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Type: Tese de Doutorado
Title: Valorização de monoterpenos de origem natural através de processos catalíticos tandem envolvendo a reação de hidroformilação catalisada por complexos de ródio 
Authors: Camila Grossi Vieira
First Advisor: Elena Vitalievna Goussevskaia
First Co-advisor: Eduardo Nicolau dos Santos
First Referee: Roberto Fernando de Sousa
Second Referee: Liane Marcia Rossi
Third Referee: Dayse Carvalho da Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Angelo de Fatima
Abstract: A hidroformilação-acetalização de monoterpernos r-mentênicos, tais como terpinoleno, y-terpineno e limoneno, catalisada por complexos de ródio foi estudada em soluções de etanol e na presença dos ligantes PPh3 ou P(O-o-tBuPh)3, sob condições não-ácidas. O acetal do limoneno foi obtido com dois sistemas catalíticos estudados. Entrentanto, os substratos terpinoleno e y-terpineno mostraram-se pouco reativos na presença do sistema Rh/PPh3. O uso do ligante P(O-o-tBuPh)3 não somente acelerou notavelmente a hidroformilação de todos os substratos, mas também aumentou significativamente a atividade de acetalização do sistema catalítico. Na presença do sistema Rh/P(O-o-tBuPh)3, uma mistura de acetais, foi obtida com excelente rendimento para todos os substratos. Essa mistura de acetais pode ser usada como fragrância. O processo foi realizado sob condições brandas e na ausência de co-catalisadores ácidos adicionais. Além disso, a hidroformilação de todos esses substratos em etanol ocorreu mais rapidamente do que a reação na mesma condição em tolueno. Complexos de ródio catalisaram a hidroformilação do (R)-limoneno na presença dos ligantes auxiliares PPh3 ou P(O-o-tBuPh)3 e na presença de co-catalisador ácido, r-toluenossulfonato de piridínio, formando dois diasteroisômeros do 4,8-dimetilbiciclo[3.3.1]non-7-en-2-ol, usado como perfume, com rendimento de 96%. Estes alcoóis são formados por meio da reação de hidroformilação do limoneno, seguida pela reação intramolecular, resultando na formação de uma nova ligação carbono-carbono adicional e na ciclização do aldeído previamente formado. A ciclização é uma etapa altamente estereosseletiva, pois somente um dos diasteroisômeros do álcool é formado a partir de cada um dos dois diasteroisômeros do aldeído. O uso do ligante P(O-o-tBuPh)3 não somente acelera notavelmente a etapa de hidroformilação, quando comparado com o ligante PPh3, como também aumenta significativamente a velocidade da etapa de ciclização e a atividade catalítica do sistema. A hidrofromilação dos monoterpenos acíclicos, linalol e beta-citroneleno, catalisada por complexos de ródio, foi estuda em soluções de tolueno e de etanol na presença dos ligantes PPh3 ou P(O-o-tBuPh)3. Embora ambos os substratos apresentem uma ligação dupla monosubstituída terminal, eles têm comportamentos bastante distintos sob condições de hidroformilação. Em tolueno, o linalol formou quase quantitativamente o hemiacetal cíclico. Em etanol, as reações ocorreram aproximadamente duas vezes mais rápidas do que em tolueno, formando os respectivos acetais derivados do linalol, mesmo na ausência de co-catalisadores ácidos adicionais. Na ausência de ligantes de fósforo (diferentemente do b-citroneleno) esse substrato apresentou-se bastante resistente à hidroformilação em ambos solventes, provavelmente, por causa do efeito de quelação. A hidroformilação do b-citroneleno em soluções de tolueno resultou na formação de dois aldeídos isoméricos com rendimento conjunto praticamente quantitativo. A hidroformilação desse substrato em soluções de etanol resultou em uma mistura de aldeídos e respectivos acetais. O ligante P(O-o-tBuPh)3 exerceu um notável efeito na reatividade de ambos sustratos acelerando as reações de cinco até vinte cinco vezes quando comparado com o sistema com PPh3. No presente trabalho foram desenvolvidos vários processos catalíticos eficientes para a síntese de compostos que podem ser usados como fragrâncias, a partir de substratos facilmente disponíveis de fontes naturais bio-renováveis. Os métodos envolvem procedimentos "one-pot" simples e permitem a obtenção dos produtos desejados com bons rendimentos. Todos os compostos obtidos apresentam odor agradável e podem ser usados como componentes de fragrâncias sintéticas. Na maioria das reações estudadas, a natureza tanto do ligante auxiliar de fósforo, quanto do solvente, influenciou significativamente o desempenho catalítico do complexo de ródio.
Abstract: Rhodium-catalyzed tandem hydroformylation-acetalization of a series of r-menthenic terpenes, i.e., g-terpinene, terpinolene and limonene, has been studied in ethanol solutions in the presence of PPh3 or P(O-o-tBuPh)3 as auxiliary ligands. Limonene gives the corresponding acetals in high yields in both systems. The substrates terpinolene and g-terpinene have shown an extremely low reactivity in the Rh/PPh3 system. The use of P(O-o-tBuPh)3 not only remarkably accelerated the hydroformylation of all substrates but also increased significantly the acetalization activity of the catalytic system. With the Rh/P(O-o-tBuPh)3 system, the mixtures of fragrance acetals have been obtained from these substrates in excellent combined yields. The process wasperformed under mild conditions and in the absence of acid co-catalysts. The hydroformylation of all substrates in ethanol solutions was found to be much faster than in toluene. The rhodium catalyzed hydroformylation of R-(+)-limonene in the presence of PPh3 or P(O-o-tBuPh)3 as auxiliary ligands and pyridinium r-toluenesulphonate as an acid cocatalystgave two diasteroisomers of 4,8-dimethyl-bicyclo[3.3.1]non-7-en-2-ol, useful as perfumes, in up to 96% combined yield. These alcohols were formed through the hydroformylation of limonene followed by the intramolecular ene reaction resulting in the formation of the additional carbon-carbon bond and cyclization of the primarily formed aldehyde. The cyclization step is highly stereoselective as only one diasteroisomer of the alcohol is formed from each of two diasteroisomers of aldehyde.The use of the P(O-o-tBuPh)3 ligand not only remarkably accelerated thehydroformylation compared to the system with PPh3 , but also increased significantly the cyclization step and the activity of the catalytic system.Rhodium-catalyzed hydroformylation of acyclic monoterpenic compounds, i.e., linalool and b-citronellene, has been studied in toluene and ethanol solutions in the presence of PPh3 or P(O-o-tBuPh)3 ligands. Although both substrates have a monosubstituted terminal double bond, they showed different behavior under the hydroformylation conditions. In toluene, linalool gave almost quantitatively a cyclic hemiacetal. Inethanol, the reactions occurred approximately two times faster than in toluene giving corresponding acetals derivated from linalool even in the absence of additional acid cocatalysts. In the absence of P ligands, linalool (differently from b-citronellene) was very resistant to hydroformylation in both solvents, probably, because of the chelation effect. The hydroformylation of b-citronellene in toluene solutions resulted in two isomeric aldehydes also in a nearly quantitative combined yield. In ethanol solutions, this substrate gave a mixture of aldehydes and corresponding acetals. The P(O-o-tBuPh)3 ligand exerted a remarkable effect on the reactivity of both substrates accelerating thereactions by five to twenty times as compared to the system with PPh3.In the present work, we have developed a number of efficient catalytic processes to synthesize fragrance compounds starting from the substrates easily available from natural bio-renewable resources. The methods consist from simple one-pot procedures and allow obtaining the desired products in high to excellent yields. All the compoundsobtained have a pleasant scent and can be useful as components of synthetic fragrances. In most of the reactions studied, the nature of the auxiliary phosphorous ligand and the nature of the solvent affected significantly the catalytic performance of the rhodium complex.
Subject: Química inorgânica
Olefinas
Catálise
Terpenios
Ródio
Aldeídos
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-98FS6W
Issue Date: 17-May-2013
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