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REVISIÓN DE LA VIABILIDAD DEL USO DE MATERIALES SÓLIDOS
CATALÍTICOS (LDH Y MCM-41) EN REACCIONES DE HIDROACILACIÓN
INTERMOLECULAR DE ALQUINOS CON ALDEHÍDOS
AURA INES BALLESTEROS MONTEALEGRE
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIA Y EDUCACIÓN
PROYECTO CURRICULAR LICENCIATURA EN QUÍMICA
BOGOTÁ, 2019
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UAM
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CIUDAD DE MÉXICO, 2019
REVISIÓN DE LA VIABILIDAD DEL USO DE MATERIALES SÓLIDOS
CATALÍTICOS (LDH Y MCM-41) EN REACCIONES DE HIDROACILACIÓN
INTERMOLECULAR DE ALQUINOS CON ALDEHÍDOS
AURA INÉS BALLESTEROS MONTEALEGRE
MONOGRAFÍA DE REVISIÓN
Trabajo de grado para optar por el título de Licenciada en Química
DIRECTOR INTERNO
LUIS CARLOS GARCÍA SÁNCHEZ
DIRECTORA EXTERNA
Dra. LETICIA LOMAS
ASESOR EXTERNO
Dr. RICARDO CORONA SÁNCHEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIA Y EDUCACIÓN
PROYECTO CURRICULAR LICENCIATURA EN QUÍMICA
BOGOTÁ, 2019
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UAM
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CIUDAD DE MÉXICO, 2019
NOTA DE ACEPTACIÓN
______________________________________
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______________________________________
__________
Jurado
Julio de 2019
______________________________________________________________________________
AGRADECIMIENTOS
A mi madre, por ser mi máximo apoyo para cumplir mis metas de formación académica y por ser
un modelo a seguir para la vida. Su fortaleza para enfrentar las adversidades, su gran amor y
carisma han sido el mejor ejemplo de una mujer que cumple todo lo que sueña. Gracias por tu
infinita paciencia, este logro es de ambas.
A mi padre, su recuerdo siempre me motivó a seguir adelante, siempre será mi admiración tanto
profesionalmente como personalmente. Agradezco a la vida por permitirme compartir un tiempo
al lado del mejor padre, esposo, hijo y hermano.
A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por contribuir en mi formación profesional al
igual que la de mis padres.
A los profesores Luis Carlos García y Josué Anselmo García porque su apoyo, orientación y
consejos que me permitieron seguir adelante con el trabajo.
A la Universidad Autónoma Metropolitana de México y a los profesores Leticia Lomas y Ricardo
Corona por brindarme la oportunidad, la comprensión, la orientación y el apoyo incondicional para
culminar exitosamente mí trabajo de grado.
CONTENIDO
RESUMEN........................................................................................................................................ 1
1. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 2
2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .................................................................................... 3
3. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 4
3.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................... 4
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................ 4
4. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................................. 4
4.1. HIDRÓXIDO DOBLE LAMINAR (LDH) .................................................................................................... 4
4.2. MATERIALES MCM-41 .......................................................................................................................... 9
4.3. HIDROACILACIÓN ................................................................................................................................. 15
4.3.1. Hidroacilación intermolecular de alquinos .................................................................. 16
4.3.1.1. Mecanismo de reacción de hidroacilación por adición oxidativa ......................................................... 16
4.3.1.2. Mecanismo de reacción de hidroacilación por hidrólisis del alquino y posterior arreglo de Claisen-
Schmidt ............................................................................................................................................. 20
4.3.1.3. Mecanismo de reacción de hidroacilación por acoplamiento A3 .......................................................... 21
4.3.1.4. Mecanismo de reacción de hidroacilación por adición nucleofílica ..................................................... 21
5. METODOLOGÍA ................................................................................................................. 22
5.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN ...................................................................................................................... 22
5.1.1. Revisión sistemática .................................................................................................... 22
5.1.1.1. Bases de datos ................................................................................................................................... 22
5.1.1.2. Resultados de búsqueda y criterios de selección ................................................................................. 23
5.1.2. Investigación experimental .......................................................................................... 24
6. DESARROLLO DE LA PROPUESTA ............................................................................... 24
6.1. ANTECEDENTES .................................................................................................................................... 24
6.1.1. Hidroacilación intermolecular de alquinos internos .................................................... 24
6.1.1.1. Reacciones de hidroacilación por adición oxidativa ............................................................................ 24
6.1.2. Hidroacilación intermolecular de alquinos terminales ................................................ 39
6.1.2.1. Reacciones de hidroacilación por adición oxidativa ............................................................................ 39
6.1.2.2. Reacciones de hidroacilación por hidrólisis del alquino y posterior proceso de Claisen-Schmidt ......... 47
6.1.2.3. Reacciones de hidroacilación con proceso de acoplamiento A3 ........................................................... 51
6.1.2.4. Reacciones de hidroacilación con proceso de adición nucleofílica ...................................................... 61
6.2. EXPERIMENTACIÓN PRELIMINAR ........................................................................................................ 67
6.2.1. Objetivo general .......................................................................................................... 67
6.2.2. Objetivos específicos ................................................................................................... 67
6.2.3. Síntesis y caracterización de materiales sólidos catalíticos .......................................... 67
6.2.4. Evaluación de la actividad catalítica de los materiales LDH en la reacción de
hidroacilación del fenilacetileno con benzaldehído ...................................................... 72
6.2.5. Recuperación del catalizador LDH Ni3Al- CO3............................................................ 75
6.3. PROPUESTA TEÓRICA ........................................................................................................................... 77
6.3.1. Hidroacilación con proceso de adición nucleofílica .................................................... 77
6.3.1.1. Catalizadores LDH propuestos ........................................................................................................... 79
6.3.1.2. Preparación y caracterización de catalizadores LDH ........................................................................... 80
6.3.1.3. Evaluación de las condiciones para la reacción ................................................................................... 81
6.3.1.4. Análisis requeridos para la evaluación de la efectividad del catalizador............................................... 82
6.3.2. Hidroacilación por adición oxidativa .......................................................................... 83
6.3.2.1. Condiciones de reacción .................................................................................................................... 86
6.3.2.2. Catalizador LDH y óxido mixto con nanopartículas de Níquel. ........................................................... 87
6.3.2.3. Catalizadores MCM-41...................................................................................................................... 88
7. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 92
8. RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 93
9. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 94
10. ANEXOS ............................................................................................................................. 102
10.1. ...................... ANEXO 1. CONDICIONES DE REACCIÓN Y PLACAS DE TLC EN LAS SÍNTESIS DE LA
EXPERIMENTACIÓN PRELIMINAR ................................................................................................................ 102
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Estructura bidimensional del LDH. (Tronto & Bordonal, 2013, p.6) .......................................... 5
Figura 2. Representación del hidróxido doble laminar. Las moleculas de agua no están representadas en la
figura (Laine et al, 2018, p. 5249) ........................................................................................... 6
Figura 3. Cambio estructural al calcinar y rehidratar un compuesto LDH. (González & Urquiza, 2016, p.
63660) ................................................................................................................................... 7
Figura 4. Superficie interna y externa de los compuestos MCM-41 sin funcionalizar (Autora). ............... 11
Figura 5. Procedimiento esquemático de la preparación de MCM-41. (Martínez-Edo, 2018, p.617) ........ 12
Figura 6. Diferentes métodos de funcionalización de los materiales mesoporosos MCM-41 (Taguchi &
Schuth, 2005, p.8). ............................................................................................................... 13
Figura 7. Reacciones de hidroacilación: (1) intramolecular, (2) y (3) intermolecular para alquenos y
alquinos (Autora). ................................................................................................................ 16
Figura 8. Mecanismo de reacción general de la hidroacilación de alquinos con catalizadores a base de RhI,
Ni0, Ru0 e InIII y el proceso de descarbonilación mediante adición oxidativa (Miura et al, 2013)
............................................................................................................................................ 17
Figura 9. Mecanismo general de hidroacilación de alquinos con Ni0 , Ru0 o InIII con ligandos como agentes
quelantes mediante adición oxidativa (Miura et al, 2010) (Miura et al, 2013) (Tsuda et al, 1990).
............................................................................................................................................ 18
Figura 10. Mecanismo general de reacción de la hidroacilación de alquinos con RhI usando ligandos y
aldehídos β-sustituidos como agentes quelantes mediante adición oxidativa (Barwick et al,
2018). .................................................................................................................................. 19
Figura 11. Mecanismo general de reacción de la hidroacilación de alquinos con RuII usando ligandos
mediante adición oxidativa (Chen et al, 2015). ..................................................................... 20
Figura 12. Mecanismo de reacción general de hidroacilación por medio de hidrólisis del alquino y posterior
arreglo de Claisen-Schmidt (Mameda et al, 2016) ................................................................. 20
Figura 13. Mecanismo de reacción general en el uso de catalizadores a base de AuI, CuI, CuII o Cu0 mediante
el acoplamiento A3 (Shi et al, 2014)...................................................................................... 21
Figura 14. Mecanismo general de reacción de hidroacilación con catalizadores básicos mediante la adición
nucleofílica (Yatabe et al, 2018) ........................................................................................... 22
Figura 15. Hidroacilación intermolecular de alquinos simétricos con Ni(0) (Tsuda et al, 1990) .............. 25
Figura 16. Hidroacilación intermolecular de alquinos asimétricos con Ni(0) (Tsuda et al, 1990) ............. 26
Figura 17. Mecanismo de reacción propuesto por Tsuda et al., 1990 para la hidroacilación de alquinos
internos disustituidos. ........................................................................................................... 26
Figura 18. Reacción de alquinos internos con formamidas catalizada por Ni(0) (Nakao et al, 2009) ...... 27
Figura 19. Hidroacilación intermolecular de 2-butino con complejo de Rutenio (II) (Williams et al, 2009)
............................................................................................................................................ 27
Figura 20. Hidroacilación de alquino asimétrico catalizada con Ru(II) (Williams et al, 2009) ................. 28
Figura 21. Hidroacilación de benzaldehído con alquino asimétrico usando diferentes ligandos (Chen et al,
2015) ................................................................................................................................... 28
Figura 22. Hidroacilación optimizada de alquinos asimétricos Ru (Chen et al, 2015).............................. 29
Figura 23. Hidroacilación intermolecular de alquinos internos simétricos aromáticos por medio de
catalizador sólido de Ru/CeO2 (Miura et al, 2013)................................................................. 29
Figura 24. Mecanismo de reacción propuesto por Miura para la hidroacilación de alquinos por medio del
catalizador Ru/CeO2. (Miura, 2013, p.863) ........................................................................... 30
Figura 25. Hidroacilación de alquinos internos con salicilaldehídos catalizados con Rh(I) (Kokubo et al,
1997) ................................................................................................................................... 32
Figura 26. Hidroacilación de alquinos internos con aldehídos sustituidos con sulfuro y tioacetal (Williams
et al, 2006) ........................................................................................................................... 33
Figura 27. Hidroacilación de alquinos internos con aldehídos B-S-sustituidos con ligando DPEphos
(Moxham et al, 2008) ........................................................................................................... 33
Figura 28. Mecanismo de reacción de la hidroacilación de alquenos con aldehídos β-S-sustituidos.
(Moxham et al., 2008, p.8394) .............................................................................................. 34
Figura 29. Hidroacilación de 1-aminobenzaldehído con alquinos internos y la posterior ciclación (Castaing
et al, 2013). .......................................................................................................................... 35
Figura 30. Hidroacilación intermolecular secuencial con adición de Michael para alquinos internos con
salicilaldehído (Du & Stanley, 2015). ................................................................................... 35
Figura 31. Hidroacilación de alquinos internos con aldehído β-amido sustituido (Coxon et al, 2017) ...... 36
Figura 32. Hidroacilación de 2-butino con aldehídos aromáticos por medio de catálisis con iridio (Hatanaka
et al, 2010). .......................................................................................................................... 36
Figura 33. Reacción de alquinos internos asimétricos catalizada por In(OTf)3 (Miura et al, 2010) ........... 37
Figura 34. Hidroacilación intermolecular de eninos catalizadas por cobalto (Cheng et al, 2015). ............ 38
Figura 35. Mecanismo de reacción propuesto por Cheng para la ciclación de eninos con aldehídos catalizada
por cobalto (Cheng et al, 2015). ............................................................................................ 39
Figura 36. Hidroacilación de alquinos terminales con salicilaldehído catalizada con Rh(I) (Kokubo et al,
1997) ................................................................................................................................... 39
Figura 37. Hidroacilación intermolecular de alquinos terminales catalizado por Rodio en presencia de 2-
amino-3-metilpicolina (Jun et al, 2002). ............................................................................... 40
Figura 38. Hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos sustituidos con sulfuro o tioacetal (Willis
et al, 2006) ........................................................................................................................... 40
Figura 39. Formación de compuesto intermediario estable de acil-Rh .................................................... 41
Figura 40. Hidroacilación de aldehídos con grupo funcional éter α-O-metiltiometil (MTM) (Parsons et al,
2010). .................................................................................................................................. 42
Figura 41. Hidroacilación de alquinos con aldehídos β-S-sustituidos por medio de catálisis con complejos
de rodio que contienen ligandos de difosfina (Chaplin et al, 2012) ........................................ 43
Figura 42. Hidroacilación intermolecular de fenilacetileno y 2-aminobenzaldehídos catalizada por Rh(I).
............................................................................................................................................ 44
Figura 43. Hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos β-amido sustituidos .............................. 44
Figura 44. Hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos β-éster y β-ceto disustituidos ................ 45
Figura 45. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales catalizada por In(OTf)3............................ 45
Figura 46. Mecanismo de reacción de alquinos terminales catalizador por In(OTf)3 (Miura et al, 2010) . 47
Figura 47. Hidroacilación intermolecular catalizada por CoBr2 .............................................................. 47
Figura 48. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales usando líquidos iónicos ........................... 48
Figura 49. Mecanismo de reacción propuesto para la hidroacilación de alquinos con líquidos iónicos (Xu et
al, 2004) ............................................................................................................................... 49
Figura 50. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales catalizada por óxido de grafito ................ 49
Figura 51. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales catalizada por zeolita Hβ ......................... 50
Figura 52. Mecanismo de reacción propuesto para la hidroacilación de alquinos terminales catalizada por
zeolita Hβ (Mameda et al, 2016) ........................................................................................... 51
Figura 53. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales con glioxal catalizada por Au(I) .............. 52
Figura 54. Mecanismo de reacción de alquinos terminales con glioxal catalizado por Au(I) (Shi et al, 2014)
............................................................................................................................................ 53
Figura 55. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales con nanopartículas de Cu0 soportadas en
carbón activado .................................................................................................................... 54
Figura 56. Mecanismo de reacción de hidroacilación de alquinos terminales con nanopartículas de Cu0
soportadas en materiales (Albaladejo et al, 2015).................................................................. 55
Figura 57. Reacción de hidroacilación del fenilacetileno catalizada por nanopartículas de cobre soportadas
en zeolita.............................................................................................................................. 57
Figura 58. Reacción de alquinos terminales con glioxales catalizada por Cu(I) ....................................... 58
Figura 59. Reacción de hidroacilación de alquinos por medio de acoplamiento A3 catalizada con cobre (II)
............................................................................................................................................ 59
Figura 60. Mecanismo de reacción de hidroacilación de alquinos terminales por medio de acoplamiento A3
(Zhao & Song, 2016) ............................................................................................................ 60
Figura 61. Reacción de alquinos terminales con glioxales catalizada por Cu/MOF-74 ............................ 61
Figura 62. Reacción de fenilacetileno y benzaldehído con catalizador básico Cs2CO3/Al2O3................... 62
Figura 63. Mecanismo de reacción de hidroacilación de alquinos por adición nucleofílica y transferencia de
hidruro con Cs2CO3/Al2O3 (Baba et al, 2000) ....................................................................... 63
Figura 64. Reacción de alquinos terminales catalizada por Triton B ....................................................... 63
Figura 65. Mecanismo de reacción para la hidroacilación de alquinos terminales catalizada por sales
cuaternarias de amonio ......................................................................................................... 64
Figura 66. Reacción de hidroacilación de alquinos y aldehídos aromáticos catalizador por LDH Mg3Al-CO3
............................................................................................................................................ 65
Figura 67. Mecanismo de reacción propuesto por Yatabe et al (2018) para la hidroacilación de alquinos
catalizada por LDH Mg3Al-CO3 ........................................................................................... 66
Figura 68. Estudio mecanístico de la hidroacilación de alquinos catalizada por LDH Mg3Al-CO3 .......... 66
Figura 69. Reacción de comprobación para la formación de alcohol propargílico ................................... 67
Figura 70. Espectro IR del LDH Ni3Al-CO3 ........................................................................................... 68
Figura 71. Rayos X de LDH Ni3Al-CO3 ................................................................................................. 68
Figura 72. Espectro IR del LDH Co3Al-CO3 .......................................................................................... 71
Figura 73. Rayos X de LDH Co3Al-CO3 ................................................................................................ 71
Figura 74. Espectro IR de LDH Ni3Al-CO3 recuperado .......................................................................... 76
Figura 75. Espectro Rayos X de LDH Ni3Al-CO3 recuperado ................................................................ 76
Figura 76. Representación del mesoporo del MCM-41 funcionalizado (Taguchi & Schuth, 2005, p.18) . 89
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Resultados y criterios de búsqueda para la revisión sistemática de artículos ............................... 23
Tabla 2 Datos de planos, ángulos y distancias interplanares del LDH Ni3Al-CO3 ................................... 69
Tabla 3 Datos de planos, ángulos y distancias interplanares del LDH Co3Al-CO3 ................................... 72
Tabla 4 Análisis de cromatografía de capa fina (TLC) al final de la reacción entre fenilacetileno y
benzaldehído en diferentes condiciones de reacción. .................................................................. 73
Tabla 5 Reportes de hidroacilación de fenilacetileno con benzaldehído por medio de adición nucleofílica
................................................................................................................................................. 78
Tabla 6 Consolidación de catalizadores sólidos LDH propuestos ........................................................... 79
Tabla 7 Recopilación de reacciones de hidroacilación por adición oxidativa de alquinos terminales ....... 84
Tabla 8 Recopilación de reacciones de hidroacilación por adición oxidativa de alquinos internos simétricos
................................................................................................................................................. 85
Tabla 9 Recopilación de reacciones de hidroacilación por adición oxidativa de alquinos internos asimétricos
................................................................................................................................................. 85
Tabla 10 Anexo 1: Síntesis LAB02. ..................................................................................................... 102
Tabla 11 Anexo 1: Síntesis LAB03, LAB04 y LAB05. ........................................................................ 103
Tabla 12 Anexo 1: Síntesis LAB06, LAB07 ........................................................................................ 104
Tabla 13 Anexo 1: Síntesis LAB09, LAB10, LAB11 y LAB12 ............................................................ 105
ÍNDICE DE ABREVIATURAS
ESIMS
HY
ICP-OES
IR
LDH Ca-Al
LDH Co-Al
LDH Mg-Al
LDH Mg-Fe
LDH Ni-Al
MCM-41
NaY
NPs
Raman
RMN
SEM
TEM
XAS
XPS
ZSM-5
Espectrometría de masas de iones secundarios
Zeolita faujasita ultraestable de tipo Y (Relación Si/Al>1.5)
Espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente
Espectroscopia infrarroja
Hidróxido doble laminar de calcio y aluminio
Hidróxido doble laminar de cobalto y aluminio
Hidróxido doble laminar de magnesio y aluminio
Hidróxido doble laminar de magnesio y hierro
Hidróxido doble laminar de níquel y aluminio
Mobil Composition of Matter – 41
Zeolita de tipo Y, aluminosilicato de metal alcalino
Nanopartículas
Espectroscopía Raman
Resonancia magnética nuclear
La microscopía electrónica de transmisión
La microscopía electrónica de barrido
Espectroscopía de Absorción de Rayos X
Espectroscopía Fotoelectrónica de rayos X
Zeolita Socony Mobil - 5
1
RESUMEN
Esta monografía incluye una revisión sistemática de la literatura acerca de las propiedades
catalíticas de los materiales heterogéneos LDH y MCM-41, así como de la reacción de
hidroacilación intermolecular de alquinos con aldehídos, haciendo énfasis en los tipos de
catalizadores utilizados y los diferentes mecanismos de reacción que operan en este proceso
catalítico. Posteriormente, se muestran los resultados preliminares obtenidos en el laboratorio para
evaluar la viabilidad del uso de LDH Ni-Al y LDH Co-Al como catalizadores en la reacción de
hidroacilación empleando fenilacetileno y benzaldehído.
Con base en la revisión sistemática de artículos y los resultados de la experimentación
preliminar, se construye una propuesta teórica para el uso de diferentes catalizadores de tipo LDH
y MCM-41 con características específicas que permitan catalizar la reacción de hidroacilación de
alquinos con aldehídos. La propuesta se divide en dos partes, la primera está dirigida a la reacción
de hidroacilación por medio del mecanismo de adición nucleofílica y la segunda parte por el
mecanismo de adición oxidativa.
En la primera parte de la propuesta, se estudia la viabilidad teórica del uso de los catalizadores
LDH Ni-Al, LDH Co-Al, LDH Mg-Al, LDH Ca-Al y LDH Mg-Fe por medio de un análisis de las
condiciones de reacción y de las características específicas que se les deba otorgar a estos
materiales para potenciar sus propiedades básicas y favorecer la hidroacilación de alquinos por
adición nucleofílica. En la segunda parte, también se efectúa un análisis teórico para el uso de los
catalizadores: óxido mixto Ni-Al con nanopartículas (NPs) de níquel, LDH Ni-Al con Ni-NPs,
MCM-41 funcionalizado con un complejo de Rh (I) y Ni-MCM-41 con Ni-NPs, para favorecer la
hidroacilación de alquinos por medio del mecanismo de adición oxidativa.
Palabras claves: Hidroacilación, intermolecular, alquinos, catálisis heterogénea, hidróxido
doble laminar, LDH, MCM-41.
2
1. JUSTIFICACIÓN
Recientemente, el desarrollo de nuevos procesos que minimizan la contaminación en la
industria química ha recibido una atención considerable debido a las crecientes preocupaciones
ambientales. El uso de catalizadores heterogéneos está fundamentado en los 12 principios de la
química verde, donde el noveno principio tiene como objetivo primordial la minimización o
preferiblemente la eliminación de la formación de residuos en la síntesis de sustancias químicas.
Con base en lo anterior, la catálisis heterogénea se ha convertido en una herramienta útil para
cumplir con dicho principio debido a la simplicidad del proceso y la fácil separación y reutilización
del catalizador, además de disminuir la contaminación de los productos con las especies catalíticas
activas (Mameda et al 2016). En principio, el uso de un catalizador heterogéneo que pueda ser
reutilizado, no solo permite la reducción de residuos que anteriormente se formaban en la catálisis
homogénea, sino que presentaría economía atómica si su uso suprime la necesidad de utilizar otros
reactivos.
Debido al bajo costo de síntesis, fácil separación y reutilización de los materiales sólidos
catalíticos hidróxidos doble laminares (LDH) y a las propiedades otorgadas por el gran tamaño de
poro del material mesoporoso MCM-41, además de su reutilización, se pueden utilizar en una gran
variedad de síntesis químicas que involucran catálisis ácido-base y catálisis metálica. Estos
materiales poseen otras ventajas como su alta estabilidad térmica y la posibilidad de utilizar
diferentes metales, tanto de transición como alcalinotérreos en el caso de los LDH, además de
variar su composición en el material (Feng et al, 2015). La evaluación de estos materiales sólidos
catalíticos se enfocará en la reacción de hidroacilación intermolecular de alquinos con aldehídos,
el cual es un método eficiente en la formación de nuevos enlaces C-C a partir de enlaces C-H,
permitiendo la formación de cetonas α,β-insaturadas. Aunque las cetonas α,β-insaturadas han sido
sintetizadas por otras metodologías como Claisen-Schmidt, el acoplamiento de Suzuki, la acilación
de Friedel-Crafts y el reordenamiento de Meyer-Schuster para alcoholes propargílicos (Albaladejo,
Alonso & González-Soria, 2015), la mayoría de los métodos tienen una o más limitaciones, como
un alcance pobre del sustrato, una tolerancia limitada al grupo funcional y el uso de cantidades
estequiométricas de bases fuertes o catalizadores homogéneos tóxicos de metales de transición
(Mameda et al 2016).
3
El proceso de hidroacilación de alquinos con aldehídos por medio de un catalizador heterogéneo
para la obtención de cetonas E-α,β-insaturadas lineales tiene una serie de ventajas: es un proceso
con una alta economía atómica, el catalizador se puede separar y reutilizar fácilmente, se evita el
uso de bases fuertes, permite obtener productos de manera enantioselectiva, presenta tolerancia a
diversos grupos funcionales y a diferencia de la síntesis clásica de Claisen-Schmidt, se pueden
obtener cetonas α,β-disustituidas que amplían la variedad de productos obtenidos. Este proceso no
solo permite la obtención de chalconas con variada actividad farmacológica (Mameda et al 2016),
sino que al utilizar como sustratos aldehídos β-heterosustituidos y alquinos internos, es posible
obtener compuestos heterocíclicos como las 4-cromanonas 2,3-sustituidas, que son estructuras
presentes en una gran variedad de flavonoides y son precursores valiosos para producir 2,3-diaril-
2H-1-benzopiranos que exhiben actividad antiestrogénica (Stanley et al, 2015). Otros compuestos
heterocíclicos que se pueden obtener son las dihidro-4-quinolonas, las cuales poseen propiedades
biológicas como la actividad antibacterial y antitumoral, además pueden ser usadas como sustratos
para la síntesis de productos naturales que tienen núcleos similares a la pirroloquinolina (Castaing
et al, 2013).
2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
Los materiales sólidos catalíticos como los hidróxidos dobles laminares (LDH) y los MCM-41
han sido utilizados principalmente en reacciones donde se involucra catálisis ácido-base y catálisis
metálica en una gran variedad de reacciones, siendo una alternativa que permite disminuir la
generación de residuos al ser materiales catalíticos reutilizables. Se requiere evaluar la viabilidad
de estos materiales por medio de una revisión bibliográfica de sus propiedades y de las reacciones
de hidroacilación intermolecular de alquinos, con el fin de identificar su potencial como
catalizadores que permtirían evitar los problemas de descarbonilación y regioselectividad que se
presentan en la reacción cuando se utilizan metales de transición como Ni y Rh.
4
3. OBJETIVOS
3.1. Objetivo general
Analizar la viabilidad del uso de materiales sólidos catalíticos (LDH y MCM-41) en
reacciones de hidroacilación intermolecular de alquinos con aldehídos.
3.2. Objetivos específicos
Realizar una revisión sistemática en la literatura acerca de las reacciones de hidroacilación
intermolecular entre alquinos y aldehídos, haciendo énfasis en los sistemas catalíticos
utilizados y sus mecanismos de reacción, además de la identificación de las propiedades
catalíticas de los materiales LDH y MCM-41.
Sintetizar y caracterizar los materiales LDH Ni-Al y LDH Co-Al por el método de
coprecipitación.
Analizar la efectividad de los materiales LDH Ni-Al y LDH Co-Al como catalizadores en
la reacción de hidroacilación entre fenilacetileno y benzaldehído.
Proponer posibles materiales catalíticos tipo LDH y MCM-41 que podrían ser utilizados
en las reacciones de hidroacilación intermolecular de alquinos terminales e internos.
4. MARCO DE REFERENCIA
4.1. Hidróxido doble laminar (LDH)
Los hidróxidos dobles laminares o LDH son compuestos bidimensionales conformados por
láminas cargadas positivamente y un espacio interlaminar con carga negativa. Las láminas con
carga positiva generalmente contienen dos tipos de cationes metálicos formando hidróxidos, uno
divalente M2+ y otro trivalente M3+, los cuales se encuentran distribuidos en posiciones octaédricas
formando una estructura de tipo brucita (Tóth et al, 2014). El espacio interlaminar contiene aniones
como Cl-, Br-, I-, NO3-, OH-, ClO4
-, SO42- o CO3
2- (Martínez et al, 2012) e incluso puede contener
aniones complejos (Tsyganok et al, 2001). La fórmula general es
5
[𝑀1−𝑥2+ 𝑀𝑥
3+(𝑂𝐻)2]𝑥+[𝐴𝑛−𝑥/𝑛. 𝑚𝐻2𝑂]
𝑥−, donde M2+ (Mg2+, Ni2+, Co2+, Cu2+, Fe2+ o Zn2+) y M3+
(Al3+, Fe3+, Cr3+, Mn3+ o Ga3+) (Wang et al, 2010), por lo tanto los LDH se caracterizan por
prepararse con una gran variedad de cationes trivalentes y divalentes (Figura 1), igualmente se
pueden preparar estructuras con más de dos cationes diferentes en las capas. Así como en la brucita,
las capas se forman por la condensación de las unidades octaédricas.
Figura 1. Estructura bidimensional del LDH. (Tronto & Bordonal, 2013, p.6)
Los grupos hidroxilo de la lámina están unidos a los grupos CO32- o el anión que se encuentre,
directamente o por medio del H2O a través de puentes de hidrógeno. Los grupos CO32- están
situados en el espacio interlaminar y el agua está enlazada débilmente, pudiendo eliminarse sin
destruir la estructura laminar (Figura 2) (Martínez et al, 2012) (Tóth et al, 2014).
6
Figura 2. Representación del hidróxido doble laminar. Las moleculas de agua no están representadas en la figura (Laine et al, 2018, p. 5249)
La hidrotalcita (Mg6Al2(CO3)(OH16).4H2O) es el compuesto más representativo de los
materiales LDH, cuya estructura consiste en láminas tipo brucita, Mg(OH)2, donde algunos
cationes de Mg2+ han sido sustituidos por Al3+, y están coordinados de forma octaédrica con los
grupos hidroxilo, el exceso de carga positiva es compensado en el espacio interlaminar por medio
de interacciones electrostáticas de aniones carbonato, CO32-. Se pueden preparar materiales LDH
con Ca2+ como catión divalente, aunque la estructura pierde la forma cristalina propia de la
hidrotalcita y se forma la hidrocalumita (Ca2Al(OH)6CO3.nH2O), la cual está formada por cationes
Ca2+ y Al3+ y su estructura consiste en láminas de tipo brucita corrugada con una distribución
ordenada de los cationes Ca2+ y Al3 de coordinación siete y seis respectivamente en un radio fijo
de 2:1 (Tóth et al, 2014). Otra estructura representativa de los LDH es la takovita
Ni6Al2(OH)16CO3·H2O, en la cual el Mg2+ es totalmente reemplazado por Ni2+ pero conserva la
misma estructura cristalina de la hidrotalcita (Mas et al, 2008).
Al calcinar un compuesto LDH a 500-600 °C, se forma un óxido mixto de cristales pequeños,
aumentando su área superficial, el cual al exponerlo en disoluciones acuosas o en atmosferas
húmedas se reconstruye el LDH pero con diferencias estructurales y en sus propiedades
dependiendo de la presencia de carbonatos o CO2 en el medio. (Figura 3). En ausencia de estos
dos compuestos, se generan sitios básicos de Bronsted en el espacio interlaminar con aniones
hidroxilo (Crespo et al, 2003) (González-Olvera et al, 2016). El estudio teórico realizado por
7
Mascolo & Mascolo (2015) demuestra que este método de reconstrucción del LDH no está basado
en el efecto memoria, sino en la síntesis directa de material a partir de los óxidos.
Figura 3. Cambio estructural al calcinar y rehidratar un compuesto LDH. (González & Urquiza, 2016, p. 63660)
El intercambio iónico es el método más común para modificar los aniones interlaminares en la
estructura del HDL con aniones diferentes a los utilizados en la síntesis. El proceso que ocurre en
este método es una sustitución isomórfica del contenido interlaminar (la estructura laminar del
HDL se mantiene inalterada y únicamente se modifica la dimensión del espacio interlaminar de
acuerdo con el tamaño del nuevo anión) y puede ser reversible mediante tratamientos químicos o
térmicos apropiados. El orden de preferencia por aniones inorgánicos sencillos (o capacidad para
ser retenidos entre las láminas) en orden creciente es el siguiente: NO3- < Br- < Cl- < F- < OH- <
MoO42- < SO4
2-< CrO42-< HAsO4
2-< HPO42-< CO3
2-. Por lo cual, al usar como precursor el ión
nitrato o cloruro se tiene mejores resultados de intercambio, debido a la facilidad con la que pueden
ser desplazados de la región interlaminar (Martínez et al, 2012).
Los LDH han atraído atención considerable debido a su gran área superficial, excelente
conductividad eléctrica, baja toxicidad, bajo costo, facilidad de preparación, alta capacidad de
intercambio de aniones para funcionar como adsorbente, respeto al medio ambiente y buena
estabilidad térmica y química (Kang et al, 2017). Los compuestos LDH son usados como:
Catalizadores heterogéneos básicos: Se puede intercambiar los iones en el espacio
interlaminar del LDH por otros que tengan propiedades catalíticas más eficientes. Cuando
el óxido básico se expone a soluciones acuosas, se genera sitios básicos de Brönsted,
mostrando actividad catalítica para reacciones de transesterificación, oxidación del
tolueno, condensaciones aldólicas, adición de Michael, reacciones que implican catálisis
8
ácido-base: Knoevenagel, isomerización de doble enlace, deshidrogenación y
deshidratación de alcoholes. (Wang et al, 2015)
Precursores de catalizadores básicos (óxidos mixtos): El LDH es calcinado formando un
óxido mixto con las siguientes características: gran área superficial, carácter básico,
estabilidad térmica y la capacidad de regenerar la estructura de capas original. Los centros
activos se encuentran en los átomos superficiales, los cuales poseen sitios básicos de Lewis
en sitios superficiales capaces de donar pares de electrones. Lo óxidos mixtos pueden
catalizar reacciones como la formación de gas de síntesis CH4-CO2 (Lin et al, 2015);
producción de hidrógeno a partir de la oxidación de metano o alcoholes con bajo contenido
de carbono, como metanol y etanol (Wang et al, 2015).
Electrocatálisis: Al reemplazar metales nobles que son de alto costo por otros menos
costosos y abundantes en la naturaleza, por ejemplo el cobalto y níquel en los LDH, puede
ser utilizados en reacciones electrocatalíticas como la oxidación del agua y alcohol (Fan et
al, 2014).
Adsorbentes para tratamiento de aguas residuales: La gran cantidad de grupos funcionales
OH en la superficie del LDH le proporcionan propiedades adsorbentes y captadoras de
cationes metálicos en aguas (Ej. Cd2+). El mecanismo de adsorción puede ser por: (a)
formación de precipitado de CdCO3 por intercambio aniónico, (b) adsorción superficial
debido a la naturaleza de los cationes y (c) formación de complejos superficiales de la
esfera exterior con grupos hidroxilo de superficie cargados negativamente. (Rahmanian et
al, 2017)
Uso en electroquímica como material activo en el electrodo positivo en baterías alcalinas
recargables. El Ni-Al es de especial interés ya que la sustitución parcial del aluminio por
el níquel en el hidróxido le proporciona estabilidad en medios alcalinos (Yang, 2009).
Sensores: Sensores de ozono (Kang et al, 2017)
El hidróxido doble laminar de Ni-Al ha sido sintetizado y calcinado en estudios previos por
diversos métodos:
Coprecipitación básica con sales de los metales en presencia de NaOH y Na2CO3. Este
método es el más utilizado para la preparación de estos materiales y se basa en producir un
9
precipitado con forma de gel que necesita ser madurado a 60-120° durante 12-24 h (Kannan
et al, 1996). Al combinar la técnica de microondas en el proceso de maduración se puede
obtener cristales relativamente pequeños con una distribución uniforme (Wang et al, 2015).
El tamaño, la forma y la distribución de los cationes en la capa de hidróxidos del LDH
depende de varios factores como la temperatura y el tiempo de maduración del cristal, pH
y los reactivos. La estructura del LDH no se puede formar a temperaturas de maduración
menores de 60ºC y colapsa a temperaturas mayores de 120ºC y se forman grandes
agregados que contienen óxidos de los metales. La forma y tamaño del LDH, se ve afectado
por el tiempo de maduración, a tiempos menores de 4 h se forman estructuras irregulares
y al superar las 24 h algunas capas se colapsan. El pH básico es necesario en la reacción
para evitar la formación de otras especies. (Wang et al, 2016)
Método hidrotermal o solvotermal: Se usan las sales de nitrato como precursor metálico es
disuelto en un líquido, en un recipiente cerrado y calentado por encima de su punto de
ebullición, lo que genera una presión superior a la atmosférica. En este método se usa urea
o el biopolímero alginato de sodio en condiciones hidrotérmicas para la cristalización del
LDH Ni-Al con distintas formaciones de nanopartículas (Wang et al, 2010).
Coprecipitación y la técnica de spray, la cual obtiene un material con alta cristalinidad y
gran área superficial. El gel obtenido por precipitación es diluido en agua desionizada y
luego se pulveriza sobre una placa de vidrio con un atomizador y se trata térmicamente a
100ºC durante 3 h. La técnica de spray ha sido usada para sintetizar varios polvos y para
preparar materiales de cátodos para baterías de litio (Yang et al, 2009).
Método sol-gel a partir de la hidrolisis ácida de precursores orgánicos (acetilacetona de
níquel y aluminio) en presencia de Na2CO3 (Prinetto et al, 2000).
4.2. Materiales MCM-41
En 1992 Investigadores de “Mobyl Oil Company”, dentro un proyecto encaminado a buscar
materiales con poros de mayor tamaño que los encontrados en la zeolita, sintetizaron por primera
vez un nuevo tipo de sílices mesoporosas denominadas M41S, las cuales incluyen el MCM-41
hexagonal, MCM-48 cúbico y MCM-50 lamelar. Los compuestos M41S exhiben una gran
variedad de mesoporos uniformes con tamaños que oscilan entre 2 y 10 nm. Tienen una superficie
10
específica alta (mayor que 1000 m2/g) y el tamaño de los poros de estos materiales les permite
adsorber moléculas más grandes de lo que es posible para las zeolitas. (Samiey et al, 2014)
Los compuestos de tipo M41S se sintetizan utilizando una fuente de sílice, como el
tetraetilortosilicato (TEOS) o el silicato de sodio (Na2SiO3), en presencia de tensoactivos de haluro
de alquiltrimetilamonio de cadena larga como moldes que dirigen la estructura. Las
mesoestructuras se pueden sintetizar utilizando diferentes tensoactivos iónicos o no iónicos o
polímeros solubles en agua como moldes o plantillas (Samiey et al, 2014). El TEOS se debe
hidrolizar para obtener grupos de silanol, mientras que una solución de Na2SiO3 ya ofrece estos
grupos, y su cantidad depende del grado de precondensación. Con un mayor grado de
precondensación de sílice, las posibilidades de obtener materiales bien ordenados son menores.
Durante la preparación de MCM-41 el grado de condensación de los grupos silanol depende de la
temperatura, el pH, la concentración de silicato y de la presencia de iones adicionales, aunque el
Na2SiO3 es más económico, la estructura del MCM-41 obtenida es menos estable debido a la
presencia de iones de sodio, ya que se incorporan en el marco de la mesoestructura haciéndolo
colapsar bajo condiciones hidrotérmicas (Meléndez et al, 2013).
El material MCM-41 es un tamiz mesoporoso molecular, caracterizado por tener dos
superficies: una interna (poros) y una externa (Figura 4), donde el arreglo hexagonal de mesoporos
cilíndricos tiene un tamaño uniforme (15 a 100 Å; 2-10 nm) (Cong et al, 1993). Su sistema de
poros unidimensional le otorga una elevada área superficial específica (1200-1500 m2/g), alta
estabilidad térmica e hidrotérmica, tamaño de poro estable, hidrofobicidad y acidez. (Sastre et al,
2015). Estas características permiten que el MCM-41 sea un material usado como soporte para
reacciones catalíticas, procesos de adsorción, intercambio iónico y control ambiental (Melo et al,
1999).
11
Figura 4. Superficie interna y externa de los compuestos MCM-41 sin funcionalizar (Autora).
En general, los compuestos MCM-41 se sintetizan a partir de geles de silicato básico o
aluminosilicato en presencia de tensoactivos de amonio cuaternario con diferentes longitudes de
cadena de alquilo (Yang et al, 2015). Los métodos más usados para su síntesis son: coprecipitación,
Sol-gel catalizado por una base (Samiey et al, 2014) y tratamientos hidrotérmicos y solvotérmicos
(Ng et al, 2013). Su preparación consiste inicialmente en la polimerización de los grupos silanol
en estructuras tridimensionales unidas por enlaces siloxano (Si-O-Si) y de la formación de micelas
cilíndricas formadas por el surfactante en solución acuosa. Posteriormente las micelas cilíndricas
actúan como plantilla o molde para la formación de los poros ya que las especies de sílice cargadas
negativamente se concentran alrededor de las micelas del surfactante catiónico. Por último, se
remueve el surfactante de los poros por medio de tratamientos que permitan romper las
interacciones electrostáticas entre el surfactante y las especies de sílice, este proceso se puede
realizar por medio de reflujo en alcohol acidificado con HCl, tratamiento con nitrato de amonio o
por calcinación (Figura 5) (Meléndez et al, 2013) (Martínez-Edo et al, 2018).
12
Figura 5. Procedimiento esquemático de la preparación de MCM-41. (Martínez-Edo, 2018, p.617)
La morfología y porosidad del MCM-41 es determinada por los parámetros de síntesis como
el tipo de plantilla surfactante, fuente de sílice, la composición de los materiales iniciales,
pH, temperatura, tiempo de maduración, aditivos y el solvente (Meléndez, 2013). El pH es
uno de los parámetros más importantes que influye en el ordenamiento de los poros, ya que
la solubilidad y la velocidad de disolución de la sílice aumenta con el aumento del pH, lo
que resulta en un mayor ordenamiento de los poros. Cuando el pH de la solución precursora
disminuye, se observa que la intensidad de los picos de difracción en el patrón de DRX
disminuye, lo que sugiere una disminución considerable de la ordenación de los poros (Ng,
2013). Sin embargo, se ha reportado que, a pH muy altos, igual o por encima de 11, se han
observado la disminución de la intensidad de los picos de reflexión en el difractograma de
rayos X. (Yang, 2015).
Funcionalización de los materiales MCM-41
Debido a la alta área superficial de estos materiales se puede incorporar gran variedad de sitios
activos dentro del marco o en las superficies (interna y externa). Estos sitios activos se pueden
formar ya sea por síntesis directa o por procedimientos posteriores a la síntesis, lo que significa
13
que las propiedades de estos sitios activos son variables y controlables, según el procedimiento
utilizado (Figura 6). Muchas de las etapas de modificación hacen uso de los grupos silanol
presentes en la superficie de sílice mesoporosa ordenada, porque son los sitios de anclaje para
especies metálicas o agentes de acoplamiento de silano. (Taguchi & Schuth, 2005).
Figura 6. Diferentes métodos de funcionalización de los materiales mesoporosos MCM-41 (Taguchi & Schuth, 2005, p.8).
Incorporación de cationes metálicos en el marco del MCM-41
La incorporación de metales activos en la matriz de sílice del tamiz molecular MCM-41 lo
hace particularmente valioso para aplicaciones catalíticas. Se pueden incorporar metales como Fe,
Ga, Ti, V, Sn, Al, Ni y Co. La incorporación de un segundo metal de transición cambia la actividad
catalítica del material MCM-41 debido a la fuerte interacción entre el metal y el soporte (Liu et al,
2009). La incorporación de metales se puede efectuar por medio de la síntesis directa, por ejemplo,
utilizando coprecipitación de la fuente de sílice y sales del metal. También se puede preparar por
tratamiento después de la síntesis del MCM-41. En la síntesis directa típicamente se obtiene en
una incorporación más homogénea del metal, mientras que el método post-tratamiento modificará
principalmente la superficie de la pared y, por lo tanto, aumentará la concentración del metal en la
superficie (Taguchi & Schuth, 2005).
Incorporación de nanopartículas de metales
14
La deposición de nanopartículas catalíticamente activas sobre materiales de soporte con alta
dispersión es una estrategia importante y efectiva para el diseño de catalizadores. Los materiales
mesoporosos ordenados con sus áreas de superficie intrínsecamente altas son excelentes para este
propósito. En comparación con otros materiales de soporte, los sólidos mesoporosos MCM-41
ordenados tienen la ventaja de estabilizar partículas de metal o de óxido de metal, ya que no pueden
crecer a tamaños más grandes que el tamaño de poro a menos que se muevan hacia la superficie
externa de las partículas. La síntesis se puede realizar por medio de técnicas de impregnación del
MCM-41 o por medio de la síntesis directa por co-precipitación con sales del metal y posterior
reducción con H2. La técnica de impregnación de nanopartículas en el MCM-41 generalmente
forma nanopartículas de varios tamaños en los mesoporos y en la superficie externa del material
(Taguchi & Schuth, 2005).
Incorporación de grupos funcionales orgánicos
El material MCM-41 es muy versátil debido a que también se le pueden incorporar una gran
variedad de grupos funcionales orgánicos como ácidos y aminas a través de co-condensación o
métodos post-síntesis. El método de co-condensación permite funcionalizar la superficie externa
del material por medio de la adición simultánea del grupo funcional con el precursor de sílica
(TEOS), permitiendo obtener una distribución homogénea de los grupos orgánicos en la superficie
de los poros. El método de inserción post-síntesis permite la modificación de la superficie de las
nanopartículas de MCM-41 incorporando grupos funcionales por silanización. En este proceso,
los grupos silanol (Si-OH) en la superficie del material actúan como puntos de anclaje cuando se
tratan con un siloxano funcionalizado que lleva el grupo funcional deseado. La silanización se
realiza a través de grupos libres de (R3≡Si-OH) o grupos silanol geminales (R2=Si(OH)2), pero la
distribución de los grupos funcionales tiende a ser heterogénea (Martínez-Edo et al, 2018).
Los materiales MCM-41 funcionalizados son utilizados en catálisis heterogénea y sus
aplicaciones varían dependiendo del tipo de grupo funcional introducido. La introducción de
grupos funcionales como aminas, tioles, ácidos sulfónicos y ácidos carboxílicos ya sea en la
superficie externa o en el interior de los poros, permiten su uso para reacciones que requieren
catálisis ácida o básica como: Síntesis de 4H-cromanonas, 4H-benzopiranos, qinazolinadionas,
15
condensación aldólica, condensación Knoevenagel, reacciones de esterificación,
transesterificación y producción de biodiésel (Martínez-Edo et al, 2018).
Incorporación de complejos metálicos
Dado que los catalizadores heterogéneos son considerablemente más fáciles de manejar,
recuperar y reutilizar que sus homólogos homogéneos, la inmovilización de catalizadores
homogéneos sobre soportes sólidos es de gran interés comercial. El sistema de poros del MCM-
41 con gran tamaño de apertura permite la fijación de varios complejos regio y enantioselectivos,
lo cual representa una ventaja en comparación con los soportes microporosos o macroporosos
convencionales, ya que el tamaño de los poros puede adaptarse exactamente a los requisitos de las
especies ancladas (Taguchi & Schuth, 2005). La introducción de complejos metálicos en la
preparación del MCM-41 se puede realizar por dos estrategias: inserción o por la funcionalización
por pasos múltiples a partir del MCM-41 sin funcionalizar (Martínez-Edo et al, 2018). Para el
método de inserción se inmovilizan los primeros ligandos para el metal con los que reacciona el
metal en una etapa posterior, mientras que por el otro método se funcionaliza la superficie del
MCM-41 con un grupo que cuente con una función química que reacciona con un grupo lateral
del ligando para proporcionar el enlace del complejo a la superficie (Taguchi & Schuth, 2005).
4.3. Hidroacilación
La hidroacilación es una reacción donde ocurre la activación catalítica de enlaces C-H para
formar nuevos enlaces C-C y producir cetonas usando bajas cantidades de catalizador. La reacción
de hidroacilación involucra el uso de alquenos o alquinos con aldehídos o sus derivados como
sustratos, los cuales, mediante un catalizador, principalmente metálico, permiten la formación de
la cetona, siendo un proceso que cumple con el principio de la química sostenible al tener 100%
de economía atómica (Yatabe et al, 2018). La adición de un aldehído a un doble o triple enlace en
el proceso de hidroacilación puede darse por mecanismos intra o intermoleculares (Figura 7). Por
medio de la hidroacilación intramolecular de alquenos se forman una variedad de cetonas cíclicas
y heterocíclicas usando pequeñas cantidades de catalizador y condiciones de reacción suaves. Por
otra parte, la hidroacilación intermolecular de alquenos es un método que permite la formación de
cetonas alifáticas, mientras que la hidroacilación intermolecular con alquinos produce cetonas α,β-
insaturadas (Willis, 2010).
16
+
O
R1
H
O
CH2 R2
R2
O
R1
+R1
H
O
R2
O
R1
(1)
(2)
(3)
Catalizador
Catalizador
Catalizador
H
O
CH2
CH R2
Figura 7. Reacciones de hidroacilación: (1) intramolecular, (2) y (3) intermolecular para alquenos y alquinos (Autora).
En la reacción de hidroacilación de alquenos y alquinos se han empleado una gran variedad de
catalizadores con metales de transición, así como líquidos iónicos, óxido de grafito y más
recientemente catalizadores inorgánicos como los hidróxidos dobles laminares libres de metales
de transición (Yatabe et al, 2018). Los nuevos desafíos en la hidroacilación de alquenos y alquinos
contemplan la selección de nuevos sustratos y el desarrollo de nuevos catalizadores con una mejor
actividad catalítica, mayor selectividad y reducción de los costos, en comparación con los
complejos de Rodio que se emplean comúnmente para catalizar esta reacción (Ghosh, 2016).
4.3.1. Hidroacilación intermolecular de alquinos
La catálisis con complejos de RhI ha sido comúnmente utilizada para la hidroacilación
intermolecular de alquinos, aunque también se han utilizado otros sistemas catalíticos con distintos
metales de transición. El mecanismo de reacción varía dependiendo del tipo de catalizador
utilizado y puede ocurrir por alguno de los siguientes mecanismos: Adición oxidativa, hidrólisis
del alquino con posterior arreglo de Claisen Schmidt, Acoplamiento A3 o por adición nucleofílica.
4.3.1.1. Mecanismo de reacción de hidroacilación por adición oxidativa
En el caso de catalizadores a base de RhI, Ni0, Ru0 e InIII el mecanismo general se da por
adición oxidativa, la cual consiste en la activación el enlace C-H de los aldehídos para formar las
17
especies de hidruro metal-acilo (A), las cuales son intermediarios que juegan un papel importante
en la hidroacilación catalítica de alquinos pero son inestables ya que a menudo experimentan una
rápida descomposición en especies de metal carbonilo (descarbonilación (B)) y moléculas
reducidas. En la formación de la especie de hidruro metal-acilo, el metal incrementa su estado de
oxidación, por ejemplo el RhI RhIII, y posteriormente se acopla el triple enlace para formar un
compuesto intermediario (C), para finalmente formar la cetona α,β-insaturada (D) por medio de
eliminación reductiva y regenerar el catalizador con su estado de oxidación inicial (Figura 8).
Debido al proceso de descarbonilación, en algunas ocasiones es posible obtener bajos rendimientos
del producto esperado (Miura et al., 2013).
R1
R2
HR
O
[M]
[M]R
O
H
B: Descarbonilación
R H + [M] CO
[M]=catalizador de
RhI, Ni0, Ru0 o InIII
R
O
R1
R2
A: Intermediario hidruro metal-acilo inestable
[M]R
O
R1
R2
H
C D: Producto de hidroacilación
-[M]
Figura 8. Mecanismo de reacción general de la hidroacilación de alquinos con catalizadores a base de RhI, Ni0, Ru0 e InIII y el proceso de descarbonilación mediante adición oxidativa (Miura et al, 2013)
Para evitar la descarbonilación y obtener los productos de hidroacilación con mayor
rendimiento, se han desarrollado estrategias por quelación, en las cuales se usan agentes quelantes
como ligandos fosfina y/o compuesto quelantes, como 2-amino-3-picolina, acrilamidas, aldiminas
o aldehídos β-sustituidos con heteroátomos como OH, MTM (metiltiometileter), MeS, EtS,
tioacetal, NH2 o NR2. Los ligandos fosfina son capaces de estabilizar el intermediario metal-acilo
al formar un complejo metálico con el catalizador a través de los pares libres de electrones de los
átomos de fósforo, además intervienen en la eliminación reductiva como paso final para la
formación regioselectiva del producto de hidroacilación (Moxham et al., 2008). En las reacciones
de hidroacilación de alquinos con los metales Ni0, Ru0 e InIII en donde se forma la especie metal-
acilo, se pueden obtener mejores rendimientos al usar ligandos ya que se disminuye el proceso de
descarbonilación (Figura 9) (Miura et al., 2013) (Tsuda et al., 1990).
18
R1
R2
HR
O
[M]Ln
[M]LnR
O
H
B: Lentadescarbonilación
R H + [M] CO
[M]= catalizador de
Ni0, Ru0 o InIII
Ln: ligando de fosfina
R
O
R1
R2
A: Intermediario hidruro metal-acilo estabilizado
[M]LnR
O
R1
R2
H-[M]Ln
C D: Producto de hidroacilación
Figura 9. Mecanismo general de hidroacilación de alquinos con Ni0 , Ru0 o InIII con ligandos como agentes quelantes mediante adición oxidativa (Miura et al, 2010) (Miura et al, 2013) (Tsuda et al, 1990).
Sin embargo, los catalizadores a base de RhI son más desafiantes por lo tanto para suprimir la
descarbonilación y obtener mejores rendimientos se ha reportado el uso simultaneo de ligandos y
de aldehídos β-sustituidos como agentes de control de quelación, que estabilizan el intermediario
de hidruro metal-acilo importante para obtener las cetonas α,β-insaturadas (Castaing et al., 2013).
El mecanismo de reacción involucra la formación del complejo ([Rh]Ln), entre el catalizador de
RhI y el ligando, de este modo al adicionar el aldehído se forma la especie intermedia de hidruro
de acilo-RhIII (A), esta especie se encuentra estabilizada al formar un ciclo de 5 miembros con el
ligando y el grupo quelante del aldehído. Posteriormente se adiciona el alquino (B) y se forma un
nuevo complejo (C) por medio de la coordinación entre la insaturación y el centro metálico. Este
último complejo sufre una eliminación reductiva (D) y se forma el producto de la hidroacilación
(Figura 10). (Moxham et al., 2008)
La limitación inherente al uso de grupos quelantes es que dicho grupo también estará presente
en los productos, por lo cual se debe intentar usar grupos quelantes que también sean requeridos
en el producto final o que puedan ser intercambiados por otros grupos funcionales en el producto
final (Parsons et al., 2011) (Miura, 2013).
19
M=RhI
Ln: Ligando
X= Grupo quelante: Tioacetal, SMe, SEt, MTM (Metiltiometileter), OH, NH2,
NRR', pirrolidina.
[M]LnR
1R
2
Ln [M]
HX
.O
R
R1
R2
Ln [M]
X
O+
R1
R2
H
R
[M]Ln
X
O
R
H
Ln [M]
X
OR1
R2
R
-[M]Ln
H
OX
R
O
R1
R2
X
R
B
CD
A: Intermediario hidrurometal-acilo estabilizado
E: Producto de hidroacilación
Figura 10. Mecanismo general de reacción de la hidroacilación de alquinos con RhI usando ligandos y aldehídos β-sustituidos como agentes quelantes mediante adición oxidativa (Barwick et al, 2018).
Debido a que los catalizadores a base RuII e IrI son eficientes en la catálisis por transferencia
de hidrógeno con alcoholes o aldehídos, estos han sido estudiados en la hidroacilación de alquinos.
Chen et al (2015) y Williams et al (2009) estudiaron el uso de RuII proponiendo un mecanismo de
reacción por adición oxidativa donde se forma una especie metal-alquenil como intermediario
clave, además indicaron que el uso de ligandos, como agentes quelantes, intervienen en la
regioselectividad de la formación de cetonas α,β o β,γ-insaturadas. El mecanismo involucra
inicialmente una transferencia de hidrógeno al catalizador mediante el uso de donadores de hidruro
como el 2-propanol o utilizando inicialmente un catalizador de metal hidruro comercial (Ru-H),
como el RuHCl(CO)(PPh3). Posteriormente, el complejo catalítico de metal hidruro y el ligando
se insertan en el alquino para formar la especie intermediaria de metal-alquenil (A), la cual al
adicionar el aldehído forma el producto de hidroacilación (B) (Figura 11).
20
Ln[M]-H
[M]=Catalizador
de RuII
Ln=ligando
R1
R2
R1
H [M]Ln
R2
R
O
R1
R2
A: Especie alquenil-metal (hidrometalación)
B: Producto de hidroacilación
-Ln[M]-HR
H
O
+
Figura 11. Mecanismo general de reacción de la hidroacilación de alquinos con RuII usando ligandos mediante adición oxidativa (Chen et al, 2015).
En cuanto a la catálisis con iridio El único estudio reportado de hidroacilación de alquinos con
IrI fue realizado por Hatanaka et al., (2010), quienes efectuaron la reacción de hidroacilación con
alcoholes y aldehídos, aunque el mecanismo de reacción con los aldehídos no fue detallado,
proponen la formación de un intermediario de hidruro metal(π-alilo) unido al ligando. La reacción
no requiere el uso del catalizador hidrogenado pero la presencia del ligando es necesaria para
obtener el producto. En el caso de la catálisis a base de cobalto, Santhoskumar et al, (2015) propone
que el mecanismo también incluya la formación del intermediario de hidruro metal-alquenil pero
sin ser una catálisis por transferencia de hidrógeno.
4.3.1.2. Mecanismo de reacción de hidroacilación por hidrólisis del alquino y
posterior arreglo de Claisen-Schmidt
El uso de catalizadores ácidos que no necesariamente están constituidos por metales, tales como
los líquidos iónicos, óxido de grafito y zeolitas, permiten el proceso de hidroacilación por un
mecanismo que se basa en la hidrólisis del alquino para formar la metil cetona, la cual reacciona
con el aldehído por un proceso de Claisen-Schmidt (Figura 121). Este mecanismo solo se efectúa
al utilizar alquinos terminales para obtener la metil cetona correspondiente (Mameda et al, 2016).
R
CH
Catalizador
H2O CH3R
O
+
OR1
H
-H2O R
O
R1
Catalizador
Figura 12. Mecanismo de reacción general de hidroacilación por medio de hidrólisis del alquino y posterior arreglo de Claisen-Schmidt (Mameda et al, 2016)
21
4.3.1.3. Mecanismo de reacción de hidroacilación por acoplamiento A3
Al utilizar catalizadores de sales de AuI, CuI y CuII o con nanopartículas de Cu0, junto con una
base nitrogenada como las aminas, el mecanismo de reacción que se da es el acoplamiento A3
tándem (acoplamiento-isomerización-hidrolisis), el cual es la reacción entre un aldehído, un
alquino terminal y una amina conllevando a la formación de propargilaminas, con una posterior
desprotonación del protón ácido vecino al triple enlace, dando a lugar a un intermediario aleno que
posteriormente sufre una hidrólisis para generar cetonas α,β-insaturadas (Figura 13). Este
mecanismo solo ocurre en alquinos terminales aromáticos ya que es requisito que la
propargilamina formada contenga un protón ácido, por lo cual no pueden utilizarse alquinos
internos (Shi et al, 2014).
R H
O
CH
NH
Catalizador
A3-acoplamiento
-H+ / +H+
H2OR
N
H
O
RR
N
. H
Figura 13. Mecanismo de reacción general en el uso de catalizadores a base de AuI, CuI, CuII o Cu0 mediante el acoplamiento A3 (Shi et al, 2014)
4.3.1.4. Mecanismo de reacción de hidroacilación por adición nucleofílica
Este mecanismo se produce cuando se utilizan catalizadores básicos junto con alquinos
terminales aromáticos y aldehídos. Consiste en utilizar bases fuertes o moderadamente fuertes con
alquinos terminales para formar el carbanión denominado ión alquinuro (la base desprotona el
hidrógeno ácido del alquino terminal). La especie de alquinuro es un nucleófilo fuerte que puede
ser utilizado en reacciones orgánicas de adición donde se requiere generar nuevos enlaces C-C,
permitiendo así su adición a un aldehído para la formación de cetonas α,β-insaturadas (Figura 14).
Catalizadores como el LDH Mg-Al, Cs/Al2O3 y las sales de amonio cuaternarias efectúan el
proceso catalítico por medio de este mecanismo. Debido a que estos catalizadores basan su
mecanismo en la nucleofilicidad de los alquinos terminales, permitiendo evitar la dificultad en el
control de la regioselectividad y la descarbonilación en las clásicas reacciones de hidroacilación
de adición oxidativa (Yatabe et al, 2018).
22
PhH
-H+
Ph
O
HPh
O
Ph
H
HA: Especiealquinuro B: Alcohol
propargílico Cetona -insaturada
Ph
OH
HPh
C: Ph
_Catalizador Catalizador
Figura 14. Mecanismo general de reacción de hidroacilación con catalizadores básicos mediante la adición nucleofílica (Yatabe et al, 2018)
5. METODOLOGÍA
5.1. Tipo de investigación
La monografía se enmarcó en la revisión sistemática y la investigación experimental.
5.1.1. Revisión sistemática
La revisión sistemática es una forma de estudio secundario que usa una metodología bien
definida para identificar, analizar e interpretar todas las evidencias relacionadas con una pregunta
de investigación específica y extraer conclusiones sobre los datos recopilados. Con base en esta
revisión, se analizó la información y se plantearon dos propuestas para el uso de materiales
catalíticos tipo LDH y MCM-41.
5.1.1.1. Bases de datos
Para la elaboración de la revisión sistemática se consultaron las siguientes bases de datos
recopilando fuentes primarias y secundarias al utilizar principalmente descriptores en inglés, ya
que en español no se encontraron resultados para hidroacilación de alquinos (Tabla 1). Debido a
la gran cantidad de resultados obtenidos, los descriptores fueron muy específicos y la búsqueda
avanzada se limitó a que fueran incluidos únicamente en el título y/o resumen.
Bases de datos, recursos digitales y revistas repositorio disponibles en la página de la
Biblioteca Jesús Romo Armería ubicada en el instituto de química de la Universidad
23
Nacional Autónoma Metropolitana de México UNAM.
http://www.iquimica.unam.mx/biblioteca/
Base de datos de revistas especializadas en química de la Universidad Autónoma
Metropolitana de México (UAM) – Unidad Iztapalapa. http://amoxcalli.izt.uam.mx/
Google académico
5.1.1.2. Resultados de búsqueda y criterios de selección
Tabla 1 Resultados y criterios de búsqueda para la revisión sistemática de artículos
Descriptor Result.
Inic.
Fuentes
selecc. Criterios de selección
Layered double hydroxide LDH Ni-Al
Bronsted basic sites 49 13
Artículos experimentales y de revisión donde
se especifique diferentes métodos de
obtención, la estructura interna, sus sitios
activos catalíticos y revisiones de avances en
catálisis
Hidróxido doble laminar 16 2 Artículos de revisión sobre teoría general de
los hidróxidos dobles laminares
MCM-41 mesoporous material synthesis 90 12
Artículos de revisión de teoría general del
material y sus diferentes métodos de
preparación
MCM-41 Rh 27 4 Artículos específicos en la síntesis de MCM-
41 con metal Rh (I)
Hidroacilación de alquinos 0 0 No se encontraron resultados en español para
la reacción de hidroacilación de alquinos
Intermolecular hydroacylation alkynes
Rh 156 12
Artículos de revistas experimentales donde se
desarrolle la reacción intermolecular con el
metal exclusivamente para alquinos y
aldehídos.
Intermolecular hydroacylation alkynes
Ru 66 3
Intermolecular hydroacylation alkynes
Ni 69 1
Intermolecular hydroacylation alkynes
Iridium 52 1
24
Intermolecular hydroacylation alkynes
Indium 8 1
Intermolecular hydroacylation alkynes
Cobalt 51 2
Intermolecular hydroacylation alkynes 287 15
Artículos donde se efectúe la reacción de
hidroacilación intermolecular entre alquinos y
aldehídos pero sin el uso de metales de Rh,
Ru, Ni, Ir, In y Co. También se incluyen
artículos de revisión sobre los avances en la
hidroacilación de alquinos y sus aplicaciones
catalíticas y artículos en los cuales se utilizó
como sustrato glioxales.
Artículos provenientes de la bibliografía
referenciada, tesis y libros 17
Documentos requeridos para ampliar la
información de un tema en específico.
TOTAL 871 83
5.1.2. Investigación experimental
Se realizó una experimentación inicial de laboratorio para recopilar resultados preliminares
útiles para la evaluación de los materiales catalíticos LDH en la reacción de hidroacilación
intermolecular de alquinos. Esta sección experimental consistió en la síntesis y caracterización
(Espectroscopía IR y difracción de Rayos X) de los materiales sólidos catalíticos LDH Ni-Al y
LDH Co-Al para su evaluación inicial en la reacción de hidroacilación entre fenilacetileno y
benzaldehído.
6. DESARROLLO DE LA PROPUESTA
6.1. Antecedentes
6.1.1. Hidroacilación intermolecular de alquinos internos
6.1.1.1. Reacciones de hidroacilación por adición oxidativa
25
Hidroacilación catalizada por complejos de Ni(0)
En la hidroacilación intermolecular de alquinos la catálisis con níquel ha sido efectiva, los
complejos de Ni(0) pueden ser utilizados para combinar aldehídos de arilo y alquilo con
alquinos simétricos internos formando cetonas α,β-insaturadas. Tsuda, Kiyoi & Saegusa
(1990) reportaron la reacción por medio de catálisis homogénea de 4-octino con 2-
metilpropanal en THF a 100ºC por 20 h en la presencia del complejo de níquel(0) Ni(COD)2 y
el ligando P(n-C8H17)3 bajo una atmósfera de nitrógeno, obteniendo la correspondiente cetona
α,β-insaturada con un rendimiento del 93% junto con una pequeña cantidad de cetona α,β,γ,δ-
insaturada (Figura 15). La formación de la cetona α,β-insaturada se produce de manera
estereoselectiva, con un predominio del isómero E del 93% y es altamente dependiente de la
estructura de la fosfina terciaria utilizada como ligando, donde los ligandos tri-n-alquilfosfina
como el P(n-Bu)3 y P(n-C8H17)3 fueron los más efectivos. Otros aldehídos aromáticos y lineales
también pueden ser utilizados en la reacción.
+
H
OCH3
CH3
Pr
Pr
CH3
O
CH3
CH3 CH3
Ni(COD)2 (0.05 mmol)
P(n-C8H17)3 (0.10 mmol)
THF, 100ºC, 20 h
+
O
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
(1 mmol)
(1.5 mmol)
93%, 93:7 E:Z 6%
Figura 15. Hidroacilación intermolecular de alquinos simétricos con Ni(0) (Tsuda et al, 1990)
Tsuda et al. (1990) también reportaron la hidroacilación de alquinos asimétricos usando
como catalizador homogéneo el complejo de níquel(0) Ni(COD)2 y el ligando P(n-C8H17)3,
obteniendo una mezcla de productos regioisoméricos de cetonas α,β-insaturadas (Figura 16).
Por el contrario, la reacción de benzaldehído con 1-hexino, un alquino terminal, no formó la
cetona correspondiente, por lo tanto el catalizador Ni(COD)2 solo funciona para la obtención
de cetonas α,β-disustituidas.
26
R1
R2
(1 mmol)
+
H
O
(1.5 mmol)
Ni(COD)3 (0.05 mmol)
P(n-C8H17)3 (0.10 mmol)
THF, 150°C, 20 h
O
R2
R1
O
R1
R2
+
R1=n-Bu R2=Me; R1=i-Pr R2=Me; R1=t-Bu R2=Me; R1=Ph R2=Et;
Figura 16. Hidroacilación intermolecular de alquinos asimétricos con Ni(0) (Tsuda et al, 1990)
Aunque el mecanismo de reacción no se ha estudiado detalladamente, Tsuda et al. (1990)
proponen un mecanismo que involucra la formación de un hidruro de acilo de níquel como
intermediario. Si se presenta una descarbonilación en el proceso, se desprende gas CO y se
forma como producto un alqueno (Figura 17).
R H
O
+ Ni(0)
R Ni
O
H
+ R1
R1
R Ni
O R1
R1 -Ni(0)
R
O
R1
R1
Descarbonilación
R Ni
H
+R
1R
1
NiR
R1
H
R1
CO-Ni(0)
R1
H R
R1
Figura 17. Mecanismo de reacción propuesto por Tsuda et al., 1990 para la hidroacilación de alquinos internos disustituidos.
No se han reportado más estudios experimentales de hidroacilación de alquinos con
aldehídos usando níquel como catalizador, la revisión bibliográfica muestra un estudio similar
realizado por Nakao, Kanyiva & Hitama (2009), donde se utiliza hidroacilación de la
formamida con alquinos para formar carboxamidas α,β-insaturadas con altos rendimientos. El
sistema catalíticos está conformado por el catalizador Ni(0) Ni(cod)2 y el cocatalizador AlMe3
junto con el ligando P(tBu)3 (Figura 18). Los autores proponen como mecanismo de reacción
que el cocatalizador ácido de Lewis acelera la adición oxidativa del enlace C-H para generar
un intermediario hidruro de acilo níquel(II) que permite la hidrometalación de alquinos y la
eliminación reductora del enlace C-C para formar el producto.
27
HN
O
R1
R2
+
(1 mmol)
PrPr
(1.5 mmol)
Ni(cod)2 (10 mol%)
P(t-Bu)3 (40 mol%)
Al(CH3)3 (20 mol%)
Tolueno, 35 ºC, 8-120h PrPr
O
N
R1
R2
77-94%
R1=R2= CH3, Et, PhCH
2, i-Pr; R1=Ph, R2=Me.
Figura 18. Reacción de alquinos internos con formamidas catalizada por Ni(0) (Nakao et al, 2009)
Hidroacilación catalizada por complejos de Ru(II)
Williams, Leung, Patman, & Krische (2009) reportan la hidrogenación catalítica por
transferencia a base de Rutenio para la hidroacilación de alquinos internos simétricos y
asimétricos con aldehídos. Para el acoplamiento del aldehído se requiere el uso de isopropanol
como donador de hidruro, del cual se obtuvieron mejores rendimientos utilizando 1 equivalente
del mismo. Williams et al., efectuaron la reacción del 2-butino con aldehídos aromáticos y
alifáticos usando Ru(O2CCF3)2(CO)-(PPh3)2 como catalizador homogéneo en la presencia de
un equivalente de isopropanol obteniendo rendimientos en un rango del 66-85% (Figura 19).
R H
O
CH3
CH3
+Ru(O2CCF3)2(CO)(PPh3)2 (5mol%)
Isopropanol (100 mol%)
THF (2M), 110ºC, 30 h
R
O
CH3
CH3
(100 mol%)(150 mol%) 66-85%
R= p-NO2Ph, Ph, m-MeOPh, p-BrPh, p-(MeO
2C)Ph, 3,5-Me
2Ph, p-CF
3Ph, CH
2Ph,
n-C6H
17, (CH
2)2NPhtl
Figura 19. Hidroacilación intermolecular de 2-butino con complejo de Rutenio (II) (Williams et al, 2009)
Todas las reacciones fueron llevadas a cabo bajo atmosfera de argón (los tubos de reacción
se secaron en horno y se enfriaron bajo una corriente de argón), no se usaron grupos quelantes
y la formación de las cetonas α,β-insaturadas fue regioselectiva (>95:5, E:Z). La concentración
del solvente, la temperatura y el tiempo de reacción son determinantes para la formación de
28
los productos, al efectuar la reacción con THF (0.2 M), 95°C y 13 h el producto mayoritario
es un alcohol alílico, mientras que al utilizar THF (2 M), 110 °C y 30 h se forma
mayoritariamente la cetona α,β-insaturada. Los alquinos asimétricos reaccionan en las mismas
condiciones formando una mezcla de regioisómeros, pero en ciertos casos se lograba un alto
nivel de regioselectividad produciendo un único isómero geométrico (>95:5, E/Z selectividad),
tal como se muestra en la Figura 20 (Williams et al., 2009).
H
O
BrCH3
OBn
+
O
CH3
Br
OBn(100 mol%)(150 mol%) 65% (>95:5 E/Z)
Ru(O2CCF3)2(CO)(PPh3)2 (5mol%)
Isopropanol (100 mol%)
THF (2M), 110ºC, 30 h
Figura 20. Hidroacilación de alquino asimétrico catalizada con Ru(II) (Williams et al, 2009)
Chen, Cruz & Dong (2015) efectuaron un estudio en el cual se obtenían cetonas α,β-
insaturadas y β,γ-insaturadas dependiendo de la estructura del ligando utilizado junto con el
catalizador RuHCl(CO)(PPh3)3. Solamente se obtuvieron cetonas α,β-insaturadas cuando se
utilizaron ligandos no basados en ferroceno, como el BINAP y Tangphos, pero obteniendo
bajos rendimientos; mientras que al usar ligandos a base de ferroceno (dppf y Josiphos L2) se
obtienen mezclas de isómeros de cetonas α,β- y β,γ-insaturadas en rendimientos medios
(Figura 21).
+ CH3Et
Ligando (2 mol%)
RuHCl(CO)(PPh3)3 (2 mol%)
Tolueno, 80ºC, 18 h
(0.2 mmol) (0.6 mmol)
Ph CH3
O
Ph
O
Et
CH2
+Ph
O
Et
CH3 Ph
O
CH3
Et+
Ligandos: BINAP 0% 1% 3% Tangphos 0% 5% 18% dppf 11% 43% 40% Josiphos L2 32% 3% 58%
Figura 21. Hidroacilación de benzaldehído con alquino asimétrico usando diferentes ligandos (Chen et al, 2015)
Chen et al, 2015 optimizaron la condiciones anteriores al utilizar la estrategia de catálisis
tándem, donde se obtiene la cetona β,γ-insaturada y seguidamente es llevada por un proceso
de isomerización catalizada por una base (DBU) para obtener la cetona α,β-insaturada
regioselectivamente con rendimientos del 70-87%, los sustratos utilizados fueron benzaldehído
29
y 2-pentino (Figura 22), el cual es un alquino asimétrico desafiante para las transformaciones
regioselectivas debido a que los sustituyentes metilo y etilo tienen un efecto estérico similar.
+ CH3Eti) RuHCl(CO)(PPh
3)3 (4 mol%)
Josiphos L1 (4 mol%)Tolueno, 80ºC, 18 hii) DBU (20 mol%), 6h(0.2 mmol) (0.6 mmol)
R CH3
O
Ph
O
Et
CH3
(>20:1 rr) 70-87% R=Ph, p-MeOPh, 2-tienil
Figura 22. Hidroacilación optimizada de alquinos asimétricos Ru (Chen et al, 2015)
Hidroacilación catalizada por Ru(0) a partir del catalizador sólido Ru/CeO2
Miura, Wada, Hosokawa & Inoue (2013) reportaron la hidroacilación de alquinos internos
usando un sistema de catálisis heterogénea de Rutenio soportado sobre un sólido de CeO2. Una
gran variedad de aldehídos aromáticos y alquinos internos pueden usarse en este sistema
catalítico. Las reacciones se llevaron a cabo en presencia de HCO2Na, Xantphos como el
ligando y DMA a 150ºC bajo atmósfera de Argón obteniendo rendimientos del 19-93% (Figura
23). El estudio indicó que no se observó actividad catalítica al usar sólidos de soporte de SiO2,
Al2O3, TiO2 o MgO y la reacción no tuvo a lugar en la ausencia de HCO2Na. Además, se
observó que los sustituyentes en el anillo aromático del aldehído afectaban significativamente
la estereoselectividad de los productos y el sistema catalítico no funciona con aldehídos
alifáticos debido a la rápida condensación aldólica.
O
HAr+ Ph Ph
Ru/CeO2 (0.025 mmol como Ru)
HCO2Na (0.15 mmol)
Xantphos (0.05 mmol) DMA, 150ºC, 0.5-18 h, Ar
O
Ar
Ph
Ph
(0.5 mmol) (1.5 mmol)
Ar= Ph; 2-naftil; p-MePh; p-OMePh; p-CF3Ph; p-NMe
2Ph; p-ClPh.
Ar= o-MePh; o-OMePh; o-OEtPh; o-OBnPh; o-CF3Ph; o-Ph; o-SMePh.
0-84% (E:Z) (E= 53-99 : Z=1-47)
Figura 23. Hidroacilación intermolecular de alquinos internos simétricos aromáticos por medio de catalizador sólido de Ru/CeO2 (Miura et al, 2013)
La ventaja de este sistema catalítico es la posibilidad de reutilizar en catalizador sólido al
recuperarlo de la mezcla de reacción por centrifugación y posteriormente realizar lavados con
30
dietileter y agua/metanol. El polvo obtenido se calcina en aire a 400ºC por 30 min para
recuperar el Ru/CeO2.el cual puede usarse sin pérdida de actividad catalítica por al menos tres
veces. Al usar aldehídos sustituidos en ambas posiciones orto del anillo aromático, se
obtuvieron altos rendimientos de las cetonas α,β-insaturadas y con alta E-selectividad. La única
especie que no reaccionó en el sistema catalítico fue el 2-(metiltio)benzaldehído, aunque en
sistemas con catalizador de rodio si muestra altos rendimientos (Miura et al., 2013).
El mecanismo de reacción propuesto por Miura indica que en la superficie del CeO2 se
encuentra la especie de rutenio en la forma Ru(IV), la cual, por medio del tratamiento con un
agente reductor como HCO2Na y el ligando Xantphos en DMA a 150º,C es reducida a la
especie Ru(II)H2, la cual es fácilmente reducida a la especie catalíticamente activa Ru(0)
debido a la hidrogenación del exceso de alquino generando el correspondiente alqueno. Esta
suposición se basa en que al reaccionar difenilacetileno con el catalizador Ru/CeO2, se detectó
por medio de GC-MS una cantidad catalítica de estilbeno (Figura 24) (Miura et al., 2013). La
especie de Ru(0) metálica puede encontrarse en el catalizador en forma de nanocluster con
alta dispersión, lo cual fue confirmado por medio de análisis TEM, XAS, Raman y XPS, tal
como lo reportan estudios sobre síntesis de catalizadores de Ru soportados en CeO2 y su
reducción con H2. (Tamura et al, 2018) (Wang et al, 2019).
ORu
(IV)
O
O
Ce Ce
HCO2Na
Especies oxo-RuIV
en CeO2
ORu
(II)
O
Ce
O
H-CO
2 ORu
(II)
Ce
HHCO
2Na
ORu
(II)
H H
O
-CO2
RuIIH2
RR
Ru0Ln + R
R(Ln: Ligando)
HAr
O
RuIILnAr
O
H
RR
RuIILnAr
O
R
R
H
-Ru0Ln
AB
C
Figura 24. Mecanismo de reacción propuesto por Miura para la hidroacilación de alquinos por medio del catalizador Ru/CeO2. (Miura, 2013, p.863)
31
En la Figura 24 se observa que la especie Ru(0), la cual junto con el ligando rompe el
enlace C-H del aldehído activándolo para formar el intermediario hidruro metal-acilo (Ru-
acilo) (A), posteriormente el alquino se inserta en los enlaces Ru-H (B) y se da la eliminación
reductiva generando las cetonas α-β insaturadas. En conclusión, el uso del catalizador sólido
Ru/CeO2 es una alternativa ambientalmente compatible debido a que se puede reciclar y la baja
contaminación en los productos por especies metálicas. (Miura, 2013)
Hidroacilación catalizada por complejos de Rh(I)
La hidroacilación de alquinos usando rodio requiere el uso de aldehídos con grupos
quelantes como β-heteroátomos: 2-hidroxibenzaldehídos (salicilaldehídos), 2-
aminobenzaldehídos, 2-mercaptobenzaldehídos, aldiminas y derivados para lograr alta
regioselectividad y suprimir la descarbonilación competitiva (Ghosh, Johnson, Vickerman,
Walker & Stanley, 2016). Una ventaja de los grupos heteroatómicos en los aldehídos es que
ofrecen la formación rápida de complejos heterocíclicos al acoplar reacciones adicionales en
la hidroacilación.
Kokubo, Matsumasa, Miura & Nomura (1997) efectuaron la reacción de alquinos internos
simétricos con salicilaldehído y derivados, inicialmente se adicionó el catalizador [RhCl(cod)]2
y el ligando dppf en un reflujo de tolueno por 24 h, posteriormente se evidenció que el uso de
benceno como solvente y la adición de Na2CO3 como base permitió disminuir
considerablemente los tiempos de reacción de 2 a 5.5 h, El producto obtenido fue la cetona
(E)α,β-insaturada sin presencia de otro isómero (Figura 25). La reacción no se efectúa cuando
el salicilaldehído es reemplazado por 4-hidroxibenzaldehído, 2-metoxibenxaldehìdo o
benzaldehído ya que la coordinación del oxígeno fenólico al centro del metal Rh es importante.
32
H
O
OH
R1
R2 R
3
R3
+
[RhCl(cod)]2 (0.01 mmol)
dppf (0.02 mmol)
Na2CO3 (0.1 mmol)
Reflujo benceno, 0.5-7 h
OH
R3
O
R3
R1
R2
(2 mmol) (2 mmol)
R1=R2=H; R1=OMe, R2=H; R1=H, R2=Cl. R3= Pr, Ph
(E) 94-99%
Figura 25. Hidroacilación de alquinos internos con salicilaldehídos catalizados con Rh(I) (Kokubo et al, 1997)
El mecanismo de reacción propuesto por Kokubo et al. (1997) involucra una coordinación
inicial del salicilaldehído con el complejo de cloro rodio(I) por medio del ligando dppf
formando un complejo de 2-formilfenolato liberando HCl, después se da la adición oxidativa
del enlace C-H del aldehído con el centro metálico para formar un hidruro de arilo con rodio
(III). La base insoluble Na2CO3 es efectiva removiendo el HCl formado inicialmente.
Willis, Randell-Sly, Woodward, NcNally & Currie (2006) efectuaron la hidroacilación de
alquinos internos con aldehídos β-S-sustituidos (sulfuro y tioacetal) observando buenos
rendimientos en la formación de isómeros lineales de las cetonas α,β-insaturadas, el
precatalizador [Rh(nbd)(dppe)]ClO4 fue activado in situ al burbujear gas H2 por 2 minuto hasta
un cambio de color de naranja a amarillo, la reacción se llevó a cabo bajo atmósfera de argón.
Los alquinos simétricos producen cetonas de configuración E con altos rendimientos, a
excepción del dimetil acetileno dicarboxilato el cual formó una mezcla de isómeros 2:1 y 3:1
Z:E, lo cual sugiere que en alquinos que contienen grupo ésteres no ocurre únicamente el
mecanismo usual de la adición syn a la especie de acilo-rodio. En el caso de alquinos
asimétricos obtuvieron productos de un solo regioisómero cuando sus sustituyentes contienen
grupos exigentes estérica y electrónicamente (Figura 26).
33
XH
O
+ Rh(dppe)ClO4 (5 mol%)
Acetona, 55ªC, 16 h
(1 equiv) (2 equiv)
X
O
R2
R1
(E) 65-83%
X= MeS,
H9C4 .
SS
R1=R2=CH3; R1=CH
3, R2=Ph; R1=Ph, R2=COPh; R1=R2=CH
2OH
R2
R1
Figura 26. Hidroacilación de alquinos internos con aldehídos sustituidos con sulfuro y tioacetal (Williams et al, 2006)
La ventaja del uso de aldehídos β-S-sustituidos es la posibilidad de remover o modificar el
grupo funcional que actúa como donador, por ejemplo, el grupo sulfuro al ser tratado con
triflato de metilo y bicarbonato de potasio es cambiado a un doble enlace, mientras que el
grupo tioacetal al someterlo a una hidrólisis con NBS (N-Bromosuccinimida) y nitrato de plata
elimina el grupo funcional. El uso de aldehídos con sustituyentes de coordinación como el
sulfuro y tioacetal, permiten la formación de intermediarios quelados estables en condiciones
suaves de reacción. (Willis et al., 2006)
Moxham, Randell-Sly, Brayshaw, Weller & Willis (2008) optimizaron las reacciones
efectuadas en el estudio con aldehídos β-S-sustituidos de Willis et al, 2006, identificando
ligandos que permitieran estabilizar débilmente los intermediarios insaturados para limitar la
descarbonilación reductiva, pero que se alejen posteriormente para permitir el acercamiento de
los sustratos al centro del metal en el ciclo catalítico. El ligando debe ser lo suficientemente
flexible para que el centro metálico pueda cambiar de geometría y estado de oxidación durante
la catálisis. El ligando de fosfina que mostró los mejores resultados fue DPEphos (bis(2-
difenilfosfinofenil)éter), por lo cual se incorporó en el sistema catalítico
[RhCl(cod)]2/DPEphos/Ag[ClO4], el cual no requiere ser sometido a H2 (Figura 27).
Ph
CH3R H
O
+
[RhCl(cod)]2 (2.5 mol%)
DPEphos (5 mol%)
Ag[ClO4] (5 mol%)
Acetona, 55ªC, 16-24 h(1 equiv) (2 equiv)
R
O
Ph
CH3(E) 73-81%
R=CH2CH
2SMe;
CH2CH(EtS)(Me);
o-MeSPh;
CH2-
S S
Figura 27. Hidroacilación de alquinos internos con aldehídos B-S-sustituidos con ligando DPEphos (Moxham et al, 2008)
El mecanismo de reacción fue determinado mediante la identificación de los complejos
intermediarios por medio de espectroscopia RMN, espectrometría de masas de iones
34
secundarios (SIMS) y cristalografía de Rayos-X. Para el análisis del mecanismo de reacción
se utilizó un sistema catalítico conformando por [Rh(nbd)]2/DPEphos/Ag[ClO4], el cual al ser
sometido a una adición de H2 en una solución de acetona se obtiene el complejo
[Rh(DPEphos)(acetona)2][ClO4] (A). Al adicionar el aldehído (2-metiltio benzaldehído) se
forma la especie activa de complejo de hidruro de acilo rodio (B)
[Rh(COC6H4SMe)(DPEphos)H][ClO4] donde el rodio se encuentra en el estado de oxidación
RhIII. Posteriormente se adiciona el alquino o alqueno, el cual forma un nuevo complejo (C) al
coordinase por medio de la insaturación con el centro metálico desplazando el enlace del átomo
de oxígeno proveniente del ligando que se encontraba unido al metal. Este último complejo
sufre una eliminación reductiva (D) y se forman el producto de la hidroacilación (E). En la
Figura 28 se muestra el mecanismo, el cual también es aplicable para alquinos. (Moxham et
al., 2008)
RhI
(S)PPh2
PPh2 (S)
O
[ClO4]
A: Complejo catalítico
O+
RhIII
Ph2P PPh2
SCH3O
H
H
O
S
CH3
[ClO4]
B: Complejo de hidruro acil rodio
CH2
R
RhIII
SPPh2
PPh2
O
O
R
CH3
[ClO4]
RhIII
O+
PPh2
PPh2 S+
O
R
CH3
[ClO4]
C D
E-A
Figura 28. Mecanismo de reacción de la hidroacilación de alquenos con aldehídos β-S-sustituidos. (Moxham et al., 2008, p.8394)
35
Castaing, Wason, Estepa, Hooper & Willis (2013) reportaron la catálisis homogénea
usando el complejo de rodio (I) Rh(nbd)2BF4 en la hidroacilación de alquinos simétricos con
2-aminoaldehído, debido a su habilidad de coordinar hidruros de acilmetal intermediarios y
suprimir las vías de desactivación del catalizador, para la formación de cetonas amino-
sustituidas que pueden ser directamente convertidas en dihidro-4-quinolonas heterocíclicas por
medio de una ciclación (Figura 29).
H
ONH2
+
[Rh(nbd)2]BF4 (5mol%)
dcpm (5mol%)acetone (0.15 M)55ºC, 2 h
Et
Et
NH2
Et
O
Et SbCl3 (30 mol%)
MeCN, 55ºC, 6 h
O
NH CH3
CH3
(1 equiv) (1.5 equiv) 78% 90% d.r=3:1
Figura 29. Hidroacilación de 1-aminobenzaldehído con alquinos internos y la posterior ciclación (Castaing et al, 2013).
Du & Stanley (2015) realizaron la reacción tándem hidroacilación/adición oxo-Michael de
alquinos internos y salicilaldehídos usando el complejo de rodio (I) [Rh(COD)Cl]2 para la
síntesis diastereoselectiva de croman-4-onas 2,3-disustituidas con altos rendimientos. La
reacción se efectúa en la presencia de la base CsF y el ligando dppf (Figura 30).
OH
H
O
+
O
O
R
R
[Rh(COD)Cl2] (1 mol%)
dppf (2 mol%)CsF (8 mol%)MeCN (0.2 M), 100ºC
R
R
(1 equiv) (1.2 equiv) 55-94% dr
Figura 30. Hidroacilación intermolecular secuencial con adición de Michael para alquinos internos con salicilaldehído (Du & Stanley, 2015).
Coxon, Fernández, Barwick-Silk, McKay, Britton, Weller & Willis (2017) desarrollaron
un sistema de hidroacilación de alquinos internos, usando como sustrato el aldehído β-amida
sustituido y el catalizador de rodio junto con ligandos de bifosfina. Al utilizar el ligando dcpe
para la reacción con alquinos internos asimétricos, los resultados mostraron la formación de
una mezcla de regioisómeros de cetonas α,β-insaturadas, pero la incorporación del ligando
DPEphos permitió obtener un mayor control en la regioselectividad de la reacción para obtener
36
(E)-cetonas α,β-insaturadas lineales en altos rendimientos. Los rendimientos más altos para la
formación de las cetonas lineales se obtuvieron al usar alquinos internos simétricos (Figura
31).
N H
O
Ph
O
O
+ R1
R2
[Rh(nbd)2]BF
4 (5 mol%)
DPEphos (5 mol%)acetona, 55ºC, 1 h
N
O
Ph
O
O
R1
R2
(1 equiv) (1.2 equiv)
R1= Ph, Hex, Me, Et; R2= Me, COOEt, CH(CH3)2, COMe
R1=R2= Ph, CH2OAc, Et
44-88% rr= 4-20:1
Figura 31. Hidroacilación de alquinos internos con aldehído β-amido sustituido (Coxon et al, 2017)
Hidroacilación catalizada por complejos de Ir(I)
Los complejos de iridio son eficientes catalizadores de transferencia de hidrógeno y pueden
ser utilizados en la transformación de 2-alquinos con alcoholes primarios o aldehídos para
generar productos de hidroacilación como las cetonas α,β-insaturadas. Hatanaka, Obora & Ishii
(2010) reportó que en la reacción entre fenilmetanol y 2-butino en presencia del catalizador de
iridio que permite la transferencia de hidrógeno [IrCl(cod)]2, combinado con un ligando de
fosfina en tolueno a 120°C por 15 h en atmosfera de argón, produce la cetona α,β-insaturada
2-metil-1-fenil-2-buten-1-ona en un rendimiento del 92% al aislarla. En contraste, en el mismo
estudio, se realizó la hidroacilación de aldehídos aromáticos con 2-butino bajo las anteriores
condiciones generando los correspondientes productos de la hidroacilación con buenos
rendimientos (66-84%) (Figura 32).
R
H
O
CH3CH3
R
O
CH3
CH3
[IrCl(cod)]2 (0.025 mmol)
P-(n-oct)3 (0.1 mmol)
Tolueno, 120°C, 15 h
+
R= H, Me, MeO, Cl, CF3
(0.5 mmol) (2 mmol) 66-84%
Figura 32. Hidroacilación de 2-butino con aldehídos aromáticos por medio de catálisis con iridio (Hatanaka et al, 2010).
37
En el estudio se determinó que la temperatura de reacción es un factor determinante para
la formación de los productos de hidroacilación, si la reacción se lleva a cabo a 100°C se
obtiene el alcohol homoalílico como el producto mayoritario, lo cual indicó que este es un
intermediario que a mayores temperaturas se transforma en los productos de hidroacilación.
Esta reacción no requiere el uso de 2-propanol como lo habían reportado Williams et al. (2009),
aunque el mecanismo de reacción detallado para esta reacción no ha sido totalmente
confirmado, Hatanaka et al., (2010) proponen que la reacción procede a través de la formación
de alcoholes homoalílicos, seguido por una deshidrogenación e isomerización para dar los
productos de hidroacilación.
Hidroacilación catalizada por complejos de In(III)
Miura et al, (2010) reportaron la primera hidroacilación de alquinos internos asimétricos y
terminales con un catalizador de indio (III) In(OTf)3 junto con 1-butanol. El producto fue
obtenido con altos rendimientos al utilizar alquinos internos aromáticos como 1-fenil-1-
propino con aldehídos tanto aromáticos como alifáticos (Figura 33). El sistema utilizado fue
más efectivo con alquinos asimétricos que con alquinos terminales. Análisis con 13C RMN en
reacciones con y sin el sistema catalítico indicaron que el In(OTf)3 actúa como ácido de Lewis
para activar los aldehídos y no como un ácido de π-Lewis que activa los alquinos.
CH3HR
O
+
In(OTf)3 (5 mol%)
BuOH (1 equiv)100 ºC, 0.5-2 h
O
CH3
R
(1 mmol) (1 mmol)R= Ph 98%R= c-Hex 88%
Figura 33. Reacción de alquinos internos asimétricos catalizada por In(OTf)3 (Miura et al, 2010)
Los autores proponen que el mecanismo de reacción involucra una activación inicial del
aldehído con el metal indio, para luego acoplarse con el alquino formando un intermediario
zwitterionico. En este sistema, la cetona α,β-insaturada resultante contiene los sustituyentes
del doble enlace invertidos a comparación con los demás ejemplos de hidroacilación, esto se
38
debe a que el catalizador In(OTf)3 forma ciclos de cuatro miembros en el ciclo catalítico
cambiando de posición el grupo carbonilo (Miura et al, 2010).
Hidroacilación catalizada por Co(I) a partir de la reducción de sales de Co(II)
Debido a su abundancia, bajo costo y reactividad homologa, el cobalto es una alternativa
ideal al uso metales como el Rodio como catalizadores en reacciones de hidroacilación de
alquinos. Cheng, Santhoshkumar & Mannathan (2015) reportaron la ciclación de 1,6-eninos
con aldehídos aromáticos, alifáticos y vinílicos por medio de catálisis con CoBr2 controlada
por medio de ligandos formando pirrolidinas y dihidrofuranos funcionalizados con buenos
rendimientos (Figura 34). Un estudio similar realizado por Yang, Seto & Yoshikai (2015) pero
enfocado en la hidroacilación de alquenos con aldiminas como análogos de aldehídos, mostró
que la reacción no es efectiva usando como catalizador CoCl2 o CoI2, además el mejor reductor
para el cobalto es el zinc, ya que el Mn o el In no permitieron obtener buenos rendimientos.
Ph
X
CH2
+
O
H
CoBr2 (5 mol%)
dppp (5 mol%)Zn (10 mol%)
ZnI2 (10 mol%)
CH2Cl2 40ºC, 18 h
X= O, NTs, C(CO2Me)
2
O
Ph
Ph
X
CH3
72-84%
(0.2 mmol) (0.22 mmol)
Figura 34. Hidroacilación intermolecular de eninos catalizadas por cobalto (Cheng et al, 2015).
El mecanismo de reacción propuesto por Cheng et al. (2015) indica como primer paso la
reducción de Co(II) a Co(I) en presencia de zinc en polvo, para luego dar a lugar una ciclación
oxidativa del enino para formar un ciclo de cobalto(III) con cinco miembros (A). Posteriormente
la inserción del grupo carbonilo del aldehído al ciclo de cobalto genera el intermediario (D) en la
presencia del ligando dppp, el cual es capaz de generar una β eliminación de hidruro para formar
la especie de hidruro de cobalto (E). Por último, la eliminación reductiva genera el producto final
con configuración E (Figura 35). El tipo de ligando utilizado es determinante para la formación
del producto de hidroacilación al cambiar la regioselectividad.
39
R1
X
CH2O
R2
H
Co
X
R1
A
O
R2
R1
X
Co
H
Co(II)
Co(I)
Zn
Co+(III)
X
R1
B
OCo
X
R1
R2
D E
O
R2
R1
X
CH3
Figura 35. Mecanismo de reacción propuesto por Cheng para la ciclación de eninos con aldehídos catalizada por cobalto
(Cheng et al, 2015).
6.1.2. Hidroacilación intermolecular de alquinos terminales
6.1.2.1. Reacciones de hidroacilación por adición oxidativa
Hidroacilación catalizada por complejos de Rh(I)
Kokubo et al., (1997) efectuaron la reacción de alquinos terminales como el 1-octino y el
fenilacetileno con salicilaldehído (agente O-quelante), el catalizador [RhCl(cod)]2, dppf como
ligando y la base Na2CO3 obteniendo como producto una mezcla de cetonas α,β-insaturadas
lineales y ramificadas (Figura 36).
H
O
OHCH
R
+
[RhCl(cod)]2 (0.01 mmol)
dppf (0.02 mmol)
Na2CO3 (0.1 mmol)
Reflujo benceno, 2-4 h
OH
R
O OH
R
O
CH2
+
(2 mmol) (2 mmol)
R= Hex, Ph.
R=Hex (99%) (45:55 l.r)R=Ph (93%) (34:66 l.r)
Figura 36. Hidroacilación de alquinos terminales con salicilaldehído catalizada con Rh(I) (Kokubo et al, 1997)
40
Jun, Lee, Hong & Kwon (2002) reportaron la reacción con alquinos terminales por medio
de una catálisis homogénea a base de rodio con el complejo de Wilkinson RhCl(PPh3)3 y un
agente quelante como 2-amino-3-metilpicolina y ácido benzoico (Figura 37). Esta
combinación resultó efectiva para la formación de cetonas α,β-insaturadas ramificadas y
lineales. La formación mayoritaria de alguna de las dos cetonas depende de los sustituyentes y
su efecto estérico, el estudio indica que la mayoría de aldehídos aromáticos al reaccionar con
alquinos de alquilo producen exclusivamente cetonas α,β-insaturadas ramificadas en altos
rendimientos.
H
O
R1
CH R2
RhCl(PPh3)3 (5 mol%)
2-amino-3-metilpicolina (40 mol%)Ácido benzoico (20 mol%)
Tolueno, 80°C, 12 h
++
(2 equiv)(1 equiv)CH2
O O
66-98% 63-74%
R1= Ph; p-CF3C
6H
4; p-MeOC
6H
4; naftil; 3-tiofenil; 4-piridil; 3-piridil; n-C
5H
11; ciclohexil.
R2= n-C4H
9; n-C
6H
13; CH
2Ph; t-C
4H
9.
Figura 37. Hidroacilación intermolecular de alquinos terminales catalizado por Rodio en presencia de 2-amino-3-metilpicolina (Jun et al, 2002).
Willis et al., (2006) efectuaron la hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos β-S-
sustituidos (sulfuro y tioacetal) observando buenos rendimientos en la formación de isómeros
lineales de las cetonas α,β-insaturadas, el precatalizador [Rh(nbd)(dppe)]ClO4 fue activado in
situ al burbujear gas H2 por 2 minutos hasta un cambio de color de naranja a amarillo, la
reacción se llevó a cabo bajo atmósfera de argón. Al usar alquinos electrónicamente pobres
como el etilpropionato se obtienen buenos a moderado rendimientos del E-isómero. En el caso
de los alquinos neutros se obtiene un único E-isómero (Figura 38), esta E-selectividad proviene
de la adición syn del acil-rodio y del hidrógeno al alquino.
XH
O
+ CH RRh(dppe)ClO4 (5 mol%)
Acetona, 55ªC, 1 h
(1 equiv) (2 equiv)
X
O
R
69-95%
X= CH2MeS,
H9C4 .
SS
R= But, n-C3H
6Cl, n-C
3H
6OH, n-C
3H
6OTBS, n-C
3H
6OTHP, COMe, SiMe
3, CHH6C3
Figura 38. Hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos sustituidos con sulfuro o tioacetal (Willis et al, 2006)
41
La selectividad por la formación de cetonas lineales puede deberse a la adición de la
relativamente extensa unidad de acil-rodio a la terminación no sustituida del alquino, aunque
el estudio mostró una excepción cuando 5-hexinonitrilo fue usado en la reacción con aldehído
con un grupo metil sulfuro, obteniendo una selectividad por el isómero ramificado debido a la
coordinación del grupo nitrilo con el centro de acil-rodio. Al adicionar a la reacción 20 equiv
de acetonitrilo se obtuvo el isómero lineal con altos rendimientos (Willis et al, 2006). El uso
de aldehídos con sustituyentes de coordinación como el sulfuro y tioacetal, permiten la
formación de intermediarios quelados estables en condiciones suaves de reacción (Figura 39).
H
OXRhI (cat)
Rh-H
X
O
X=grupo quelante
+ CH R
OX
R
Intermediario estable acil-Rh
Figura 39. Formación de compuesto intermediario estable de acil-Rh
Rueda & Castillón (2007) realizaron un estudio con condiciones similares al sistema de
Jun et al., (2002), cambiando el catalizador a [Rh(µ-Cl)(cod)]2 y adicionando ligandos de
fosfina que permitieron incrementar la selectividad en la formación de las cetonas α,β-
insaturadas lineales de configuración E. También encontraron que el uso de ligandos de fosfina
estéricamente exigentes genera una adición competitiva del ácido benzoico a los alquinos para
formar ésteres.
Moxham et al., (2008) optimizaron las reacciones efectuadas en el estudio de
hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos β-S-sustituidos de Willis et al, 2006. El
estudio utilizó el 5-cloro-1-pentino junto con el sistema catalítico conformado por
[RhCl(cod)]2/DPEphos/Ag[ClO4], el cual no requiere previa hidrogenación (Ver figura 27 para
las condiciones de reacción). La adición del ligando DPEphos permite estabilizar el complejo
de metal acilo limitando así la descarbonilación reductiva y aumentando el rendimiento de las
reacciones (Ver figura 28 para el mecanismo de reacción).
42
Parsons, Hooper & Willis (2010) demostraron que la reacción con el aldehído sustituido
con β-metil éter era un sustrato muy pobre para la hidroacilación, por lo cual utilizó aldehídos
O-sustituidos como los éteres α-O-metiltiometil (MTM) que funcionan como grupo quelante
que puede ser convertido posteriormente a un grupo hidroxilo. El aldehído α-O-MTM puede
ser combinado con una variedad de alquinos terminales, como los lineales, ramificados,
aromáticos, incluso con grupos funcionales como trimetilsilil, cloro, éster y grupos hidroxilos
libres o protegidos. Usaron un catalizador de rodio con dppe observando rendimientos del 65%
al 91% (Figura 40). En el caso del fenilacetileno el rendimiento obtenido del producto aislado
fue del 91% con 10 mol% del catalizador, aunque se logró obtener buenos rendimientos con
menor carga de catalizador, por ejemplo, usando un 5 mol% se obtenía un 90% de rendimiento
después de 2 h. El catalizador fue obtenido mediante la reducción in situ de
[Rh(dppe)(nbd)]ClO4 con H2 para obtener el compuesto de Rh(I) [Rh(dppe)]ClO4. Los
alquinos internos no reaccionaron bajo estas condiciones.
MeS OH
O
CH R+ MeS O
O
R
[Rh(dppe)]ClO4
(10 mol%)
Dicloroetano,70°C, 2 h
H2O
18 hOH
O
R
(1 equiv) (2 equiv) 65-91% R=Ph, 56%
Figura 40. Hidroacilación de aldehídos con grupo funcional éter α-O-metiltiometil (MTM) (Parsons et al, 2010).
El grupo quelante MTM en la cetona producida puede ser convertido en un grupo hidroxilo
libre por dos vías diferentes, la primera consiste en un tratamiento del producto aislado con
AgNO3, 2,6-lutidina, THF y agua. La segunda vía consiste en adicionar una pequeña cantidad
de agua (0.1 ml por cada 2 ml de mezcla de reacción) al balón de reacción cuando la reacción
haya concluido y dejar por 18 h. El estudio de reactividad con varios aldehídos indicó que tanto
el grupo S- y el O- son necesarios en conjunto para que se dé la reacción, ensayos con aldehídos
que solo contenían uno de los dos grupos no generaron los productos hidroacilación, además
el autor propone que la presencia del grupo O- permite la formación de la S-quelación de 6
miembros. (Parsons et al., 2010)
Chaplin, Hooper, Weller & Willis (2012) reportaron la hidroacilación de 1-octino con
aldehídos β-S-sustituidos aromáticos, como el 2-(metiltio)benzaldehído, por medio de catálisis
43
con complejos de rodio que contienen ligandos de difosfina con ángulos pequeños,
[Rh(C6H5F)(R2PCH2PR’2)][BArF4] (1a, R=R’=Cy; 1b, R=Cy, R’=tBu; 1c, R=R= tBu;
ArF=C6H3-3,5-(CF3)2). La reacción se lleva a cabo con 10 mol% del catalizador de rodio con
el solvente dicloroetano. Los resultados indicaron que el catalizador 1a es el más efectivo en
la hidroacilación del 1-octino obteniendo un 95% de rendimiento (Figura 41). Este sistema
presenta la ventaja que los sistemas de catalizadores se preparan fácilmente y son estables,
además el proceso de descarbonilación se evita ya que el metil sulfuro del aldehído funciona
como grupo quelante, estabilizando el intermediario hidruro de acilrodio formado en la
hidroacilación (Chaplin et al., 2012). Como paso final, el grupo sulfuro quelante se puede
remover con trietoxisilano. (Ghosh et al., 2016)
SMe
H
O SMe O
Hex+
10 mol% Cat [Rh] 1aDicloroetano15 min, 80°C
95% Rendimiento(1.5 equiv) (1 equiv, 0.075 M)
CH Hex
Figura 41. Hidroacilación de alquinos con aldehídos β-S-sustituidos por medio de catálisis con complejos de rodio que
contienen ligandos de difosfina (Chaplin et al, 2012)
Castaing et al., (2013) reportaron la reacción de hidroacilación de alquinos terminales
como el fenilacetileno y 1-hexino con una variedad de 2-aminobenzaldehídos usando el
ligando dcpm y efectuando la reacción en acetona como solvente (Figura 42). Se puede
efectuar posteriormente una ciclación intramolecular catalizada por un ácido de Lewis (SbCl3)
para la obtención de dihidro-4-quinolonas heterocíclicas con altos rendimientos (Ver Figura
29 para condiciones de reacción).
44
H
ONR
2R
1
+
[Rh(nbd)2]BF4 (5mol%)
dcpm (5mol%)acetone (0.15 M)55ºC, 2 h
CH
N OR
2R
1
(1 equiv) (1.5 equiv) 74-99%
R1=R2=CH3; R1=Bn, R2=CH
3; R1=DMB, R2=CH
3; R1=CH
3, R2=H; R1=R2=H
Figura 42. Hidroacilación intermolecular de fenilacetileno y 2-aminobenzaldehídos catalizada por Rh(I).
Coxon et al., (2017) desarrollaron un sistema de hidroacilación de alquinos terminales,
usando como sustrato aldehídos β-amida, β-éster y β-ceto sustituidos junto el catalizador de
complejo rodio (I) [Rh(nbd)]2BF4. El ligando que mostró mejor eficiencia y selectividad para
la formación de (E)-cetonas α,β-insaturadas lineales a partir de alquinos terminales fue el dcpe.
La reacción se efectúo con una gran variedad de alquinos terminales aromáticos y alquilos con
diferentes grupos funcionales incluyendo nitrilo, cloro, alcohol, acetales y éteres (Figura 43).
N H
OO
OPh
+ CH R
[Rh(nbd)2]BF
4 (5 mol%)
dcpe (5 mol%)acetona, 55ºC, 1 h
N
OO
O
R
Ph
(1 equiv) (1.2 equiv)
R= Hex, p-PhMe, p-PhOMe, ciclohexano, C(CH3)3, isopropano, SiMe
3 CH
2COMe, (CH
2)3CN, (CH
2)3Cl.
57-97%
Figura 43. Hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos β-amido sustituidos
Para las reacciones de la Figura 43 el grupo de Barwick, Hardy, Willis & Weller (2018)
propone un mecanismo de reacción en el cual inicialmente reacciona el aldehído con el
catalizador de rodio [Rh(cis-κ2-P,P-DPEPhos)(acetona)2]-[BArF4] donde [ArF = (CF3)2C6H3]
para formar un complejo de hidruro de acilo (B). La reacción del hidruro con el alquino y un
cambio en la geometría del ligando DPEphos genera un intermediario que posteriormente
forma un intermediario de alquenilo (C). Este paso es determinante para la formación de los
isómeros lineales y ramificados de la cetona. Por último, se da la eliminación reductiva
45
formando el complejo (D), el cual permite la obtención de la cetona α,β-insaturada (E). Este
mecanismo es similar al propuesto por Moxham et al., 2008 para la hidroacilación de alquenos
con aldehídos β-sustituidos como agentes quelantes (Ver Figura 28).
Coxon et al, 2017 también efectuaron, con las condiciones optimizadas, la reacción con
aldehídos β-éster y β-ceto monosustituidos pero su componente enólico influyó en la eficiencia
de la reacción, por lo cual los autores decidieron utilizar aldehídos β-éster y β-ceto disustituidos
que permitieron la formación del producto con altos rendimientos (Figura 44).
X
R1
H
OO
+ CH R2
[Rh(nbd)2]BF
4 (5 mol%)
dcpe (5 mol%)acetona, 55ºC, 1 h
X
R1
OO
R
(1 equiv) (1.2 equiv)
X= EtO, ciclohexano, Me, Ph. R1= C(Me)(n-But), ciclopentano, C(Me)(CH2Ph), C(CH
3)2
R2= Hex, C(CH3)3, SiMe
3, p-PhMe, COOMe, (CH
2)3COMe.
43-95%
Figura 44. Hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos β-éster y β-ceto disustituidos
Hidroacilación catalizada por complejos de In(III)
Miura et al, (2010) reportaron la primera hidroacilación de alquinos terminales con un
catalizador de indio (III) In(OTf)3 junto con 1-butanol. La cetona αβ-insaturada fue obtenida
con rendimientos moderados a altos utilizando como sustratos alquinos aromáticos con
sustituyentes donadores de electrones y aldehídos aromáticos (Figura 45). Los alquinos
aromáticos con sustituyentes electroatractores fueron poco reactivos mientras que, el uso de
aldehídos alifáticos resultó en una mezcla compleja de productos.
CH
R1
H
O
R+
In(OTf)3 (5 mol%)
BuOH (1 equiv)100 ºC, 0.5-2 h
O
HRR
1
(1 mmol) (1 mmol)
R1= H, p-OMe, p-Me, o-Me R= H, p-OMe, p-Br
52-73%
Figura 45. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales catalizada por In(OTf)3
46
Para elucidar el mecanismo de reacción, los autores realizaron análisis usando BuOD y
fenilacetileno deuterado por separado. La reacción con In(OTf)3, fenilacetileno, benzaldehído
y BuOD dio como producto la chalcona deuterada (D/H: 36/64) mientras que al utilizar D-
fenilacetileno con BuOH sin deuterar el producto redujo su contenido en deuterio indicando
que se da a lugar un intercambio de D-H. El BuOH promueve el acoplamiento, aunque se
puede obtener el producto sin el BuOH pero con bajos rendimientos, por lo cual el mecanismo
puede darse por dos vías diferentes, la vía 1 y 2 (Figura 46), en donde la primera procede con
la acción del BuOH y la segunda solo es promovida por el In(OTf)3. En ambos casos el primer
paso es la activación del aldehído con el In(OTf)3 para formar el complejo (A), el cual por la
adición del alquino forma el intermediario zwitteriónico (B). En la vía 1, el intermediario (B)
reacciona con el BuOH formando un aducto (C), el cual se anilla para obtener el obtener
oxetano (D) por medio de una transferencia intramolecular de un protón y la formación de un
enlace C-O. La apertura del anillo conlleva a la formación de la cetona α,β-insaturada (E). En
la vía 2, la ciclación del intermediario (B) conlleva a la formación de un oxeteno (F) y su
posterior cicloreversión. El aceleramiento de producción de la cetona al usar BuOH indica que
la vía 1 es la ruta principal por la que ocurre esta reacción.
47
HR
O
In
HR
O+ In
-
CHR1
R
O In-
R1
H
+
A: Complejo B: Intermediariozwitteriónico
via 1:
via 2:
BBuOH
R
O+ In
-
R1
H
HOBu
C
O+
R
H HR
1
BuO
In-
D: Oxetano
via 1:
via 2
RR1
H
O+
In-
E
B
O+
R
In-
R1
H
F: Oxeteno
RR1
H
O+
In-
E
Figura 46. Mecanismo de reacción de alquinos terminales catalizador por In(OTf)3 (Miura et al, 2010)
Hidroacilación catalizada por Co(I) a partir de la reducción de sales de Co(II)
Cheng et al., (2015) reportaron la ciclación e hidroacilación exitosa catalizada con CoBr2
entre eninas que contienen alquinos terminales con benzaldehído. Esta reacción genera el
producto regioisoméricamente E:Z (98:2) con un rendimiento del 56% (Figura 47). El
mecanismo de reacción propuesto por Cheng se muestra en la Figura 35.
CH
NTs
CH2
+
O
H
CoBr2 (5 mol%)
dppp (5 mol%)Zn (10 mol%)
ZnI2 (10 mol%)
CH2Cl2 40ºC, 18 h
O
Ph
NTs
CH3
(0.2 mmol) (0.22 mmol) 56% E:Z 98:"
Figura 47. Hidroacilación intermolecular catalizada por CoBr2
6.1.2.2. Reacciones de hidroacilación por hidrólisis del alquino y posterior
proceso de Claisen-Schmidt
48
Hidroacilación catalizada por el líquido iónico BmimOTs
El uso de líquidos iónicos como ácidos de Lewis es una alternativa para la catálisis debido
a que son libres de metales de transición, tienen baja presión de vapor y tienen la capacidad de
disolver fácilmente sustancias inorgánicas y orgánicas. Xu, Li, Xia & Zhao (2004) reportaron
el primer uso del líquido iónico 4-metilbencenosulfonato de 1-butil-3-metil-1H-imidazolio
(BmimOTs) como catalizador para la reacción de acoplamiento entre alquinos y aldehídos,
seguido por una adición de agua que permite la precipitación de la cetona α,β-insaturada. La
reacción se efectúo con fenilacetileno y aldehídos aromáticos sustituidos con grupos como Me,
Cl, NO2, OMe y Br, obteniendo altos rendimientos y alta selectividad. Sin embargo, el uso de
alquinos alifáticos o alquinos internos no permitió obtener el producto (Figura 48). El estudio
demostró que otros líquidos iónicos como BmimpF6 o BmimBF4 no fueron efectivos para
obtener el producto y que el efecto catalítico del BmimOTs provenía de las trazas de HBr
presentes en el líquido iónico ya que es difícil obtenerlo libre de HBr.
H
O
R1
CH
+ HBr, BmimOTs100 ºC, 12 h
O
R1
(2 mmol) (2.4 mmol) 60-95% E-configuración
R1= H, p-Me, p-Cl, p-NO2, o-Cl, o-OMe, m-OMe, p-Br
Figura 48. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales usando líquidos iónicos
Los autores proponen un mecanismo basado en la hidrólisis del alquino bajo condiciones
acidas. Inicialmente el líquido iónico promueve la adición del HBr al alquino para formar el
intermediario (A), el cual puede ser hidratado para formar la correspondiente acetofenona (B),
la cual reacciona con el aldehído para dar a lugar la cetona α,β-insaturada (Figura 49). El
mecanismo fue soportado por la información de las trazas de los intermediarios A y B
detectadas por cromatografía de masas. La ventaja de este sistema consiste en la posibilidad de
reciclar el líquido iónico tras la evaporación del agua residual. Al BmimOTs reciclado se le
adiciona una gota de HBr por cada 1 mmol de benzaldehído y puede reusarse al menos cinco
veces sin perder su actividad (Xu et al, 2004). Los líquidos iónicos han sido considerados como
49
alternativas ideales al uso de solventes en áreas como síntesis orgánica y catálisis entre otras,
pero tienen ciertas desventajas como su toxicidad, preparación y altos costo (Shamsuri &
Abdullah, 2010).
CH
HBrBmimOTs
CH2
Br
H2O CH3
O
HBr CH2
OH
H
O+O OHO
A B
Figura 49. Mecanismo de reacción propuesto para la hidroacilación de alquinos con líquidos iónicos (Xu et al, 2004)
Hidroacilación catalizada por óxido de grafito
Jia, Dreyer & Bielawski (2011) utilizaron el óxido de grafito (OG) por funcionar como un
catalizador auto-tándem efectuando procesos de acoplamiento oxidación-hidratación-aldol para
la formación de chalconas, La reacción se llevó a cabo haciendo reaccionar alquinos aromáticos
terminales con benzaldehídos aromáticos con sustituyentes electroatractores como el p-NO2,
obteniendo rendimientos bajos a altos (19-79%) (Figura 50). Estos rendimientos se deben a que
algunos aldehídos se oxidaron a ácidos carboxílicos por el OG, por lo cual un exceso en este
sustrato permite incrementar el rendimiento de la chalcona.
CH
R1
+H
O
R2
Óxido de grafito (50 mg)Sin solvente, 100 ºC, 14 h
O
R1
R2
(0.5 mmol) (0.5 mmol) 19-63%
R1=H, t-Bu, NO2, OCH
3 R2=H, NO
2, OCH
3
Figura 50. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales catalizada por óxido de grafito
Este proceso es una alternativa al uso de metales de transición y se basa en la habilidad del
OG para hidratar el fenilacetileno formando su correspondiente acetofenona y posteriormente
para efectuar la condensación con aldehídos por medio de una catálisis ácida en el mismo
50
matraz de reacción (Jia et al, 2011). El estudio no indica la regioselectividad del producto,
además se obtienen como subproductos ácidos carboxílicos aromáticos.
Hidroacilación catalizada por Hβ Zeolita
Las zeolitas son materiales que poseen características como gran área superficial interna,
alta acidez y estabilidad térmica/hidrotérmica, en partículas la zeolita de tipo BEA es de interés
para catalizar reacciones orgánicas debido a su mayor volumen de microporos, un canal de
poro largo y la presencia de sitios activos (sitios ácidos de Bronsted en los microporos y en la
superficie externa, y sitios ácidos Lewis en la superficie interna debido a defectos). Mameda
et al, (2016) efectuaron la reacción one-pot de alquinos y aldehídos aromáticos con 100 mg
zeolita Hβ en agua en condiciones libre de solventes orgánicos, obteniendo de medios a altos
rendimientos (42-96%) de la cetona α,β-insaturada (Figura 51). Este sistema permite el uso de
aldehídos aromáticos con una gran variedad de sustituyentes y de alquinos terminales tanto
aromáticos como alifáticos, obteniendo chalconas con los sustituyentes invertidos a
comparación con los demás sistemas en los cuales no interviene la formación de una cetona
intermediaria. En todas las reacciones se observa la formación de cetona (proveniente de la
hidratación del alquino aromático) como subproducto.
H
O
R +
CH
H Zeolita, H2O
100 ºC, 20 h
O
R
(2 mmol) (2 mmol) 42-96%
R= H, p-OMe, m-OMe, p-Me, p-tBut, o,p-OMe, o,p-Me, p-F, m-F, p-Cl, o-Cl, p-Br, m,m-F, p-CF3, p-NO2
Figura 51. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales catalizada por zeolita Hβ
El anillo aromático en los aldehídos puede contener sustituyentes donadores de electrones
(halógenos) obteniendo altos rendimientos en comparación con sustituyentes electroatractores.
También reaccionaron efectivamente aldehídos con heterocíclicos, por otro lado, los aldehídos
alifáticos no reaccionaron. Al utilizar fenilacetileno con sustituyentes electroatractor se obtiene
el producto en rendimientos relativamente bajos a comparación con sustituyentes donadores
51
de electrones. Los autores recuperaron por filtración y reutilizaron el catalizador heterogéneo
de zeolita Hβ en cinco ciclos sin pérdida significativa en su actividad catalítica.
El mecanismo de reacción propuesto por los autores involucra la capacidad de la zeolita
para convertir alquinos en sus correspondientes metil cetonas (A) en la presencia de una
cantidad de agua super-estequiométrica, para la posterior condensación por la vía Claisen-
Schmidt ácida de A al reaccionar con una cantidad estequiométrica de aldehído, el cual es
adsorbido en los sitios ácidos de Bronsted de la zeolita en este proceso (B) y producir un
intermediario β-hidroxi cetona (C), el cual posteriormente por pérdida de una molécula de agua
forma la cetona α,β-insaturada (Figura 52),
R
CH
H zeolita
H2O CH3R
O
CH2R
OH
+
OR1
H
Al-O
SiO
Si
H
.
.
.
.
.
.. .
H Zeolita
R
O
H
O
R1
HAl
-
O
Si
O
Si
H
.
.
.
.
. .
.
.
-H2O
R
O
R1
+Al
-OSi
OSi
H
.
.
.
.
.
.. .
H Zeolita
A B
C
Figura 52. Mecanismo de reacción propuesto para la hidroacilación de alquinos terminales catalizada por zeolita Hβ (Mameda et al, 2016)
6.1.2.3. Reacciones de hidroacilación con proceso de acoplamiento A3
Hidroacilación catalizada por sales de Au (I)
Shi, Wang, Weingand, Rudolph & Hashmi (2014) se basaron en el carácter nucleofílico de
los alquinos terminales y efectuaron la hidroacilación con α-ceto aldehídos (glioxal) con la
presencia de piperidina y una cantidad catalítica de AuCl para la formación de 1,2-dicetonas
α,β-insaturadas, por medio del acoplamiento A3 tándem (Figura 53), el cual es un mecanismo
diferente al utilizado en la clásica hidroacilación catalizada por Rh, Ru, Ni o Co, en las cuales
se requerían la presencia de ligandos y el proceso se efectuaba por adición oxidativa. El
52
acoplamiento A3 tandem (acoplamiento-isomerización-hidrólisis) es la reacción entre un
aldehído, un alquino terminal y una amina conllevando a la formación de propargilaminas, con
una posterior desprotonación del protón ácido propargílico dando a lugar al intermediario aleno
y por último una hidrólisis para la obtención de cetonas α,β-insaturadas.
Los autores identificaron que la reacción también se podía efectuar con sales de oro (III)
obteniendo mejores resultados al compararlas con complejos de oro. Sin embargo, la sal de
cloruro de oro (I) ofreció aún mejores resultados. El uso de otros metales de transición como
AgOTf, CuCl y PtCl2 mostró baja o ninguna conversión. Los solventes con baja polaridad son
los más efectivos, entre los cuales el tolueno fue el que mostró mejores resultados. Gran
variedad de alquenil dicetonas pueden ser utilizadas para la reacción, también se efectuó con
alquinos aromáticos con o sin grupos donadores de electrones. Los alquinos alifáticos
reaccionaron, pero los rendimientos fueron bajos. La mayoría de las reacciones producían E-
diastereómeros.
O
R1 H
O
(0.3 mmol)
AuCl (10 mol%)Piperidina (0.6 mmol)
Tolueno, 50 ºC,16 h, N2
(0.6 mmol)
CHR2
+
O
R1
O
R2
21-81%
R1=Ph, p-PhOMe, OEt. R2= Ph, p-PhOMe, p-Pht-But, m,m-Ph(OMe)(OMe),
o-PhMe, Ph-1,3,4-trimetil; Ph-2,3-Cl, p-PhBr, p-PhF, m-PhF, p-PhNO2, p-PhPh,
1-naftil, tiofeno, m-PhEtinil, p-PhEtinil, , ciclohexano
Figura 53. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales con glioxal catalizada por Au(I)
Los estudios del mecanismo de reacción basados en experimentos de marcaje con deuterio
indican que proceso se da en primera instancia por un acoplamiento A3 (reacción entre aldehído,
amina y alquino terminal), una subsecuente isomerización alqueno-aleno mediada por una base
y por último una hidrólisis. En este sistema, la piperidina interviene en el acoplamiento inicial
y también actúa como base en la isomerización. Más detalladamente, las etapas de reacción
consisten inicialmente en la catálisis del Au para efectuar el acoplamiento A3 obteniendo aminas
propargílicas (A), la cual, debido a la acidez del protón propargílico, presenta una isomerización
mediada por la piperidina formando una alenilamina (B) y posteriormente la hidrolisis con sílica
53
gel genera los productos de hidroacilación preferencialmente el E-diastereoisómero (C) (Figura
54). Las dicetonas α,β-insaturadas obtenidas pueden servir para la síntesis de heterociclos, la
desventaja de este sistema es que requiere cantidades (súper)estequiométricas de la piperidina
debido a que interviene tanto en el acoplamiento A3 y como base en la isomerización (Shi et al,
2014).
O
H
O
CH
NH
AuCl
A3-acoplamientoN
OH
B:
-H+ / +H+
N
O
H2O
Silica gel
O
O
A B
C
Figura 54. Mecanismo de reacción de alquinos terminales con glioxal catalizado por Au(I) (Shi et al, 2014)
Hidroacilación catalizada por nanopartículas de Cu(0) soportadas en materiales sólidos
Albaladejo et al, (2015) reportaron el uso de catalizadores a base de nanopartículas de cobre
(CuNPs) soportadas en diferentes materiales, tales como carbón activado, grafito, MWCNT,
TiO2, MgO, ZnO, zeolita Y, MK-10, celulosa, chitosan y silicato de aluminio. Todos los
catalizadores con Cu0 soportado fueron preparados adicionando una suspensión de CuNPs a
diferentes materiales de soporte. Los experimentos demostraron que los catalizadores CuNPs/C
y CuNPs/grafito ofrecían las mejores conversiones, mientras que otros soportes basados en
óxidos o materiales orgánicos microporosos no ofrecieron una transformación efectiva (0-
57%). La reacción optimizada para la formación de chalcona fue realizada sin solvente
utilizando piridina-2-carbaldehído y sus derivados, alquinos aromáticos, piridina como base y
el catalizador CuNPs/C ya que fueron los que mostraron mejores resultados de conversión. En
todos los casos se obtuvo un único E-diastereoisómero (Figura 55).
54
NH
O
R1
+
CH
R2
CuNPs/C (0.5 mol%)Piperidina (1 equiv)Sin solvente, 70 ºC, 3-15 h
(0.5 mmol)
N
O
R2
R1
44-77%(0.5 mmol)
R1= H, Me, Br, OMe, Ph. R2= H, CO2Me, Br, CF
3.
H
O
R1
+
CH
R2
CuNPs/C (0.5 mol%)Piperidina (1 equiv)Sin solvente, 70 ºC, 3-15 h
(0.5 mmol)
N
O
R2
R1
21-65%(0.5 mmol)
R1= CN, NO2, COCH
3. R2= H, CF
3.
Figura 55. Reacción de hidroacilación de alquinos terminales con nanopartículas de Cu0 soportadas en carbón activado
Los alquinos o aldehídos aromáticos con sustituyentes electroatractores (CF3, CO2Me y Br)
mejoraron el rendimiento en la obtención de chalcona. Por el contrario, al utilizar fenilacetileno
con sustituyentes electrodonadores (OCH3 y N(CH3)2) se obtuvieron indolizinas como producto
principal. De igual manera, en todas las reacciones se observaron subproductos provenientes
del acoplamiento A3 o del homoacoplamiento del alquino. Los alquinos y aldehídos alifáticos
no reaccionaron bajo las condiciones del estudio. El catalizador se puede recuperar por
centrifugación y reutilizarse en dos ciclos con una baja perdida en la actividad catalítica.
Para establecer el mecanismo de reacción, los autores realizaron experimentos con
marcadores de deuterio en la piridina-2-carbaldehído, fenilacetileno y en la piperidina en
reacciones diferentes. Estos resultados, junto con el hecho que la reacción no se efectúa al
utilizar aminas terciarias, indican que tiene a lugar un acoplamiento A3, en donde el metal de
cobre es esencial para el acoplamiento inicial, pero no en los posteriores pasos para la formación
de la chalcona. El mecanismo de reacción propuesto indica que las nanopartículas de Cu0
(CuNPs) activan el protón ácido terminal del fenilacetileno por medio de una coordinación con
el triple enlace y para formar el acetiluro de cobre (II) (A), además se forma el ión iminio (B)
debido a la condensación de la amina (piperidina) y el aldehído. Posteriormente A y B
reaccionan para formar un intermediario de propargilamina (C) y agua, el cual es desprotonado
por la piperidina para formar la alenilamina propargílica cargada negativamente (D). En el paso
55
anterior, los grupos electrón atrayentes aumentan la acidez del protón propargílico, lo cual
permite su desprotonación. Por último, se da la hidrólisis del intermediario D (ocasionada por
el agua formada en el paso de condensación inicial) permitiendo la formación de la E-chalcona
(E) (Figura 56). Este mecanismo es similar al propuesto por Shi et al, (2014) y Zhao & Song
(2016) para el acoplamiento A3.
NH
N
N
N
N
H
+ Base-Ho
H2O
- Base
N
O
H
Superficie del catalizador
con Cu0
.
.
Hidrógeno ácido
.
A: Acetiluro de cobre(II)
N
H
O
N
H
N+
B: Ión iminio
+ OH-
N
N
H
C: Propargilamina
N
N
+ Base- Base-H
. .
H+
N
N+
H
H Ph
+H2O
- piperidina + H+
D: Alenilamina propargílica
E: Cetona insaturada
Figura 56. Mecanismo de reacción de hidroacilación de alquinos terminales con nanopartículas de Cu0 soportadas en materiales (Albaladejo et al, 2015)
56
Otro tipo de materiales de soporte para las nanopartículas de cobre son las zeolitas, las
cuales son minerales aluminosilicatos microporosos que han sido utilizadas en reacciones de
catálisis ácida, se pueden sintetizar zeolitas de diferentes radios Si/Al con diferentes estructuras
de armazón, como por ejemplo la zeolita ZSM-5 o la Beta. La dificultad de incorporar algunos
metales de transición en la zeolita puede solucionarse hasta cierto punto mediante la
incorporación de iones metálicos a través del proceso de intercambio iónico o mediante la
adición de nanopartículas altamente dispersadas de metal en la superficie de la zeolita. El uso
de catalizadores heterogéneos con nanopartículas soportadas en su superficie ha llamado la
atención debido a la posibilidad de recuperarlos y reusarlos, pero se requieren materiales con
gran área superficial donde los grupos funcionales en la superficie estabilicen las nanopartículas
(Sarmah, Satpati & Srivastava, 2016).
Sarmah et al, (2016) utilizaron catalizadores de zeolita con nanopartículas de Cu(0)
soportadas en su estructura para la obtención de chalconas por medio de la síntesis
multicomponente one-pot. Inicialmente prepararon lo materiales de zeolita convencionales
ZSM-5 y mesoporosos Mes-ZSM-5, los cuales se utilizaron para preparar tres catalizadores de
zeolita con nanopartículas de Cu0 (CuNPs) soportadas en la superficie con distintos porcentajes
de cobre (Cu(10%)/Meso-ZSM-5, Cu(5%)/Meso-ZSM-5 y Cu(10%)/ZSM-5). Los materiales
de zeolita con CuNPs se prepararon por medio de reducción química del Cu(NO3)2 con NaBH4
y SDS. A modo de comparación, también se efectuaron las reacciones con otros catalizadores
como CuO, Cu-HY, Cu-NaY, zeolita mesoporosa con iones Cu2+ (Cu-Meso-ZSM-5), sílica
mesoporosa con CuNPs (Cu(10%)-SBA-15) y Al2O3 con CuNPs (Cu(10%)-Al2O3). Para la
síntesis de chalconas, la basicidad de la amina es muy importante, solamente las aminas
secundarias pueden producir la cetona α,β-insaturada. Debido a esto, bajo condiciones sin
solvente, una amina secundaria sin solvatar es una base más eficiente.
Los autores efectuaron la reacción para obtener la chalcona en ausencia de solvente a partir
del fenilacetileno, piridina-2-carbaldehído, piperidina como base y los diferentes materiales
catalíticos de zeolita con CuNPs, obteniendo una selectividad por el producto del 100% (Figura
57). Con respecto a los otros sistemas catalíticos evaluados, el catalizador con CuNPs
57
(Cu(10%)/Al2O3) y los catalizadores con Cu2+ como CuO y Cu-HY permitieron la obtención
de la chalcona con mediana selectividad (55-77%) debido a la formación de subproductos como
indolizina o 2,2’-bipiperidina. Con los demás catalizadores, Cu-Meso-ZSM-5 y Cu-NaY, no se
obtuvo producción de chalcona. Estos resultados indican que catalizadores con iones de Cu2+
no son los más efectivos para la formación de cetonas α,β-insaturadas, mientras que las
nanopartículas de Cu0 permiten alta actividad y selectividad. El material catalítico con
nanopartículas de cobre (Cu(10%)-Meso-ZSM-5) mostró mayor actividad, debido a que las
CuNPs (Cu0) activan el protón ácido del alquino terminal más fácilmente comparado con el
Cu2+.
N
H
O
+
CH
Catalizador con CuNPs (40 mg)Piperidina (1 mmol)Sin solvente, 70 ºC, 9 h
(1 mmol) (1 mmol)
N
O
Selectividad del producto: 100%
Catalizadores: Cu(10%)/Meso-ZSM-5; Cu(5%)/Meso-ZSM-5; Cu(10%)/ZSM-5; Cu(10%)/SBA-15.
Figura 57. Reacción de hidroacilación del fenilacetileno catalizada por nanopartículas de cobre soportadas en zeolita
Este sistema tiene una alta actividad catalítica debido a que las CuNPs altamente dispersadas
están presentes la parte más superficial de la zeolita permitiendo mayor accesibilidad a un
mayor número de partículas del reactivo, además de poseer otras ventajas como la basicidad
óptima del soporte de zeolita, alta área superficial y las interacciones favorables soporte-metal.
En el estudio se reutilizó el catalizador Cu(10%)-Meso-ZSM-5 cinco veces y no se observaron
pérdidas significativas en su actividad y selectividad. El mecanismo de reacción es el mismo
propuesto por Albaladejo et al, (2015), en el cual el Cu0 se coordina con el fenilacetileno para
formar una especie de acetiluro de cobre, la cual se incorpora a un acoplamiento A3 con el
aldehído y la piperidina (Ver Figura 56).
Hidroacilación catalizada por sales de Cu(I)
El grupo de Chen, Li, Zhao & Li (2014) realizaron un estudio análogo al de Shi et al. 2014,
donde usaron como sustratos alquinos terminales y glioxales pero utilizando un catalizador de
cobre (I) y la morfolina como base. Inicialmente realizaron una evaluación de la reacción con
58
diferentes sales (Cu, Ag, Zn), bases y solventes. Las sales de Cu(OTf)2 y AgOTf mostraron
poca eficiencia y solo se obtuvieron trazas del producto, sales como CuI y CuCl funcionaron
para la reacción pero obteniendo bajos rendimientos, tal como lo habían reportado Shi et al.,
(2014), mientras que la sal que mostró mejor efectividad fue CuBr, junto con el solvente
dioxano (solvente de baja polaridad) y la base morfolina. El uso de bases como la pirrolidina,
Et2NH, Cy2NH y i-Pr2NH produjo bajos o ningún rendimiento. Con las condiciones
optimizadas, realizaron la reacción con alquinos aromáticos y etil glioxalato o fenilglioxales
obteniendo buenos rendimientos, además de alta regio y estereoselectividad debido a que en
todos los casos solo se obtuvieron E-isómeros (Figura 58). Sin embargo, no se obtuvieron los
productos de hidroacilación al utilizar alquinos alifáticos. La eficacia en el uso de fenilglioxales
estaba limitada a ciertos sustituyentes, donde los grupos halógenos mostraron los menores
rendimientos y los grupos donadores de electrones mejores resultados. Los autores mostraron
un posible mecanismo de reacción que involucra un acoplamiento A3 tándem, el cual tiene los
mismos pasos que el propuesto por Shi et al., (2014), además también involucra una cantidad
(súper)estequiométrica de la amina ya que interviene tanto en el proceso de acoplamiento como
en la isomerización actuando como base (Ver Figura 54).
O
R1 H
O
(2 mmol)
CuBr (0.5 mmol)Morfolina (2 mmol)
Dioxano, 110 ºC, N2
(1 mmol)
CHR2
+
O
R1
O
R2
25-82%
R1=Ph, p-PhOMe, OEt., p-PhCl, p-PhBr, p-PhI, p-PhMe, p-PhNO2.
R2= Ph, p-PhMe, p-PhC2H
5,p-PhC
5H
11, p-PhOMe, p-PhCl, p-PhBr,m-PhBr, p-PhF, But.
Figura 58. Reacción de alquinos terminales con glioxales catalizada por Cu(I)
Hidroacilación catalizada por sales y MOF de Cu(II)
Zhao & Song (2016) también exploraron las nuevas posibilidades de efectuar la
hidroacilación de alquinos terminales con aldehídos aromáticos por medio del proceso de
acoplamiento A3 tándem usando como catalizador una sal de cobre simple, CuSO4. Anteriores
estudios como los efectuados por Shi et al, (2014) y Chen et al (2014) lograron obtener las
cetonas α,β-insaturadas pero utilizando como sustratos glioxales, este proceso se basaba
59
principalmente en la presencia de grupos electrón-atrayentes en la propargilamina que
aumentaba la acidez del protón propargílico promoviendo la desprotonación.
Zhao & Song (2016) realizaron el estudio del acoplamiento tradicional A3 usando como
sustratos aldehídos aromáticos, piperidina y alquinos aromáticos, para la isomerización
utilizaron la piridina como base. Los autores experimentaron con diversos solventes y otras
sales diferentes a CuSO4, tales como Cu(OAc)2, CuBr, CuBr2, CuCl, CuCl2, CuI, Cu(TFA)2,
Cu(OTf)2, AuCl3 y AgOTf pero obteniendo medios y bajos rendimientos de la chalcona. Un
resultado interesante mostró que al efectuar la reacción con Cu(OAc)2, piperidina, DMSO y
piridina se obtuvo un rendimiento del 50%, y al efectuarla sin piridina solo se redujo al 45%,
lo que puede indicar que ésta última probablemente no actué como base sino como un ligando.
A diferencia del estudio realizado por Chen et al y Shin et al donde la morfolina se usó
efectivamente con glioxales, en este estudio la morfolina fue inefectiva con aldehídos
aromáticos. Las condiciones se optimizaron al aumentar la temperatura a 130 ºC y al DMSO
como solvente, el cual juega un importante rol en la selectividad de la reacción y fue el único
de toda la gama de solventes utilizados que permitió la formación de la chalcona como producto
principal. En estas condiciones se pueden utilizar aldehídos aromáticos con una gran variedad
de sustituyentes como Cl, Br, trifluorometil, ciano, acetil, nitro, también pueden usarse
aldehídos heteroaromáticos. En cuanto a los alquinos aromáticos, se pueden sustituir con grupos
ricos o deficientes en electrones (Figura 59). En la mayoría de los casos se obtuvo una
preferencia por el isómero E. Esta reacción no puede aplicarse a aldehídos ricos en electrones,
además de aldehídos y alquinos alifáticos.
H
O
R1
R2
CH
NH
+ +
CuSO4 (20 mol%)
piridina (2 equiv)
DMSO, 130 ºC, 12 h, N2
O
R1
R2
(0.5 mmol) (0.75 mmol) (0.75 mmol) E-rendimiento: 33-82%
R1= H, p-Br, m-Br, p-Cl, m-Cl, p-CN, m-CN, p-CF3, p-COCH
3, m-NO
2, 2-naftalen.
R2= H, p-Br, p-Cl, p-F, m-F, p-CF3.
Figura 59. Reacción de hidroacilación de alquinos por medio de acoplamiento A3 catalizada con cobre (II)
60
Estudios mecanísticos indicaron que el primer paso de la reacción efectivamente era el
acoplamiento A3 entre el aldehído, el alquino y la piperidina; donde la coordinación del cobre
con el triple enlace facilita la desprotonación por la base, formando la propargilamina (A), la
posterior isomerización esta mediada tanto por la base piperidina como por la sal CuSO4,
además la existencia de sustituyentes electrón atrayentes aumentan la acidez del protón
propargílico para la formación de la alenilamina (B) (Figura 60). El marcaje con agua deuterada
y con agua marcada con 18O indicó que en el paso final de la hidrólisis, los protones de la cetona
α,β-insaturada provienen del agua. Estos estudios también indicaron que el producto no
proviene transferencias de hidruro 1,3-H o 1,5-H.
H
O
+ NH
CH
N
CuII
N
H
CuII
Base (B:)
B:
Cu2+
.
N
CuII
-[HB]
-CuII
N
H
H2O
O
A
B
Figura 60. Mecanismo de reacción de hidroacilación de alquinos terminales por medio de acoplamiento A3 (Zhao & Song, 2016)
Nguyen, Dang, Le, Truong & Phan (2016) efectuaron la primera hidroacilación de glioxales
con alquinos terminales por medio de una catálisis heterogénea utilizando como catalizador un
armazón organometálico de cobre (II) Cu/MOF-74, el cual exhibió mejor eficiencia que otros
catalizadores homogéneos de cobre como el CuBr. Las condiciones optimizadas para efectuar
la reacción incluyen utilizar como solvente tolueno y como base la morfolina debido a que
mostraron mejor eficiencia. El estudio indicó que se obtienen buenos rendimientos al utilizar
alquinos aromáticos, etil glioxalato o fenilglioxalato (Figura 61). La formación de dicetonas
61
α,β-insaturadas tiene gran atractivo ya que son importantes intermediarios en transformaciones
orgánicas que conllevan a la obtención de fármacos y agroquímicos.
O
R1 H
O
(2 mmol)
Cu/MOF-74 (10 mol%)Morfolina (2 mmol)Tolueno, 100 ºC, Ar
(1 mmol)
CHR2
+
O
R1
O
R2
49-90%
R1=Ph, OEt.
R2= Ph, p-PhMe, p-PhOMe; p-PhCF3; p-PhBr.
Figura 61. Reacción de alquinos terminales con glioxales catalizada por Cu/MOF-74
El catalizador Cu/MOF-74 ofrece varias ventajas en comparación con la catálisis
homogénea, ya que se puede reusar hasta ocho veces sin pérdidas significativas en su actividad
catalítica por medio de filtración y lavados con DMF y metanol, además se comprobó la
completa heterogeneidad de la catálisis al detectar solo un 0.13%, del total del cobre usado en
el catalizador, en la mezcla de reacción filtrada. Otra ventaja de este sistema es que se requieren
menores cantidades de catalizador, 10 mol% de Cu/MOF, que las utilizadas en catálisis
homogénea reportada por Chen et al (2014) donde se requería 50 mol% de CuBr. El uso de la
base piridina para este sistema resulta en rendimientos muy bajos de reacción debido a su fuerte
adsorción en los sitios de cobre en el Cu/MOF-74
El mecanismo de reacción con el catalizador Cu/MOF-74 no fue esclarecido y los estudios
mecanísticos realizados por Nguyen et al (2016) solo indicaron que la reacción no se favorece
en presencia de aire, agua o piridina. Aunque el sistema de reacción es análogo al utilizado por
Chen et al, (2014), puede que el mecanismo sea similar, pero son necesarios más estudios para
elucidar las etapas de reacción con Cu/MOF-74.
6.1.2.4. Reacciones de hidroacilación con proceso de adición nucleofílica
Hidroacilación catalizada por Cs(I) soportado en Al2O3
62
El primer reporte de hidroacilación de alquinos libre de metales de transición por medio de
la formación de especies nucleofílicas de alquinilo fue realizado por Baba, Kizuka, Handa &
Ono (2000). En el estudio se basa en la catálisis heterogénea usando un catalizador fuertemente
básico soportado sobre un sólido Cs2CO3/Al2O3, fenilacetileno y benzaldehído en 1,4.dioxano
como solvente (Figura 62). La eficiencia de la reacción depende fuertemente del solvente
utilizado, al utilizar DMF o THF obtuvieron bajos rendimientos debido a la formación de un
alcohol alílico como subproducto, lo cual no se observó con 1,4-dioxano. La reacción también
se efectúo con otros catalizadores soportados sobre Al2O3 como CsOH, KNH2, KNO3, KOH y
KF pero se obtuvieron bajos y medios rendimientos debido a la formación del alcohol alílico.
Por medio de análisis cromatografía de gases no se evidenció la formación de otro subproducto
como el benzoato de bencilo en ninguna de las reacciones.
H
O
+
CH
Cs2CO
3/Al
2O
3 2.5 mmol/g-Al
2O
3
1,4-dioxano, 90 ºC, 20 h
O
(5 mmol) (10 mmol) (82% )CG
Figura 62. Reacción de fenilacetileno y benzaldehído con catalizador básico Cs2CO3/Al2O3
Para elucidar el mecanismo de reacción, los autores efectuaron la reacción de fenilacetileno
con benzaldehído deuterado a 70 ºC por 20 horas con CsOH/Al2O3 como catalizador obteniendo
la cetona α,β-insaturada deuterada (D/H: 82/18), lo cual indica que el intercambio de H y D
puede ocurrir en la superficie del catalizador. El mecanismo propuesto involucra la formación
de la especie alquinuro (A) debido a la desprotonación del alquino por la base, la reacción con
el benzaldehído forma la especie intermedia (B) la cual sufre una transferencia de hidruro 1,3
(1,3-H) para formar el compuesto (C), el cual es protonado para formar la chalcona (D) (Figura
63). Es posible que se efectué la protonación de (B) formando el alcohol alílico (E), pero la
transformación del intermediario aniónico (B) es más rápida.
63
D
O
CH
+B/ -BH+
C
O
D
A: Epeciealquinilo
B: Intermedirio aniónico
O DO D
H
C
Transferencia1,3-H
D: Producto
OH
D
E: Alcohol alílico
Isomerización
+BH+/ -B
Protonación
Figura 63. Mecanismo de reacción de hidroacilación de alquinos por adición nucleofílica y transferencia de hidruro con Cs2CO3/Al2O3 (Baba et al, 2000)
Hidroacilación catalizada por sales cuaternarias de amonio
Ishikawa, Mizuda, Hagiwara, Aikawa, Kudo & Saito, (2003) utilizaron el hidróxido de
tetraalquilamonio BnN+(CH3)3 -OH (Triton BTM) en DMSO para efectuar la adición nucleofílica
de alquinos alifáticos con aldehídos aromáticos, encontrando que al realizar la reacción en
temperatura ambiente se formaba el correspondiente alcohol propargílico en rendimientos
superiores al 96%, pero al aumentar los tiempos de reacción y utilizar alquinos con sustituyentes
electroatractores se obtenía como producto principal la cetona α,β-insaturada en bajos a altos
rendimientos (12-85%) (Figura 64).
H
O
R PhH+Triton B (10 mol%), N
2
DMSO, Temp. amb, 10-12 h
O
RPh
(5 mmol)(6 mmol) 12-85%
R= H, p-OMe, p-Cl, m-Cl, p-Me, p-NMe2
Figura 64. Reacción de alquinos terminales catalizada por Triton B
El mecanismo de reacción propuesto por los autores muestra la formación inicial de la
especie nucleofílica acetiluro de amonio (A) debido al medio básico. Al adicionar el aldehído
se forma el alcohol propargílico (B), el cual sufre una desprotonación ocasionada por el
catalizador formando una especie de carbanión intermediaria (C) que al ser nuevamente
protonada conduce a la formación de la cetona α,β-insaturada (Figura 65). Este proceso no
64
indica la posible formación de un alcohol alílico como fue propuesto por Baba et al (2000) y
aunque no se detalla la formación de otro intermediario, en los estudios posteriores realizados
por Yatabe et al (2018) proponen la formación de un alenol previo a la formación del producto
final. La desventaja de este sistema radica en que los hidróxidos de amonio no son estables al
aire, por lo cual deben ser preparados in situ.
PhH
-H+
+ Ph
O
H
Ph
O
Ph
H
H
A: Especiealquinuro
B: Alcohol propargílico
D: Cetona -insaturada
Ph
OH
HPh
Ph
OH
Ph
_Ph
OH
Ph
_
C: Carbanión deslocalizado
Protonación
C: Ph
_N
+CH3
CH3 CH3
Ph OH
N+
CH3 CH3
Ph
CH3
+
_
+
+H+
-H+Triton B
Figura 65. Mecanismo de reacción para la hidroacilación de alquinos terminales catalizada por sales cuaternarias de amonio
Hidroacilación catalizada por LDH Mg3-Al-CO3
Yatabe, Mizuno & Yamaguchi (2018) realizaron el primer estudio en el cual se efectúa la
hidroacilación de alquinos terminales utilizando un hidróxido doble laminar libre de metales de
transición como catalizador, basándose en la nucleofilicidad y prototropía de los alquinos
terminales para evitar la dificultad en el control de la regioselectividad y la descarbonilación en
las clásicas reacciones de hidroacilación catalizadas por Rh, Ru, Ni o Co. Los autores utilizaron
el catalizador hidróxido doble laminar (Mg6Al2(OH)16(CO3)·4H2O (LDH Mg3Al-CO3 relación
Mg/Al=3) disponible comercialmente, beneficiándose de su basicidad e ionicidad única para
efectuar adiciones nucleofílicas, además la catálisis es heterogénea y el catalizador puede
separarse por filtración y reusarse sin grandes pérdidas de actividad catalítica por al menos tres
veces. También estudiaron la eficacia de otros catalizadores sólidos como hidroxiapatita,
Mg(OH)2, Ca(OH)2, MgO, CaO, ZnO, Al2O3, CeO2, ZrO2 y TiO2 pero ninguno mostró
65
actividad catalítica. La reacción se da efectivamente al usar solventes con baja polaridad, tales
como tolueno o metoxiciclopentano y PhCF3 con alta E-selectividad (Figura 66)
H
R2
R1
O
H+
LDH Mg3Al-CO
3 (130 mg)
Tolueno, 120 ºC, 15 h, Ar
(0.5 mmol) (0.6 mmol)
R1
O
R2
54-79% rendimiento aislado
R1=H; p-OMe; m-OMe; o-OMe; p-CH3; p-CF
3; p-Cl; m-Br; p-N(CH
3)2; p-CN; p-CO
2CH
3;
R2= H; p-Cl; m-Cl; o-Cl; p-Br; p-F; -p-OMe; p-But.
Figura 66. Reacción de hidroacilación de alquinos y aldehídos aromáticos catalizador por LDH Mg3Al-CO3
La reacción se efectúa con fenilacetileno y benzaldehído y sus derivados con una variedad
de sustituyentes, además gracias a la basicidad media del LDH Mg3Al-CO3, se pueden utilizar
benzaldehídos con grupos ciano o éster, los cuales presentan dificultad para reaccionar en
medios fuertemente básicos. Sin embargo, este sistema no puede ser aplicado para alquinos y
aldehídos alifáticos. Es importante mencionar que el LDH con una relación Mg/Al de 2 también
mostró la actividad catalítica, mientras que el uso del LDH con una relación Mg/Al de 4 o el
LDH Mg3Al-CO3 calcinado mostraron bajos rendimientos para la formación de la cetona α,β-
insaturada.
Yatabe et al., (2018) establecieron un posible mecanismo de reacción donde el
fenilacetileno se transforma en una especie nucleofílica de alquinuro (A) debido a la
desprotonación del alquino ocasionada por la basicidad (sitios activos de Brønsted) del
catalizador y la cual es estabilizada por la ionicidad del mismo. Posteriormente se da la adición
nucleofílica de la especie alquinuro al aldehído formando un alcohol propargílico (B) seguido
por una prototropía del alcohol promovida por el catalizador, los pasos incluyen una
desprotonación del alcohol ocasionada por el LDH Mg3Al-CO3 formando especies carbanión
deslocalizadas (C), estas especies son protonadas para producir un alenol (D), el cual
inmediatamente se tautomeriza para dar la cetona α,β-insaturada (E) (Figura 67).
66
PhHLDH Mg
3Al-CO
3
-H+C:Ph +
Ph
O
H
LDH Mg3Al-CO
3
+H+
Adición nucleofílica
Prototropía catalizada por LDH Mg3Al-CO
3
TautomerizaciónPh
O
Ph
H
H
LDH Mg3Al-CO
3
A: Especiealquinuro
B: Alcohol propargílico
D: AlenolE: Cetona -insaturada
Ph
OH
HPh
Ph
OH
Ph
_Ph
OH
Ph
_
LDH Mg3Al-CO
3
Desprotonación
C: Carbanión deslocalizado
Ph
OH
Ph
HProtonación
_
Figura 67. Mecanismo de reacción propuesto por Yatabe et al (2018) para la hidroacilación de alquinos catalizada por LDH Mg3Al-CO3
Los autores proponen la etapa de prototropía llevada a cabo por el LDH Mg3Al-CO3, debido
a que, al efectuar la reacción bajo las condiciones optimizadas entre el benzaldehído y
fenilacetileno-D, no se formó la cetona deuterada (Figura 68.a), mientras que al reaccionar
benzaldehído-α-D con fenilacetileno se obtuvo la cetona α-deuterada (H/D=60:40) (Figura
68.b). Debido a que no se detectaba alcohol propargílico en la reacción, los autores hicieron
reaccionar la 2,2,2.trifluoroacetofenona con fenilacetileno comprobando la formación del
alcohol propargílico sin posterior transformación debido a que es un alcohol terciario (Figura
69). Estos resultados indican que el proceso no se efectuaría por medio de transferencia de
hidruro (1,3-H) como lo propusieron anteriormente Baba et al (2000), pero si concuerda con la
formación de un intermediario de alenol propuesto por el grupo de Ishikawa et al (2003).
D
Ph
O
H
MeO
+LDH Mg
3Al-CO
3 (130 mg)
Tolueno, 120ºC, 15 h, Ar
(0.5 mmol) (0.5 mmol) H/D= >99/<1
O
Ph
MeOH/D
(a)
LDH Mg3Al-CO
3 (130 mg)
Tolueno, 120ºC, 15 h, Ar
H/D= >60/<40
O H/D
Cl
(b)
H
Cl
O
D+
(0.5 mmol) (0.5 mmol)
Figura 68. Estudio mecanístico de la hidroacilación de alquinos catalizada por LDH Mg3Al-CO3
67
Ph
O
CF3
Ph
H
+
(0.5 mmol) (0.5 mmol)
LDH Mg3Al-CO
3 (130 mg)
Tolueno, 120ºC, 15 h, Ar Ph
OHCF3
Ph
53%
Figura 69. Reacción de comprobación para la formación de alcohol propargílico
6.2. Experimentación preliminar
6.2.1. Objetivo general
Síntetizar materiales sólidos catalíticos tipo LDH para su evaluación inicial en la
reacción de hidroacilación de alquinos terminales
6.2.2. Objetivos específicos
Sintetizar los materiales sólidos catalíticos LDH Ni3-Al-CO3 y LDH Co3Al-CO3 por el
método de coprecipitación.
Caracterizar los materiales sólidos por medio de análisis IR y Difracción de Rayos X.
Evaluar la actividad catalítica de los materiales sólidos sintetizados en la reacción de
hidroacilación entre fenilacetileno y benzaldehído.
Recuperar el catalizador LDH Ni3Al-CO3 y caracterizarlo por medio de análisis IR y
Rayos X
6.2.3. Síntesis y caracterización de materiales sólidos catalíticos
Síntesis y caracterización de LDH Ni-Al-CO3 con relación 3:1 (Ni:Al): Se preparó la
solución 1 con 11.8855 g NiCl2.6H2O (0.05 mol) y 6.0021 g Al(NO3)3.9H2O (0.016 mol) en
22 ml de agua destilada. La solución 1 se adicionó, con agitación constante y gota a gota, por
2 horas a una solución 2 que contenía 7 g NaOH (0.175 mol) y 4.77 g Na2CO3 (0.045 mol) en
35 ml de agua destilada. El gel formado se colocó en un baño de aceite por 24 h a 60ºC.
68
Posteriormente se realizó lavados con agua destilada hasta pH 8. El producto se dejó secar por
18 h a 120ºC y fue macerado en un mortero. Se envió a calcinación 4 g del LDH Ni-Al obtenido
(5h a 500°C) para la obtención del óxido mixto.
Figura 70. Espectro IR del LDH Ni3Al-CO3
Figura 71. Rayos X de LDH Ni3Al-CO3
69
En la Figura 70 se observa el espectro infrarrojo del LDH Ni3Al-CO3, donde la banda en
3463 cm-1 correspondiente a la vibración OH de la superficie y de las moléculas de agua en la
capa intermedia, mientras que la banda en 2969 cm-1 es atribuida al enlace H2O-CO32-. La
banda ancha que se aprecia en 1620 cm-1 indica la presencia de agua molecular en el espacio
interlaminar (La vibración causada por la flexión de las moléculas de agua se encuentra en la
región comprendida entre 1580 y 1700 cm-1). En 1364 cm-1 se observa la banda característica
de los carbonatos debido a la vibración de estiramiento asimétrico en los enlaces O-C-O. Las
bandas en la región de baja frecuencia (menor a 1000 cm-1) 734 y 558 cm-1 se atribuyen a
vibraciones M-O (M=Ni-Al) (Kannan & Narayanan, 1996).
El difractograma de Rayos X obtenido se muestra en la Figura 71 y presenta los picos
característicos de compuestos LDH tipo hidrotalcita con índices de Miller de 003, 006, 012,
015, 018 y el doblete típico en los planos 110 y 113, que aparecen en la zona angular 20° < 2θ
< 60° (Kannan & Narayanan, 1996). En ángulos bajos 2θ se evidencia una serie de picos
estrechos (00l) característicos de los compuestos tipo hidrotalcita y los cuales corresponden a
difracciones de alto orden que indican presencia de aniones en el espacio interlaminar (Wang
et al, 2010).
Para la determinación de las distancias interplanares se utiliza la ecuación de la ley de
Bragg nλh,k,l=2d senθh,k,l (n=1; λ= longitud de onda de haz incidente; d=distancia interplanar y
θ=ángulo de difracción) y se seleccionan la zona angular entre 20° < 2θ < 60° (Tabla 2). Esta
permite estudiar las direcciones en las que la difracción de rayos X sobre la superficie de un
cristal produce interferencias constructivas, dado que permite predecir los ángulos en los que
los rayos X son difractados por un material con estructura atómica periódica (Bertrán, y Nuñez,
2007, p.p.393).
Tabla 2 Datos de planos, ángulos y distancias interplanares del LDH Ni3Al-CO3
Entr. Índice de Miller
(h,k,l)
Ángulo 2θ θ dh,k,l (nm)
1 003 11.6 5.80 0.762
2 006 23.4 11.70 0.380
70
3 012 35.0 17.50 0.256
4 110 61.1 30.55 0.151
5 113 62.2 31.10 0.149
La distancia de la capa interlaminar del LDH Ni3-Al-CO3 corresponde a la distancia
interplanar obtenida a partir de la reflexión (003), la cual fue 0.762 nm (Entrada 1, Tabla 2),
un valor muy cercano al de la literatura y corresponde a la intercalación de carbonatos en el
espacio interlaminar (Rivera-Ortega et al, 2006). La distancia interplanar de 0.256 nm es
característica del plano 012, lo que indica una buena cristalización del LDH (Yang et al, 2013).
Síntesis y caracterización de LDH Co-Al-CO3 con relación 3:1 (Co:Al): El sólido fue
proporcionado por el grupo de investigación de Química Inorgánica de la UAM-Iztapalapa y
sintetizado de la siguiente manera: Se preparó una solución de 0.05 mol de Co(NO3)2 y 0.015
mol de Al(NO3)3 en 30 mL de agua desionizada, la cual fue adicionada gota a gota durante 3
horas una solución acuosa de 7 g de NaOH y 3.67 g de Na2CO3 en 35 mL de agua desionizada,
agitando vigorosamente hasta obtener un gel de color gris-azul. El gel obtenido se colocó en
un baño de aceite a 60 °C durante 24 horas, se dejó enfriar y se efectuaron lavados con agua
desionizada hasta pH 8, secando en una estufa durante 18 horas a 120 °C.
71
Figura 72. Espectro IR del LDH Co3Al-CO3
Figura 73. Rayos X de LDH Co3Al-CO3
En la Figura 72 se observa el espectro infrarrojo del LDH Co3Al-CO3, donde se observa
una banda ancha en la región aproximada a 3500 cm-1 correspondiente a la vibración OH de la
72
superficie y de las moléculas de agua en la capa intermedia. La banda en aprox. 1620 cm-1
indica la presencia de agua molecular en el espacio interlaminar (La vibración causada por la
flexión de las moléculas de agua se encuentra en la región comprendida entre 1580 y 1700 cm-
1). En aprox. 1300 cm-1 se observa la banda característica de los carbonatos debido a la
vibración de estiramiento asimétrico en los enlaces O-C-O. Las bandas en la región de baja
frecuencia menor a 1000 cm-1 se atribuyen a vibraciones M-O (M=Co-Al) (Kannan &
Narayanan, 1996).
El difractograma de Rayos X del LDH Co3Al-CO3 (Figura 73) muestra los picos
característicos de compuestos tipo hidrotalcita con índices de Miller de 003, 006, 012, 015,
018 y el doblete típico en los planos 110 y 113, que aparecen en la zona angular 20° < 2θ <
60°. En la Tabla 3 se indican los valores de las distancias interplanares para cada índice de
Miller. El valor de 0.756 nm que corresponde al plano 003 (Entrada 1, Tabla 3) indica la
distancia de la capa interlaminar del LDH, este valor es acorde con la literatura (Tsyganok et
a, 2001) (Tóth et al, 2013) y cercano el obtenido con el LDH Ni3Al-CO3 ya que ambos poseen
iones carbonatos en dicha capa.
Tabla 3 Datos de planos, ángulos y distancias interplanares del LDH Co3Al-CO3
Entr. Índice de Miller
(h,k,l)
Ángulo 2θ θ dh,k,l (nm)
1 003 11.7 5.85 0.756
2 006 23.2 11.60 0.383
3 012 35.0 17.50 0.256
4 110 61.2 30.60 0.151
5 113 62.3 31.15 0.149
6.2.4. Evaluación de la actividad catalítica de los materiales LDH en la reacción de
hidroacilación del fenilacetileno con benzaldehído
73
Se realizaron 10 síntesis en diferentes condiciones para comparar la efectividad de los
catalizadores LDH Ni3-Al-CO3, Óxido mixto Ni-Al y LDH Co3-Al-CO3, las cuales se
especifican en la Tabla 4. Todas las reacciones fueron monitoreadas por medio de cromatografía
en capa fina (TLC) al culminar la reacción, junto con los patrones de chalcona, fenilacetileno y
benzaldehído y fueron reveladas por medio de UV, vapor de yodo y vainillina.
Tabla 4 Análisis de cromatografía de capa fina (TLC) al final de la reacción entre fenilacetileno y benzaldehído en diferentes
condiciones de reacción.
CH
+H
O
Catalizador
O
1 2 3
Catalizador Cat.
(mg)
Solvente Atm. Código
símtesis
Presencia en TLC
1 2 3 subproductos
1 aLDH Ni3Al-CO3 100 Tolueno Aire LAB02
2 aLDH Ni3Al-CO3 25 Tolueno Aire LAB03
3 aLDH Ni3Al-CO3 50 Tolueno Aire LAB04
4 aLDH Ni3Al-CO3 75 Tolueno Aire LAB05
5 bLDH Ni3Al-CO3 100 Tolueno N2 LAB06
6 bÓxido mixto Ni-Al 100 Tolueno N2 LAB07
7 cLDH Ni3Al-CO3 200 Isopropanol N2 LAB09
8 cLDH Co3Al-CO3 200 Isopropanol N2 LAB10
9 cLDH Ni3Al-CO3 200 1,4-dioxano N2 LAB11
10 cLDH Ni3Al-CO3 200 DMF N2 LAB12
Nota: aCondiciones de reacción: 1 (1 mmol), 2 (1 mmol), 100º, 16.5 h. bCondiciones de reacción: 1 (1.5 mmol), 2 (1 mmol), 100ºC, 16.5 h. cCondiciones de reacción: 1 (1.5 mmol), 2 (1 mmol), 75 ºC, 20 h. Las
placas fueron reveladas por UV, vapor de yodo y vainillina. DMF:N,N-dimetilformamida. (Las imágenes de
las placas se encuentran en el Anexo 1 dentro de las Tablas 10-13)
En todas las placas de TLC se observó la presencia de benzaldehído sin reaccionar, pero
no se evidenció la presencia de fenilacetileno, por lo cual este último sufrió una conversión
pero no reaccionó con el benzaldehído. En ninguna de las condiciones propuestas se formó el
producto deseado, si se analiza por el mecanismo de hidroacilación por adición oxidativa, el
níquel requiere aumentar su estado de oxidación para promover la formación de la especie acil-
metal pero la especie Ni2+ en la estructura del LDH es estable a las condiciones del
74
experimento, por lo cual se requeriría un catión metálico fácilmente oxidable o utilizar la
especie metálica M0. Esta última alternativa ha sido desarrollada por medio de la formación de
nanopartículas de metales altamente dispersas sobre materiales LDH (Fan et al, 2014).
Al analizar los resultados por medio de la hidroacilación con adición nucleofílica, el
cambio de coloración verde a un verde-amarillo, observado en el catalizador al finalizar la
reacción, podría ser indicador de la desprotonación del hidrógeno ácido del fenilacetileno por
los sitios básicos del catalizador formando la especie alquinuro estabilizada con las cargas
positivas de la capa catiónica del LDH, pero se requieren análisis para su comprobación (IR,
UV/VIS, CG) ya que la formación de dicha especie nucleofílica favorecería la reacción, pero
no existió interacción con el benzaldehído para la formación de la chalcona. Ya que las placas
de TLC indicaron que el fenilacetileno no se encontraba en la mezcla de reacción, existe la
posibilidad que se encuentre interaccionando fuertemente con el material LDH. Este
planteamiento se basa en la observación de Yatabe et al, 2018, donde los sólidos que exhibían
una actividad catalítica debido a la formación del alquinuro, cambiaban su coloración. Por otro
lado, la razón por la cual no se obtuvo la chalcona puede estar relacionada con una menor
basicidad del catalizador, la cual se debe a los aniones de la capa interlaminar y a los metales
M2+ unidos a los grupos hidroxilo en la superficie externa y en los bordes del LDH. Por tanto,
el uso de metales divalentes como el níquel, que tiene una mayor electronegatividad comparada
con el Mg2+, disminuye la basicidad del LDH Ni-Al-CO3 (Lauron-Pernot 2006) (Fan et al,
2014). Esto no indica que el catalizador no sea básico, sino que tiene una menor basicidad en
comparación con el LDH Mg3Al-CO3 (Somasundaran, 2006)
Las reacciones efectuadas en atmósfera de nitrógeno fueron efectivas al momento de evitar
la oxidación del benzaldehído, ya que al reaccionar el sistema en aire (entradas 1-4, Tabla 4)
se evidenció la formación de los productos de oxidación del benzaldehído por medio del
análisis con TLC. En cuanto a la reacción del LDH Ni3Al-CO3 con 2-propanol, es posible que
el alcohol pasara por un proceso de deshidrogenación a causa de los sitios básicos de Bronsted
en el catalizador formando un subproducto, que posiblemente puede ser una cetona (Lauron-
Pernot, 2006, p.317) (Ver Anexo 1: Tabla 13, placa 2. Visualización de un punto rojo al revelar
75
la placa con vainillina), el subproducto se observó en la placa de TLC por debajo del
benzaldehído, lo que quiere decir que es un compuesto más polar que éste.
La reacción en la cual se utiliza como catalizador el óxido mixto (OM) no evidenció la
formación de la chalcona ya que el OM tiene menos basicidad que el LDH, esto se debe a la
formación de sitios ácidos y básicos de Lewis asociados a la presencia de los pares ácido-base O2—
M2+, también afectados por la identidad del catión divalente, que en este caso es el Ni2+ (Fan et al,
2014).
6.2.5. Recuperación del catalizador LDH Ni3Al- CO3.
El catalizador utilizado en la reacción con tolueno a 100ºC (Entrada 1, Tabla 4) fue
recuperado por medio de centrifugación y se le realizó un lavado con acetona. Posteriormente
se secó en el horno por 18 horas para eliminar la humedad y solventes volátiles que puedan
estar presentes y fue caracterizado por medio de IR y Rayos X (Figura 74 y 75). En el espectro
IR se evidencia una pequeña banda aguda en 2100 cm-1 que posiblemente pertenezca al enlace
-C≡C- de la especie fenilacetiluro (alquinuro) formada en la superficie del catalizador, además
no se observan las bandas de vibración C≡C-H (3300, 2900 y 1470 cm-1) características de
alquinos terminales, ya que el alquino ha sido desprotonado. Según reportes teóricos, los
alquinuros presentan una banda en 550 cm-1 (Rodionov et al, 1965), la cual puede ser
superpuesta por la banda del LDH. Esta posibilidad debe ser corroborada por medio de un
análisis de espectroscopia ultravioleta-visible (UV/VIS), ya que el fenilacetileno absorbe
radiación en el rango de 200 a 300 nm y el catalizador no. En el espectro IR también se observa
una banda nueva en 991 cm-1 y una serie de bandas acentuadas en el rango de 3000 a 2167 cm1
que puede estar relacionada con la presencia de tolueno que no se removió adecuadamente del
sólido ya que solo se realizó un lavado con acetona. Se descarta que la contaminación se deba
al benzaldehído ya que no hay presencia de bandas de carbonilos en el espectro IR. En el
espectro de Rayos X se observan los picos 003, 006, 012, 015, 018, 110 y 113, característicos
de la hidrotalcita (Kannan & Narayanan, 1996), lo cual indica que se conservó su estructura y
se afectó poco la cristalinidad del catalizador, solamente el pico correspondiente a 018 perdió
su intensidad.
76
Figura 74. Espectro IR de LDH Ni3Al-CO3 recuperado
Figura 75. Espectro Rayos X de LDH Ni3Al-CO3 recuperado
77
6.3. Propuesta teórica
El LDH-Ni3Al no fue un catalizador óptimo para permitir la hidroacilación de alquinos
terminales posiblemente a que su basicidad no es lo suficientemente fuerte en comparación con
material LDH Mg3Al-CO3 reportado por Yatabe et al (2018), por lo cual se da a conocer la presente
propuesta teórica con el uso de materiales sólidos catalíticos LDH y MCM-41, la cual se divide en
dos partes, en la primera se indica los sistemas para efectuar la hidroacilación donde se involucre
el paso de adición nucleofílica y en la segunda parte los sistemas para efectuar la hidroacilación
por adición oxidativa.
No se escogieren opciones para la obtención de chalcona por medio del mecanismo A3 debido
a que requieren el uso de piperidina, la cual, aunque es una base fuerte que permite la formación
del ión iminio para formar un intermediario clave (propargilamina), también tiene una serie de
desventajas como su alta toxicidad y las cantidades super-estequiométricas requeridas para la
reacción (Albaladejo et a, 2015). La propuesta tampoco se enfocará en el uso de los óxidos mixtos
ya que se ha reportado previamente que su actividad en catálisis básica disminuye en comparación
con las estructuras LDH, sugiriendo que los aniones en la capa intermedia son importantes para el
comportamiento básico del sólido. (Yatabe et al, 2018) (Constantino & Pinnavaia, 1995).
6.3.1. Hidroacilación con proceso de adición nucleofílica
La revisión bibliográfica indicó que existen dos reportes relacionados con la hidroacilación
de alquinos terminales con aldehídos mediante la adición nucleofílica utilizando catalizadores
heterogéneos básicos, en uno de estos reportes se usa el Cs2CO3/Al2O3 (Baba et al, 2000) y el
otro del LDH Mg3Al-CO3 (Yatabe et al, 2018) (Entradas 2 y 3, Tabla 5). En cuanto a sistemas
catalíticos homogéneos se encontró un reporte en el cual se utilizó sales de amonio cuaternarias
como el hidróxido de tetraalquilamonio BnN+(CH3)3 -OH (Triton BTM) (Entrada 1, Tabla 5). En
la Tabla 5 se muestra las condiciones de reacción en la formación de cetonas α,β-insaturadas a
partir del fenilacetileno y el benzaldehído en los reportes donde se efectúa la adición
nucleofílica.
78
Tabla 5 Reportes de hidroacilación de fenilacetileno con benzaldehído por medio de adición nucleofílica
CH
+H
O
Catalizador
Atmósfera inerte
O
1 2 3
Entr. Catalizador Solv. Temp.
(ºC)
Tiempo
(h)
Rend. 3
(%)a,b
E:Z Referencia
1 cTriton BTM DMSO Amb. 12 85b SD Ishikawa et al, 2003
2 dLDH Mg3Al-CO3 Tolueno 120 16 (84)a 71b >99:1 Yatabe et al, 2018
3 eCs2CO3/Al2O3 1,4-dioxano 90 20 (82)a SD Baba et al, 2000
Nota: aRendimientos por cromatografía de gases en paréntesis. bRendimientos aislados. cCondiciones de
reacción: 1 (5 mmol), 2 (6 mmol), catalizador (0.5 mmol). dCondiciones de reacción: 1 (0.6 mmol), 2 (0.5 mmol),
catalizador (130 mg). eCondiciones de reacción: 1 (10 mmol), 2 (65 mmol), catalizador (2.5 mmol/g-Al2O3).
SD: Sin dato. DMSO: Dimetil sulfóxido.
La formación de la especie nucleofílica está basada en la reacción de Favorskii, donde se
forma un alquinuro in situ por medio de la acción de una base fuerte como un hidróxido.
Debido a que este tipo de hidroacilación requiere el uso de alquinos terminales, se propone
utilizar como sustratos el fenilacetileno y el benzaldehído junto con hidróxidos doble laminares
(LDH) como materiales catalíticos con centros básicos de Bronsted (hidróxido metálico de la
capa catiónica y aniones como CO32- u OH- en la capa intermedia), aunque su basicidad no es
tan fuerte en comparación con las bases utilizadas en la reacción de Favorskii, son lo
suficientemente básicos para efectuar la desprotonación de los alquinos terminales. Además,
la nucleofilicidad y prototropía de los alquinos terminales evitaría la dificultad en el control de
la regioselectividad y la descarbonilación en las clásicas reacciones de hidroacilación por
adición oxidativa catalizadas por Rh, Ru, Ni o Co (Yatabe et al, 2018).
Con base en los referentes teóricos, el mecanismo por el cual podría darse la reacción entre
el fenilacetileno y el benzaldehído utilizando un catalizador tipo LDH, comprendería
inicialmente la formación de una especie alquinuro que se encuentra estabilizada por la capa
del LDH cargada positivamente. La adición nucleofílica del alquinuro con el benzaldehído
forma el alcohol propargílico, en este paso radica la importancia del uso de alquinos
aromáticos, ya que la presencia del grupo fenil permite aumentar la acidez del protón
propargílico para su desprotonación y posterior formación de la chalcona (Ver Figura 67).
79
6.3.1.1. Catalizadores LDH propuestos
Como primera medida se sugiere aumentar la basicidad del catalizador LDH Ni3Al-CO3 y
del LDH Co3Al-CO3 al intercambiar sus iones en la capa interlaminar por medio de la
reconstrucción del material. Este proceso consiste en calcinar el material LDH para la
formación de un óxido mixto de cristales pequeños, el cual al ser expuesto a disoluciones
acuosas se reconstruye la estructura LDH pero generando nuevos sitios de base de Bronsted en
el espacio interlaminar con aniones hidroxilo, ofreciéndoles una mejora en la actividad
catalítica al ser más básicos que los iones carbonato (Crespo, 2003). Este planteamiento está
basado en el estudio realizado por Constantino & Pinnavaia (1995), donde evalúa la eficiencia
de los catalizadores sólidos LDH Mg2.49Al-OH, LDH Mg2.34Al-CO3 y LDH Mg2.24Al-Cl en la
catálisis básica para la reacción de desproporcionación del 2-metil-3-butin-2-ol (MBOH),
indicando que el LDH con iones OH- en su capa intermedia muestran mayor actividad catalítica
que el LDH con iones carbonato.
Por otro lado, se puede evaluar el uso de catalizadores hidróxido doble laminares con metales
divalentes que les proporcionen mejor basicidad, tales como: LDH Ca-Al-CO3 y LDH Mg-Fe-
CO3 sin calcinar y al rehidratarlos después de la calcinación. Es posible realizar cambios al
estudio realizado por Yatabe et al (2018) para evaluar la posibilidad de un aumento en el
rendimiento, realizando un intercambio de iones carbonato por OH- al LDH Mg3Al-CO3 en la
capa intermedia por medio del método de reconstrucción. Los autores solo realizaron el
intercambio con iones Cl- obteniendo bajos rendimientos. La relación molar entre los cationes
divalentes y trivalentes en los materiales LDH será de 3:1 (M2+:M3+), esto basado en los
resultados de actividad catalítica por Yatabe et al, (2018), a excepción del LDH Ca-Al que tiene
una relación 2:1 (Tabla 6).
Tabla 6 Consolidación de catalizadores sólidos LDH propuestos
LDH con aniones OH- en la capa interlaminar LDH con aniones CO32- en la capa interlaminar
LDH Ni3Al-OH LDH Ca2-Al-CO3
80
LDH Co3Al-OH LDH Mg3-Fe-CO3
LDH Mg3Al-OH
LDH Ca2Al-OH
LDH Mg3Fe-OH
6.3.1.2. Preparación y caracterización de catalizadores LDH
Todos los materiales catalíticos se caracterizan por medio de difracción de Rayos X, IR y
espectroscopia UV/VIS antes y después del ciclo catalítico para evaluar su estructura cristalina.
Ni3Al-OH y LDH Co3Al-OH
Inicialmente se lleva a cabo el procedimiento indicado en el apartado 6.2.3 para la
preparación del LDH Ni3Al-CO3 y LDH Co3Al-OH, posteriormente se llevan a calcinación por
5 h a 500 ºC obteniendo por separado los óxidos mixtos. Por último, se realiza la
reestructuración de la capa intermedia y la incorporación de iones OH- al suspender cada óxido
mixto formado en 200 mL de agua descarbonatada y agitar por 3 días a temperatura ambiente
bajo atmosfera de N2. Cada material se centrifuga y se seca por 18 h a 120ºC bajo atmosfera de
N2.
LDH Mg3Al-OH
Se prepara con base en lo establecido por Yatabe et al, 2018. Una solución 1 con 0.048
moles de MgCl2.6H2O y 0.016 mol de AlCl3.6H2O en 60 ml de agua destilada se adiciona con
agitación constante y gota a gota por 2 horas a una solución 2 que contiene 0.2 mol de NaOH
y 0.02 mol de Na2CO3 en 100 ml de agua destilada. El gel formado se coloca en un baño de
aceite por 24 h a 60ºC. Posteriormente se realiza lavados con agua destilada hasta pH 8. El
producto se seca por 18 h a 120ºC, se macera en un mortero para ser enviado en su totalidad a
calcinación a 500°C por 5 h para la obtención del óxido mixto. Para la incorporación de los
iones OH- se sigue el procedimiento anterior.
LDH Ca2-Al-CO3 y LDH Ca2-Al-OH
81
Se prepara según lo establecido por Tóth et al, 2014. Se disuelven 0.03 mol de CaCl2 anhidro
y 0.015 mol de AlCl3.6H2O en 60 ml de agua, esta solución de sales es adicionada con agitación
constante y gota a gota en un ritmo de 5 mL/min a una solución que contiene 0.1 mol de NaOH
y 0.015 mol de Na2CO3 en 60 mL, el pH debe encontrarse en 10. El gel formado se lleva a un
baño de aceite a 110ºC por 10 h. El pH se lleva a 8 por medio de lavados con agua y se seca al
horno a 60ºC por 12 h, se macera en un mortero para ser enviado en su totalidad a calcinación
a 500°C por 5 h para la obtención del óxido mixto (mayenita). Para la incorporación de los
iones OH- se sigue los procedimientos anteriores.
LDH Mg3-Fe-CO3 y LDH Mg3-Fe-OH
El procedimiento se basa en la síntesis de Elmoubarki et al, 2017. Una solución 1 con 0.048
mol de Mg(NO3)2.6H2O y 0.016 mol de FeCl3.6H2O en 64 ml de agua destilada, se adiciona a
una solución 2 con 0.2 moles de NaOH y 0.02 mol de Na2CO3 en 100 ml. Posteriormente se
realizan lavados con agua destilada hasta pH 8, el producto se seca por 18 h a 120ºC y se macera
en un mortero. Una parte del producto es enviado en a calcinación a 500°C por 5 h para la
obtención del óxido mixto, el cual se someterá a rehidratación para la incorporación de los iones
OH- como se indica en los anteriores procedimientos.
6.3.1.3. Evaluación de las condiciones para la reacción
Se propone efectuar la reacción a temperaturas entre los 90 y 120 ºC por un tiempo
comprendido entre 16 a 20 h en atmósfera inerte (Ar o N2). Para mejorar las condiciones de la
reacción y proporcionar selectividad por el producto, se requiere el uso de solventes con baja
polaridad como CPME (metoxiciclopentano), PhCF3, tolueno y evaluarlos en la reacción junto con
las condiciones libre de solvente. El uso de solventes polares próticos (alcoholes) y apróticos
(DMF y THF) disminuye la selectividad de la reacción ya que se da la formación de subproductos
provenientes de la deshidrogenación del alcohol o formación del alcohol propargílico en el caso
del DMF y THF, aunque se reporta el uso de 1,4-dioxano sin la formación de subproductos (Baba
et al, 2000).
82
En cuanto a los reactivos, autores como Baba et al, 2000 y Miura et al, 2010 observaron
mejores rendimientos al utilizar en exceso el fenilacetileno, por lo cual se propone usar como
sustratos 1.5 mmol de fenilacetileno y 1.0 mmol de benzaldehído. La cantidad de catalizador a
utilizar se debe evaluar desde cantidades de 30 mg a 150 mg, ya que para establecer relación
estequiométrica del catalizador para conocer su fórmula se requiere el uso de espectroscopía de
Plasma ICP-OES. La reacción se efectúa mediante el protocolo one-pot en atmósfera inerte y al
concluir la reacción el catalizador se recupera por medio de centrifugación y lavados con acetona.
6.3.1.4. Análisis requeridos para la evaluación de la efectividad del catalizador
Los análisis de cromatografía de gases (CG) y cromatografía en capa fina (TLC – Sistema
Hex/AcOEt 9:0.5) permiten el seguimiento de la reacción desde el inicio al final de ésta,
permitiendo establecer si existe conversión de los reactivos junto con formación de productos. Con
base en el estudio realizado por Yatabe et al (2018), el uso de otras técnicas en ciertas condiciones
de la reacción también permite esclarecer las razones por las cuales se da o no la formación del
producto por medio de hidroacilación con adición nucleofílica, por lo cual se proponen las
siguientes condiciones a evaluar:
Interacción del LDH con el fenilacetileno: Para determinar si existe interacción entre el
fenilacetileno y el catalizador LDH para la formación del alquinuro, se efectúa la
reacción de 100 mg de cada LDH y 1.5 mmol de fenilacetileno en las condiciones
optimizadas por 4 h, posteriormente se separa el catalizador por centrifugación y se deja
secar a temperatura ambiente. Se debe observar cambios en la coloración del catalizador
y analizar sus espectros de Rayos X, IR y UV/VIS, TLC y cromatografía de gases antes
y después de la reacción. También es de gran ayuda realizar comparaciones con el
espectro IR y UV/VIS del fenilacetileno y de una especie alquinuro sintetizada, la cual
puede ser el fenilacetiluro de sodio formado a partir de la reacción entre el fenilacetileno
y una base fuerte como NaNH2 o NaH. Otra forma de identificar la existencia del ión
alquinuro interaccionando con el catalizador separado anteriormente, consiste en
redisolverlo en agua, etanol o HCl diluido para la formación del fenilacetileno por
protonación del alquinuro.
83
Interacción del LDH con el benzaldehído: Para determinar la interacción ácido-base del
LDH con los reactivos se propone realizar la reacción del fenilacetileno y benzaldehído
en las condiciones optimizadas pero utilizando un catalizador LDH-OH deuterado
obtenido en la etapa de reconstrucción de su estructura en agua deuterada
descarbonatada. Los compuestos presentes se separan por medio de cromatografía en
columna con sílica gel Hex/AcOEt 9:1 y se analizan por 1H RMN.
Reacción con benzaldehído deuterado: Para determinar la interacción del hidrogeno del
benzaldehído, se efectúa la reacción de d-benzaldehído con fenilacetileno en las
condiciones optimizadas. Los compuestos presentes se separan por medio de
cromatografía en columna con sílica gel Hex/AcOEt 9:1 y se analizan por 1H RMN.
Reacción con fenilacetileno deuterado: Para determinar la interacción del hidrogeno del
fenilacetileno, se efectúa la reacción de d-fenilacetileno con benzaldehído en las
condiciones optimizadas. Los compuestos presentes se separan por medio de
cromatografía en columna con sílica gel Hex/AcOEt 9:1 y se analizan por 1H RMN.
Todos los productos obtenidos se purifican por cromatografía en columna con sílica gel
Hex/AcOEt 9:1 y se analizan por IR y 1H RMN.
6.3.2. Hidroacilación por adición oxidativa
Este proceso de hidroacilación con alquinos y aldehídos, involucra el uso de metales de
transición (Ni0, RhI, Ru0, RuII, CoI, IrI, InIII) que se oxidan para formar especies intermedias
complejas de hidruro metal-acilo o hidruro metal-alquenilo. El mecanismo por el cual ocurre esta
reacción permite utilizar no solamente alquinos terminales, sino alquinos internos simétricos y
asimétricos, pero se ha reportado que requieren el uso de ligandos y/o aldehídos β-sustituidos para
superar los problemas de regioselectividad y descarbonilación de los intermediarios,
principalmente en las reacciones donde se utiliza rodio. En la revisión bibliográfica se encontró un
solo estudio en el que se utilizó un material sólido de soporte para Ru (Ru/CeO2) en la
hidroacilación por adición oxidativa, aunque el catalizador se podía reutilizar al menos tres veces
sin pérdidas significativas en el rendimiento, la reacción no era completamente heterogénea ya que
hay una contribución significante a la catálisis por especies de rutenio que se solubilizan (Miura
84
et al, 2013) (Entrada 1, Tabla 8). Los demás reportes se realizaron bajo catálisis homogénea con
complejos de los metales.
La hidroacilación con alquinos terminales se ha reportado con los metales de Co y Rh, con los
cuales se obtiene rendimientos medios a altos con alta estereoselectividad por el E-isómero,
aunque en algunos casos se obtenga también la cetona α,β-insaturada ramificada (Entradas 8, 9 y
10, Tabla 7). El sistema de Ni(0) en catálisis homogénea de alquinos terminales no permitió la
formación del producto.
Tabla 7 Recopilación de reacciones de hidroacilación por adición oxidativa de alquinos terminales
Mmol Cat. Ligando Solv. T ªC T h Isom. E:Z Rend. %a Ref
Alquin. Aldeh
1 1.5 Ni(COD)2 P(n-C8H17)3 THF 135 20 - - SP Tsuda et al, 1990
0.2 0.22 CoBr2 dppp DCM 40 18 Dias 98:2 56 Cheng et al., 2015
0.26 0.13 Rh(dppe)ClO4 dppe Acetona 55 1-16 NA 100 69-95 Willis et al, 2006
1.2 1 [Rh(nbd)]2BF4 dcpe Acetona 55 1 NA 100 71-94 Coxon et al, 2017
2 1 Rh(dppe)ClO4 dppe DCE 70 2 NA 100 65-91 Parsons et al,
2010
1.5 1 [Rh(nbd)2]BF4 dcpm Acetona 55 0.5 NA 100 74-99 Castaing et al,
2013
1.5 1 Rh(C6H5F)(R2PC
H2PR’2)][BArF4]
- DCE 80 0.25-
3
NA 100 83-95 Chaplin et al,
2012
4 2 [Rh(µ-Cl)(cod)]2 PCy3 Tolueno 80 2-12 MR-LR SD 40 Rueda &
Castillón, 2014
2 2 [RhCl(cod)]2 dppf Benceno Refl 2 MR-LR
34-83:
17-66 l.r
SD 75-99 Kokubo et al,
1997
2 1 RhCl(PPh3)3 2-amino-3-
metil-
picolina
Tolueno 80 12 MR-LR SD 63-74 Jun et al, 2002
2 1 [RhCl(cod)]2 DPEphos Acetona 55 2-16 NA 100 82-97 Moxham et al,
2008
1 1 In(OTf)3 NA 1-butanol 100 2 Dias 98:2 58-88 Miura et al, 2010
Notas: a) Rendimientos de productos aislados. Isom: Isómeros. Dias: Diastereoisómeros. MR-LR: Mezcla de isómeros lineales y ramificados
(l.r). NA: No aplica. SP: Sin producto
Los reportes de hidroacilación de alquinos internos simétricos indicaron altos valores de
estereoselectividad y regioselectividad por el E-isómero con rendimientos medios a altos, aunque
a excepción del trabajo realizado por Miura et al (2013), el sistema catalítico es homogéneo en
85
todos los casos (Tabla 8). La hidroacilación con alquinos internos asimétricos presenta
inconvenientes de regioselectividad, ya que la reacción se ve influenciada por el efecto estérico de
cada uno de los sustituyentes provenientes del alquino. La catálisis con Ni(0) es la que más
presenta variaciones en las mezclas de los regioisómeros obtenidos (Entrada. 4, Tabla 8).
Tabla 8 Recopilación de reacciones de hidroacilación por adición oxidativa de alquinos internos simétricos
Mmol Cat. Ligando Solv. T ªC T h Isom. E:Z Rend.
%a
Ref
Alquin Aldeh
1.5 0.5 Ru/CeO2 Xantphos DMA 150 3-12 Dias 54-99:
1-46
43-86 Miura et al, 2013
0.45 0.3 Ru(O2CCF3)2(C
O)-(PPh3)2
- THF 110 30 Dias 95:5 69-85 Williams et al,
2009
1 1.5 Ni(COD)2 P(n-C8H17)3 THF 100-150 20 Dias 79-95:
5-21
51-68 Tsuda et al, 1990
2 0.5 IrCl(cod)2 P(n-oct)3 Tolueno 120 15 Dias 9-84:
16-91
66-84 Hatanaka et al.,
2010
0.3 0.15 Rh(dppe)ClO4 dppe Acetona 55 16 NA 100 75-83 Willis et al, 2006
1.2 1 [Rh(nbd)]2BF4 DPEphos Acetona 55 1 NA 100 75-88 Coxon et al, 2017
1.5 1 [Rh(nbd)2]BF4 dcpm Acetona 55 2 NA 100 78 Castaing et al,
2013
2 2 [RhCl(cod)]2 dppf Benceno Refl 0.5-7 NA 100 94-99 Kokubo et al,
1997
Notas: a) Rendimientos de productos aislados. Isom: Isómeros. Dias: Diastereoisómeros. No aplica.
Tabla 9 Recopilación de reacciones de hidroacilación por adición oxidativa de alquinos internos asimétricos
Mmol Cat. Ligando Solv. T ªC T h Isom. E:Z Rend.
%a
Ref
Alquin. Aldeh.
1.5 0.5 Ru/CeO2 Xantphos DMA 150 5 Días 99:1 93 Miura et
al, 2013
0.6 0.2 RuHCl(CO)(PPh3)3 Josiphos L1 Tolueno 80 18 MRS*
20:1 rr
SD 40-87 Chen et al,
2015
0.45 0.3 Ru(O2CCF3)2(CO)-
(PPh3)2
- THF 110 30 Días 95:5 65 Williams
et al, 2009
1 1.5 Ni(COD)2 P(n-C8H17)3 THF 135-150 20 MRS
29-96:4-71
rr
44-90:
10-56
47-54 Tsuda et
al, 1990
0.2 0.22 CoBr2 dppp DCM 40 18 NA 100 66-84 Cheng et
al., 2015
2 1 [RhCl(cod)]2 DPEphos Acetona 55 16-24 NA 100 73-81 Moxham
et al, 2008
1.2 1 [Rh(nbd)]2BF4 DPEphos Acetona 55 1 MRS
4-20:1 rr
SD 44-73 Coxon et
al, 2017
86
0.3 0.15 Rh(dppe)ClO4 dppe Acetona 55 16 NA 100 66 Willis et
al, 2006
1 1 In(OTf)3 NA 1-butanol 100 2 Días 92-96:
4-8
88-98 Miura et
al, 2010
Notas: a) Rendimientos de productos aislados. Isom: Isómeros. Dias: Diastereoisómeros. MRS*:Mezcla de regioisómeros y de cetona β-γ-
insaturada. MRS: Mezcla de regioisómeros donde los sustituyentes provenientes del alquino se intercambian, rr: regioisómero ratio.NA: No aplica..
Debido a que solo se ha realizado un reporte experimental de catálisis con Ni(0), se puede
explorar la posibilidad de utilizar materiales como los LDH y MCM-41 con níquel reducido a su
forma metálica para ofrecer estabilidad a la especie metal-acilo en la formación de la cetona α-β-
insaturada y disminuir problemas de regioselectividad. Además, el material MCM-41
funcionalizado con complejos de Rh(I) permitiría llevar a cabo una catálisis heterogénea con este
metal sin necesidad de recurrir a ligandos para estabilizar las especies intermediarias. Con base en
lo anterior, se propone el uso de cuatro diferentes catalizadores heterogéneos para ser utilizados
en reacciones con alquinos terminales e internos (simétricos y asimétricos): óxido mixto Ni-Al con
nanopartículas de Ni, LDH Ni3-Al con nanopartículas de níquel, MCM-41 funcionalizado con
Rodio (I) y MCM-41 con nanopartículas de níquel.
6.3.2.1. Condiciones de reacción
Los tres sistemas se pueden evaluar con una gran variedad de alquinos terminales e internos
junto con aldehídos, dentro de los cuales también es importante utilizar sus derivados β-sustituidos
como el 2-aminobenzaldehído y el salicilaldehído para explorar su potencial como sustratos que
permiten la formación de heterociclos como dihidro-4-quinolonas y 4-cromanonas
respectivamente. Se propone efectuar la reacción con una relación de reactivos 1.5/1 equivalentes
alquino/aldehído a temperaturas entre los 55 y 120 ºC por un tiempo comprendido entre 4 a 20 h
en atmósfera inerte (Ar o N2).
La cantidad de los catalizadores LDH y MCM-41 a utilizar se debe evaluar desde cantidades
de 30 mg a 150 mg, ya que para el caso del LDH establecer relación estequiométrica del catalizador
para conocer su fórmula se requiere el uso de análisis de espectroscopía de Plasma ICP-OES. La
reacción de obtención de la cetona α,β-insaturada se efectúa mediante el protocolo one-pot en
atmósfera inerte y al concluir el catalizador se recupera por medio de centrifugación y lavados con
87
acetona. En la reacción se puede evaluar el uso de solventes apolares como tolueno, DCM, DCE
y benceno, y de solventes polares apróticos como DMA, THF y acetona. Se debe evitar el uso de
solventes polares próticos como alcoholes y de hidrocarburos de bajo peso molecular, ya que se
puede generar competencia por los sitios activos de níquel para propiciar su conversión en
hidrógeno. En el caso del agua como solvente, tampoco es recomendada debido a que el catalizador
de níquel podría generar la formación de especies OH- que pueden migrar hacía las partículas del
metal (Mas et al, 2008).
Las cetonas α,β-insaturadas purificadas obtenidas a partir de sustratos como aldehídos β-
aminosustituidos sirven como reactivo para posteriores reacciones que permitan la formación de
heterociclos como dihidro-4-quinolonas (Castaing et al, 2013), mientras que para las reacciones
con sustratos como el salicilaldehído se puede utilizar un proceso one-pot para la formación del
heterociclo como la 4-cromanona 2,3-sustituida involucrando la reacción tándem de hidroacilación
seguida con adición oxo-Michael (Stanley et al, 2015).
6.3.2.2. Catalizador LDH y óxido mixto con nanopartículas de Níquel.
Las nanoparticulas (NPs) metálicas soportadas en materiales son de gran uso en catálisis
heterogénea debido a su alta estabilidad y la posibilidad de reutilizar el catalizador. Los LDH
ofrecen múltiples ventajas como precursores de materiales soporte de NPs debido a la dispersión
uniforme de los cationes metálicos dentro las capas de tipo brucita. Después de la calcinación del
LDH y su posterior reducción, se pueden obtener óxidos mixtos (OM) con NPs metálicas altamente
dispersas y estables. Las fuertes interacciones de los óxidos metálicos en el OM, además de la
interacción entre las NPs metálicas y los óxidos del metal pueden prevenir la agregación de estas
durante la reacción (Fan et al, 2014) y por ende las incrusta fuertemente de modo que no sean
fácilmente extraídas, manteniendo la estabilidad de la estructura para reutilizar el catalizador
(Olafsen et al, 2006). También es posible obtener las NPs a partir de la reducción de los LDH sin
calcinar requiriendo menos temperatura para llegar al punto de máximo de consumo de hidrógeno,
mayor dispersión de la NPs y mayor área superficial en comparación con el óxido mixto, este
último es más difícil de reducir que los LDH sin calcinar debido a que los iones no reducibles de
Ni2+ migran hacía la fase amorfa rica en Al3+ del óxido (Mas et al, 2008).
88
Las técnicas de reducción de níquel soportado en materiales sólidos catalíticos incluyen
tratamientos con H2 o con una mezcla de H2-N2, a temperaturas entre 600-650 °C, ya que
dependiendo del tipo de soporte el níquel se reduce a temperaturas entre los 430 y 580 °C, por
último, se enfría a temperatura ambiente bajo atmosfera de nitrógeno. Se debe tener en cuenta que
también existirá la presencia de las especies no reducidas en el material soporte después de la
reducción. Factores como la temperatura de calcinación influyen, por ejemplo, temperaturas por
encima de 500°C afectan la posterior reducción con hidrógeno (Tsyganok et al, 2003). Cuando se
utiliza el óxido mixto Mg-Ni-Al se obtienen tamaños de nanopartículas de Ni0 de 15 ±5 nm
(Olafsen et al, 2005) (Tsyganok et al, 2003) y cuando se utilizan óxidos mixtos de Ni-Al con
relación 3:1 el tamaño de las partículas es de aproximadamente 11 nm, mientras que al reducir
directamente el LDH Ni-Al se obtienen nanopartículas de níquel de tamaño de 5 nm (Mas et al,
2008).
Se propone utilizar nanopartículas de níquel soportadas en el LDH Ni-Al y en el óxido mixto
Ni-Al, el uso de Ni0 solo ha sido propuesto una vez por Tsuda et al (1990) pero en catálisis
homogénea con complejos de níquel. Es posible que el uso de estos materiales sólidos permita
disminuir el proceso de descarbonilación al presentar interacciones con los sustratos, por ejemplo,
la carga parcial positiva del carbono del grupo carbonilo en el aldehído puede interaccionar con
los sitios básicos en la superficie del LDH o con los sitios pares básicos-ácidos de Lewis en el caso
de los óxidos mixtos (Mameda et al, 2016).
Preparación y caracterización de los catalizadores con nanopartículas de níquel.
Se preparan los dos catalizadores basándose en el procedimiento establecido en la sección
6.2.3, el primer catalizador es el LDH Ni3Al-CO3 sin calcinar y el segundo es su óxido mixto Ni-
Al. Ambos sólidos se llevan a un proceso de reducción por medio de flujo de H2 a 650 °C por 2 h
(Mas et al, 2008). Los sólidos se caracterizan por medio de espectroscopía IR, Rayos X y UV/VIS.
Para obtener el contenido porcentual de los metales en los catalizadores se realiza Espectroscopía
de Plasma ICP-OES.
6.3.2.3. Catalizadores MCM-41
89
El uso de materiales mesoporosos MCM-41 como soporte ha sido investigado debido a su gran
tamaño de poro y su alta área superficial. El tamaño de los poros permite el paso de moléculas
grandes como reactivos orgánicos y complejos metálicos a través de estos para llegar a la superficie
del canal (Chang et al, 2010). La funcionalización de los materiales MCM-41 con nanopartículas
metálicas o por la inmovilización de catalizadores de complejos metálicos regio y
enantioselectivos, puede contribuir a evitar lo procesos de descarbonilación ya que se da un anclaje
del sustrato al sitio activo en la superficie interna cóncava de los canales mesoporosos (Figura 76)
(Taguchi & Schuth, 2005). Otra ventaja importante de estos sistemas catalíticos heterogéneos es
la posibilidad de separar y reutilizar el material MCM-41 para usarlo en las siguientes síntesis
(Chang et al, 2010).
Figura 76. Representación del mesoporo del MCM-41 funcionalizado (Taguchi & Schuth, 2005, p.18)
La funcionalización de materiales MCM-41 para la hidroacilación por medio de catálisis con
rodio requiere el estado de oxidación (I), sin embargo, las especies de rodio con estados de
oxidación menores a RhIII no se encuentran en sales y solo son estables como complejos en
la presencia de ligandos. El complejo de Rh(I) más conocido es el catalizador de Wilkinson
RhCl(PPh3)3 (Iavicoli & Leso, 2015) y se utiliza en reacciones de hidroformilación,
hidrogenación de alquenos e hidroacilación de alquinos pero utilizando un sistema
catalítico homogéneo (Jun et al, 2002). La revisión de la bibliografía no revela artículos
donde se dope los materiales MCM-41 con Rh(I) debido que se requieren sales para la
impregnación, pero si se han reportado síntesis donde se funcionaliza el material MCM-41
por medio de la inmovilización de catalizadores complejos homogéneos de Rh(I) como
90
RhCl(PPh3)3, [Rh(COD)Cl]2, HRhCO(PPh3) y [RhCl(CO2)]2, formando así un sistema
catalítico heterogéneo que puede ser utilizado en la catálisis de la hidroacilación de
alquinos (Chang et al, 2010), (Ali et al, 2005), (Huang & Kawi, 2004), (Balcar et al, 2003)
y (Shyu et al, 1999). Estos materiales presentan una ventaja en comparación con los
soportes microporosos o macroporosos convencionales, ya que el tamaño de los poros
puede adaptarse exactamente a los requisitos de las especies ancladas (Taguchi & Schuth,
2005).
En cuanto a la funcionalización con nanopartículas, la incorporación de metales activos en su
forma metálica en el marco del tamiz molecular MCM-41 lo hace particularmente valioso para
aplicaciones catalíticas, además se pueden incorporar metales de transición como el níquel debido
a su bajo costo y su comparable rendimiento catalítico. Los rendimientos catalíticos de MCM-41
con nanopartículas de níquel se atribuye al efecto de anclaje de los sitios activos de Ni(0) por la
matriz de sílice periférica y/o en los canales mesoporosos. (Liu et al, 2009). Las nanopartículas de
Ni(0) se pueden obtener por medio de la reducción por H2 del material Ni-MCM-41, aunque se
espera que todo el óxido de níquel cerca de la superficie se reduzca a níquel metálico durante el
paso de reducción, se puede encontrar la presencia de una pequeña cantidad de níquel no reducido
(Yasyerli et al, 2011).
Los catalizadores propuestos para la hidroacilación de alquinos con aldehídos son: MCM-41
funcionalizado con catalizadores complejos de Rh(I) y MCM-41 con nanopartículas de níquel,
después de sintetizados se caracterizan por medio de Difracción de Rayos X, espectroscopia IR,
fisisorción y quimisorción.
Síntesis del catalizador MCM-41 funcionalizado con complejos de Rh(I)
El método se basa en el estudio reportado por Chang et al, 2010, donde la funcionalización se
realiza por medio de una serie de pasos que involucran 1) la fosfinatación producida por la
condensación entre (OEt)3Si(CH2)3PPh2 y los grupos Si-OH del MCM-41 sintetizado inicialmente
para obtener el MCM-41-P y posteriormente 2) la inmovilización del catalizador de Rh(I) en el
MCM-41-P para la obtención del MCM-41-Rh. El catalizador resultante tiene la ventaja de
91
mantener intacta su actividad catalítica después de 20 ciclos de recuperación y la lixiviación de Rh
es limitada.
Síntesis de MCM-41
Se añade lentamente una solución de 5.10 ml (5.18 g, 0.014 mol, 25% p/p de solución acuosa)
de hidróxido de tetrametilamonio en una solución de bromuro de cetiltrimetilamonio (7.38 g, 0.02
mol) en 50.0 ml de agua desionizada en un reactor de teflón a temperatura ambiente. Después de
agitar la mezcla durante 30 minutos, se obtiene una solución clara, luego se añade lentamente sílica
(dióxido de silicio amorfo, SiO2) (4.50 g, 0.075 mol) a la solución anterior. Después de agitar la
mezcla durante 2 h, se deja reposar durante 24 h. Posteriormente la mezcla se calienta a 150 ºC
durante 48 h. La suspensión se lava con agua desionizada y se seca en un horno a 60 ºC. El polvo
blanco resultante se calcina a 550 ºC bajo aire.
Síntesis de MCM-41-P
Inicialmente el MCM-41 se trata con agua a temperatura de reflujo por 4 h para maximizar el
número de grupos silanol en el material. Se remueve el agua por filtración y el MCM-41 se seca
en un horno a 60 ºC toda la noche para remover el agua de la superficie. Posteriormente 1.0 g del
material se adiciona a un matraz de fondo redondo junto con 30.0 ml de benceno destilado y 1.0
ml (1.0 g, 2.4 mmol) de (OEt)3Si(CH2)3PPh2 y calienta a reflujo por 4 h bajo atmósfera de N2. El
azeótropo etanol/benceno (10,.0 ml) se elimina por destilación durante la reacción. La mezcla se
enfría a temperatura ambiente y se añaden 10.0 ml adicionales de benceno. La mezcla se calienta
nuevamente a reflujo durante otras 4 horas y se retiran otros 10 ml de azeótropo. El procedimiento
anterior se repite cuatro veces. Se eliminan en total 50.0 ml de azeótropo. La mezcla se filtra, se
lava con CHCl3 y se seca a temperatura ambiente.
Síntesis de MCM-Rh
Se añade una solución de Rh(PPh3)3Cl (128.8 mg) en 10 ml de tolueno sobre 0.5 g de MCM-
41-P bajo nitrógeno a temperatura ambiente. La mezcla se agita durante una semana y luego se
filtra. El polvo amarillo resultante se lava primero con tolueno y luego con CHCl3 hasta que el
filtrado sea incoloro.
92
Síntesis del catalizador MCM-41 con nanopartículas de níquel
El método de síntesis se basó en lo propuesto por Yasyerli et al, (2011) donde el bromuro de
hexadeciltrimetilamonio (CTMBABr) y el nitrato de níquel hexahidratado fueron usados como
surfactante y fuente del metal respectivamente para obtener una relación molar de Ni/Si de
aproximadamente 0.2 por medio de una síntesis one-pot.
Una solución de silicato de sodio (27 p% SiO2, 8 p% Na2O) se adiciona a la solución de
surfactante gota a gota y después el nitrato de níquel se adiciona a la solución anterior. Esta mezcla
se agita continuamente durante los pasos de preparación. El pH de la solución se ajustado a 11.
Posteriormente se lleva a cabo la síntesis hidrotermal a 120 ºC por 96 h en una autoclave de acero
inoxidable con revestimiento de teflón. El producto se filtra, se lava con agua desionizada, se seca
por 24 h y se calcina a 600 ºC por 6 h. Por último, el níquel en el catalizador se reduce en un flujo
de H2 a 550ºC por 3 horas, para que el óxido de níquel principalmente cerca de la superficie y en
los poros sea reducido a Ni(0).
7. CONCLUSIONES
La revisión sistemática de la literatura permitió identificar que los sistemas catalíticos utilizados
en la reacción de hidroacilación de alquinos con aldehídos, consisten en complejos de metales de
transición como el Rh, Ni, Ru, In e Ir, sales de Au y Cu, además de catalizadores libres de metales
de transición como líquidos iónicos, óxido de grafito, zeolitas, hidróxidos dobles laminares (LDH),
Cs2CO3/Al2O3 y sales de amonio cuaternarias. La reacción permite obtener cetonas α,β-insaturadas
por medio de mecanismos de reacción como adición oxidativa, hidrólisis/arreglo de Claisen
Schmidt, acoplamiento A3 y adición nucleofílica. El mecanismo de reacción dedepende de la
naturaleza del catalizador utilizado y las condiciones de reacción. Las cetonas α,β-insaturadas
obtenidas a partir de alquinos internos contienen α,β-disustituciones que no se obtienen por los
métodos tradicionales como la reacción de Claisen-Schmidt y sirven como sustratos potenciales
para la formación de compuestos heterocíclicos.
93
La revisión sistemática de las propiedades de los materiales catalíticos LDH y MCM-41
permitió identificar que presentan una gran flexibilidad para la incorporación de características
diferentes con el fin adaptarlos a muchos tipos de reacciones que requieren catálisis. Se pueden
cambiar las propiedades básicas de los materiales LDH cambiando los aniones del espacio
interlaminar o utilizando una gran variedad de cationes metálicas divalentes y trivalentes en su
estructura de tipo brucita. Los materiales MCM-41 pueden ser funcionalizados al incorporar
difernetes metales o grupos orgánicos en sus poros y superficie externa.
Se sintetizaron exitosamente los materiales LDH Ni-Al y LDH Co-Al por medio del método de
coprecipitación. Los análisis de Rayos X y espectroscopia IR mostraron la formación de la
estructura tipo hidrotalcita con alto grado de cristalinidad y el completo intercambio iónico de los
iones nitrato por iones carbonato en el espacio interlaminar.
La reacción de hidroacilación entre fenilacetileno y benzaldehído fue evaluada en 10
símtesis utilizando los catalizadores LDH Ni-Al, óxido mixto Ni-Al y LDH Co-Al, presentando
resultados negativos en todos los casos al no formarse el producto. Los sistemas catalíticos no
funcionaron posiblemente a que los materiales no poseían la suficiente basicidad para iniciar el
mecanismo de adición nucleofílica.
La revisión sistemática de artículos y los resultados de la experimentación preliminar
permitieron identificar las características requeridas en los catalizadores para efectuar la reacción
de hidroacilación por medio de los mecanismos de adición nucleofílica y adición oxidativa. Razón
por la cual se propuso los siguientes cuatro diferentes catalizadores heterogéneos para ser
utilizados en reacciones con alquinos terminales e internos: Óxido mixto Ni-Al con Ni-NPs, LDH
Ni3-Al con Ni-NPs, MCM-41 funcionalizado con Rodio (I) y MCM-41 con Ni-NPs.
8. RECOMENDACIONES
Como recomendaciones se podría explorar más opciones para las modificaciones que se le
pueden realizar a los materiales LDH y MCM-41 para adaptarlos mejor a las condiciones
requeridas para la catálisis, por ejemplo, como en el LDH su actividad catalítica también
proviene del anión en la capa interlaminar, aprovechando la flexibilidad única del material
94
para expandir la distancia de dicha capa, se podría evaluar en estudios posteriores la
incorporación de aniones complejos de los metales de RuII y RhI creando un sistema
heterogéneo que pueda ser comparado con los mismos complejos utilizados en la catálisis
homogénea.
9. BIBLIOGRAFÍA
Albaladejo, M. J., Alonso, F., & González-Soria, M. J. (2015). Synthetic and Mechanistic
Studies on the Solvent-Dependent Copper-Catalyzed Formation of Indolizines and Chalcones.
ACS Catal, 5(6), 3446–3456. doi:10.1021/acscatal.5b00417
Ali, B. E., Tijani, J., Fettouhi, M., El-Faer, M., & Al-Arfaj, A. (2005). Rhodium(I) and
rhodium(III)–heteropolyacids supported on MCM-41 for the catalytic hydroformylation of styrene
derivatives. Appl. Catal., A, 283, 185–196. doi: 10.1016/j.apcata.2005.01.005
Baba, T., Kizuka, H., Handa, H., & Ono, Y. (2000) Reaction of ketones or aldehydes with 1-
alkynes over solid-base catalysts. Appl. Catal., A, 194-195, 203–211. doi:10.1016/s0926-
860x(99)00368-3
Balcar, H., Cejka, J., Sedlacek, J., Svoboda, J., Zednik, J., Bastl, Z., Bosacek, V., & Vohlidal,
J. (2003). [Rh(cod)Cl]2 complex immobilized on mesoporous molecular sieves MCM-41-a new
hybrid catalyst for polymerization of phenylacetylene. J. Mol. Catal. A-Chem, 203, 287–298. doi:
10.1016/S1381-1169(03)00379-0
Barwick, J., Hardy, S., Willis M. C., & Weller A. S. (2018). Rh(DPEPhos)-Catalyzed Alkyne
Hydroacylation Using β‑Carbonyl-Substituted Aldehydes: Mechanistic Insight Leads to Low
Catalyst Loadings that Enables Selective Catalysis on Gram-Scale. J. Am. Chem. Soc, 140,
7347−7357. doi: 10.1021/jacs.8b04086
Bertrán, J., y Núñez, J. (2007). Problemas de Química Física, Madrid, España. Publicaciones
Delta. ISBN:84-96477-7.
Biju, A. T., Wurz, N. E., & Glorius, F. (2010). N-Heterocyclic Carbene-Catalyzed Cascade
Reaction Involving the Hydroacylation of Unactivated Alkynes. J. Am. Chem. Soc, 132(17), 5970–
5971. doi:10.1021/ja102130s
Castaing, M., Wason, S. L., Estepa, B., Hooper, J. F., & Willis, M. C. (2013). 2-
Aminobenzaldehydes as Versatile Substrates for Rhodium-Catalyzed Alkyne Hydroacylation:
95
Application to Dihydroquinolone Synthesis. Angew. Chem. Int. Ed., 52(50), 13280–13283.
doi:10.1002/anie.201308127
Chang, J.-R., Lin, H.-M., Cheng, S.-W., Tseng, C.-K., Tzou, D.-L., & Shyu, S.-G. (2010).
EXAFS investigation of the morphology of immobilized Rh(PPh3)3Cl on phosphinated MCM-41.
J. Mol. Catal. A-Chem, 329(1-2), 27–35. doi:10.1016/j.molcata.2010.06.013
Chaplin, A. B., Hooper, J. F., Weller, A. S., & Willis, M. C. (2012). Intermolecular
Hydroacylation: High Activity Rhodium Catalysts Containing Small-Bite-Angle Diphosphine
Ligands. J. Am. Chem. Soc, 134(10), 4885–4897. doi: 10.1021/ja211649a
Chen, C., Li, H. y Davis, M. E. (1993). Studies on mesoporous materials. I Synthesis and
characterization of MCM-41, Microporous Materials, 2, 17-26. doi:10.1016/0927-
6513(93)80058-3
Chen, Q.-A., Cruz, F. A., & Dong, V. M. (2015). Alkyne Hydroacylation: Switching
Regioselectivity by Tandem Ruthenium Catalysis. J. Am. Chem. Soc, 137(9), 3157–3160.
doi:10.1021/ja512015w
Chen, S., Li, X., Zhao, H., & Li, B. (2014). CuBr-Promoted Formal Hydroacylation of 1-
Alkynes with Glyoxal Derivatives: An Unexpected Synthesis of 1,2-Dicarbonyl-3-enes. J. Org.
Chem, 79(9), 4137–4141. doi:10.1021/jo500199v
Constantino, V. R. L., & Pinnavaia, T. J. (1995). Basic Properties of Mg2+1-xAl3+
x Layered
Double Hydroxides Intercalated by Carbonate, Hydroxide, Chloride, and Sulfate Anions. Inorg.
Chem. 1995, 34, 883—892. doi:10.1021/ic00108a020
Coxon, T. J., Fernández, M., Bardwick-Silk, J., McKay, A. I., Britton, L. E., Weller, A. S., &
Willis, M. C. (2017). Exploiting Carbonyl Groups to Control Intermolecular Rhodium-Catalyzed
Alkene and Alkyne Hydroacylation. J. Am. Chem. Soc., 139, 10142−10149. doi:
10.1021/jacs.7b05713
Crespo, I. (2003). Hidrotalcitas con metales de transición como precursores de óxidos mixtos.
Universidad de Córdoba, España.
Du, X., & Stanley, L. M. (2015). Tandem Alkyne Hydroacylation and Oxo-Michael Addition:
Diastereoselective Synthesis of 2,3-Disubstituted Chroman-4-ones and Fluorinated Derivatives.
Org. Lett, 17(13), 3276–3279. doi: 10.1021/acs.orglett.5b01447.
Elmoubarki, R., Mahjoubi, F. Z., Elhalil, A., Tounsadi, H., Abdennouri, M., Sadiq, M., Qourzal,
S., Zouhri, A., & Barka, N. (2017). Ni/Fe and Mg/Fe layered double hydroxides andtheir calcined
96
derivatives: preparation, characterization and application on textile dyesremoval, J. Mater. Res.
Technol., 6(3), 271-283. doi: 10.1016/j.jmrt.2016.09.007
Fan, G., Li, F., Evans, D. G., & Duan, X. (2014). Catalytic applications of layered double
hydroxides: recent advances and pespectives. Chem. Soc. Rev, 43, 7040-7066. doi:
10.1039/C4CS00160E
Ghosh, A.; Johnson, K. F.; Vickerman, K. L.; Walker J. A. y Stanley L. M. (2016). Recent
advances in transition metal-catalysed hydroacylation of alkenes and alkynes, Org. Chem. Front.,
3, 639-644. doi: 10.1039/C6QO00023A
González-Olvera, R y Urquiza-Castro, C. I. (2016). Cu–Al mixed oxide catalysts for azide–
alkyne 1,3-cycloaddition in ethanol–water. RSC Adv., 6, 63660-63666. doi: 10.1039/C6RA10097J
Hatanaka, S., Obora, Y., & Ishii, Y. (2010). Iridium-Catalyzed Coupling Reaction of Primary
Alcohols with 2-Alkynes Leading to Hydroacylation Products. Chem. Eur. J, 16, 1883–1888. doi:
10.1002/chem.200902646
Huang, L., & Kaiw, S. (2004). [{RhCl(CO)2}2]-Derived MCM-41-Tethered Rhodium Complex
Catalysts via Phosphine, Amine and Thiol Ligands for Cyclohexene Hydroformylation. Bull.
Chem. Soc. Jpn, 77(2), 295-302. doi: 10.1246/bcsj.77.295
Iavicoli, I., & Leso, V. (2015). Rhodium. Handbook on the Toxicology of Metals, Chapter 5.
Rhodium, 1143–1174. doi:10.1016/b978-0-444-59453-2.00051-2
Ishikawa, T., Mizuta, T., Hagiwara, K., Aikawa, T., Kudo, T., & Saito, S. (2003). Catalytic
Alkynylation of Ketones and Aldehydes Using Quaternary Ammonium Hydroxide Base. J. Org.
Chem, 68(9), 3702–3705. doi:10.1021/jo026592g
Jia, H.-P., Dreyer, D. R., & Bielawski, C. W. (2011). Graphite Oxide as an Auto-Tandem
Oxidation-Hydration-Aldol Coupling Catalyst. Adv. Synth. Catal., 353(4), 528–532.
doi:10.1002/adsc.201000748
Jun, C.-H., Chung, J.-H., Lee, D.-Y., Loupy, A., & Chatti, S. (2001). Solvent-free chelation-
assisted intermolecular hydroacylation: effect of microwave irradiation in the synthesis of ketone
from aldehyde and 1-alkene by Rh(I) complex. Tetrahedron Lett., 42(29), 4803–4805.
doi:10.1016/s0040-4039(01)00853-x
Jun, C.-H., Lee, H., Hong, J.-B., & Kwon, B.-I. (2002). Efficient and Selective Hydroacylation
of 1-Alkynes with Aldehydes by a Chelation-Assisted Catalytic System. Angew. Chem. Int. Ed,
41(12), 2146. doi:10.1002/1521-3773(20020617)41:12<2146::aid-anie2146>3.0.co;2-2
97
Kang, G., Zhu, Z., Tang, B., Wu, C. y Wu, R. (2017). Rapid detection of ozone in the parts per
billion range using a novel Ni–Al layered double hydroxide. Sens. Actuators B: Chem., 241, 1203–
1209. doi:10.1016/j.snb.2016.10.012
Kannan, S., & Narayanan, A. (1996). Effect of composition on the physicochemical properties
of nickel aluminium hydrotalcites, J. Mater. Sci., 31, 2353-2360. doi:10.1007/BF01152946
Kokubo, K., Matsumasa, K., Miura, M., & Nomura, M. (1997). Rhodium-Catalyzed Coupling
Reaction of Salicyl Aldehydes with Alkynes via Cleavage of the Aldehyde C−H Bond. The J. Org.
Chem., 62(14), 4564–4565. doi:10.1021/jo9709458
Lauron‐Pernot, H. (2006). Evaluation of Surface Acido‐Basic Properties of Inorganic‐Based
Solids by Model Catalytic Alcohol Reaction Networks. Catal. Rev., 48(3), 315–361.
doi:10.1080/01614940600816634
Lainé, M., Liao, Y., Y.,Varenne, F., Picot, P., Michot, L. J., Barruet, E., Geertsen, V., Thill, A.,
Pelletier, M., Brubach, J-B., Roy, P., & Le Caer, S. (2018). Tuning the Nature of the Anion in
Hydrated Layered Double Hydroxides for H2 Production under Ionizing Radiation. ACS Appl.
Nano Mater, 1(9), 5246-5257. doi:10.1021/acsanm.8b01240
Lin, X. y Li, R. (2015). Carbon dioxide reforming of methane over Ni catalysts prepared from
Ni–Mg–Al layered double hydroxides: Influence of Ni loadings, Fuel, 162, 271–280.
doi:10.1016/j.fuel.2015.09.021
Liu, D., Yang, X., Ni, W., Lau, R., Borgna, A. y Yang, Y. (2009). MCM-41 supported nickel-
based bimetallic catalysts with superior stability during carbon dioxide reforming of methane:
Effect of strong metal–support interaction. J. Catal., 266, 380–390. doi:10.1016/j.jcat.2009.07.004
Mameda, N., Peraka, S., Kodumuri, S., Chevella, D., Banothu, R., Amrutham, V., & Nama, N.
(2016). Synthesis of a,b-unsaturated ketones from alkynes and aldehydes over Hb zeolite under
solvent-free conditions. RSC Adv., 6, 58137. doi: 10.1039/c6ra11593d
Martínez, D. y Carvajal, G. (2012). Hidróxidos dobles laminares: arcillas sintéticas con
aplicaciones en nanotecnología, Avances en Química, 7(1), 87-99.
Martínez-Edo, G., Balmori, A., Pontón, I., Martí del Rio, A., & Sánchez-García, D. (2018).
Functionalized Ordered Mesoporous Silicas (MCM-41): Synthesis and Applications in Catalysis.
Catal., 8(12), 617. doi:10.3390/catal8120617
Mas, V., Dieuzeide, M. L., Jobbágy, M., Baronetti, G., Amadeo, N., & Laborde, M. (2008).
Ni(II)-Al(III) layered double hydroxide as catalyst precursor for ethanol steam reforming:
98
Activation treatments and kinetic studies. Catal. Today, 133-135, 319–323.
doi:10.1016/j.cattod.2007.11.032
Mascolo, G., & Mascolo, M. C. (2015). On the synthesis of layered double hydroxides (LDHs)
by reconstruction method based on the “memory effect”. Micropor. Mesopor. Mat., 214, 246-248.
doi: 10.1016/j.micromeso.2015.03.024
Meléndez-Ortiz, H. I., Mercado-Silva, A., García-Cerda, L. A., Castruita, G. y Perera-Mercado,
Y. A. (2013). Hydrothermal Synthesis of Mesoporous Silica MCM-41 Using Commercial Sodium
Silicate, J. Mex. Chem. Soc, 57, 73-79. doi:10.29356/jmcs.v57i2.215
Melo, R. A., Giotto, M. V., Rocha, J. y Urquieta-González, E. A. (1999). MCM-41 Ordered
Mesoporous Molecular Sieves Synthesis and Characterization, Mat. Res., 2, 173-179.
doi:10.1590/S1516-14391999000300010
Miura, H., Wada, K., Hosokawa, S., & Inoue, M. (2013). Ruthenium-Catalyzed Intermolecular
Hydroacylation of Internal Alkynes: The Use of Ceria-Supported Catalyst Facilitates the Catalyst
Recycling, Chem. Eur. J., 19(3), 861 – 864. doi:10.1002/chem.201203530
Miura, K., Yamamoto, K., Yamanobe, A., Ito, K., Kinoshita, H., Ichikawa, J., & Hosomi, A.
(2010). Indium(III)-catalyzed Coupling between Alkynes and Aldehydes to α,β-Unsaturated
Ketones. Chem. Lett., 39(7), 766–767. doi:10.1246/cl.2010.766
Moxham, G.L., Randell-Sly, H. E., Brayshaw, S. K., Weller, A. S., &Willis, M. C. (2008).
Intermolecular Alkene and Alkyne Hydroacylation with b-S-Substituted Aldehydes: Mechanistic
Insight into the Role of a Hemilabile P–O–P Ligand. Chem. Eur. J, 14, 8383-8397. doi:
10.1002/chem.200800738
Nakao, Y., Idei, H., Kanyiva, K. S., & Hiyama, T. (2009). Hydrocarbamoylation of Unsaturated
Bonds by Nickel/Lewis-Acid Catalysis. J. Am. Chem. Soc, 131(14), 5070–5071.
doi:10.1021/ja901153s
Ng, E., Goh, J., Ling, T. C. y Mukti, R. R. (2013). Eco-friendly synthesis for MCM-41
nanoporous materials using the non-reacted reagents in mother liquor, Nanoscale Res. Lett, 8,120.
doi:10.1186/1556-276X-8-120
Nguyen, N. B., Dang, G. H., Le, D. T., Truong, T., & Phan, N. T. S. (2016). Synthesis of 1,2-
Dicarbonyl-3-enes by Hydroacylation of 1-Alkynes with Glyoxal Derivatives Using Metal-
Organic Framework Cu/MOF-74 as Heterogeneous Catalyst. Chem. Plus. Chem., 81(4), 361–369.
doi:10.1002/cplu.201600075
99
Olafsen, A., Slagtern, A., Dahl, I., Olsbye, U., Schuurman, Y., & Mirodatos, C. (2005).
Mechanistic features for propane reforming by carbon dioxide over a Ni/Mg(Al)O hydrotalcite-
derived catalyst. J. Catal., 229(1), 163–175. doi:10.1016/j.jcat.2004.10.002
Parsons, S. R., Hooper, J. F. y Willis, M. C. (2011). O-Substituted Alkyl Aldehydes for
Rhodium-Catalyzed Intermolecular Alkyne Hydroacylation: The Utility of Methylthiomethyl
Ethers, Org. Lett., 13(5), 998-1000. doi:10.1021/ol1030662
Prinetto, F. y Ghiotti, G. (2000). Synthesis and characterization of sol-gel Mg/Al and Ni/Al
layered double hydroxides and comparison with co-precipitated samples. Micropor. Mesopor.
Mat., 39, 229-247. doi:10.1016/S1387-1811(00)00197-9
Rahmanian, O., Maleki, M. H. y Dinari, M. (2017). Ultrasonically assisted solvothermal
synthesis of novel Ni/Al layered double hydroxide for capturing of Cd(II) from contaminated
water, J. Phys. Chem. Solids., 110, 195–201. doi:10.1016/j.jpcs.2017.06.018
Rivera-Ortega, J. A., Fetter, G, & Bosch-Giral, P. (2006). Caracterización de catalizadores
básicos tipo hidrotalcita sintetizados por irradiación microondas. Rev. Mex. Ing. Quím, 5, 263-268.
ISSN 1665-2738
Rodionov, A. N., Timofeyuk, G. V., Talalaeva, T. V., Shigorin, D. N., & Kocheshkov, K. A.
(1965). Infrared spectra of some acetylides of lithium, sodium, and potassium, Russian Chemical
Bulletin, 14(1), 37-40. doi:10.1007/BF00854856
Rueda, X. Y., & Castillón, S. (2007). Rhodium-catalyzed intermolecular hydroacylation of 1-
alkynes: Effect of phosphines and MK-10 on the reaction selectivity. J. Organomet. Chem., 692(8),
1628–1632. doi:10.1016/j.jorganchem.2006.12.018
Samiey, B., Cheng, C. y Wu, J. (2014). Organic-Inorganic Hybrid Polymers as Adsorbents for
Removal of Heavy Metal Ions from Solutions: A Review. Mat., 7(2), 673-726.
doi:10.3390/ma7020673.
Santhoshkumar, R., Mannathan, S., & Cheng, C.H. (2015). Ligand-Controlled Divergent C-H
Functionalization of Aldehydes with Enynes by Cobalt Catalysts, J. Am.Chem. Soc., 137(51),
16116–16120. doi:10.1021/jacs.5b10447
Sarmah, B., Satpati, B., & Srivastava, R. (2016). Cu ion-exchanged and Cu nanoparticles
decorated mesoporous ZSM-5 catalysts for the activation and utilization of phenylacetylene in a
sustainable chemical synthesis. RSC Adv., 6(90), 87066–87081. doi:10.1039/c6ra19606c
100
Sastre, A. (2015). Synthesis of supported catalyst of Co, Ni, y Ru using supercritical CO2 for
biomass valorization reactions. Universidad de Valladolid, Valladolid.
Shamsuri, A.A., & Abdullah, D. K. (2010). Ionic liquids: Preparation and limitations. Makara
J. Sci., 14(2), 101-106. doi:10.7454/mss.v14i2.677
Shi, S., Wang, T., Weingand, V., Rudolph, M., & Hashmi, A. S. K. (2014). Gold(I)-Catalyzed
Diastereoselective Hydroacylation of Terminal Alkynes with Glyoxals. Angew. Chem. Int. Ed.,
53, 1148 –1151. doi:10.1002/anie.201307685
Shyu, S-G., Cheng, S-W., & Tzou D-L. (1999). Immobilization of Rh(PPh3)3Cl on
phosphinated MCM-41 for catalytic hydrogenation of olefins. Chem. Commun., 2337–2338. doi:
10.1039/A907207A
Somasundaran, P. (2006) Encyclopedia of Surface and Colloid Science. Volume 2. Taylor &
Francis Group. New York, USA, 1169-1175.
Taguchi, A., & Schüth, F. (2005). Ordered mesoporous materials in catalysis. Micropor.
Mesopor. Mat., 77(1), 1–45. doi:10.1016/j.micromeso.2004.06.030
Tamura, M., Ishikawa, S., Betchaku, M., Nakagawa, Y., & Tomishige, K. (2018). Selective
hydrogenation of amides to alcohols in water solvent over a heterogeneous CeO2-supported Ru
catalyst. Chem. Commun., 54(54), 7503–7506. doi:10.1039/c8cc02697a
Tóth, V., Sipiczki, M., Pallagi, A., Kukkovecz, A., Kónya, Z., Sipos, P., & Pálinkó, I. (2014).
Synthesis and properties of Ca-Al-layered double hydroxides of hydrocalumite-type. Chem. Pap.,
68(5), 633–637. doi: 10.2478/s11696-013-0500-z
Tronto, J. y Bordonal, A. (2013). Conducting Polymers / Layered Double Hydroxides
Intercalated Nanocomposites, Mat. Sci., 3-30, doi:10.5772/54803.
Tsuda, T.; Kiyoi, T.; Saegusa, T. J. (1990). Nickel(0)-Catalyzed Hydroacylation of Alkynes
with Aldehydes to α,β-Enones, Org. Chem., 55, 2554-2558. doi:10.1021/jo00295a061
Tsyganok, A. I., Suzuki, K., Hamakawa, S., Takehira, K., & Hayakawa, T. (2001). Mg–Al
layered double hydroxide intercalated with [Ni(edta)]2− chelate as a precursor for an efficient
catalyst of methane reforming with carbon dioxide. Catal. Lett., 77(1/3), 75–86.
doi:10.1023/a:1012739112430
Tsyganok, A. I., Tsunoda, T., Hamakawa, S., Suzuki, K., Takehira, K., & Hayakawa, T. (2003).
Dry reforming of methane over catalysts derived from nickel-containing Mg–Al layered double
hydroxides. J. Catal., 213(2), 191–203. doi:10.1016/s0021-9517(02)00047-7
101
Wang, H., Fan, G., Zheng, C., Xiang, X., & Li, F. (2010). Facile Sodium Alginate Assisted
Assembly of Ni-Al Layered Double Hydroxide Nanostructures, Ind. Eng. Chem. Res., 49, 2759-
2767. doi:10.1021/ie901519h
Wang, J., Wang, X., Tan, L., Chen, Y., Hayat, T., Hu, J., Alsaedi, A., Ahmad, B., Guo, W., &
Wang, X. (2016). Performances and mechanisms of Mg/Al and Ca/Al layered double hydroxides
for graphene oxide removal from aqueous solution, Chem. Eng, 297, 106–115. doi:
10.1016/j.cej.2016.04.012
Wang, W., Xu, Z., Guo, Z., Jiang, C., & Chu, W. (2015). Layered double hydroxide and related
catalysts for hydrogen production and a biorefinery, Chinese. J. Cat., 36, 139–147.
doi:10.1016/S1872-2067(14)60229-1
Wang, X., Peng, X., Zhang, Y., Ni, J., Au, C.-T., & Jiang, L. (2019). Efficient Ammonia
Synthesis over a Core-shell Ru/CeO2 Catalyst with Tunable CeO2 Size: DFT Calculation and
XAS Spectroscopy Studies. Inorg. Chem. Front, 6, 396-406 . doi:10.1039/c8qi01244j
Willis, M. C. (2010). Transition Metal Catalyzed Alkene and Alkyne Hydroacylation, Chem.
Rev, 110, 725-748. doi:10.1021/cr900096x
Willis, M. C., Randell-Sly, H. E., Woodward, R. L., McNally, S. J., & Currie, G. S. (2006).
Rhodium-Catalyzed Intermolecular Chelation Controlled Alkene and Alkyne Hydroacylation:
Synthetic Scope of β-S-Substituted Aldehyde Substrates. J. Org. Chem., 71(14), 5291–5297.
doi:10.1021/jo060582o
Xu, L.-W., Li, L., Xia, C.-G., & Zhao, P.-Q. (2004). Efficient Coupling Reactions of
Arylalkynes and Aldehydes Leading to the Synthesis of Enones. Helv. Chim. Acta, 87(12), 3080–
3084. doi:10.1002/hlca.200490276
Yang, G., Deng, Y., Ding, H., Lin, Z., Shao, Y. y Wang, Y. (2015). A facile approach to
synthesize MCM-41 mesoporous materials from iron ore tailing: Influence of the synthesis
conditions on the structural properties, Appl. Clay Sci., 111, 61-66. doi:10.1016/j.clay.2015.04.005
Yang, J-F., & Zhou, Z-T. (2009). Use of spray technique to prepare Ni/Al-layered double
hydroxides, J. Alloy. Compd., 473, 458-461. doi:10.1016/j.jallcom.2008.06.001
Yang, J., Seto, Y. W., & Yoshikai, N. (2015). Cobalt-Catalyzed Intermolecular Hydroacylation
of Olefins through Chelation-Assisted Imidoyl C–H Activation. ACS Catal., 5(5), 3054–3057.
doi:10.1021/acscatal.5b00581
102
Yang, Z., Fischer, H., & Polder, R. (2013). Modified hydrotalcites as a new emerging class of
smart additive of reinforced concrete for anticorrosion applications: A literature review. Mater.
Corr., 64(12), 1066–1074. doi:10.1002/maco.201206915
Yasyerli, S., Filizgok, S., Arbag, H., Yasyerli, N., & Dogu, G. (2011). Ru incorporated Ni-
MCM-41 mesoporous catalysts for dry reforming of methane: Effects of Mg addition, feed
composition and temperature, Int. J. Hydrogen Energy., 36(8), 4863-4874. doi:
10.1016/j.ijhydene.2011.01.120
Yatable, T., Mizuno, N., & Yamagushi, K. (2018). Transition-Metal-Free Catalytic Formal
Hydroacylation of Terminal Alkynes. ACS Catal., 8(12), 11564-11569. doi:
10.1021/acscatal.8b02832
Zhao, Y., & Song, Q. (2016). Copper-catalyzed tandem A3-coupling–isomerization–hydrolysis
reactions of aldehydes and terminal alkynes leading to chalcones. Org. Chem. Front., 3(3), 294–
297. doi:10.1039/c5qo00282f
10. ANEXOS
10.1. ANEXO 1. Condiciones de reacción y placas de TLC en las síntesis de la
experimentación preliminar
Tabla 10 Anexo 1: Síntesis LAB02.
Fecha: 22-01-19 al 23-01-19
Fenilacetileno 1 mmol Observaciones: Finalizado el tiempo de reacción se realizó TLC
con el sistema Hexano/AcOEt 8:2
(siembras: 1. Patrón de Chalcona;
Benzaldehído 1 mmol
Catalizador y
atmosfera
LDH Ni-Al
103
(100 mg). Atmosfera
ambiente
2. Mezcla de reacción; 3. Mezcla de reacción diluida).
Al revelar la placa en yodo, no se
evidenció la presencia de Chalcona ya que no se formó la coloración
característica de esta en la mezcla
de reacción. La sustancia que se evidencia en UV corresponde al
benzaldehído.
Se rotaevaporó la mezcla de
reacción para eliminar el solvente hasta quedar un aceite pero no se
evidenció precipitación de la
chalcona, incluso al adicionar etanol no se observó su separación,
por lo cual es posible que en estas
condiciones el catalizador no sea eficaz y solo se encuentre el
benzaldehído y fenilacetileno sin
reaccionar.
El catalizador LDH Ni-Al se
separó por medio de
centrifugación y se realizaron lavados con acetona.
Posteriormente se secó en el horno
por 18 horas para eliminar reactivos que puedan estar
presentes. El sólido fue
caracterizado por medio de IR y
Rayos X.
Solvente Tolueno 4ml
(p.eb 110.6ºC)
Temperatura
°C
100ºC
Tiempo (h)
16:30 h --
Rendimiento
(%)
Sin producto
Catalizador
recuperado
LRAB01
Tabla 11 Anexo 1: Síntesis LAB03, LAB04 y LAB05.
Fecha: 23-01-19 al 24-01-19
Fenilacetileno 1 mmol Observaciones: Se realizaron tres
síntesis en las cuales solamente varió la cantidad de catalizador añadida con el
fin de identificar formación del
producto en cada condición. Las
Benzaldehído 1 mmol
Catalizador y
atmosfera
LDH Ni-Al.
Atmosfera
ambiente.
1 2 3 1 2 3
104
LAB03: 25 mg
LAB04: 50
mg
LAB05: 75 mg
reacciones se dejaron en calentamiento por la noche.
Placa 1:
Sistema: Hex/AcOEt 9:1. siembras:
1. LAB03
2. LAB04 3. LAB05
4. Chalcona pura
En esta placa se evidencia que en las
tres reacciones aún no se forma el producto. Solamente se visualiza por
UV el benzaldehído que eluye un poco
más que la chalcona pura (siembra 4). Los productos que se encuentran a Rf
altos pueden provenir de la oxidación
del benzaldehído debido a que la reacción fue expuesta al aire.
Placa 2:
Sistema: Hex/AcOEt 9:1 Siembra:
1. LAB05
2. Chalcona pura 3. Fenilacetileno
4. Benzaldehído
Se realizó esta placa para confirmar los compuestos existentes en la mezcla de
reacción. Al revelarla en yodo, la
muestra de chalcona pura (siembra 2)
muestra un color naranja con una forma específica y el benzaldehído se
identifica por ser un círculo más claro
con un punto de menor tamaño en el centro. Esta forma de revelar los
compuestos permitió identificar que en
la mezcla de reacción se encontraba el
benzaldehído, el fenilacetileno y un subproducto secundario, pero no se
evidencia la formación de la chalcona
en estas condiciones.
Placa 1: UV
Placa 2: UV
Placa 3: yodo
Solvente Tolueno 4ml
(p.eb
110.6ºC)
Temperatura
°C
100ºC
Tiempo (h)
16:30 h
Rendimiento
(%)
Sin producto
Catalizador
recuperado
N/A No se recuperó el catalizador.
Tabla 12 Anexo 1: Síntesis LAB06, LAB07
Fecha: 24-01-19 al 25-01-19
1 2 3 4
1 2 3 4
1 2 3 4
105
Fenilacetileno 1.5 mmol Observaciones: se incrementó la cantidad de fenilacetileno para que
actúe como reactivo en exceso y
permitir en la mezcla que se dé la
reacción estequiométrica, con el fin de incrementar el rendimiento del
producto. Las dos reacciones se
realizaron en las mismas condiciones exceptuando que en LAB06 se utilizó
el catalizador LDH Ni-Al y para la
reacción LAB07 se utilizó el óxido
mixto.
Se realizó TLC con un sistema
Hex/AcOEt 9:1. Siembra:
1. LAB06
2. LAB07 3. Chalcona pura
4. Benzaldehído
La placa se visualizó por UV y se reveló por yodo. Al igual que en las
anteriores síntesis, no se evidenció la
formación de chalcona.
LAB06 LAB07
Benzaldehído 1 mmol
Catalizador y
atmosfera
LAB06:
LDH Ni-Al (100 mg)
Atmosfera
N2.
LAB07: Óxido mixto
Ni-Al (100
mg). Atmosfera
N2.
Solvente Tolueno 4ml (p.eb
110.6ºC)
Temperatura
°C
100ºC
Tiempo (h)
16:30 h
--
Rendimiento
(%)
Sin producto
Catalizador
recuperado
N/A No se recuperó el catalizador.
Tabla 13 Anexo 1: Síntesis LAB09, LAB10, LAB11 y LAB12
Fecha: 30-01-19 al 31-01-19
Fenilacetileno 1.5 mmol Observaciones: Con el fin de
favorecer la formación de la chalcona se varió los solventes
utilizados. Se realizaron dos placas
TLC:
Placa 1.
Sistema: Hex/AcOEt 9:0.8
Siembra: 1. LAB09 (Isopropanol)
2. LAB10 (Isopropanol)
3. LAB11 (Dioxano) 4. LAB12 (DMF)
5. Chalcona pura
6.Benzaldehído + Fenilacetileno
Benzaldehído 1 mmol
Catalizador y
atmosfera
LAB09,
LAB11,
LAB12: LDH Ni-Al (200
mg).
Atmosfera N2. LAB10: LDH
Co-Al (200
mg) Atmosfera N2.
Solvente LAB09 y
LAB10:
1 2 3 4
1 2 3 4
5
3
106
Isopropanol (4 ml)
LAB11: 1,4
Dioxano (4
ml) LAB12: DMF
(4ml)
Al revelar la placa en yodo no se evidenció la presencia de chalcona
en ninguna de las pruebas con
distintos solventes. En la siembra 3
donde se utilizó dioxano, se aprecia una una coloración de pequeño
tamaño.
Placa2.
Sistema: Hex/AcOEt 9:0.5
Siembra:
1. LAB09 (Isopropanol) 2. LAB10 (Isopropanol)
3. LAB11 (Dioxano)
4. Chalcona pura 5.Benzaldehído + Fenilacetileno
Se realizó una segunda placa para
confirmar si había presencia de chalcona como producto de
reacción en las siembras 1, 2 y 3, y
se reveló con vainillina. Por medio
de esta placa se confirmó que no había chalcona como producto, ya
que esta revela en un color naranja
fuerte.
Placa 3.
Sistema: Hex/AcOEt 9:0.5 Siembra:
1. LAB11 (Dioxano)
2. LAB12 (DMF)
3. Chalcona pura 4.Benzaldehído + Fenilacetileno
Por medio de esta placa también se
confirmó que no se generó la chalcona como producto a pesar de
que se variaron las condiciones con
los solventes.
Placa 4.
Sistema: Hex/AcOEt 9:0.5
Siembra: 1. LAB09 (isopropanol)
2. LAB10 (isopropanol)
3. Chalcona pura 4.Benzaldehído + Fenilacetileno
Para mejorar las condiciones de
reacción se escogió las reacciones
LAB09 y LAB10 para adicionar agentes reductores y ponerlas en
Placa 1: UV
Placa 1: Yodo
Placa 2: Vainillina
Placa 3: UV Placa 3:
vainillina
Placa 4: UV. Placa 4.
Vainillina
Temperatura
°C
75ºC
Tiempo (h)
20 h
--
Rendimiento
(%)
1 2 3 4 5
1 2 3 4 4
4 4
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4
1 2 3 4 1 2 3 4
107
calentamiento nuevamente por 16 horas. A la reacción LAB09 se le
adicionó 50 mg de Zn en polvo,
mientras que a la reacción LAB10
se le adicionó 50 mg de ascorbato de sodio. La placa revelada con
vainillina indica que aún se
encuentra en las mezclas de reacciones los reactivos iniciales,
principalmente benzaldehído, sin
presencia de chalcona. En la
reacción LAB09, donde se utilizó el solvente isopropanol, se formó un
subproducto.
Catalizador
recuperado
N/A No se recuperó.