Nuovi catalizzatori a base di Rutenio tolleranti allo zolfo per una efficiente riduzione in hydrogen transfer catalysis: sintesi ed ottimizzazione.

Hydrogen transfer reactions catalysed by transition metals are gaining increasing interest in academic research and pharmaceutical industry, allowing to perform reduction reactions in a safer and more sustainable way than conventional procedures using molecular hydrogen H2. Ruthenium is one of the most used transition metals for the synthesis of catalysts active in this kind of reactions because it allows, through its unique chemical properties, to obtain a huge variety of complexes differing for application, activity, and selectivity. However, those complexes are difficult to prepare and to handle, containing phosphorus-based ligands which are easily air oxidizable. It is possible to replace phosphorus with sulphur because this, being less sensitive to oxidation but having comparable atomic dimensions with phosphorus, it results to be a good candidate. The aim of the work is to synthesize novel ruthenium catalysts characterized by the presence of sulphur-based ligands and to test their efficiency and selectivity in hydrogen-transfer reduction reactions. Three SNN’ tridentate ligands were synthesized, differing for the sulphur substituents, providing the final complexes RuCl2(PPh3)(SNN’-ethyl), RuCl2(PPh3)(SNN’-isopropyl) e RuCl2(PPh3)(SNN’-phenyl). The limits of the reaction conditions in which these catalysts are active were investigated by means of hydrogen transfer reductions on acetophenone and the complexes was subsequently compared with each other, identifying the derivative RuCl2(PPh3)(SNN’-ethyl) as the most active complex. The activity and selectivity of this complex was therefore probed by trying to reduce different substrates: aromatic and aliphatic carbonyl substrates (aldehydes and ketones) were tested. RuCl2(PPh3)(SNN’-ethyl) derivate showed a high catalytic activity in the reduction of aromatic ketone characterized by the presence of electron-donor, neutral or weakly electron-attracting substituents in the ring. The substrates with an aliphatic nature have shown a generally lower conversion while the aldehydes partly follow what has been said for the aromatic ketone substrates with a less linear and clean reactivity, because of the numerous by-products’ formation. Tests were performed with the aid of microwave irradiation to evaluate the impact of these on the efficacy, selectivity and stability of the catalysts, showing an overall increase in the speed of the reactions.

Le reazioni di riduzione per trasferimento di idrogeno catalizzate da metalli di transizione stanno guadagnando un interesse crescente nella ricerca accademica e nell’industria farmaceutica, in quanto permettono di effettuare reazioni di riduzione in modo più sicuro e sostenibile rispetto alle procedure convenzionali che utilizzano idrogeno molecolare H2. Il rutenio è uno dei metalli di transizione più utilizzati per la produzione di catalizzatori attivi in questo tipo di reazioni in quanto esso, per via delle sue caratteristiche chimiche uniche, permette di ottenere un’ampia gamma di complessi diversi per applicazione, attività e selettività. Essi, tuttavia, sono difficili da preparare e maneggiare in quanto contengono solitamente ligandi fosfinici che sono facilmente ossidabili all’aria. È possibile sostituire il fosforo con lo zolfo poiché questo, essendo molto meno sensibile all’ossidazione ma allo stesso tempo avendo dimensioni atomiche comparabili a quelle del fosforo, risulta essere un valido candidato. Lo scopo del lavoro è di sintetizzare nuovi catalizzatori al rutenio caratterizzati dalla presenza di ligandi a base di zolfo e di testarne l’efficacia e la selettività in reazioni di riduzione a trasferimento di idrogeno. Sono stati sintetizzati tre ligandi tridentati di tipo SNN’ diversi per sostituenti allo zolfo fornendo i complessi finali RuCl2(PPh3)(SNN’-etile), RuCl2(PPh3)(SNN’-isopropile) e RuCl2(PPh3)(SNN’-fenile). Tramite riduzioni a trasferimento di idrogeno sull’acetofenone sono stati indagati i limiti delle condizioni di reazione in cui questi catalizzatori sono attivi ed in seguito questi sono stati confrontati tra loro, identificando nel derivato RuCl2(PPh3)(SNN’-etile) il complesso maggiormente attivo. Si è dunque sondata l’attività e la selettività di questo tentando di ridurre substrati differenti dall’acetofenone: sono stati provati substrati carbonilici (aldeidi e chetoni) aromatici ed alifatici. Il derivato RuCl2(PPh3)(SNN’-etile) ha mostrato un’elevata attività catalitica nelle riduzioni di substrati chetonici aromatici caratterizzati dalla presenza di sostituenti elettron-donatori, neutri o debolmente elettron-attrattori all’anello. I substrati con natura alifatica hanno mostrato una conversione generalmente inferiore mentre le aldeidi seguono in parte quanto detto per i substrati chetonici aromatici con però una reattività meno lineare e pulita, data la formazione di numerosi sottoprodotti. Sono state eseguite delle prove con l’ausilio delle microonde per valutare l’impatto di queste su efficacia, selettività e stabilità dei catalizzatori mostrando un incremento globale della velocità delle reazioni.