Computational study of the Heck-Matsuda reaction mechanism and synthetic application

Orientador: Carlos Roque Duarte CorreiaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Esta tese tem dois temas: o primeiro, intitulado "Estudo mecanístico da reação de Heck-Matsuda", compreendeu o estudo computacional da reação de Heck empregando sais de arenodiazônio no nível teórico B3LYP/6-31G*. As principais etapas do ciclo catalítico das rotas catiônica, aniônica e neutra foram modeladas. Os resultados teóricos mostraram que a etapa de adição oxidativa apresentou a barreira energética mais elevada das vias anteriormente mencionadas. Além disso, os resultados indicaram uma possível competição entre as rotas catiônica e neutra. Verificou-se que a rota catiônica apresentou dois estados de transição: o primeiro, caracterizado por um ataque do paládio ao nitrogênio beta da função diazônio e o outro, pela coordenação do paládio ao carbono (ipso) - nitrogênio (alfa) da função diazônio. A influência do funcional e o efeito do solvente também foram avaliados no nível teórico M06/6-31G* e os resultados mostraram-se de acordo com os do B3LYP. O segundo tema intitulado " Desenvolvimento metodológico do acoplamento de Heck-Matsuda empregando o sal orto-caboxibenzenodiazônio e correlatos" envolveu a preparação dos respectivos núcleos das 3,4-diidroisocumarinas e ftalídeos a partir de um procedimento experimental consistindo de uma única etapa. Os resultados mostraram que o tipo da lactona foi induzida por efeitos eletrônicos: anéis de 6 membros foram induzidos por grupos doadores de elétrons e anéis de 5 membros, por grupos de retiradores de elétrons. O procedimento em uma única etapa foi alcançado para alguns substratos enquanto outros, foi necessário o emprego de meio ácido ou básico. O protocolo experimental mostrou ser simples e robusto, fornecendo rendimentos no intervalo de 49% - 99%.Abstract: This thesis has two subjects: the first one entitled "Mechanistic study of the Heck-Matsuda reaction", comprised a computational study of the Heck reaction using arenediazonium salts at B3LYP/6-31G* level of theory. The main steps of the catalytic cycle in cationic, anionic and neutral route were modeled. The theoretical results showed that oxidative addition step had the higher energy barrier of the routes aforementioned. In addition, the results indicated a possible competition between the cationic and neutral routes. It was found that cationic route gave two transition states: the first one, characterized by palladium attack to the beta nitrogen of the diazonium function and the other by coordination of palladium to carbon (ipso) ¿ nitrogen (alpha) of the diazonium function. The functional influence and solvent effects were studied at M06/6-31G* level of theory and the results were in accordance with B3LYP results. The second subject entitled "Methodological development of Heck-Matsuda coupling employing ortho-carboxybenzenodiazonium salt and correlates" included the preparation of the 3,4-dihydroisocoumarins and phthalides moieties in one pot procedure. The results showed that lactone size was induced by electronic factor: 6-membered rings were induced by electron donating groups and 5 membered rings, by electron attracting groups. The one pot procedure was achieved for some substrates whilst others was accomplished by an acidic or basic medium. The experimental protocol proved to be simple and robust, affording yields in the range of 49% - 99%DoutoradoQuimica OrganicaDoutor em Ciências140954/2009-0CNP