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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.46.2021.tde-26042022-133446
Document
Author
Full name
Maurício Portiolli Franco
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Braga, Ataualpa Albert Carmo (President)
Araújo, Márcio Peres de
Ducati, Lucas Colucci
Oliveira Filho, Antonio Gustavo Sampaio de
Title in Portuguese
Estudos teóricos do sistema PdII/Mor-DalPhos/NH3 na aminação de Buchwald-Hartwig: investigação do ligante ancilar e mecanismo de reação
Keywords in Portuguese
Aminação de Buchwald-Hartwig
DFT
Monoarilação de amônia
Mor-DalPhos
Abstract in Portuguese
A reação de aminação de Buchwald-Hartwig (ABH) é bastante importante para a formação de ligações aril-nitrogênio, especialmente, na produção de anilina. A anilina é empregada como precursor em síntese de compostos bioativos. O grupo do Prof. Stradiotto relatou que complexo com a fosfina Mor-DalPhos,[Pd(Cl)P(1-Ad2)(2-N-Morfolina-Phκ2-P,N)(Ar)], catalisa a ABH com NH3 com ótimos rendimentos em condições brandas Alsabeh2013. Visando explicar a reatividade da fosfina Mor-DalPhos e outros derivados a reação de monoarilação de amônia foi estudada computacional empregando o funcional M06L. Foi utilizado o catalisador [Pd(Cl)P(1-Ad)2(2-N-Morfolina-Ph-κ2-P,N)Ph] no cálculo dos perfil de reação. O ciclo catalítico tem quatro etapas que ocorrem na seguinte ordem: etapa de aminação (tsN), desprotonação (tsH), eliminação redutiva (ER) e termina com a etapa de adição oxidativa (AO). A etapa com maior barreira é a ER com uma ΔG = 21,0 kcal/mol. Após os estudos com a Mor-DalPhos a variação dos grupos R foi avaliada fixando a morfolina e substituindo os grupos 1-Ad por grupos R = Me, Cy, Ph ou CF3 na fosfina [PR2(2-N-Morfolina-Ph)]. Para os estudos com os grupos N-doadores testados foram Piperidina, Morfolina, NMe2 e -CH2NMe2 na fosfina [PMe2(2-(N-doador))-Ph] com o grupo R fixado com o grupo metila. Todas as variações têm ΔG < 25,0 kcal/mol para a ABH com amônia. Para os grupos R o maior TOF foi obtido com o grupo R Cy (1,2 x 106 h-1) e para o grupo N-doador é a Piperidina (2,3 x 104 h-1). Os estudos de seletividade na produção do produto mono- ou diarilado indicam, preliminarmente, que não há conversão entre espécies de paládio entre os dois ciclos. Neste trabalho foi avaliado a reatividade da Mor-DalPhos e seus derivados, indicando possíveis modificações para os ligantes assim como uma primeira análise na seletividade desses sistemas.
Title in English
Theoretical studies of PdII/Mor-DalPhos/NH3 system in Buchwald-Hartwig
Keywords in English
Ammonia monoarylation
Buchwald-Hartwig Amination
DFT
Mor-DalPhos
Abstract in English
The Buchwald-Hartwig amination (BHA) reaction is an important to form arylnitrogen bonds, specially, to produce aniline which is employed as precursor for pharmaceutical compounds. Prof. Stradiottos group reported a palladium complex with Mor-DalPhos phosphine [Pd(Cl)P(1-Ad2)(2-N-Morfoline-Ph-κ2-P,N)(Ar)] catalyses ammonia BHA under brand conditions and great yields. Our goal in this thesis is to explain computationally the reactivity of Mor-DalPhos and its analogues in ammonia monoarylation employing the functional M06L. The energy profile for the ABH catalytic cycle with [Pd(Cl)P(1-Ad)2(2-N-MorfolinaPh-κ2-P,N)Ph] catalyst was calculated. The catalytic cycle has four steps: amination step (tsN), deprotonation step (tsH), reductive elimination step (RE) and the final step is oxidative addition step (OA). The highest barrier is RE step with ΔG = 21,0 kcal/mol. After Mor-DalPhos phosphine results our next step was to evaluate the R groups in the [PR2(2-N-Morfolina-Ph)]. The Morpholine group was fixed and 1-Ad groups were substituted by Me, Cy, Ph or CF3. Evaluation of [PMe2(2-(N-donor))-Ph] phosphine were done by fixing the R group as methyl group and changing N-donor to Piperidine, Morfoline, NMe2 or -CH2NMe2. All groups in both series have ΔG < 25,0 kcal/mol for ammonia monoarylation. The phosphines with the biggest TOF for the R group is Cy group (1,2 x 106 h-1) group and the Piperine (2,3 x 104h-1). The selectivity of ammonia mono- and diarylation studies suggests, preliminarily, that palladium species from each catalytic cycle do not interconvert. In this thesis the reactivity of the Mor-DalPhos and its derivate were studied. The results suggests new modifications for the catalysts and a first approach to understand the selectivity of BHA using ammonia as substrate.
 
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Publishing Date
2022-06-07
 
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