Reactividad de Ftalimida con Complejos de Níquel Dra. Irma Idalia Rangel Salas,1 Dr. Juventino J. García Alejandre,2 L. Q. Sebastián Ovando Segovia.1,2 Resumen Se estudió la reactividad de la ftalimida (C8H5O2N) (1) con complejos de níquel en bajos estados de oxidación, como son los dímeros [Ni(dippe)(µ-H)]2 (2) y [Ni(COD)2] (3). En la reacción estequiométrica de la ftalimida (1) con [Ni(dippe)(µ-H)]2 (2), se observó la formación de un intermediario, el complejo mononuclear [NiH(dippe)(κ-N-C8H4O2N)] (4), el cual se obtiene por activación del enlace N-H de la ftalimida. En la misma reacción, pero bajo condiciones subcatalíticas en presencia de hidrógeno, se obtuvo la benzamida (C7H7ON) (5) en un 82 % y la ftalimidina (C8H7ON) (6) en un 11 % de rendimiento, el primero es producto de la apertura del anillo y el segundo es producto de la hidrogenación de un grupo carbonilo de la ftalimida. Por otro lado, en la reacción subcatalítica de la ftalimida (1) con [Ni(COD)2] (3), se observó la formación de la ftalimidina (6) como producto único de la hidrogenación, el cual se aisló y purificó, obteniéndose en un 40 % de rendimiento final. Introducción La reducción selectiva de grupos funcionales de un gran número de sustancias es de mucho interés a nivel industrial y farmacéutico por lo que su estudio es de importancia, tal es el caso de la hidrogenación catalítica de grupos carbonilo (C=O) ya que su reducción origina sustancias clave para la síntesis de productos con actividad biológica. Existen algunos agentes reductores que pueden realizar estas funciones, los más comunes son los hidruros metálicos e hidrógeno molecular utilizando un catalizador. Se han estudiado diferentes sistemas de hidruros metálicos y catalizadores de hidrogenación,[1] estableciendo

así

las

condiciones

bajo

las

cuales

un

grupo

dado

se

reduce

quimioselectivamente. En particular, se han estudiado complejos con metales de transición con bajos estados de oxidación y la utilización de los mismos para la activación de enlaces presentes en moléculas muy poco reactivas, tales como la familia de los tiofenos, quinolinas y nitrilos.[2] En estos substratos se pretende realizar la activación de los enlaces C-S, C-C y C-N

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respectivamente, mediante una reacción de adición oxidativa de un metal de transición, es decir, la inserción de un metal al enlace C-X (X = C, N, S). Objetivos y metas Estudiar la reactividad de la ftalimida en presencia de complejos de níquel en bajos estados de oxidación, así como hacer uso de estos complejos de níquel como precursores catalíticos para la activación e hidrogenación de enlaces C=O presentes en la ftalimida. Materiales y métodos Los disolventes utilizados fueron secados y destilados antes de usarse; los disolventes deuterados (Aldrich) utilizados para los experimentos de RMN se secaron sobre malla molecular. Todas las otras sustancias utilizadas y los materiales para cromatografía fueron grado reactivo. Los espectros de resonancia magnética de 1H,

13

C{1H} y

31

P{1H} se obtuvieron

en un equipo Varian INNOVA 300 MHz, utilizando CDCl3 como disolvente; los desplazamientos químicos (δ) son relativos al disolvente deuterado y los espectros de

31

P{1H} son relativos a

H3PO4 usado como referencia externa. Las determinaciones de cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas se efectuaron en un espectrómetro de doble sector marca Thermo DFS. Para las reacciones de hidrogenación se utilizó un mini-reactor Parr® 4842 de 300 mL de acero inoxidable. El [Ni(COD)2] fue adquirido en Strem® y fue filtrado sobre sílica (60) antes de usarse. La difosfina [(i-Pr)2PCH2CH2P(i-Pr)2] (dippe)[3], así como los complejos [NiCl2(dippe)][4] y [Ni(µH)(dippe)]2 [5] fueron preparados mediante técnicas reportadas en la literatura. Reacción de [Ni(dippe)(µ-H)]2 con ftalimida Se carga el mini reactor Parr con 274 mg (1.86 mmol) de ftalimida disuelta en 30 mL de THF, a esta disolución se le agregan 120 mg (0.186 mmol) de [Ni(dippe)(µ-H)]2, se cierra el reactor y se presuriza con H2 gas a 750 psi a temperatura ambiente. Se calienta a 140 ºC durante 72 h. Posteriormente se deja enfriar a temperatura ambiente, se despresuriza lentamente en la campana y los compuestos obtenidos se purifican mediante filtración sobre celita, extracción con acetato de etilo, sublimación a 80 ºC y cromatografía en columna usando sílica gel (60) y

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eluyendo con hexano (100%) hasta mezclas de hexano/acetona, 1:1 (v/v), Los productos de la reacción son: benzamida (82 %) y ftalimidina (11 %). Reacción de [Ni(COD)2] con ftalimida Se sigue el procedimiento descrito en la sección anterior. El reactor Parr se carga con 20 mg (3.18x10-2 mmol) de [Ni(COD)2] y 468 mg (3.18 mmol) de ftalimida diluida en 30 mL de THF. En este caso las condiciones de reacción fueron 180 ºC, 72 hr y 650 psí H2. Para la purificación del producto se siguieron los mismos pasos. El producto de esta reacción fue la ftalimidina en un 40 % de rendimiento. Resultados y discusión En la reacción del [Ni(dippe)(µ-H)]2 (2) con ftalimida (1), los productos de la reacción fueron la benzamida (5) (82 %) y la ftalimidina (6) (11 %), sin embargo, se observó la formación de un intermediario, el cual, en base a los resultados obtenidos por RMN 1H y

31

P{1H} se propone que

corresponde al compuesto (4). En esta reacción se da una adición oxidativa del fragmento Ni(dippe) al enlace N-H de la ftalimida (esquema 1). O

O

NH2 i Pr

P NH +

Ni

O

Ni H

i Pr

1

P

H

P

i Pr

i Pr

P

750 psi H2 140 ºc, 72 h

i Pr

2

P

O

H Ni

P

5 +

N

O

i Pr

NH

O 4 6

Esquema 1. Reacción de la ftalimida con [Ni(dippe)(µ-H)]2 En el espectro de RMN

31

P{1H} que se muestra en la figura 1a), se observan dos señales

dobles, correspondientes a los dos fósforos unidos al níquel, una corresponde al fósforo (P1) trans al hidruro metálico en δ = 82.3 ppm con una 2JP-P = 23 Hz y la otra señal corresponde al fosforo (P2) trans al nitrógeno en δ = 85.6 ppm con una 2JP-P= 23 Hz, las cuales son consistentes para un compuesto de níquel en estado de oxidación (II). En el espectro de RMN 1H, figura 1b), se observa la presencia de un hidruro acoplado a dos átomos de fosforo, ya que presenta una señal con multiplicidad doble de dobles en δ = -20 ppm

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con una J(P-H)trans = 93 Hz y J(P-H)cis = 15 Hz que corresponde al hidruro metálico. Se observan también las señales correspondientes a los sustituyentes isopropilo de la fosfina como un multiplete en δ = 1.3 ppm, la señal correspondiente al puente etano se encuentra traslapado con las señales de los grupos isopropilo en la región de δ = 2 ppm y las señales del anillo aromático de la ftalimida coordinada entre δ = 6.8 y 7.4 ppm,

las cuales se encuentran

desplazadas a campo alto respecto a la ftalimida libre.

Figura 1. a) Espectro de RMN 31P {1H}, b) Espectro de RMN 1H del compuesto (4). Por otro lado, la benzamida (5) y la ftalimidina (6) fueron identificadas por espectrometría de masas acoplada a cromatografía de gases, observando para la benzamida los fragmentos siguientes: [M+.]: 121 m/z, [M+. - NH2]: 105 m/z y [Ph]: 77 m/z; mientras que para la ftalimidina se observaron los fragmentos: [M+.]: 133 m/z, [M+. – CH2NH]: 104 m/z y [Ph]: 77 m/z. En la reacción del [Ni(COD)]2 (3) con ftalimida (1), se obtuvo como producto único de reacción la ftalimidina (6) en un rendimiento de 40 %. En esta reacción se da la hidrogenación selectiva del enlace C=O (esquema 2). O

O

Ni

NH +

650 psi H2 NH 180 ºc, 72 h

O 1

6 3

Esquema 2. Reacción de la ftalimida con [Ni(COD)2] La ftalimidina (6) se identificó en base a los espectros de RMN 1H y de

13

C {1H}, los cuales se

muestran en la figura 2. En el espectro de RMN 1H se observa una señal simple ancha en δ = 8.2 ppm, que corresponde al hidrógeno del NH, las señales múltiples de δ = 7.85 a 7.82 y de 7.46 a 7.41 ppm se asignan a los hidrógenos aromáticos, y la señal simple observada en δ =

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4.4 ppm corresponde al grupo CH2 unido al nitrógeno. Mientras que en el espectro de

13

C {1H},

se observan las 8 señales correspondientes a los diferentes carbonos en la molécula. La señal en δ = 172.5 ppm se asigna al grupo C=O, las de δ = 143.9 y 132.4 ppm corresponden a los carbonos cuaternarios aromáticos, en δ = 131.8, 128.1, 123.8 y 123.3 ppm se observan las señales que se asignan a los CH’s aromáticos, finalmente en δ = 46 ppm se observa la señal que corresponde al grupo CH2.

Figura 2. a) Espectro de RMN 1H, b) Espectro de RMN 13C {1H}, del compuesto (6). Conclusiones Se logró la transformación de la ftalimida (1) en benzamida (5) y ftalimidina (6), a partir del complejo [Ni(dippe)(µ-H)]2 (2) en una reacción de hidrogenación en condiciones sub-catalíticas. Las mejores condiciones para dicha reacción de hidrogenación fueron 140 ºC, 750 psi H2 y 72 h. Los rendimientos obtenidos de los productos (5) y (6) fueron 82 % y 11 % respectivamente. Se observó la formación de un intermediario clave en la reacción, el compuesto (4) el cual se obtuvo mediante la adición oxidativa de la ftalimida al complejo [Ni(dippe)(µ-H)]2. En la reacción de hidrogenación de ftalimida (1) en presencia del [Ni(COD)2] (3) en condiciones sub-catalíticas se obtuvo como producto único la ftalimidina (6), en un rendimiento del 40 % de producto aislado, las mejores condiciones para esta reacción fueron 180 ºC, 650 psi H2 y 72 h. Referencias [1] Noyori, R. and Ohkuma, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 40 – 73. [2] (a) García, J.J.; Mann, B. E.; Adams, H.; Bailey, N.A.; Maitlis, P.M. J. Am. Chem.Soc. 1995, 117, 2179. (b) García, J.J.; Maitlis, P.M. J. Am. Chem.Soc. 1993, 115, 12200. (c) García, J.J.;

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Arévalo, A.; Capella, S.; Chehata, A.; Hernández, M.; Montiel, V.; Picazo, G.; Del Rio, F.; Toscano, R.; Adams, H.; Maitlis, P.M. Polyhedron. 1997, 16, 3185. (d) Arévalo, A.; Bernès, S.; García, J.J.; Maitlis, P.M. Organometallics 1999, 18, 1680. [3] Siamaki, A.R., Arndtsen, B. A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6050. [4] Cloke, G.N., Gibson, V.C., Green, M. J. Am. Chem. Soc. Dalton Trans. 1988, 2227. [5] McAuliffe, C.A., Meek, D.W. Inorganic Chemistry, 1969, 8(4), 904. Instituciones de Adscripción de los Autores: [2] Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Cd. Universitaria, C.P. 04510, México, D.F.

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