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Influencia del disolvente en las reacciones orgánicas

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Influencia del disolvente en las reacciones orgánicas

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dc.contributor.advisor Asensio Aguilar, Gregorio
dc.contributor.author Alcalde Aragonés, Ana
dc.contributor.other Departament de Quimica Orgànica es_ES
dc.date.accessioned 2012-10-10T07:37:31Z
dc.date.available 2012-11-10T07:10:03Z
dc.date.issued 2012
dc.date.submitted 16-10-2012 es_ES
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10550/24618
dc.description.abstract La mayoría de los procesos químicos industriales, particularmente de la Química fina, se realizan en disolución. El disolvente puede tener una influencia decisiva en la eficacia de la reacción y es, por tanto, un parámetro estratégico en la planificación de una síntesis. Los disolventes orgánicos, particularmente halogenados y/o aromáticos, plantean problemas en cuanto a su toxicidad, inflamabilidad e impacto medioambiental y por ello su reemplazo por medios alternativos con un menor impacto medioambiental y que mejoren las eficiencias de las reacciones y los procesados finales es un objetivo de interés. Los fluidos supercríticos ofrecen interesantes oportunidades en este campo debido a sus propiedades físicas particulares modulables con la presión y a la facilidad de eliminación de los productos finales. De los distintos fluidos supercríticos CO2 es el más utilizado debido a su bajo coste a su carácter no tóxico, no carcinogénico, no inflamable y termodinámicamente estable, así como a su punto crítico fácilmente accesible (31 ºC y 74 bares). Las propiedades de solvatación y transporte ajustables del CO2 supercrítico ofrecen ventajas en la separación y purificación de los productos químicos disueltos. CO2sc es, por tanto, un buen candidato para sustituir a los disolventes organohalogenados y aromáticos, particularmente en procesos de oxidación industriales. La aplicación de CO2 supercrítico como medio de reacción puede tener distintas variantes dependiendo de las condiciones. Cabe señalar en este punto que la realización de una reacción determinada en CO2 supercrítico no implica solamente un cambio de disolvente sino que el empleo de equipamiento de alta presión supone un nuevo diseño del procedimiento. En este sentido, la reacción en CO2sc debe ofrecer ventajas químicas que compensen el gasto requerido por la implementación del equipamiento de alta presión. Por tanto, la investigación en este campo a lo largo de los últimos años se ha centrado en casos determinados en los que el uso de CO2sc como disolvente ofrece ventajas singulares frente a los disolventes convencionales. Por ejemplo, las reacciones heterogéneas con catalizadores o reactivos soportados y en condiciones de flujo, donde las propiedades de transporte de CO2sc resultan en mejoras sustanciales de la eficacia de la reacción. Memoria El objetivo general de la presente Memoria es explorar las propiedades solvatantes de CO2sc y su aplicación en transformaciones químicas con reactivos soportados sobre matrices inertes y en condiciones de flujo, con particular interés en las interacciones de sustratos y productos con la superficie activa y sus consecuencias sobre el curso de la reacción. La comprensión de las características solvatantes de CO2sc en reacciones heterogéneas requiere su contraste con los disolventes convencionales, mucho mejor conocidos, para establecer las similitudes, diferencias y peculiaridades del primero. Los objetivos concretos del trabajo de investigación se resumen en los siguientes puntos: 1) Estudio de la oxidación de sulfuros con un perácido soportado sobre sílice en CO2sc y en disolventes convencionales bajo distintas condiciones de reacción. 2) Estudio de la epoxidación de olefinas sencillas y sustituidas con un perácido soportado sobre sílice en CO2sc y en disolventes convencionales bajo distintas condiciones de reacción. 3) Estudio de la hidratación de alquinos con catalizadores en fase acuosa soportada sobre sílice en CO2sc y en disolventes convencionales. Resultados Los sulfóxidos y las sulfonas son compuestos de alto interés industrial, tanto para la industria farmacéutica, como para la síntesis de polímeros. Generalmente, el camino más fácil para obtenerlos es mediante la oxidación del correspondiente sulfuro, pero esta oxidación ha de ser altamente selectiva y controlable. Se ha demostrado que los perácidos soportados sobre sílice son un reactivo adecuado para realizar la oxidación de sulfuros a sulfóxido o sulfona en CO2sc en condiciones de flujo. La quimioselectividad de la reacción pudo controlarse variando la presión y el grado de hidratación del reactivo soportado. Los resultados ponen de manifiesto un mecanismo de transporte de los sustratos y productos que implica pasos sucesivos de adsorción/difusión superficial/desorción/convección. Los epóxidos son compuestos muy importantes en la Química Orgánica, ya que, mediante síntesis, pueden dar lugar a una gran variedad de productos diferentes, tanto por tratamiento con reactivos nucleófilos como por electrófilos. Asimismo, los epóxidos tienen importantes aplicaciones tecnológicas como adhesivos, recubrimientos y materiales estructurales. Los peróxidos generalmente se preparan haciendo reaccionar una olefina con un perácido. Se ha comprobado que el empleo de perácidos sobre soporte sólido ofrece ventajas significativas en estas reacciones ya que minimiza el riesgo de descomposición incontrolada, facilita el aislamiento del producto, que supone sólo una simple filtración, y evita los pasos de neutralización y extracción necesarios para separar el ácido en las reacciones homogéneas con perácidos orgánicos solubles, además de ser un agente reciclable Finalmente, la reacción se llevó a cabo en CO2sc, evitando así disolventes halogenados o aromáticos, que son los disolventes utilizados generalmente en procesos industriales, mostrando todo el proceso una gran eficacia. La hidratación de triples enlaces C≡C asimétricamente sustituidos para dar cetonas substituidas o aldehídos tiene gran importancia sintética en química orgánica. Estas reacciones pueden ser catalizadas por metales de transición así como por ácidos de Brönsted. Entre todos estos catalizadores, las sales de Hg(II) son las más eficientes y fiables para activar alquinos y todavía se usan en síntesis orgánica con este fin. Las reacciones con catalizadores de Hg(II) se llevan a cabo en medios acuosos o en mezclas de disolventes orgánicos como acetonitrilo o THF con agua. Estas condiciones dificultan la recuperación de los productos debido a la formación de emulsiones en la etapa de extracción que facilitan el escape de las sales mercúricas del soporte a la disolución y, con esto la contaminación de los productos con el metal. En este contexto, la propuesta de la catálisis en fase acuosa soportada (SAPC), donde la fase acuosa que contiene al catalizador se encuentra retenida sobre un soporte hidrofílico inerte y la reacción ocurre en la interfase, resulta muy eficiente para la hidratación de alquinos catalizada por Hg(II), dada la solubilidad en agua de sus sales. Por otra parte, este sistema fue adecuado para llevar a cabo la reacción en CO2sc en condiciones de flujo, y así aprovechar la baja solubilidad de las especies iónicas en este medio. El proceso desarrollado supuso una sustancial mejora del procedimiento clásico para la hidratación de alquinos pero, desafortunadamente, el análisis de los productos mediante fluorescencia atómica revelaron un contenido de mercurio en el producto de hasta un 0.5%, similar al obtenido en diclorometano. Esta contaminación resulta inaceptable para síntesis industrial o farmacéutica. es_ES
dc.format.extent 373 p. es_ES
dc.language.iso es es_ES
dc.subject química orgánica; CO2 supercrítico; disolventes es_ES
dc.title Influencia del disolvente en las reacciones orgánicas es_ES
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis es_ES
dc.subject.unesco UNESCO::QUÍMICA::Química orgánica es_ES
dc.description.abstractenglish Most industrial chemical processes, particularly of fine chemicals, are made in solution. The solvent can have a decisive influence on the efficiency of the reaction and it is, therefore, a strategic planning parameter of a synthesis. Organic solvents, particularly halogenated and/or aromatic, are toxic, flammables and environmentally dangerous and its replacement by an alternative solvent, less toxic and which improves reactions efficiencies is a research target of interest.(1) Supercritical fluids offer interesting opportunities in this field due their particular physical properties, modulated by pressure, and because they are easely removables from final products. (2a) There are various supercritical fluids, but scCO2 is the most used due it is low cost, non-toxic, non-carcinogenic, non-flammable and thermodynamically stable, and has an easily accessible critical point (31 °C and 74 bar). (2b) The adjustables solvating and transport properties of supercritical CO2 offer advantages in the separation and purification of dissolved chemicals. (2b) CO2sc is, therefore, a good candidate to replace organohalogenated and aromatic solvents, particularly in industrial oxidation processes. The application of supercritical CO2 as the reaction medium may have different variants depending on the conditions. It should be noted at this point that the realization of a particular reaction in supercritical CO2 involves not only a change of solvent but the use of high pressure equipment, which conforms a new design in procedure. In this sense, the chemical reaction done under scCO2 should offer benefits that outweigh this. That’s why the research in this field over the past few years has been focused on particular cases in whose the use scCO2 as solvent offer unique advantages as compared to conventional solvents. For example, reactions with heterogeneous supported catalysts or reagents and under flow conditions, where scCO2 transport properties are substantial improvements in reaction efficiency. Memory The overall objective of this report is to explore the scCO2 solvating properties and their application in chemical transformations with reagents supported on inert matrices and flow conditions, with particular interest in the interactions of substrates and products with the active surface and its impact on reaction’s course. Understanding the solvating properties of heterogeneous reactions requires contrast scCO2sc with conventional solvents, much better known, to establish the similarities, differences and peculiarities of the first. The specific objectives of the research are summarized in the following points: 1) Study of the oxidation of sulfides with a silica-supported peracid in scCO2 in conventional solvents and under different reaction conditions. 2) Study of simple olefin epoxidation and replaced with a peracid scCO2 supported on silica in conventional solvents and under different reaction conditions. 3) Study of the hydration of alkynes with aqueous phase catalysts supported on silica, in scCO2 and in conventional solvents. Results Sulfoxides and sulfones are interesting compounds both for pharmaceutical industry as for polymers synthesis. Generally, the easiest way to obtain them is by oxidation of the corresponding sulfide, but this oxidation has to be highly selective and controllable. It has been shown that silica supported peracids is a suitable reagent for oxidation of sulfur to sulfoxide or sulfone under scCO2 flow conditions. The chemoselectivity of the reaction can be controlled by varying the pressure and the degree of hydration of the reactant supported. The results show that transport of substrates and products involves succesive adsorption/surface diffusion/desorption/convection steps. Epoxides are important compounds in organic chemistry, since they can lead to a variety of different products, both by treatment with electrophilic reagents as by nucleophiles. Also, epoxides have important technological applications such as adhesives, coatings, and structural materials. The epoxides are generally prepared by reacting an olefin with a peracid. It has been demonstrated that the use of silica supported peracids provides significant advantages in these reactions since it minimizes the risk of uncontrolled decomposition, facilitates isolation of the product, which involves only a simple filtration, and prevents extraction and neutralization steps necessary to remove the acid in the homogeneous reactions with soluble organic peracids, besides being a recyclable agent. Finally, the reaction was conducted in scCO2, preventing the use of halogenated or aromatic solvents, which are generally used in industrial processes, showing the entire process a high efficiency. The hydration of C ≡ C triple bonds to give asymmetrically substituted ketones or aldehydes has great importance in synthetic organic chemistry. These reactions can be catalyzed by transition metals as well as Brønsted acids. Among these catalysts, salts of Hg (II) are the most efficient and reliable to activate alkynes and still used in organic synthesis this purpose. Reactions with Hg (II) catalysts are carried out in aqueous media or in organic solvents mixtures such as acetonitrile or THF in water. These reaction conditions make difficult to recover products due emulsions formation in extraction step, which facilitate product contamination with mercuric salts. In this context, the proposed supported in aqueous phase catalysis (SAPC), wherein the aqueous phase containing the catalyst is retained on a support and hydrophilic reaction occurs at the interface, it is very efficient for hydrating alkynes by Hg (II), given the solubility of salts in water. Moreover, this system was appropriate for carrying out the reaction in CO2sc flow conditions, and thus take advantage of the low solubility of the ionic species in the medium. The process developed was a substantial improvement in the conventional process for hydrating alkynes but unfortunately the product analysis by atomic fluorescence revealed a mercury content in the product up to 0.5%, similar to that obtained in dichloromethane. This pollution is unacceptable for industrial synthesis. es_ES
dc.embargo.terms 1 month es_ES
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