inorganic Materials Derived from Zirconium Phosphates/Phosphonates of Ru(bpy)3 and C60 as electron Donor‐Aceptor Pairs Journal of Physical Chemistry C, Volumen: 112(15) Páginas, inicial: 5699 final: 5702 Fecha: 2008 Brunet, Ernesto; Parra, Francisco; Mantecon, Susana; Juanes, Olga; Rodriguez‐Ubis, Juan Carlos; Cruzado, M. Carmen; Asensio, Ramon Novel erythromycin A9‐tritylhydrazone: selective 6‐O‐methylation and conformational analysis Tetrahedron Letters Volumen:49(18) Páginas, inicial:2911 final:2915 Fecha: 2008 Laura Teruel, Marina Alonso, M. Carmen Quintana, Álvaro Salvador, Olga Juanes, Juan Carlos Rodriguez‐Ubis, Ernesto Brunet, Hermenegildo García Photovoltaic Activity of Layered Zirconium Phosphates Containing Covalently Grafted Ruthenium Tris(bipyridyl) and Diquat Phosphonates as Electron Donor/Acceptor Sites Phys. Chem. Chem. Phys. Volumen:11 Páginas, inicial:2922 final:2927 Fecha: 2009 Ernesto Brunet, Hussein M.H. Alhendawi, Olga Juanes, Laura Jiménez and Juan Carlos Rodríguez‐Ubis Luminescence of Lanthanides in Pillared Zirconium Phosphate Journal of Materials Chemistry Volumen:19 Páginas, inicial:2494 final:2502 Fecha: 2009
O NCH3
OCH3
O
N
O
O
O
O
CH3
CH3 CH3
CH3
H
H
CH3
CH3
CH3
CH3OH
OH
CH3
OH
OH
OCH3
CH3
N
CH3
CH3
OH
O
CH3 O
CH3
CH3
H
O
O OH
O
CH3
CH3
N
CH3
CH3
CH3CH3
Venlafaxina
Terbinafina
AzitromicinaLobastatina
CH3CH3
O
CH3
CH3
OH
CH3
H
CH3
OHH
CH3
O
O
O Na
H
Fusidato sódico
CH3 P
O
O
O-
OH
NH3+
OHOH
OH
Fosfomicina trometamol
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Grupo de Química Organometálica aplicada a síntesis
Nuestro grupo de investigación se encuentra formado por los Profesores Diego J. Cárdenas y Elena Buñuel y
seis estudiantes de doctorado. En este grupo puedes adquirir formación en síntesis de compuestos orgánicos, cata‐
lizadores organometálicos, mecanismos de reacción y química computacional.
Actualmente llevamos a cabo diversos proyectos en diferentes áreas.
1‐ Desarrollo de nuevos métodos catalíticos para la preparación eficaz de enlaces carbono‐carbono y carbono‐
boro.
Es decir, aprovechamos la reactividad de los complejos de metales de transición para inventar métodos que
permitan preparar moléculas de modo eficaz y selectivo. Por ejemplo, esta reacción de borilación en la que se for‐
man derivados policíclicos en una sola operación:
O esta otra reacción catalizada por Ni en la que se pueden formar dos enlaces C‐C en presencia de grupos
funcionales sin necesidad de protegerlos y de modo estereoselectivo:
Para mejorar los procesos es necesario conocer el mecanismo, por ello estamos también interesados en
saber cómo tienen lugar las reacciones. Entre otras técnicas, empleamos la química computacional. Ello nos ha per‐
mitido, por ejemplo, descubrir que la reacción mencionada anteriormente está catalizada por complejos de Ni(I) y
que es radicálica. El estado de transición calculado para la etapa clave tiene este aspecto:
OB
OB
O
O+
Pd(OAc)2 (5 mol %)
tolueno, 50ºC
MeOH (1 equiv)
E
E
EE
B
E
E E
E
OOR
R'R
R'
E = CO2CH3
O O
I
BrZn OCH3
O
OO
OCH3
O
H
H
[NiLn]+
2.698 Å
2.923 Å
N
N
N
NiCH3
I
CH3
CH3
N
N
NNi
CH3
I
H3C CH3
H
+
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2‐ Preparación de compuestos organometálicos con propiedades electroluminiscentes para la fabricación de
OLEDs.
Los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) están reemplazando a las fuentes de luz tradicionales
(bombillas de incadescencia o fluorescentes) por su menor consumo. Se usan habitualmente en linternas y en
semáforos, por ejemplo, y ya se han comercializado televisores basados en esta tecnología. Están formados por
compuestos capaces de emitir luz al atravesarlos una corriente eléctrica.
Estamos preparando compuestos organometálicos que puedan tener propiedades mejoradas respecto a los
derivados conocidos. Así, hemos preparado complejos bimetálicos de Au y Pt y otros basados en Cu.
Modificando la estructura de los compuestos puede controlarse la eficacia de la emisión y el color de la luz
emitida.
NNM
MLn MLnN
N XM
MLn= NNPt
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GRUPO DE INVESTIGACIÓN M. Carmen Carreño (http://www.uam.es/gruposinv/quinonso/research) Introducción
La estructura tridimensional de las moléculas orgánicas juega un papel esencial en sus propiedades biológi‐cas porque el reconocimiento de los enantiómeros por parte de los receptores naturales depende de ella. Como es bien sabido, las propiedades de dos enantiómeros pueden ser diametralmente opuestas haciendo de ellos produc‐tos beneficiosos o nocivos para los seres vivos. Como consecuencia, el control de la configuración relativa y absolu‐ta de sus elementos estereogénicos, constituye un reto fundamental a la hora de diseñar su síntesis. La investiga‐ción desarrollada por nosotros se ha centrado en el desarrollo y aplicaciones de la reacciones dominó asimétricas con el fin de conseguir aproximaciones sintéticas lo más rápidas y eficientes posibles a moléculas enantiomérica‐mente puras. Con este fin la investigación está dirigida hacia nuevas aplicaciones en síntesis asimétrica de sulfóxidos, quinonas y quinoles o quinaminas y derivados quinónicos de ácidos borónicos. Diversos estudios metodológicos sobre siste‐mas modelo han abierto el camino a nuevas aplicaciones sintéticas que dirigidas a la preparación de productos na‐turales que muestren propiedades biológicas interesantes así como análogos sintéticos con propiedades mejora‐das. La utilidad de las metodologías puestas a punto en nuestro grupo de investigación puede ilustrarse, por ejem‐plo, con la síntesis de una gran variedad de anguciclinonas, un tipo de compuestos que posee propiedades antibi‐óticas y antitumoralers, así como de diferentes carboazúcares. Otro interés investigador de nuestro grupo se centra en la preparación de moléculas quirales que carecen de carbonos estereogénicos, haciendo especial mención en la preparación de helicenos o moléculas de tipo helicénico que presentan quiralidad helicoidal. Estos derivados enan‐tiopuros presentan propiedades que pueden encontrar aplicación en el diseño de nuevos materiales.
Otra línea de investigación reciente se basa en la síntesis de azocompuestos que presentan elementos qui‐rales como centros estereogénicos o estructuras helicoidales. El estudio de sus procesos de fotoisomerización ha puesto de manifiesto unas respuestas quirópticas muy diferentes de otras conocidas. Estos nuevos azobencenos quirales cumplen las condiciones comportarse como eficientes interruptores moleculares ópticos.
Proyectos Actuales
Los temas de investigación que se desarrollan actualmente en nuestro laboratorio son los siguientes: ‐Síntesis Asimétrica de Productos Naturales a partir de sulfóxidos quirales. ‐Estudio y aplicaciones sintéticas de la desaromatización oxidante de fenoles con Oxono. ‐Síntesis y aplicaciones de ácidos 2‐quinonil borónicos. ‐Nuevas aproximaciones sintéticas hacia nuevos materiales: helicenoquinonas quirales, azobenzenos enantio‐puros con quiralidad central, axial y helicoidal.
Síntesis Total de productos naturales
Ciclohexanos polioxigenados naturales
El fragmento de (ß)‐hidroxisulfóxido presente en numerosos [(p‐tolilsulfinil)metil]‐p‐quinoles enantiomérica‐
mente puros como en el compuesto 1, permite la adición conjugada de diferentes reactivos organoalumínicos so‐
bre la unidad de ciclohexadienona, de forma quimio y estereocontrolada. Este fragmento puede además actuar
como protector quiral de un grupo carbonilo, tras oxidación a sulfona y tratamiento en medio básico, que provoca
la eliminación de metil p‐tolilsulfona a través de un proceso de retroadición. Utilizando estas dos transformaciones
como etapas clave, se ha completado la síntesis total enantioselectiva de diferentes productos naturales, como los
dos enantiómeros de la Dihidroepiepoformina, (‐)‐Gabosina O, (+)‐Epiepoformina, (‐)‐Theobróxido y (+)‐4‐
Epigabosina A y Gabosina A.
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Síntesis Total de Anguciclinonas La síntesis convergente enantioselectiva de los productos naturales de tipo anguciclinona Rubiginonas A2
and C2, que poseen propiedades antibióticas y antitumorales, y sus 11‐metoxi derivados regioisomeros 6, se ha lle‐vado a cabo utilizando dos procesos dominó a partir de un intermedio común, el 1‐vinilciclohexeno enantiopuro 3. Las etapas clave en la síntesis de este dieno fueron la adición conjugada de AlMe3 sobre el (SS)‐[(p‐tolilsulfinil)metil]‐p‐quinol 1 y la eliminación del fragmento de ß‐hidroxi sulfóxido, tras oxidación a la correspondiente sulfona, para recuperar el grupo carbonilo. La primera secuencia domino constaba de una reacción de Diels‐Alder seguida de eli‐minación del sulfóxido. La regioselectiviad opuesta en la etapa de cicloadición pudo conseguirse de una manera eficiente en la construcción convergente del esqueleto tetracíclico utilizando el sulfóxido en las posiciones C‐2 o C‐3 de los filodienos 4 ó 5, derivados de la 5‐metoxi‐1,4‐naftoquinona. El segundo proceso dominó se basó en el uso de óxígeno y luz solar para llevar a cabo la transformación de los aductos tetracíclicos iniciales en los productos finales tras aromatización del anillo B, desprotección del grupo sililo y oxidación de la posición C‐1, que transcurren en una única etapa.
Éteres cíclicos naturales Los productos naturales que presentan un fragmento heterocíclico oxigenado en su estructura son accesi‐
bles, en su forma enantiopura, a través de la ciclación reductora de w‐ceto‐b‐hidroxi sulfóxidos como 7, o su he‐
miacetal en equilibrio 8, fácilmente accesibles a su vez por reducción estereocontrolada de un b‐cetosulfóxido en‐
antiopuro precursor. Esta metodología se ha aplicado en la síntesis total enantioselectiva del (+)‐Goniothalesdiol, (‐)
‐Centrolobina, (+)‐Isolaurepano y (+) y (‐)‐Lautisano. Por otro lado, se han sintetizado estructuras de dihidroben‐
zopiranos 11 directamente a partir de los b‐cetosulfóxidos/ hemiacetales 9/10. El Nebivolol, un conocido medica‐
mento contra la hipertensión, se ha sintetizado eficazmente utilizando esta reacción como etapa clave.
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Desaromatización Oxidante de Fenoles Otra línea de investigación iniciada recientemente en nuestro grupo de investigación corresponde al estu‐
dio y aplicaciones sintéticas de una nueva reacción de desaromatización oxidante de fenoles utilizando Oxono co‐mo fuente de oxígeno singlete. Así, la reacción de p‐alquil fenoles sustituidos con Oxono en presencia de NaHCO3 da lugar a p‐peroxi quinoles 11 en condiciones muy suaves y con buenos rendimientos. Cuando al crudo de esta reacción se le añade un reductor como el Na2S2O3, se obtienen los correspondientes p‐quinoles 12 de una manera sencilla y eficaz, en una única etapa de reacción.
El mecanismo de la reacción transcurre a través de una cicloadición [4+2] entre el fenol, que actúa como dieno, y el oxígeno singlete, generado por la degradación del oxono en medio básico, que actúa como filodieno, para dar lugar al correspondiente aducto de Diels‐Alder (endoperóxido), que evoluciona en el medio de reacción hacia los productos finales (p‐peroxi quinoles). Una de las primeras aplicaciones sintéticas que se han desarrollado a partir de este proceso ha sido la utili‐zación de p‐peroxi quinoles con cadenas alquílicas hidroxiladas en C‐4 como 13, para la preparación estereoselecti‐va de epóxidos tricíclicos como 14. Las moléculas objetivo presentan estructuras de hidrobenzofurano o hidroben‐zopirano polioxigenado, y poseen hasta cinco centros estereogénicos. La síntesis transcurre a partir de 13, en un proceso tandem catalítico ácido‐base muy eficiente. Aplicando esta estrategia, se ha completado la primera síntesis total, del hidrobenzofurano natural Cleroindicina D en 3 pasos de síntesis y un rendimiento global del 36% a partir de un fenol comercial. Esta síntesis ha permito revisar la estructura del producto natural que había sido incorrecta‐mente asignada.
Nuevos Materiales Síntesis Asimétrica de Estructuras Helicoidales Nuestro grupo de investigación ha llevado a cabo el estudio de las reacciones de Diels‐Alder con sulfinil
benzoquinonas enantiopuras como 15. La investigación desarrollada ha permitido demostrar que el sulfóxido es capaz de controlar la regioselectividad así como las diastereoselectividades endo y p‐facial de las cicloadiciones. El proceso da lugar a la formación directa de productos enantiopuros 18 resultantes de la secuencia dominó, reacción de Diels–Alder seguida de la eliminación pirolítica espontánea del sulfóxido y la oxidación del anillo B en presencia de un exceso de quinona 15. Estas reacciones dominó se han aplicado a la síntesis de helicenoquinonas enantiopu‐ras de diferente tamaño (4, 5 y 7 ciclos), como las [4]helicenoquinonas 18 representadas, que se forman en una sola etapa y con elevados excesos enantioméricos, por reacción directa entre 15 y dienos como 16. Estos sistemas helicoidales muestran propiedades de aplicación directa en el campo de nuevos materiales como, por ejemplo, su uso como agentes dopantes quirales en la preparación de cristales líquidos.
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Síntesis de Sulfinil Azobencenos Enantiopuros: un Nuevo Tipo de Interruptores Moleculares.
Además de su uso en síntesis asimétrica, nuestro grupo de investigación ha demostrado que los sulfóxidos
pueden transferir su quiralidad a un grupo azo cuando están directamente unidos a un anillo aromático de los azo‐
benzenos. Los cambios sencillos y reversibles que se producen entre los diferentes estados conformacionales pue‐
den ser aplicados en el fotocontrol de numerosos interruptores moleculares. Los azobencenos 2‐ ó 3‐ p‐tolilsulfinil
sustituidos como 19 ó 20 se ha sintetizado regioselectivamente y en forma ópticamente pura, a partir de arilhidrazi‐
nas comerciales y p‐tolilsulfinil bisacetales de quinonas. El proceso de fotoisomerización, estudiado por UV/vis, CD,
RMN y HPLC quiral, ha puesto de manifiesto que la presencia del sulfóxido en C‐3 induce una eficaz transferencia
de quiralidad desde el azufre estereogénico al grupo N=N en ambos isómeros trans y cis, mientras que cuando el
sulfóxido está situado en C‐2, esta transferencia de quiralidad se observa solamente en el isómero cis. Los estudios
de RMN demostraron que esta diferente respuesta quiróptica es una consecuencia de la conformación fijada por el
sulfóxido. Así, el grupo p‐tolilsulfinilo quiral en el azobenceno está actuando como el tallo de un girasol, donde
según la exposición a la luz se induce un fototropismo concreto. Por lo tanto se ha logrado describir un interruptor
quiral fotomodulable, con una conformación rígida y compacta y con una respuesta quiral dirigida. El cambio senci‐
llo y reversible observado entre los diferentes estados conformacionales podría ser aplicado en el fotocontrol de
diversos procesos moleculares.
Colaboraciones Nuestro grupo de trabajo mantiene distintas colaboraciones con grupos de investigación de universidades europe‐as: Professor Françoise Colobert, Ecole Européenne de Chimie, Polymères et Matériaux (ECPM) CPM, Université de Strasbourg (Francia) Professor Gian Piero Spada, Università di Bologna (Italia)
Componentes del grupo: Ver página web: http://www.uam.es/gruposinv/quinonso/research
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GRUPO: DESARROLLO DE MÉTODOS EN CATÁLISIS ASIMÉTRICA Facultad de Ciencias; Departamento de Química Orgánica; L‐408, Tel. 914973925 y 914974709
Investigador responsable: Prof. Juan Carlos Carretero
Personal investigador
Miembros permanentes:
Dr. Juan Carlos Carretero Gonzálvez (Catedrático; [email protected]) Dra. Inés Alonso Montero (Profesora Titular; [email protected]) Dr. Ramón Gómez Arrayás (Profesor Titular; [email protected]) Dr. Francisco Javier Adrio Sevilla (Profesor Contratado Doctor; [email protected])
Doctorandos:
Lda. Rocío Robles Machín (Contratada predoctoral) Ldo. Jorge Hernández Toribio (Becario predoctoral FPU) Lda. Ana Mª López Pérez (Becaria predoctoral CM) Ldo. Alfonso García Rubia (Becario predoctoral FPI) Lda. Beatriz Urones Ruano (Becaria predoctoral FPU) Lda. Silvia Padilla Olivares (Contratada predoctoral) Lda. María González Esguevillas (Contratada predoctoral)
Líneas de investigación
La actividad de nuestro grupo se centra en el desarrollo de nuevos métodos en catálisis asimétrica y quí‐mica organometálica, así como su aplicación a la síntesis de productos de interés en química médica y ciencia de materiales.
Multitud de moléculas presentan quiralidad, propiedad generalmente determinada por la presencia de un carbono unido a cuatro sustituyentes distintos (carbono asimétrico). Una molécula quiral y su imagen especular (no superponible) se denominan enantiómeros. Muchas moléculas de gran relevancia en la naturaleza son quirales (por ejemplo proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos o esteroides) y reconocen una pareja de enantiómeros como dos sustancias distintas e interaccionan con ellas de forma diferente. Esto es especialmente relevante en el caso de los fármacos, donde frecuentemente sólo un enantiómero produce los efectos terapéuticos deseados, siendo el otro inactivo o incluso tóxico.
La catálisis asimétrica ofrece la solución más atractiva al reto de preparar un producto quiral enantiopuro a partir de sustratos no quirales. El hecho de que una sola molécula de un catalizador quiral pueda inducir la forma‐ción de miles de moléculas de producto con elevada enantioselectividad se traduce en una disminución de los cos‐tes energéticos y medioambientales, haciendo que esta estrategia sea cada vez más atractiva para la industria. En este sentido, la concesión del Premio Nobel de Química de 2001 a William S. Knowles, R. Noyori y K. B. Sharpless por sus trabajos pioneros y primeras aplicaciones en catálisis asimétrica representa un reconocimiento expreso del extraordinario interés académico e industrial de este tipo de procesos.
Pareja de enantiómeros Esquema general del ciclo catalítico en procesos de catálisis asimétrica
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Áreas concretas y resultados recientes de nuestro grupo investigador
Diseño de nuevos catalizadores quirales con estructura ferrocénica
En el año 2003 nuestro grupo describió una nueva familia de catalizadores quirales basados en ligandos de fe‐rroceno con quiralidad planar, denominados Fesulphos. En los últimos años estos catalizadores están demostrando ser muy eficaces en diversas reacciones de gran valor sintético catalizadas por metales de transición. Desde el año 2007 el ligando Fesulphos modelo es comercial. A continuación se muestran algunos ejemplos publicados.
Nuevos sustratos coordinantes en química organometálica y catálisis asimétrica
Nuestro grupo investigador ha sido pionero en utilización de sustratos aquirales portadores de un grupo auxi‐liar heteroaril sulfonilo N‐coordinante en reacciones catalizadas por metales de transición. La asociación de dicho grupo con el metal de transición produce un “efecto activante” al acercar el reactivo organometálico al centro de reacción. Por ejemplo, los grupos N‐(2‐piridil) y N‐(8‐quinolil) sulfonilo han permitido desarrollar variantes inéditas de reacciones de adición y cicloadición a vinil sulfonas y N‐sulfonil iminas.
Rh(acac)C2H4
ChiraphosSO2Py
Org. Lett. 2004, 6, 3195; Adv. Synth. Catal. 2004, 346, 1651; Chem. Commun. 2005, 496;ee = 94%
+
OPr Ni(ClO4)2·6H2ONS
OO N
N
SO2(8-Q)
OPr
J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 1480; Synthesis 2009, 113
DBFOX-Ph
ee = 92%
Reacción de aza Diels-Alder asimétrica
Reacciones organometálicas de vinil- y alil sulfonas
S
O O
NPh
Me
PhB(OH)2
Ph
PhMe
J. Org. Chem. 2007, 72, 9924; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 3329
Ph
NCNC
Ph
O
Me2Zn
OH
Me
Fe P
S
tBu
PdMe
NC-PhX
Ph H
NTs N
O
Ts
PhAgClO4 (10 mol%)
OMe
TMSOFe P
(Naph)2
S
ee > 99%
[(Fesulphos)·CuBr]2
ee = 97%
[Fesulphos·Pd·Me]+
(Cy)2
(0.5 mol%)
(5 mol%)
Desimetrización de alquenos heterobicíclicos Catalizador Fesulphos
Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 3944; J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17938
Reacciones de Diels-Alder y aza Diels-Alder
J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 456; Organometallics. 2005, 24, 557; J. Org. Chem. 2007, 72, 9924
CuBr
tBu
2
Org. Lett. 2006, 8, 2977; Org. Lett. 2008, 10, 4335
+
Reacción de cicloadición 1,3-dipolar
J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16394; Adv. Synth. Catal. 2007, 349, 1714; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 9261;
CO2Me
N Me
Ph
SO2Ph
PhO2S
NH
CO2MePhMeCuClO4
1. Fesulphos
(3 mol%)
ee = 98%2. Na(Hg)
Fe PPh2
StBu
J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10084; Org. Lett. 2009, 11, 393;
Fesulphos
15
Reacción de Pauson‐Khand
Las reacciones tipo Pauson‐Khand son uno de los métodos más eficaces y económicos para la preparación de ciclo‐pentenonas y butenolidas. Nuestro grupo de investigación ha descrito recientemen‐te que la utilización de complejos de mo‐libdeno altamente reactivos permite una ampliación significativa del alcance es‐tructural del proceso.
Aplicaciones en síntesis de productos bioactivos y ciencia de materiales.
En la figura siguiente se recoge una selección de productos con interés biológico o en ciencia de materiales que han sido sintetizados recientemente por nuestro grupo investigador
Proyectos financiados
Desde el año 1990 el grupo recibe financiación de diversos organismos y entidades, especialmente del Plan Nacional de I+D+I y de la Comunidad de Madrid. En la actualidad están en vigor los siguientes proyectos:
Desarrollo de estrategias innovadoras en catálisis asimétrica: Nuevos ligandos quirales de ferroceno y procesos enantioselectivos basados en sustratos coordinantes (MEC; 2006‐2009).
Desarrollo de Estrategias Innovadoras en Cicloadiciones 1,3‐Dipolares con Iluros de Azometino: Aplicaciones en Catálisis Asimétrica, Síntesis de oligopirroles y Porfirinas Expandidas (UAM‐Comunidad de Madrid; 2009).
H
NS
OO
N
96% ee
CO2Me
NHSO2(8-Q)
NHBn
Et3N
N
Ph
Me 2. NaBH4
anti:syn = 96:4
1. Fesulphos-CuClO4
S
S
Reacción de Mannich directa con iminas de glicinato
J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 16150
CO2MeMe
OO
O
nBu
Me
H
O H
Dihidrocanadensolido, metabolito natural con actividad antifúngica.
N
OH
OMe
MeO
NH
HO OH
H2N
OH
N
NNBn Bn
NH
CO2MeHN
MeO2C
Bn
HO
OHHO
NH2
OHHO
S
MeO
OMe
F
F
Lasubinas I y II alcaloides quinolicidínicos aislados de lasplantas de la familia Lythraceae
Azanucleosido de Schramminhibidor de la hidrolasatripanosómica
Oligopirroles con potencial aplicación como cables moleculares Triarilmetanos, agentes fotocrómicos
y fotosensibilizadores
Productos biológicamente activos
Productos de interés en ciencia de materiales
Aminociclopentitol presente en el hopanoide de lasZymomonas mobilis
J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 778 J. Org. Chem. 2007, 72, 10294 J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10084 Chem. Eur. J. 2004, 10, 5443
Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 629Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 9261
16
Experiencia investigadora y capacidad formativa del grupo
45 artículos publicados en los últimos cinco años (2004‐09), muy mayoritariamente en las revistas de mayor índice de impacto en química (Angew. Chem. Int. Ed.; J. Am. Chem. Soc.; Chemistry Eur. J. y Chem. Commun.) y química orgánica (Adv. Synth. Catal.; Org. Lett.; J. Org. Chem. y Organometallics).
30 conferencias impartidas por invitación en congresos internacionales, nacionales, jornadas científicas y confe‐rencias de departamento durante los últimos cinco años.
7 tesis doctorales presentadas en los últimos cinco años, todas con la máxima calificación (Cum Laude). Cuatro de ellas han recibido premios muy selectivos a la mejor tesis doctoral, por parte de la Sección Territorial de Madrid de la Real Sociedad Española de Química (Marta Rodríguez, 2005 y Jorge Esquivias, 2009) y de la empresa Lilly S.A. (Olga García, 2004; Silvia Cabrera, 2005 y Jorge Esquivias, 2007).
Antiguos miembros del grupo: desde la presentación de la primera Tesis Doctoral en 1993, la práctica totalidad de los antiguos miembros del grupo han continuado su trayectoria profesional en el ámbito de la investigación en quí‐mica, tanto en centros públicos nacionales (UAM, CSIC) e internacionales (fundamentalmente universidades de USA, Alemania, Holanda y Suiza), como en el ámbito de empresas farmacéuticas (Lilly S. A., Glaxo‐Smitkline S. A. y Pharmamar S. A.) o de transferencia tecnológica.
Selección de publicaciones recientes (2004-2009)
Olga García, Ramón Gómez Arrayás, Juan C. Carretero. Chiral Copper Complexes of Phosphino Sulfenyl Ferrocenes as Efficient Catalysts for Enantioselective Aza Diels‐Alder Reactions of N‐Sulfonyl Imines; J. Am. Chem. Soc., 126, 456‐457 (2004).
Silvia Cabrera, Ramón Gómez Arrayás, Juan C. Carretero. Planar Chiral Cationic P,S‐complexes as Efficient Catalysts in Enantioselective Alkylative Ring Opening of Oxabicyclic AlKenes; Angew. Chem. Int. Ed., 43, 3944‐3947 (2004).
Marta Rodríguez Rivero, Inés Alonso, Juan C. Carretero. Vinyl Sulfoxides as Stereochemical Controllers in Intermo‐lecular Pauson‐Khand Reactions: Applications to the Enantioselective Synthesis of Natural Cyclopentanoids; Chem. Eur. J., 10, 5443‐5459 (2004).
Silvia Cabrera, Ramón Gómez Arrayás, Juan C. Carretero. Highly Enantioselective Copper(I)‐Fesulphos Catalyzed 1,3‐Dipolar Cycloaddition of Azomethine Ylides; J. Am. Chem. Soc., 127, 16394‐16395 (2005).
Silvia Cabrera, Ramón Gómez Arrayás, Inés Alonso, Juan C. Carretero. Fesulphos‐Palladium(II) Complexes as Well‐Defined Catalysts for Enantioselective Ring Opening of Meso Heterobicyclic Aldenes with Organozinc Reagents; J. Am. Chem. Soc., 127, 17938‐17947 (2005).
Jorge Esquivias, Ramón Gómez Arrayás, Juan C. Carretero. Copper(II)‐Catalyzed Aza Friedel‐Crafts Reaction of N‐(2‐Pyridyl)sulfonyl Aldimines: Synthesis of Unsymmetrical Diarylamines and Triarylmethanes; Angew. Chem. Int. Ed., 45, 629‐633 (2006).
Ramón Gómez Arrayás, Javier Adrio, Juan C. Carretero. Recent Applications of Chiral Ferrocene Ligands in Asymmet‐ric Catalysis; Angew. Chem. Int. Ed., 45, 7674‐7715 (2006).
Inés Alonso, Manuel Alcamí, Pablo Mauleón, Juan C. Carretero. Understanding Sulfone Behavior in Palladium‐catalyzed Domino Reactions with Aryl Iodides; Chem. Eur. J., 12, 4576‐4583 (2006).
Javier Adrio, Juan C. Carretero Butenolide Synthesis by Molybdenum‐mediated Hetero‐Pauson‐Khand Reaction of Alkynyl Aldehydes; J. Am. Chem. Soc., 129, 778‐779 (2007).
Jorge Esquivias, Ramón Gómez Arrayás, Juan C. CarreteroCatalytic Asymmetric Inverse‐Electron‐Demand Diels‐Alder Reaction of N‐Sulfonyl‐1‐Aza‐1,3‐dienes; J. Am. Chem. Soc., 129, 1480‐1481 (2007).
Tomás Llamas, Ramón Gómez Arrayás, Juan C. Carretero. Catalytic Asymmetric Conjugate Reduction of b,b‐Disubstituted a,b‐Unsaturated Sulfones; Angew. Chem. Int. Ed., 46, 3329‐3332 (2007).
Jorge Esquivias, Ramón Gómez‐Arrayás, Juan C. Carretero. Alkylation of N‐(2‐Pyridyl)sulfonyl Aryl Aldimines with Organozinc Halides: Conciliation of Reactivity and Chemoselectivity; Angew. Chem. Int. Ed., 46, 9257‐9260 (2007).
Ana López Pérez, Rocío Robles Machín, Javier Adrio, Jorge Esquivias, Juan C. Carretero. Oligopyrrole Synthesis by 1,3‐Dipolar Cycloaddition of Azomethine Ylides with bis‐Sulfonyl Ethylenes; Angew. Chem. Int. Ed., 46, 9261‐9264 (2007).
Ana López Pérez, Javier Adrio, Juan C. Carretero Bis‐Sulfonyl Ethylene as Masked Acetylene Equivalent in Catalytic Asymmetric [3+2] Cycloaddition of Azomethine Ylides; J. Am. Chem. Soc., 130, 10084‐10085 (2008).
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Síntesis Asimétrica Asistida por Sulfóxidos (ASAS) Miembros que le componen: José Luis García Ruano (Catedrático) Rosario Martín Ramos (Titular) Amelia Tito LLoret (Titular) María del Carmen Maestro Rubio (Titular) Ana María Martín Castro (Titular) Belén Cid de la Plata (Contratada Doctor) Mercedes Rodríguez (Contratada Doctor) Alberto Fraile Carrasco (Ayudante Doctor) José Alemán Lara (Contratado Juan de la Cierva) Alejandro Parra (Becario Predoctoral) Esther Torrente (Becaria Predoctoral) Claudio Gallardo (Becario Predoctoral) Vanesa Marcos (Becaria Predoctoral)
Alberto Nuñez (Becario Predoctoral) Sara Duce (Becaria Predoctoral)
Jose A. Fernández Salas (Becario Predoctoral) Eduardo Rodrigo (Becario Colaboración MEC)
Sara Morales (Becaria colaboración MEC) Leyre Marzo (Becaria Colaboración MEC)
Idoia Gil de Santa María (Becaria colaboración MEC)
Comentarios generales acerca del trabajo realizado en el grupo:
La finalidad del grupo en materia de investigación consiste en desarrollar nuevas metodologías sintéticas. Con el fin de ilustrar su validez, estas metodologías son aplicadas ocasionalmente a la preparación de compuestos de interés farmacológico. El marco general en que se desarrolla el trabajo es el de la química de los compuestos de azufre, centrándose de manera especial en su estereoquímica, siendo los sulfóxidos los principales destinatarios de su atención. La mayor parte de la actividad se desarrolla en el marco de la síntesis asimétrica utizando el grupo sulfini‐lo como elemento de control de la estereoselectividad (de aquí el nombre del grupo). Inducción quiral y organo‐catálisis constituyen los ejes sobre los que pivota su actividad actual.
Líneas de Investigación:
Síntesis de carbociclos y heterociclos pentagonales enantioméricamente puros mediante reacciones de Cicloa‐dición 1,3‐dipolar Asimétricas con Dipolos y Dipolarófilos Sulfinilados
Se estudian las reacciones 1,3‐dipolares de distintos dipolos con dipolarófilos enantiopuros portadores de un grupo sulfinilo quiral, que es el encargado de controlar la regio y la estereoselectividad de los procesos. También se eval‐úan reacciones en que el grupo sulfinilo se incorpora al dipolo. En ambos casos, se obtienen carbociclos y heteroci‐clos de 5 eslabones enantioméricamente puros, conteniendo hasta cinco centros quirales. Su principal interés deri‐va de la amplia distribución de este tipo de esqueletos entre los productos naturales y los compuestos farmacológi‐camente activos. Se indica un esquema general de las últimas reacciones que estamos estudiando.
18
Síntesis y Reactividad de 2‐p‐tolilsulfinil bencilcarbaniones enantiopuros
Constituye actualmente el campo de mayor actividad. Está basado en la capacidad del grupo sulfinilo como induc‐tor quiral remoto, que le permite estabilizar, química y configuracionalmente, carbaniones localizados en posicio‐nes alejadas, permitiéndoles se evolución altamente estereoselectiva con numerosos electrófilos. En este caso, las posiciones ocupadas por el carbanión son las bencílicas, lo que hace posible llevar a cabo reacciones de bencilación estereocontroladas que conducen a compuestos enantiopuros con centros bencílicos quirales, cuya presencia en la naturaleza es muy frecuente. Además de su importancia intrínseca, los productos resultantes constituyen excelen‐tes sintones quirales para la prepación de moléculas más complejas y ligandos de relevancia en catálisis asimétrica. En el esquema siguiente se ilustran un esquema general y algunas de las reacciones que se están investigando aho‐ra.
Estudio de reacciones de sulfóxidos que transcurren a través de radicales libres y carbocationes
Dado el éxito cosechado en el apartado B), se están iniciando estudios encaminados a comprobar la eficacia de los grupos sulfinilo en el control de configuración de centros radicálicos y carbacatiónicos remotos. En el esquema, se indican los estudios a realizar para cationes bencílicos.
Organocatálisis
Recientemente incorporados a este campo, existen dos líneas de trabajo que se diferencian en la naturaleza de los catalizadores utilizados. Una de ellas emplea derivados de la chincona y la otra los de tipo prolina. Aunque el tipo de reacciones que se estudian es muy diverso, nuestra intención es explotar la versatilidad sintética de las funcio‐nes de azufre, por lo que nos centraremos en el estudio de reactivos que contengan dichas funciones (W o W’ en el esquema son tioeteres, sulfóxidos ó sulfonas).
::
: :
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Publicaciones recientes
A continuación se indican las últimas publicaciones emanadas de las distintas líneas de investigación antes mencio‐nadas (desde el comienzo de 2008).
1) Acyclic Dialkyl Sulfoxides and Derivatives. García Ruano, J. L.; Cid, M. B.; Martín Castro A.M.; Alemán J. Science of Synthesis (Houben‐Weyl), 2008, 39, 245‐390.
2) Cyclic Dialkyl Sulfoxides and Derivatives. García Ruano, J. L.; Cid, M. B.; Martín Castro A.M.; Alemán J. Science of Synthesis (Houben‐Weyl), 2008, 39, 757‐810.
3) An Efficient Method for the Synthesis of Nitropiperidones. Garcia Ruano, J. L.; de Haro, T.; Singh, R.; Cid, B. J. Org. Chem. 2008, 73, 1150‐1153.
4) Mild and general method for the synthesis of sulfonamides. García Ruano, J. L.; Parra, A.; Yuste, F.; Mastranzo, V.M. Synthesis 2008, 311‐319.
5) Efficient Synthesis of Disulfides by Air Oxidation of Thiols under Sonication. García Ruano, J. L.; Parra, A.; Ale‐mán, J. Green Chemistry, 2008, 10, 706.
6) Configurational Control of Benzyl Carbanion–Copper Complexes by Sulfinyl Groups: Synthesis of Optically Pure Allenes with Central and Axial Chirality. García Ruano, J. L.; Marcos, V.; Alemán, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 6836. (Destacado en SYNFACTS por M. Lautens, Synfacts 2008, 11, 1172)
7) Anionic–Anionic Asymmetric Tandem Reactions: One‐Pot Synthesis of Optically Pure Fluorinated Indolines from 2‐p‐Tolylsulfinyl Alkylbenzenes. García Ruano, J. L.; Alemán, J.; Catalán, S.; Marcos, V.; Monteagudo, S.; Parra, A.; del Pozo, C.; Fustero, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7941.
8) Stereoselective Alkylidenation of Ketones with 2‐(p‐Toluenesulfinyl)benzyl Iodide: Synthesis of Enantiomerically Pure Trisubstituted Epoxides. Arroyo, Y.; Meana, A. Sanz‐Tejedor, M. A.; Garcia Ruano, J. L. Org. Let. 2008, 10, 2151‐2154
9) Pyrrolo[2,1‐b]thiazol Derivatives by Asymmetric 1,3‐Dipolar Reactions of Thiazolium Azomethine Ylides to Acti‐vated Vinyl Sulfoxides García Ruano, J. L.; Fraile, A.; Martin, A. M.; González, G.; Fajardo, C. J. Org. Chem. 2008, 73, 8484‐8490.
10) Synthesis of bicyclo[3.1.0]hexanones via 1,3‐dipolar cycloaddition of diazoalkanes to homochiral �‐sulfinyl‐2‐cyclopentenones. Garcia Ruano, J. L.; Alonso, M.; Cruz, D.; Fraile A.; Martín M. R.; Peromingo M.T.; Tito, A.; Yuste, F. Tetrahedron, 2008, 65, 10546‐10551
11) Totally Regio and Stereoselective Behavior of Mono and Diactivated Cyclic Alkenes in the Lu Reaction: Synthesis of Enantiopure Functionalized Cyclopentanes. García Ruano, J. L.; Nuñez, A.; Martin, M. R.; Fraile, A. J. Org. Chem. 2008, 73, 9366‐9371.
12) Direct Mono‐N‐Alkylation of N‐Sulfinamides and Amines. García Ruano, J. L.; Parra, A.; Alemán, J.; Yuste, F.; Mastranzo, V. M. Chem. Commun. 2009, 404. Seleccionada por la revista como HOT ARTICLE
13) Synthesis and Stereoselective Halogenolysis of Optically Pure Benzylstannanes. García Ruano, J. L.; Alemán, J.; Parra, A.; Alcudia, A.; Maya, C.; J. Org. Chem. 2009, 74, 2145.
14) A New Strategy for the Synthesis of Optically Pure β‐Fluoroalkyl β‐Amino Acid Derivatives. Fustero, S.; Pozo, C.; Catalán, S.; Alemán J.; Parra, A.; Marcos, V. García Ruano, J. L. Org. Lett. 2009, 11, 641
15) Complete Regio‐ and Stereoselectivity Control in the Halohydroxylation of non‐Activated Allenes Mediated by a
Remote Sulfinyl Group. García Ruano, J. L.; Marcos, V.; Alemán, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 3155
16) Asymmetric Transformations Mediated by Sulfinyl Groups. García Ruano, J. L.; Alemán, J.; Cid, M. B.; Fernandez Ibáñez, M. A.; Maestro, M. A.; Martín, M. R.; Martín Castro, A. M. Organosulfur Chemistry in Asymmetric Synthesis, Toru, T.; Bolm, C. Ed. Wiley‐VCH, Weinhein, 2009, pp. 55‐161.
17)Synthesis of bicyclo[3.1.0]hexanones via 1,3‐dipolar cycloaddition of diazoalkanes to homochiral a‐sulfinyl‐2‐cyclopentenones Alfaro, R.; Yuste, F.; Ortiz, B. Sánchez‐Obregón, R. García Ruano, J. L. Tetrahedron, 2009, 66, 357‐363.
20
18) Inluence of an ortho‐sulfinyl on the configurational stability of a‐lithiated aryloxiranes: deuteration of tolyl‐sulfinyl styrene oxides Capriati, V.; Florio, S.; Luisi, R.; Salomone, A.; Tocco, M. J.; Martín Casto, A. M.; García Ru‐ano,J. L.; Torrente.E. Tetrahedron, 2009, 66, 383‐389
19) Remote Stereocontrol by Sulfinyl Groups: Synthesis of Allylic Alcohols via Chemoselective and Diastereoselecti‐ve Reduction of g‐Methylene d‐Ketosulfoxides García‐Ruano, J. L.; Fernández‐Ibáñez, M. Á.; Fernández‐Salas, José A.; Maestro, M. C.; Márquez‐López, P. Rodríguez‐Fernández, M. M. J. Org. Chem. 2009, 74, 1200‐1204.
20) Enantioselective Organocatalytic Approach to the Synthesis of a,a‐Disubstituted Cyanosulfones. Cid, M. B.; López‐Cantarero, J.; Igeño, S.: García Ruano, J. L. J. Org. Chem.2009, 74, 431‐434
21) 1,3‐Dipolar Cycloaddition of Diazoalkanes to (S)‐(+)‐3‐[(4‐Methylphenyl)sulfinyl]‐5,6‐dihydropyran‐2‐one. Syn‐thesis of Optically Pure Cyclopropanes by Denitrogenation of Sulfinyl and Sulfonyl Pyrazolines. Cruz, D.; Yuste,F.; Martín, R. M.; Tito, A.; García Ruano, J. L. J. Org. Chem. 2009, 74, 3820
22) Preparation of N‐p‐Tolylsulfonyl‐(E)‐1‐phenylethylideneimine from p‐Tolyldisulfide García Ruano, J. L.; Alemán, J.; Cid, M. B.; Parra, A. Organic Synthesis Colective Volumen XI, 2009. en prensa.
23) Stereoselective Control of Planar alfa‐dimetylsulfonium Benzyl Carbanions. Synthesis of Optically Pure trans‐Aziridines. Arroyo, Y.; Meana, A.; Rodrí‐guez, J.; Sanz‐Tejedor, M. A.; Alonso, I.; García‐Ruano, J. L. J. Org. Chem. 2009, 74, (en prensa)
24) One Pot Synthesis of Pentasubstituted Cyclohexanes by a Michael Addition Followed by a Tandem Inter‐Intra Double Henry Reaction. García Ruano, J. L.; Alemán, J. Marcos. V. Marzo, L. Chem. Eur. J. 2009, 12, (en prensa)
25) Asymmetric Synthesis of Indolines through Intramolecular Shifting of Aromatic Sulfinyl Groups. Role of the p,p‐Stacking Interactions in these Unusual SNAr Processes García Ruano, J. L.; Parra, A.;
Marcos, V.; del Pozo, C.; Catalán, S.; Monteagudo, S.; Fustero, S.; Poveda, A. J. Am. Chem. Soc. 2009,131 (en prensa).
3) Tesis doctorales.
En el grupo se han presentado hasta el momento 38 Tesis doctorales. La elevada formación recibida en el campo de
la investigación, en general, y de la síntesis orgánica, en particular, ha determinado el que todos ellos estén desem‐
peñando, en estos momentos, funciones relacionadas con la investigación tanto en Universidades como en empre‐
sas privadas, pertenecientes principalmente al sector farmacéutico.
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Área de
investigación
QUÍMICA SOSTENIBLE (Green Chemistry)
La industria química, que durante mucho tiempo fue considerada proveedora de confort y de innovaciones, ha re‐corrido un complejo camino hasta ser vista actualmente como uno de los principios responsables de ensuciar el planeta. A lo largo de la historia, diferentes estrategias han sido destinadas a controlar la contaminación, hasta que actual‐mente ha tomado cuerpo la idea de que la mejor forma de solucionar el problema originado por los contaminantes es no generarlos. Así nace el concepto de Química Verde o Química Sostenible para referirse al “ diseño, desarrollo e implementación de productos y procesos que reducen o eliminan el uso y generación de sustancias peligrosas para la salud humana o el medio ambiente”
Grupo de
Investigación
BIOTRANSFORMACIONES (Biotransformations Group – BTg) (www.biotransformaciones.com)
El grupo de biotransformaciones es un grupo de investigación interdisciplinar donde trabajan de forma integrada científicos de la Universidad Complutense de Madrid (Facultad de Farmacia), Universidad Autónoma de Madrid (Dpto. Química Orgánica) y CSIC (Instituto de Cerámica y Vidrio, ICV). Seleccionado como grupo de investigación de calidad por la Universidad Complutense de Madrid (UCM) desde 2005 y por la Comunidad Autónoma de Madrid (UAM) desde 2006. Colaboraciones El grupo de Biotransformaciones (BTg) mantiene colaboraciones con investigadores de: ‐ Instituto de Catálisis. CSIC. Madrid ‐ Dpto. Ingeniería Química. Autónoma de Barcelona. ‐ Dpto. Bioquímica. Universidad de Santiago. ‐ Dpto. Nutrición y Bromatología. Farmacia. UCM ‐ Instituto de Biotecnología. INBIOTEC. León. ‐ Facultad de Tecnología de la Alimentación. Universidad Milán. Italia ‐ Universidad Tecnológica de Aachen. Alemania, etc.
Servicios El BTg ha creado el Servicio de Biotransformaciones Industriales (SBI) que da soporte científico y técnico a empre‐sas localizadas en el Parque Científico de Madrid (PCM), contribuyendo al desarrollo de Proyectos de R + D + i en cooperación con Industrias en el campo de la Bitecnología, Química Orgánica, Análisis Instrumental y Química Sos‐
tenible.
22
Líneas de investigación 1. Procesos catalíticos catalizados por enzimas de microorganismos termófilos o entornos termófilos: aplicacio‐nes en bio‐industrias químicas sostenibles. Descripción: Diseño de nuevos procesos medioambientalmente sostenibles para la obtención de compuestos quí‐micos de alto valor añadido, catalizados por microorganismos termófilos y enzimas aisladas de ellos, ambos inmovi‐lizados. Tareas: El estudio de los microorganismos termófilos es llevada a cabo por el grupo del Dr. Berenguer (CBM‐UAM) y el estudio de metagenómica de entornos termófilos es realizado por el grupo del Dr. Ferrer (ICP‐CSIC), que colabo‐ran con el BTg. La caracterización e inmovilización‐estabilización de las enzimas aisladas de los microorganismos termófilos se lleva a cabo por el grupo del Dr. Sinisterra (Farmacia‐UCM) y por el grupo del Dr. Guisán (ICP‐CSIC) que también colabora con el BTg. La preparación de los nuevos soportes orgánicos para la inmovilización de las enzimas es llevada a cabo por el gru‐po del Dr. Rumbero (Q. Orgánica‐UAM), y los soportes inorgánicos son preparados por el grupo del Dr. Rubio (ICV‐CSIC). Los materiales híbridos orgánicos‐inorgánicos preparados a partir de sílices modificadas con dendrímeros con estructuras porosas altamente ordenadas, son preparados por ambos grupos. Aplicaciones: Los resultados obtenidos con las enzimas de termófilos seleccionadas, tanto libres como inmovilizadas, se aplicarán en: ‐ Síntesis de profármacos de antivirales y antibacterianos. ‐ Biorefinerías, mediante el aprovechamiento de los ácidos grasos y del glicerol obtenidos de aceites vegetales vírgenes (palma) o reciclados, para obtener productos de alto valor añadido 2. Síntesis quimioenzimática de glicoconjugados y glicomiméticos, y estudio de su implicación en procesos de reconocimiento molecular. Descripción: Los oligosacáridos presentes en las membranas celulares desempeñan un papel muy importante en los procesos de reconocimiento celular a través de su interacción con diversas proteínas y carbohidratos específicos. Por otra parte, estos oligosacáridos se pueden comportar como puntos de anclaje de diferentes bacterias y partícu‐las virales. Los oligosacáridos que presentan una mayor afinidad pueden ser de gran interés para controlar enfer‐medades como cáncer, inflamación, infección viral y bacteriana. Esta línea de investigación tiene el objetivo d contribuir a establecer las bases moleculares de procesos biológicos en los que están implicados carbohidratos y que dependen esencialmente de interacciones específicas carbohidra‐to‐proteína. Tareas: El grupo del Dr. Rumbero (UAM) se encarga de la síntesis química de: ‐ Glicoconjugados ‐ Glicodendrímeros con grupos cromóforos y biotinados. ‐ Nanocilindros con dendrones. El grupo de ICV‐CSIC, se encarga de la síntesis de: ‐ Gliconanofibras de carbono ‐ Gliconanopartículas de oxicarburo de silicio. ‐ Gliconanopartículas de oro El grupo de Farmacia‐UCM se encarga de: ‐ La síntesis enzimática de oligosacáridos utilizando glicosidasas, glicosiltransferasas y aldolasas, libres e inmoviliza‐das sobre soportes convencionales y los preparados por el grupo del Dr. Rumbero en el apartado anterior. ‐ Estudiar la interacción carbohidrato‐proteína mediante la utilización de diferentes tecnologías: Resonancia de Plasmón de Superficie, Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear, Microcalorimetría, Espectroscopia de Ma‐sas, Microscopía de Fuerza Atómica y Espetroscopía de Fluorescencia. ‐ Estudio de relación estructura‐actividad.
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Proyectos
relacionados con las líneas de investigación citadas ‐ Procesos Redox catalizados por enzimas de microorganismos termófilos. Aplicaciones en bio‐industrias químicas sostenibles. Comunidad Autónoma de Madrid (CAM). Ref. S‐0505/PPQ/0344. Gonzalo Rodríguez López y Ángel Rumbero Sánchez (desde 01‐10‐08). 2005‐2009. ‐ Lipasas de termófilos: caracterización e inmovilización – estabilización sobre nuevos materiales. Aplicaciones en bio‐industrias químicas sostenibles. Ministerio de Educación y Ciencia. CTQ2006‐15692‐C02‐01. Gonzalo Rodríguez López y Ángel Rumbero Sánchez (desde 01‐10‐08). 2006‐2009 ‐ Nuevas tecnologías para la detección, análisis y cuantificación de interacciones carbohidrato‐proteína. Ministerio de Educación y Ciencia. CTQ2006‐09052. María‐José Hernáiz Gómez‐Dégano. 2006‐2009
Contacto
Grupo UAM Ángel Rumbero Sánchez Profesor Titular Universidad Autónoma de Madrid Departamento de Química Orgánica C‐I / Despacho 107 C/ Fco. Tomás y Valiente, 7 Cantoblanco, 28049‐Madrid Telf. 914977622 Fax. 914973966 e‐mail: [email protected]
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El grupo de Nanociencia y Materiales Moleculares está dirigido por el Prof. Tomás Torres http://www.uam.es/phthalocyanines En la actualidad el grupo ocupa los laboratorios (C‐I‐
302 y C‐I‐307) del Departamento de Química Orgánica y está compuesto por 26 investigado‐ res, en‐tre ellos por 11 profesores:
Tomás Torres (Catedrático) Purificación Vázquez (Catedrática) M. Victoria Martínez (Profesor Titular) Gema de la Torre (Profesor Titular) Christian Claessens (Profesor Titular) M. Salomé Rodríguez (Contratado Doctor) David González (Contratado Doctor) Giovanni Bottari (Ramón y Cajal) Uwe Hahn (Ramón y Cajal) Andrés de la Escosura (Ayudante) Esmeralda Caballero (Asociado)
y 15 estudiantes (3 postdoctorales y 12 predoctorales) de 8 nacionalidades diferentes (española, portuguesa, francesa, italiana, alemana, griega, turca y rusa). Nuestro trabajo de investigación se centra, a grandes rasgos, en la síntesis de unos compuestos orgánicos muy peculiares, las ftalocianinas y sus derivados, que guardan un gran parentesco estructural y funcional con las porfirinas naturales, y se caracteri‐zan por ser moléculas aromáticas, con una superficie p‐ extendida que les confiere una gran estabilidad y unas interesantes propiedades ópticas, entre otras, presentan una fuerte coloración verde‐azulada y una intensa absorción en casi todo el rango de luz visible. Estas características hicieron que las ftalocianinas se utilizasen como pigmentos desde su descubrimiento el siglo pasado y en la actuali‐dad se consideren componentes moleculares básicos de materiales moleculares con distinto tipo de propiedades y aplicaciones. Para una revisión reciente ver: G. de la Torre, C. G. Claessens, T. Torres, “Phthalocyanines: old dyes, new materials. Putting color in nanotechnology” Chem. Commun., 2007, 2000. DOI: 10.1039/b614234f.
En función del tipo de aplicación que se per‐siga, se requiere una modificación estructu‐ral del núcleo o la periferia del macrociclo ftalocianínico:
Introducción de grupos periféricos con distinta naturaleza electrónica y/o distintos metales en la cavidad del
macrociclo, que modulan las características electrónicas y de agregación de las ftalocianinas. Introducción de grupos periféricos que favorezcan la organización supramolecular de las Pcs en cristales líquido
o distinto tipo de superficie. Cambio en el tamaño del macrociclo (número de unidades de isoindol que lo constitu‐
yen) o el tipo de unidades heterocíclicas constituyentes.
Preparación de derivados ftalocianínicos portadores de grupos funcionales reactivos para su unión covalente o no covalente a otras unidades foto‐ y electroactivas de interés para el estudio de sus propiedades.
N
N N
HN
N
NH
N
N
N N
N
N
N
N
N
N
M
A
M = Zn, Ni, Cu, Co, ...
A
e-
he-
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En concreto, mientras que en el pasado “reciente” el grupo dirigía sus esfuerzos al estudio de las propiedades ópti‐cas no lineales de las ftalocianinas y análogos, más recientemente nuestro trabajo está más enfocado a la prepara‐ción de ensamblajes foto‐ y electroactivos basados en ftalocianinas con aplicaciones en células solares. Este tipo de investigación nos ha permitido establecer colaboraciones muy estrechas con diversos grupos de inves‐tigación puntera. Cabe destacar las siguientes:
Prof. Dirk M. Guldi, University Nurmberg‐Erlangen, Alemania. Especialista en la determinación espectroscópica de procesos de transferencia de energía y electrónica fotoinducida.
Prof. Michael Graetzel, EPFL, Suiza. Científico eminente en el campo de las células solares sensibilizadas por un
colorante. Prof. Rene Janssen, Univ. Eindhoven, Holanda. Director del grupo líder en el campo de las células solares poliméricas. Prof. Luis Echegoyen, Univ. Clemson, USA. Electroquímico especialista en fullere‐nos.
Prof. Rodolfo Miranda, Univ. Autónoma de Madrid, De‐partamento de Física de la Materia Condensada. Técnicas de microscopía avanzadas para la caracterización de mate‐riales.
Nuestro trabajo de investigación recibe financiación de los siguientes organismos oficiales:
Ministerio de Ciencia e Innovación (3 proyectos en curso) Comunidad de Madrid (1 proyecto en curso) Comunidad Europea (4 proyectos en curso)
Nuestro trabajo de investigación se disemina en: revistas científicas internacionales: en el último año hemos publicado más de 20 artículos en revistas con índice
de impacto mayor que 3.
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‐ en congresos internacionales a los que los miembros del grupo asisten de manera regular.
En los últimos años, el grupo ha sido muy activo en la formación de nuevos investigadores: 25 Tesinas o DEAs presentados 22 Tesis doctorales presentadas 18 Estudiantes Postdoctorales 15 Estudiantes Pregraduados
Nuestro grupo proporciona becas y contratos procedentes de proyectos nacionales, de la UE y de empresas, para: Estudiantes de 4º curso de carrera Licenciados que quieran hacer una Tesis Doctoral Doctores que quieran realizar estancias postdoctorales
Los componentes de nuestro grupo dan docencia y dirigen Tesis Doctorales dentro de los Nuevos Masters oficiales de la UAM:
‐ Master Interuniversitario en Química Orgánica ‐ Master en Nanociencia y Nanotecnología Molecular
Para una información más detallada: Prof. Tomas Torres, Departamento de Química Orgánica (C‐I), Universidad Autonoma de Madrid, 28049‐Madrid. Spain Tel.: 34‐91‐4974151/ Fax : 34‐91‐4973966/ e‐mail: [email protected] http://www.uam.es/phthalocyanines
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