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Type: Tese de Doutorado
Title: Oxidação aeróbica de alcóois terpênicos naturais catalisada por sais de Paládio (II)
Authors: Luciana Alves Parreira
First Advisor: Elena Vitalievna Goussevskaia
First Co-advisor: Luciano Menini
First Referee: Flavia Cristina Camilo Moura
Second Referee: Adao Aparecido Sabino
Third Referee: Dalmo Mandelli
metadata.dc.contributor.referee4: Liane Marcia Rossi
Abstract: No presente trabalho foram desenvolvidos vários processos catalíticos para oxidação aerobica (ou seja, utilizando oxigênio molecular como oxidante estequiométrico) de terpenos naturais bio-renováveis com potenciais terapêuticos disponíveis a partir de óleos essenciais. Em todos os processos foram utilizados sais comerciais de paládio (II) como único catalisador ou na presença de co-catalisadores adequados cuja função foi auxiliar na regeneração das espécies reduzidas do palládio durante o ciclo catalítico. As vantagens comuns a todos os processos desenvolvidos, em comparação ao convencional processo Wacker, no qual a combinação PdCl2/CuCl2 é utilizada como catalisador, são baixa acidez do meio reacional e ausência de íons cloreto. Estas características permitiram alcançar altas seletividades na oxidação de substratos terpênicos apesar de terem forte tendência a sofrer rearranjos estruturais e outras transformações quimicas indesejáveis na presença de ácidos tanto de Bronsted quanto de Lewis. Os seguintes sistemas catalíticos foram utilizados: Pd(OAc)2/pbenzoquinona (BQ) em soluções de ácido acético, na presença ou não de Cu(OAc)2; Pd(OAc)2/Cu(OAc)2 ou Pd(OAc)2 solo em soluções de metanol e PdCl2 solo em soluções de dimetilformamida (DMA). Os sistemas catalíticos baseados em Pd(OAc)2 e BQ foram aplicados com sucesso na oxidação do ¿-bisabolol, linalol e nerol. A oxidação do ¿-bisabolol deu origem a três produtos principais resultantes da oxidação das suas duas duplas ligações trisubstituídas e estericamente impedidas, sendo elas a ligação endocíclica, a acíclica ou ambas em conjunto. A oxidação do linalol levou a formação de um acetato alílico e um produto de ciclização. A oxidação do nerol produziu dois produtos principais: um mono e um diacetato e um produto minoritário contendo um anel pirano resultado da ciclização intramolecular do substrato. Todos os produtos do linalol e do nerol são provenientes da oxidação de suas ligações olefínicas trissubstituídas e estericamente impedidas. Utilizando esse sistema catalítico foram obtidos com elevada seletividade varios compostos terpenóides polifuncionalizados, alguns deles inéditos, os quais tem potencial para serem utilizados como componentes em produtos cosméticos, farmacêuticos e de perfumaria. A regereração tando do Pd quanto da BQ occore na ausência de cocatalisadores auxiliares sob pressão de oxigênio superior à atmosférica. As reações podem ser realizadas à pressão atmosférica alternativamente, porém, requerendo a presença de quantidades catalíticas de Cu(OAc)2, para catalisar a oxidação da hidroquinona (BQH2) pelo oxigênio molecular assegurando assim a regeneração da BQ durante o ciclo catalítico. V O sistema catalítico Pd(OAc)2/Cu(OAc)2, também livre de cloretos, foi aplicado para oxidação do ¿-bisabolol em meio não ácido. A reação se processa em solução aquosa de metanol e forma exclusivamente produtos resultantes da interação do paládio com a dupla ligação acíclica, o seja, uma ligação trissubstituída e estericamente impedida. Não ocorreu oxidação concomitante da dupla ligação endocíclica, a qual costuma ser mais reativa em reações catalisadas por paládio. Foram formados dois produtos inéditos: o produto principal, um éter alílico resutante do ataque do metanol como um nucleófilo externo e o produto minoritário: um tetraidrofurano formado pelo ataque nucleofílico intramolecular, ambos na dupla ligação acíclica. O mesmo tetraidrofurano também foi formado na reação catalisada pelo sistema Pd(OAc)2/BQ. Foram testados sistemas cataliticos ausentes de co-catalisadores , os quais são ambientalmente mais benignos, na oxidação de alguns terpenos naturais mas apenas para o ¿-bisabolol foram obtidos bons resultados. Foram desenvolvidos processos catalíticos seletivos baseados em paládio para oxidação do ¿-bisabolol por oxigênio molecular em condições suaves e em meios não ácidos, nos quais um sal de paládio (Pd(OAc)2 ou PdCl2) foi utilizado como único catalisador em ausência de cocatalisadores ou ligantes especiais para estabilização das espécies reduzidas de paládio em solução. As reações em soluções aquosas de metanol ou dimetilacetamida resultaram em produtos, alguns deles inéditos, provenientes exclusivamente da oxidação da dupla ligação acíclica do ¿-bisabolol, com a dupla ligação endociclica permanecendo intacta. Os métodos catalíticos simples desenvolvidos neste trabalho representam rotas economicamente e ecologicamente atrativas para a síntese, a partir de substratos renováveis disponíveis da biomassa, de compostos orgânicos polifuncionalizados de difícil acesso por métodos sintéticos convencionais e com potencial aplicação na indústria de química fina como ingredientes ou intermediários.
Abstract: In the present work, several catalytic processes for the aerobic (i.e. using molecular oxygen as the stoichiometric oxidant) oxidation of bio-renewable natural terpenes available from various essential oils and showing a recognized therapeutic potential have been developed. In all processes, commercial palladium (II) salts were used either as sole catalysts or in the presence of suitable co-catalysts whose functionwas to assist in the regeneration of reduced palladium species during the catalytic cycle. The common advantages of all the processes developed, as compared to the conventional Wacker process in which the PdCl2/CuCl2 combination is used as the catalyst, are low acidity of the reaction medium and the absence of chloride ions. These features allowed to achieve high selectivities in the oxidation of terpenic substrates despite their strong tendency to undergo structural rearrangements and other undesirable chemical transformations in the presence of both Bronsted and Lewis acids. The following catalytic systems have been used: Pd(OAc)2/p-benzoquinone (BQ) inacetic acid solutions with or without Cu(OAc)2; Pd(OAc)2/Cu(OAc)2 or Pd(OAc)2 solo in methanol solutions and PdCl2 solo in dimethylformamide (DMA) solutions. The catalytic systems based on Pd(OAc)2 and BQ were successfully applied to the oxidation of -bisabolol, linalool and nerol. The oxidation of -bisabolol provided threemajor products resulted from the oxidation of sterically encumbered trisubstituted double bonds of the substrate, either endocycic or acyclic or both together. The oxidation of linalool led to the formation of an aunts due to the intramolecular cyclization of the substrate. All the products derived from linalool and nerol arise from the oxidation of theirtrisubstituted double bonds. Using this catalytic system various poly-funcionalized terpenoids, some of them being novel compounds, were obtained with high selectivities. These products have a strong potential to be used as components in cosmetics, pharmaceuticals and perfume products. The regeneration of both Pd and BQ occurs inthe absence of auxiliary co-catalysts under superatmospheric oxygen pressure. Alternatively, the reactions can be performed under atmospheric pressure in the presence of Cu(OAc)2 to catalyze the oxidation of hydroquinone by molecular oxygen, thus ensuring the regeneration of BQ during the catalytic cycle. The Cu(OAc)2/Pd(OAc)2 catalytic system, also chloride-free, was applied to the oxidation of -bisabolol under nonacidic conditions. The reaction proceeds in aqueousmethanol solutions and gives exclusively the products resulting from the interaction of palladium with the acyclic double bond, which is trisubstituted and sterically encumbered. No concomitant oxidation of the endociclic double bond, which is expected to be more reactive in palladium catalyzed transformations, occurs. Two new compounds wereproduced from the interaction of the acyclic double bond of the substrate with palladium: the main product formed due to the participation of methanol as the external nucleophile; and the minor product, a tetrahydrofuran, formed by an intramolecular attack of thetethered hydroxyl group. The compound with the tetrahydrofuran ring is also formed in the Pd/BQ systems. Palladium based catalytic systems not containing co-catalysts, which are more benign environmentally, have been also tested in the oxidation of several natural terpenes; however, the encouraging results were obtained only with -bisabolol. Two novel selective oxidations of -bisabolol by molecular oxygen under mild nonacidic conditions have been developed, in which palladium salts (PdCl2 or Pd(OAc)2) were used as sole catalysts in the absence of co-catalysts or special ligands for the stabilization of reduced palladium species in solutions. The reactions in aqueous methanol ordimethylacetamide solutions resulted in the products, some of them being novel compounds, derived exclusively from the oxidation of the acyclic double bond, with the endocyclic double bond remaining intact.Simple catalytic procedures developed in the present work represent ecologically and economically attractive routes to interesting poly-functionalized compounds starting from renewable biomass-based substrates. These products are hardly accessible by conventional synthetic methods and are potentially useful in fine chemical industry asingredients or synthetic intermediates.
Subject: Oxidação
Catalisadores de paládio
Alcoois
Terpenios
Catálise
Química inorgânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-ADQTCJ
Issue Date: 13-Jul-2016
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