Carbene reactions catalyzed by silver-supported or metal-free microporous solids

Abstract

[ES] Los carbenos representan una clase de reactivos altamente potentes utilizados en el campo de la síntesis orgánica, que muestran la capacidad de participar eficazmente durante los procesos de inserción en una amplia variedad de enlaces químicos, típicamente inertes, facilitando así la creación de dos nuevos enlaces de manera directa y eficiente. Para ello, son necesario catalizadores. La investigación realizada aquí implicó la fabricación de diversas formas de catalizadores de plata, incluidos átomos individuales, dímeros o clústeres, en sólidos microporosos como zeolitas o polímeros de coordinación porosos, también llamados MOFs (del inglés, Metal-Organic Frameworks), logrados a través de métodos sencillos como el intercambio iónico y procedimientos de calcinación o reducción, como se muestra en los Capítulos 4 y 5. Estos catalizadores innovadores demostraron un rendimiento catalítico excepcional para la reacción de Buchner que involucra carbenos, obteniendo buenos rendimientos del producto mientras mantenían una selectividad favorable. Las zeolitas y los MOFs funcionaron como ligandos macroscópicos que sirvieron para estabilizar los sitios activos de plata, lo que permitió la utilización de catalizadores baratos y reciclables para la generación in-situ de carbenos a partir de diazoacetato, promoviendo posteriormente la inserción selectiva en enlaces C-C, C-H, O-H y O-O. Además, en el Capítulo 6, dimos un paso más allá, generando y estabilizando carbenos en zeolitas HY dealuminizadas, comercialmente disponibles y libres de metal. En esta tesis, se caracterizaron dos carbenos sólidos distintos, que incluyen una variante mediada por carbeno de plata que fue identificada con éxito mediante espectroscopía de Raman in-situ y análisis de RMN 13C CP/MAS in-situ, junto con un carbeno estabilizado en zeolita que fue efectivamente elucidado a través de espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier in-situ y técnicas de RMN 13C CP/MAS.

[CA] Els carbens representen una classe de reactius altament potents utilitzats en el camp de la síntesi orgànica, que mostren la capacitat de participar d'una manera eficaç durant els processos d'inserció en una àmplia varietat d'enllaços químics, típicament inerts, facilitant així la creació de dos nous enllaços de manera directa i eficient. La investigació realitzada ací va implicar la fabricació de diverses formes de catalitzadors de plata, inclosos àtoms individuals, dímers o clústers, en sòlids microporosos com a zeolites o polímers de coordinació porosos, també anomenats MOFs (de l'anglés, Metal-Organic Frameworks), aconseguits a través de mètodes senzills com l'intercanvi iònic i procediments de calcinació o reducció, com es mostra en els Capítols 4 i 5. Estos catalitzadors innovadors van demostrar un rendiment catalític excepcional per a la reacció de Buchner que inclou carbens, obtenint bons rendiments del producte mentres mantenien una selectivitat favorable. Les zeolites i els MOFs van funcionar com lligands macroscòpics que van servir per a estabilitzar els llocs actius de plata, la qual cosa va permetre la utilització de catalitzadors rendibles i reciclables per a la generació in-situ de carbens a partir de diazoacetat, promovent posteriorment la inserció selectiva en enllaços C-C, C-H, O-H i O-O. A més, en el Capítol 6, vam fer un pas més enllà, generant i estabilitzant carbens en zeolites HY dealuminitzades, comercialment disponibles i lliures de metall. En esta tesi, es van caracteritzar dos carbens sòlids diferents, que inclouen una variant mitjançant carben de plata que va ser identificada amb èxit mitjançant espectroscopía de Raman in-situ i anàlisi de RMN 13C CP/MES in-situ, juntament amb un carben estabilitzat en zeolita que va ser efectivament elucidat per mitjà de espectroscopía d'infraroig amb transformada de Fourier in-situ i tècniques de RMN 13C CP/MAS.

[EN] Carbenes represent a class of highly potent reagents used in the field of organic synthesis, showcasing an ability to effectively engage during insertion processes within a diverse array of typically inert chemical bonds, thereby facilitating the creation of two fresh bonds in a direct and efficient manner. For that, catalysts are needed. The exploration conducted here involved the fabrication of various forms of silver catalysts, including single atoms, dimers or clusters, on microporous solids like zeolites or metal-organic frameworks (MOFs), achieved through uncomplicated methods such as ion exchange and calcination or reduction procedures, as shown in Chapters 4 and 5. These innovative catalysts demonstrated exceptional catalytic performance in facilitating the Buchner reaction involving carbenes, yielding high product quantities while maintaining favorable selectivity. The zeolites and MOFs functioned as macroscopic ligands that served to stabilize the silver active sites, thereby enabling the utilization of cost-effective and recyclable catalysts for in-situ carbene generation from diazoacetate, subsequently promoting the selective insertion into C-C, C-H, O-H, and O-O bonds. Furthermore, in Chapter 6, we have gone one step further, generating and stabilizing carbenes in metal-free commercially available dealuminized HY zeolites. In this thesis, two distinct solid-supported carbenes were characterized, encompassing a silver carbene-mediated variant that was successfully identified through in-situ Raman spectroscopy and in-situ 13C CP/MAS NMR analyses, alongside a zeolite-stabilized carbene that was effectively elucidated via in-situ Fourier Transform Infrared Spectroscopy and 13C CP/MAS NMR techniques.