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UNIVERSIDAD DE ALCALÁ FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÁNICA SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE DERIVADOS DE FERROCENO HALOALQUILADOS O HALOCARBONILADOS EN UNO DE SUS DOS ANILLOS CICLOPENTADIENILO N Fe n Br TESIS DE LICENCIATURA Cristina Guardia Villarroel Alcalá de Henares. Febrero 1998.
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UNIVERSIDAD DE ALCALÁ
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÁNICA
SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE DERIVADOS DEFERROCENO HALOALQUILADOS O HALOCARBONILADOS EN
UNO DE SUS DOS ANILLOS CICLOPENTADIENILO
N
Fen
Br
TESIS DE LICENCIATURA
Cristina Guardia VillarroelAlcalá de Henares. Febrero 1998.
UNIVERSIDAD DE ALCALÁ
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÁNICA
SINTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE DERIVADOS DEFERROCENO HALOALQUILADOS O HALOCARBONILADOS EN
UNO DE SUS DOS ANILLOS AROMÁTICOS
N
Fen
Br
MEMORIA presentada en laUniversidad de Alcalá paraoptar al Grado en CienciasQuímicas por la LicenciadaCristina Guardia Villarroel bajo ladirección del Dr. Ernesto deJesús Alcañiz
ERNESTO DE JESUS ALCAÑIZ, Profesor Titular del Departamentode Química Inorgánica de la Universidad de Alcalá
CERTIFICA :
Que la presente Memoria, titulada : “Síntesis ycaracterización de derivados de ferroceno haloalquilados ohalocarbonilados en uno de sus dos anillos aromáticos”,ha sido realizada en el Departamento de QuímicaInorgánica de la Universidad de Alcalá, con miinmediata dirección y autorizo su presentación paraque sea calificada como Tesis de Licenciatura.
Alcalá de Henares, Febrero de 1998.
Fdo. Dr. Ernesto de Jesús Alcañiz.
PILAR GÓMEZ-SAL, Directora del Departamento de QuímicaInorgánica de la Universidad de Alcalá
CERTIFICA :
Que la presente Memoria, titulada : “Síntesis ycaracterización de derivados de ferroceno haloalquilados ohalocarbonilados en uno de sus dos anillos aromáticos”,ha sido realizada en el Departamento de QuímicaInorgánica de la Universidad de Alcalá y autorizosu presentación para que sea calificada como Tesisde Licenciatura.
Alcalá de Henares, Febrero de 1998.
Fdo. Dra. Pilar Gómez-Sal.
Quisiera expresar mi agradecimiento :
Al Dr. Ernesto de Jesús Alcañiz, director de este trabajo,por su apoyo incondicional, su dedicación, y sobre todo por sucomprensión en todo momento.
A la Dra. Pilar Gómez-Sal por haberme ayudado a iniciarmis pasos en la investigación.
A Cristina Santamaría por ofrecerme su amistad yayudarme dentro y fuera del laboratorio.
A Piluca y Rocío, con las que he compartido tantos ratosagradables.
A las personas de este departamento que me han ayudadoa iniciar mi trabajo experimental y con las que tanto he aprendido ytambién a las que me han ayudado a sentirme parte de un equipo.
A mis padres, que me han apoyado y comprendido entodo momento y que han hecho posible, junto con Ernesto quepresente esta Tesis de Licenciatura.
A mis padres
i
ÍNDICE
I. INTRODUCCIÓN Y REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1
II. DISCUSIÓN DE RESULTADOS EXPERIMENTALES 11
Reacciones de Litiación 13Acilación con ClCOCH2Cl 16Reducción de 2-cloroacetilferroceno(1) 20Acilación con BrCOCH2Br 23Reducción de 2-bromoacetilferroceno(3) 26Acilación con ClCO(CH2)3Br 27Reducción de 4-bromobutirilferroceno(4) 30Intento de acilación de ferrocenillitio 32
III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 35
1. Condiciones generales de trabajo 37
2. Técnicas estructurales y de análisis
A. Análisis Elemental 38B. Espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear 38C. Espectroscopía de Infrarrojo 38D. Espectrometría de masas 38
3. Preparación de los derivados acilados y alquilados de ferroceno
A. Derivados Acilados 391. Acilación con cloruro de 2-cloroacetilo 392. Acilación con bromuro de 2-bromoacetilo 403. Acilación con cloruro de 2-bromoacetilo 424. Acilación con cloruro de 4-bromobutirilo 43
B. Derivados Alquilados 441. Reducción de Clemensen de 1 442. Desoxigenación reductiva de 1 con LiAlH4 y AlCl3 453. Desoxigenación reductiva de 3 con LiAlH4 y AlCl3 464. Desoxigenación reductiva de 4 con LiAlH4 y AlCl3 47
IV. CONCLUSIONES 49
V. BIBLIOGRAFÍA 53
ii
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 : Polímero de PVPFigura 2 : Haloalquilo de ferrocenoFigura 3 : Unión covalente del fragmento de ferroceno al polímero de
PVPFigura 4 : Posibles rutas sintéticas de haloalquilferrocenos via
sustitución electrófila aromáticaFigura 5 : Posibles vías de síntesis que incluyen metalaciónFigura 6 : Ruta diseñada en primera instancia para haloalquilar el
ferrocenoFigura 7 : Esquema de las vías empleadas en la litiación del ferrocenoFigura 8 : Reacción de 1,2-dibromoetano con ferrocenillitioFigura 9 : DiferrocenoFigura 10 : Ruta de alquilación empleada en segundo términoFigura 11 : Acilación con cloruro de 2-cloroacetiloFigura 12 : Reducción de Clemensen de 2-cloroacetilferrocenoFigura 13 : Reacción de desoxigenación reductiva de 1Figura 14 : Reacción de acilación con bromuro de 2-bromoacetiloFigura 15 : Desoxigenación reductiva de 2-bromoacetilferrocenoFigura 16 : Acilación de Friedel-Crafts con cloruro de 4-bromoacetiloFigura 17 : Desoxigenación reductiva de 4 con LiAlH4/AlCl3
Figura 18 : Esquema propuesto para acilar ferrocenillitio
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 : Desplazamientos químicos en el espectro de RMN de 1H deFcHgCl
Tabla 2 : Desplazamientos químicos en los espectros de RMN de 1H y13C de 2-cloroacetilferroceno(1)
Tabla 3: Desplazamientos químicos en los espectros de RMN de 1H y13C de acetilferroceno(2)
Tabla 4 : Desplazamientos químicos en el espectro de RMN de 1H deetilferroceno(8)
Tabla 5 : Desplazamientos químicos de 2-cloroetilferroceno(5)Tabla 6 : Desplazamientos químicos de RMN de 1H y 13C de 2-
bromoacetilferroceno(3)Tabla 7 : Desplazamientos químicos del 2-bromoetilferroceno(6) en los
espectros de RMN de 1H y 13CTabla 8 : Estudio comparativo de la banda ν(CO) de 1, 2, 3 y 4Tabla 9 : Señales encontradas en los espectros de RMN de 1H y 13C para
el 4-bromobutirilferroceno(4)Tabla 10: Desplazamientos químicos de RMN de 1H y 13C en el 4-
bromobutilferroceno(7)
iii
ÍNDICE DE ABREVIATURAS
Cipso carbono ipso (sobre el que se realiza la sustituciónanular)
Cp anillo ciclopentadienilo (η5-C5H5)DEPT Distortionless Enhancement by Polarization Transfereq. equivalentes químicosFc ferroceno ((η5-C5H5)2Fe)g gramosh. horas η 5 pentahaptocoordinadom/z relación masa/carga iónica (Espectrometría de masas)MHz megahertziosml mililitrosmmol milimolesν(CO) banda de tensión del doble enlace carbono-oxígenonBu n-butiloºC grados centígradosPP polipirrolppm partes por millón (RMN)PVP polivinilpiridinaRMN Resonancia Magnética NuclearRMN 13C{1H} Resonancia Magnética Nuclear de Carbono 13
desacoplado de protóns singlete (RMN)t triplete (RMN)t.a. temperatura ambientett triplete de tripletes (RMN)
iv
INDICE DE COMPUESTOS
Cloroacetilferroceno (1) Acetilferroceno (2)
O
Fe
Cl
O
Fe
Bromoacetilferroceno (3) Bromobutirilferroceno (4)
O
Br
Fe
O
Br
Fe
Cloroetilferroceno (5) Bromoetilferroceno (6)
Fe
Cl
Fe
Br
Bromobutilferroceno (7) Etilferroceno (8)
Br
Fe Fe
I. INTRODUCCIÓN Y REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
3
El bis(η 5-ciclopentadienil)hierro(II), más vulgarmente
conocido como ferroceno, se descubrió y sintetizó por primera vez a
mediados de siglo (Kealy y Pauson en 1951,1 Miller, Tebboth y Tremaine
en 19522). Su verdadera naturaleza y propiedades fueron establecidas años
más tarde por Wilkinson.3
Desde entonces hasta ahora se han sintetizado multitud de
derivados con diferentes tipos de sustitución en uno o en ambos anillos y
entre los que destacan compuestos formados por varias unidades de
ferroceno. Sin embargo, en los últimos tiempos, cuando su interés
puramente sintético había disminuido considerablemente, se ha hecho
necesaria la síntesis de nuevos derivados, en su mayoría sencillos, para ser
empleados en labores muy diferentes.4
Sustituido en uno de sus anillos aromáticos, el ferroceno puede
polimerizar formando esqueletos de múltiples características,5
copolimerizar con otras unidades,6 ser soportado a modo de apéndice
sobre otro polímero como PVP (polivinilpiridina), PP (polipirrol),7 ..., o
ramificarse en sucesivas generaciones dando lugar a dendrímeros cuyo
uso y aplicación son de estudio reciente por parte de numerosos grupos de
investigación.8,9
Estos cuatro tipos principales de polímeros que contienen
ferroceno poseen unas aplicaciones muy variadas y polivalentes. Casi
todas ellas tienen un fin electroquímico y en ello tiene mucho que ver la
facilidad con que el ferroceno pierde un electrón pasando a convertirse en
el catión ferricinio. De entre todas se podrían enumerar las siguientes :
## Electrocatálisis y mediación en reacciones de transferencia
electrónica.9,10,11
4
## Recubrimiento y funcionalización de superficies conductoras
y de electrodo.7,12,13
## Detección de la presencia de gases, líquidos, aniones, cationes
y agentes biológicos como el FAD/FADH ante los que son
sensibles.8,14,15
## Aumento de la solubilidad de polímeros.6
## Marcaje reversible de biomoléculas.16
## Control de reacciones electroquímicas en disolución.5
La presente Tesis de Licenciatura se encuentra directamente relacionada
con toda esta nueva rama de estudio del ferroceno y sus derivados. Su
objetivo último es la obtención de un determinado tipo de compuestos
derivados del ferroceno que posteriormente serán soportados sobre un
polímero de PVP, ejerciendo la labor de mediadores electroquímicos en
el transporte electrónico a través de la membrana celular.
N N N
n
Figura 1 : Polímero de PVP
Los derivados que en mayor medida podrían realizar
satisfactoriamente dicha función serían aquellos monosustituidos por una
cadena haloalquílica. Si la sustitución es halocarbonílica, el soporte sobre
5
el polímero de PVP se ve dificultado por la presencia del grupo
carbonilo. La labor de mediación en el transporte electrónico, así como la
propia fijación del ferroceno al polímero, depende principalmente de la
longitud de la cadena y del halógeno unido al carbono terminal de la
misma. Por ello resulta tan importante poder encontrar un método de
síntesis mediante el que se puedan obtener derivados de cadena corta,
media y larga, que proporcionarían diferentes unidades sobre las que
realizar el estudio electroquímico.
Fe
Xn
Figura 2 : Haloalquilo de ferroceno
La unión del PVP con la cadena alquílica del ferroceno es de
naturaleza covalente y proviene de una sustitución nucleófila por parte del
nitrógeno piridínico sobre el carbono que soporta el halógeno, como se
representa gráficamente en la figura 3.
Hay dos rutas principales que conducen a la obtención de
derivados de ferroceno.17 La primera consiste en hacer reaccionar
Fe(II) con el ciclopentadienuro sustituido, de una forma paralela al
método de preparación del ferroceno. Sin embargo, ésta no es la vía
adecuada para preparar derivados de ferroceno sustituidos únicamente en
uno de sus anillos. La segunda vía se basa en efectuar la sustitución
directamente sobre ferroceno, y constituye la rama sintética que ha
proporcionado la mayoría de los derivados conocidos hasta la fecha.
6
N
X
Fen
N
Fen
Br
Figura 3 : Unión covalente del fragmento de ferroceno al polímero de
PVP
Teniendo en cuenta que en el caso que nos ocupa se trata de una
monosustitución y de lo barato que es el ferroceno comercial, se optó por
seguir la segunda vía. La propia naturaleza del ferroceno es la que
determina el tipo de sustituciones que se pueden llevar a cabo.17 Por una
parte, al contener 2 anillos aromáticos sobre un mismo eje, se crea un
cilindro de carga que le lleva a presentar una reactividad comparable a la
de compuestos orgánicos aromáticos. En concreto, las Reacciones de
Sustitución Electrófila Aromática se encuentran especialmente
favorecidas en el ferroceno, produciéndose 3·106 veces más rápido que en
el benceno.18
7
Por otra parte, la acidez de los protones anulares es mayor que la
del benceno,19 y a diferencia de éste, puede experimentar su pérdida con
gran facilidad lo que se puede aprovechar en Reacciones de
Metalación que proporcionan intermedios interesantes en la síntesis de
gran variedad de derivados.
La introducción de una cadena alquílica en uno sólo de los anillos
podría parecer en principio una tarea no demasiado difícil. Sin embargo,
la bibliografía al respecto no es demasiado extensa y raramente incluye la
presencia de un halógeno al final de la cadena. La revisión bibliográfica
llevada a cabo sugiere métodos generales que se pueden incluir en una u
otra reacciones típicas del ferroceno, tal como se recoge a continuación.
Reacciones de Sustitución Electrófila Aromática
De todas las reacciones mostradas en la figura 4, la única que de
entrada no es viable es la Alquilación de Friedel-Crafts, ya que en
lugar de producirse el derivado alquilado, se forma 1,1-
Diferroceniletano, como Rinehart, Kittle y Ellis justificaron en su
trabajo.20 Las otras dos vías de alquilación son:
# Acilación de Friedel-Crafts21 con un haluro de haloalcanoilo X-
CO(CH2)n-1X12, 22, 23 y una posterior reducción selectiva del carbonilo.
En el único bromoalquilferroceno preparado por este método
(C5H4(CH2)6Br)(C5H5)Fe se ha utilizado la reducción de Clemensen
que emplea una amalgama de cinc.12 En el caso del cloroalquilo
(C5H4(CH2)4Cl)(C5H5)Fe, la reducción selectiva se lleva a cabo con
una mezcla de LiAlH4 y AlCl3.23 Otros autores han empleado ZnBH4
para la reducción selectiva de grupos cetónicos en presencia de ácidos
y ésteres, pero en ningún caso de haluros.24
8
X
OH
O
Fe Fe
AlCl3
Fe
ClCO(CH2)n-1X
Fe
3
Fe
OH
Fe
1. CH2(COOH)2
2. Pd/H2
3. LiAlH4
CBr4, PPh3
Fe
X
LiAlH4/ AlCl3
Zn/Hg
C6H5N(Me)COH
POCl3
n=3 X=Br
n-1
ClCH2CH2Cl
AlCl3
n
o
n=2 X=Cl
n=4 X=Cl
n=6 X=Br
n=4 X=Cl
n=6 X=Br
Figura 4 :Posibles rutas sintéticas de haloalquilferrocenos via sustitución
electrófila aromática
# Formilación de Vilsmeier modificada, seguida de una
Condensación de Perkin y posterior reducción total del doble
enlace (Pd/H2) y parcial del ácido (LiAlH4). El paso final consiste en
9
una sustitución nucleófila sobre el alcohol primario. Esta ruta, más
larga, fue propuesta por Schlögl22 en primer lugar y modificada en el
último paso por Shu y Shen9.
Metalaciones/ Litiaciones
Las rutas propuestas tienen como intermedio común el
ferrocenillitio (figura 5). Los métodos para llegar a él a partir de
ferroceno son variados :25
Fe
Fe
Fe
HgCl
Fe
Li
(AcO) 2Hg NBS
nBuLinBuLi
nBuLi
X-R
Br
Fe
R
i ii iii
LiCl
Figura 5 : Posibles vías de síntesis que incluyen metalación.
NBS : N-Bromosuccinimida
10
(i) litiaciones directas con nBuLi18,26,27
(ii) cloromercuriación,28 con posterior transmetalación29
(iii) bromación del derivado cloromercuriado,28 y posterior reacción
con nBuLi.
Esta tercera vía es la más recomendada para la obtención de
ferrocenillitio de forma regioselectiva.30
El derivado litiado reacciona satisfactoriamente con multitud de
agentes reactivos tales como derivados nitrogenados, ésteres,
clorometilsilanos, etc.17,25,27,31 Es destacable, sin embargo, que no se
encuentran descritas reacciones parecidas con derivados acilados o
alquilados.
Toda la información citada anteriormente ha sido de gran ayuda
para llegar a entender un poco más el comportamiento del ferroceno
frente a los diferentes agentes reactivos, y sobre todo para seleccionar de
entre todas las citadas, las rutas más provechosas que podrían conducir a
una síntesis satisfactoria de los derivados buscados.
II. DISCUSIÓN DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
13
Reacciones de litiación
De acuerdo a lo expuesto en la introducción, se optó por ensayar
la reacción entre ferrocenillitio y un dihaloalquilo como vía más versátil y
sencilla para la preparación de haloalquilferrocenos, tal como se describe
en la figura 6.
X
X X
Li
Fe Fe
n
n
Fe
Figura 6 : Ruta diseñada en primera instancia para haloalquilar el
ferroceno.
Todos los métodos de preparación de ferrocenilitio recogidos en
la introducción, presentan el problema común de formación simultánea de
los derivados mono y dilitiado, tal como señalan los autores de los
trabajos. Sin embargo, todos ellos aseguran haber conseguido solventar
este problema mediante diferentes técnicas. Nosotros hemos probado los
métodos que en la bibliografía se señalan como más adecuados y que son
los recogidos en la figura 7.
La vía más recomendada y de mejores rendimientos ( i )
parecía ser la litiación a partir del derivado bromado,30 el cual se
sintetiza a partir de cloromercuriferroceno.28 Éste se obtiene como
escamas doradas por reacción de ferroceno con acetato de mercurio y
cloruro de litio, en una mezcla de disolventes (metanol y tolueno).
14
Fe Fe
Fe
Fe
Fe
Fe
HgCl
Br
HgCl
Li
Li
iii
iii nBuLi 1:1
(AcO) 2Hg (AcO) 2Hg
NBS
LiCl LiCl
nBuLi 1:1
nBuLi(2.2 eq. )
Figura 7 : Esquema de las vías empleadas en la litiación del ferroceno.
Su análisis espectroscópico de RMN de 1H revela la presencia de un
derivado monosustituido, ya que en la zona de ciclopentadienilos aparece
un sistema de pseudotripletes acoplados entre sí (sistema AA´BB´asignable
al anillo sustituido) junto con un singlete (anillo sin sustituir). El espectro
se adjunta en el apéndice de esta Memoria.
15
Asignación RMN-1H a
η5-C5H5
η 5-C5H4 Sistema AA´BB´
4.25 (s, 5H)
4.11 (2H), 4.48 (2H)
a. Espectro registrado en CD2Cl2.
Tabla 1 : Desplazamientos químicos en el espectro de RMN de 1H de
FcHgCl.
El siguiente paso consistía en la síntesis de bromoferroceno a
partir de cloromercuriferroceno, pero todos los intentos de llevarla a
cabo resultaron infructuosos. Por ello, se utilizaron únicamente las rutas
(ii) y (iii). La ruta (ii) consiste en una litiación directa del derivado
cloromercuriado por medio de una transmetalación,29 mientras que la
(iii) es una litiación directa del ferroceno con butillitio.26 Tras
diversos ensayos, se eligió la ruta (ii) que parecía ser un método de
litiación más eficaz. Se trató cloromercuriferroceno con un exceso denBuLi (2,2 equivalentes) en Et2O y posteriormente se añadió “in situ” 1,2-
dibromoetano sobre el precipitado marrón-anaranjado que se había
separado de la disolución (figura 8).
Br
BrBr
Fe Fe
HgCl
Fe
Li
nBuLi (2,2 eq)Et2O
Figura 8 : Reacción de 1,2-dibromoetano con ferrocenillitio.
El RMN de 1H del residuo muestra señales de tres complejos
metálicos diferentes, uno de los cuales es ferroceno. Tras purificación, se
logró aislar uno de ellos que se caracteriza por presentar un singlete a
3.99 ppm (5H) y dos grupos de señales centradas a 4.17 (2H) y 4 .35
16
ppm (2H) correspondientes a un sistema AA´BB´. En el espectro de
masas, el pico de mayor m/z aparece a 370, lo que juntamente con los
datos de RMN, parece indicar que se trata de diferroceno (figura 9). El
resto de picos fundamentales del espectro de masas se pueden interpretar
como resultado de la fragmentación de dicha molécula. El otro producto
obtenido en la reacción no ha podido ser caracterizado. Sin embargo, la
presencia de tres señales acopladas y con la misma integración en la zona
de ciclopentadienilo, parece indicar que se trata del resultado de una
disustitución.
FeFe
Figura 9 : diferroceno (m/z = 370)
Acilación con ClCOCH2Cl
Una vez agotada la primera ruta general de sustitución del
ferroceno, se estudió la posibilidad de llevar a cabo una reacción de
sustitución electrófila aromática. Sabiendo de antemano que la
alquilación de Friedel-Crafts no conduce al derivado deseado sino a 1,1-
diferroceniletano, se pensó en otra posible vía. La más razonable, en
cuanto al número de pasos se refiere, parecía ser la acilación de Friedel-
Crafts seguida de una reducción del carbonilo de la cadena, como se puede
ver en la figura 10.
X
O
X
n nFe FeFe
Ac. Friedel-Crafts Reducción
Figura 10 : Ruta de alquilación empleada en segundo término.
17
Eran varias las publicaciones que apuntaban a las acilaciones de
Friedel-Crafts seguidas de un paso reductor, como vías sintéticas de
haloalquilos de ferroceno. De todas ellas se siguió la que describía el
proceso con mayor claridad.12 En la primera de las reacciones se aciló el
ferroceno con cloruro de 2-cloroacetilo. El proceso de reacción se detalla
en la parte experimental de la Tesis de Licenciatura.
La reacción de acilación (figura 11) se realizó en proporción
1:1:1 de ferroceno/ AlCl3/ ClCOCH2Cl ya que un estudio realizado a
propósito de la selectividad y rendimientos en las acilaciones así lo
aconsejaba para obtener derivados monoacilados.32 De esta reacción y tras
llevar a sequedad, se obtuvo un residuo que contenía ferroceno sin
reaccionar, 2-cloroacetilferroceno (1) y acetilferroceno (2). Estos
dos últimos compuestos estaban en una proporción 70:30 (evidencia de
RMN de 1H), y se separaron entre sí y del ferroceno por cromatografía en
columna de gel de sílice. Es de destacar la obtención de 2, ya que en
ningún trabajo se ha descrito la presencia de tal tipo de producto
secundario. Formalmente, 2 proviene de la reducción del halógeno de 1,
el cual se encuentra en α respecto del carbonilo aromático. Aunque no
tenemos evidencia sobre el mecanismo de tal proceso, éste podría estar
asociado a un intercambio de H· por Cl· con el disolvente. También es
destacable que, contrariamente a lo descrito en la bibliografía para otras
reacciones de acilación,32 no se observó la aparición de ningún derivado
diacilado.O O
Cl
FeFe FeO
Cl
Friedel-Crafts
AlCl3
CH2Cl2, t.a.
Cl
1 2
+
70% 30%Figura 11 : Acilación con cloruro de 2-cloroacetilo.
18
Los compuestos 1 y 2 se caracterizaron mediante análisis
elemental y espectroscopía de infrarrojos, RMN de 1H y de13C{1H}.
Los resultados del análisis se encuentran impresos en la parte
experimental y los espectros completos de cada producto en el apéndice.
En el espectro de infrarrojos de 1 se puede destacar la presencia
de una banda intensa de tensión del doble enlace carbono-oxígeno del
carbonilo, a 1679 cm-1 en el 2-cloroacetilferroceno y a 1654 cm-1 en el
acetilferroceno. Además aparecen varias bandas en la zona de 1500-1300
cm-1 correspondientes a las vibraciones de tensión C-C de los anillos
aromáticos.
En los espectros de RMN de 1H de los derivados monosustituidos
de ferroceno que se describen en esta Memoria se distinguen dos tipos de
señales : las de los anillos ciclopentadienilo, que aparecen entre 4 y 5
ppm, y las de los sustituyentes alifáticos, que lo hacen entre 1.6 y 4 .4
ppm. El anillo no sustituido aparece como un singlete, mientras que el
anillo sustituido aparece como dos grupos de señales correspondientes a
un sistema AA´BB´. En los espectros de RMN de 13C{1H} se distinguen
también las zonas aromática (90-67 ppm), alifática (26-46 ppm) y
carbonílica (190-200 ppm).
En el espectro de RMN de 1H de 1, los hidrógenos alifáticos
aparecen como un singlete a 4.42 ppm. Este alto desplazamiento se
explica si se tiene en cuenta que están unidos al mismo carbono que el
cloro. El resto del espectro se corresponde con lo descrito anteriormente.
La asignación de las señales, así como su desplazamiento químico, se
recoge en la tabla 2.
19
Del espectro de 13C RMN del 2-cloroacetilferroceno (tabla 2
) hay que destacar el alto valor de desplazamiento químico del carbono
carbonílico (195.3 ppm). La señal alifática se encuentra a 45.9 ppm y
un estudio DEPT permitió asegurar que se trataba de un CH2.
Asignación RMN-1H (500 MHz) a
η5-C5H5
η 5-C5H4 Sistema AA´BB´
-CH2Cl
4.25 (s, 5H)
4.60 (2H), 4.84 (2H)
4.42 (s, 2H)
RMN-13C (500 MHz) a
η 5-C5H5
η 5-C5H4
-CO-
-CH2Cl
70.2
69.6, 73.0, 75.9 (ipso)
195.3
45.9a. Ambos espectros se registraron en CDCl3.
Tabla 2: Desplazamientos químicos en los espectros de RMN de 1H y 13C
de 2-cloroacetilferroceno(1).
El compuesto 2 se caracteriza por la presencia en el espectro de
RMN de 1H (tabla 3 ), junto con las señales de los anillos, de un singlete a
2.40 ppm que integra para 3 protones y que se asigna al grupo CH3. La
gran diferencia en el valor del desplazamiento químico con el compuesto
anterior, es prueba fehaciente de que los hidrógenos no se encuentran en
un carbono unido a halógeno.
Por su parte en el espectro de 13C (tabla 3 ), destaca también el
valor un tanto elevado del desplazamiento del carbono carbonílico (202.1
ppm). El carbono alifático desplazado a 27.4 ppm es primario (CH3),
según se deduce del espectro DEPT.
20
Asignación RMN-1H (500 MHz) a
η 5-C5H5
η 5-C5H4 Sistema AA´BB´
-CH3
4.21 (s, 5H)
4.51 (2H), 4.78 (2H)
2.40 (s, 3H)
RMN-13C (500 MHz) a
η 5-C5H5
η 5-C5H4
-CO-
-CH3
69.9
69.6, 72.3, 79.3(ipso)
202.1
27.4a. Espectros registrados en CDCl3
Tabla 3 : Desplazamientos químicos en los espectros de RMN de 1H y 13C
de acetilferroceno(2).
Reducción de 2-cloroacetilferroceno (1)
Una vez conseguido el compuesto 1, el siguiente objetivo era
intentar una reducción selectiva del carbonilo sin afectar al halógeno
terminal. El primer método ensayado fue una Reducción de
Clemensen.12 Para ello se preparó una amalgama de Zn, por reacción
de zinc con dicloruro de mercurio,33 a la cual se adicionó 1 en tolueno y
ácido clorhídrico (figura 12). Tras separación de la fase orgánica y
evaporación a sequedad del disolvente se obtuvo un aceite amarillo
O
Fe
Cl
Fe1) ZnHg
2) HCl/ H2O/ Tolueno
8
Figura 12 : Reducción de Clemensen de 2-cloroacetilferroceno.
21
El RMN de 1H (tabla 4 ) de dicho aceite muestra que se trata de
un único producto en el que se distinguen las resonancias típicas de los
anillos de un ferroceno monosustituido, un triplete a 1.18 ppm, que
integra para 3H, y un cuadruplete a 2.34 ppm, que integra para 2H. Los
desplazamientos y multiplicidad de estas resonancias son las esperables
para Etilferroceno (8).
Asignación RMN-1H (500 MHz) a
η5-C5H5
η 5-C5H4 Sistema AA´BB´
-CH2
-CH3
4.12 (s, 5H)
4.08 (2H), 4.11 (2H)
2.34 (c, 2H)
1.18 (t, 3H)a. Espectros registrados en CDCl3
Tabla 4 : Desplazamientos químicos en el espectro de RMN 1H de
etilferroceno(8).
De estos resultados se concluye que la reducción de Clemensen no
es un método apropiado para la reducción selectiva del grupo carbonilo en
1.
Evidentemente se debía encontrar otro método de reducción
menos agresivo que permitiera al halógeno seguir unido a la cadena
alquílica. Hemos conseguido la reducción selectiva del carbonilo mediante
el uso de LiAlH4 y AlCl3. Para ello, nos basamos en el procedimiento
descrito para la reducción selectiva de -COOH A -CH3 en
(C5H4COOH)(C5H4Br)Fe.31 Inicialmente realizamos la reacción a 0ºC
durante 16 horas.25 Los resultados de este experimento fueron
medianamente satisfactorios. En el RMN de 1H del producto bruto de la
reacción se observaban las señales del producto de reducción deseado 5
junto con producto de partida sin reaccionar. Se propuso entonces un
22
cambio en las condiciones experimentales, aumentando la temperatura y el
tiempo de reacción. Manteniendo la reacción a temperatura ambiente
durante un día, en el RMN de 1H del producto bruto, un sólido
anaranjado, aparecen las señales de 5, prácticamente puro y sin resto de
producto de partida (figura 13).
O
Fe
Cl
5
FeLiAlH4, AlCl3
Cl
Et2O, 24 h., t.a.
Figura 13 : Reacción de desoxigenación reductiva de 1.
Las señales de los hidrógenos alifáticos de 5 aparecen como
tripletes a 2.81 y 3.59 ppm en CDCl3 e integran para el mismo valor
(2H). Tanto en CDCl3 como en C6D6, la señal del anillo no sustituido se
solapa con uno de los dos grupos de resonancias del anillo sustituido,
aunque el conjunto integra correctamente para 9H. Sus desplazamientos
químicos se recogen en la tabla 5.
En el espectro de RMN de 13C (tabla 5 ) se pueden ver
claramente las dos señales de los carbonos alifáticos que aparecen a 33.4
y 44.6 ppm respectivamente. La asignación que aparece en la tabla de
cada uno de los carbonos anteriores se ha realizado atendiendo a la
electronegatividad del cloro y de acuerdo a los datos recogidos en tablas
de RMN de compuestos orgánicos.33 Otro dato de interés es la aparición
del Cipso del anillo a campo anormalmente bajo (84.6 ppm) y
significativamente separado de los otros carbonos aromáticos (esta
situación se repite en el resto de espectros de los compuestos reducidos).
23
Asignación RMN-1H (C6D 6) a RMN-1H (CDCl3)
a
η5-C5H5
η 5-C5H4
Cp-CH2-
-CH2Cl
} 3.81 (2H), 3.89 (7H)
2.46 (t, 3J=7.3, 2H)
3.23 (t, 3J=7.3, 2H)
} 4.10 (2H), 4.12 (7H)
2.81 (t, 3J=7.7, 2H)
3.59 (t, 3J=7.7, 2H)
RMN-13C (CDCl3) a
η 5-C5H5
η 5-C5H4
-Cp-CH2-
-CH2Cl
68.7
68.4, 68.6, 84.6(ipso)
33.4
44.6a. Todos los espectros se han registrado en un aparato de 300 MHz.
Tabla 5 : Desplazamientos químicos en los espectros de RMN de 1H y 13C
de 2-cloroetilferroceno(5).
La desaparición del carbonilo es corroborada por la ausencia de
absorción ν(CO) en el espectro de infrarrojo.
Una vez comprobado el resultado satisfactorio de la reacción de
reducción, se había llegado a un método general de preparación de los
derivados buscados. En primer lugar se acila el ferroceno con una
reacción de acilación de Friedel-Crafts, reduciendo posteriormente el
carbonilo con una mezcla de AlCl3/LiAlH4 en exceso.
Acilación con BrCOCH2Br
Hasta ahora hemos explicado los resultados obtenidos con
cloroderivados. Éstos presentan la ventaja (en las reacciones descritas) de
que la reactividad del enlace C-Cl es menor. Sin embargo, esta
característica se traduce también en una peor fijación sobre el soporte
polimérico. Por ello nos propusimos preparar 2-bromoacetilferro-
ceno. Este producto cumpliría mejor el objetivo del trabajo ya que, en
24
general, los derivados de ferroceno que contienen bromo como
intermedio en la unión covalente con los polímeros orgánicos conducen a
la formación de enlaces termodinámica y cinéticamente más favorables.
El método empleado en la acetilación fue semejante al anterior.
Se mantuvo la relación entre el acilo (bromuro de 2-bromoacetilo),
ferroceno y AlCl3. Tras la purificación por cromatografía en gel de sílice
se obtuvo de nuevo una mezcla de dos productos : 2 -
bromoacetilferroceno (3) y acetilferroceno (2) (figura 14).
O O
Br
FeFe FeO
Br
Friedel-CraftsAlCl3
CH2Cl2, t.a.
Br
3 2
+
40% 60%
Figura 14: Reacción de acilación con bromuro de 2-bromoacetilo.
Contrariamente a lo observado en la preparación del
cloroderivado, el espectro de RMN de 1H del producto bruto de la
reacción muestra que en este caso el acetilferroceno es el producto
mayoritario, siendo la proporción aproximada de 60:40. Este hecho
empeora aun más los rendimientos en el compuesto deseado 3 (7%).
Se intentó mejorar el rendimiento en la preparación de 3utilizando cloruro de 2-bromoacetilo en sustitución del bromuro, ya
que probablemente el cloruro formaría mejor el aducto de Friedel-Crafts
en la misma situación. Sin embargo, los rendimientos derivados de esta
nueva síntesis no sólo no mejoraron sino que fueron menores a los ya
obtenidos (4%). El único cambio apreciable se produjo en la proporción
acetilferroceno/2-bromoacetilferroceno que fue de 50:50. La descripción
completa de esta acilación se encuentra recogida en la parte experimental.
25
Se realizó una caracterización completa del nuevo producto
sintetizado incluyendo análisis elemental y espectros de RMN de 1H y13C e infrarrojo. Los resultados del análisis se adjuntan en la parte
experimental. Lo más importante del espectro de infrarrojo es la
aparición de la banda de tensión del doble enlace carbono-oxígeno del
carbonilo a 1675 cm-1.
El espectro de RMN de 1H del derivado bromado 3 es muy
similar al análogo clorado 2, siendo la diferencia más apreciable el
desplazamiento químico del hidrógeno alifático que es menor en 3 (4.19ppm), que en 2 (4.42 ppm), tal como es esperable por la menor
electronegatividad del bromo. Los valores del desplazamiento químico del
resto de señales se recogen en la tabla 6.
En cuanto al espectro de RMN de 13C (tabla 6 ) de nuevo destacó
el valor de la señal del carbono carbonílico desplazado a 195.5 ppm, en
la línea de los observados en los espectros anteriores. El carbono alifático
aparece a 31.5 ppm un valor de campo más alto que en 1.
Asignación RMN-1H (300 MHz) a
η5-C5H5
η 5-C5H4 Sistema AA´BB´
-CH2Br
4.25 (s, 5H)
4.60 (2H), 4.85 (2H)
4.19 (s, 2H)
RMN-13C (300 MHz) a
η 5-C5H5
η 5-C5H4
-CO-
-CH2Br
70.2
69.9, 73.1, 76.0 (ipso)
195.5
31.5a. Espectros registrados en CDCl3.
Tabla 6 : Desplazamientos químicos en los espectros de RMN de 1H y 13C
de 2-bromoacetilferroceno(3).
26
Reducción de 2-bromoacetilferroceno(3)
La reducción de 3 se llevó a cabo en condiciones similares a las de 1, tal
como se describe en la parte experimental, obteniéndose el bromoalquilo
6 como un sólido pulverulento de color anaranjado.
O
Fe
Br
6
FeLiAlH4, AlCl3
Br
Et2O, 24 h., t.a.
Figura 15 : Desoxigenación reductiva de 2-bromoacetilferroceno.
El complejo 6 se caracterizó por análisis elemental de C,H y
espectroscopía de infrarrojo y RMN de 1H y 13C. El resultado del
análisis elemental se adjunta en la parte experimental. Del estudio de
infrarrojo se puede destacar la desaparición de la banda de tensión
carbono-oxígeno.
En el espectro de RMN de 1H (tabla 7 ) en CDCl3 se puede ver
la aparición de dos tripletes a 2.91 y 3.44 ppm que corresponden a los
dos metilenos acoplados entre sí. La zona aromática integra para 9H pero
la señal del anillo no sustituido se solapa con la del que no lo está. Sin
embargo, en C6D6 las señales aparecen perfectamente resueltas (tabla 7 ).
En cuanto al espectro de 13C, se puede observar la aparición de 2 señales
en la zona de carbonos alifáticos a 32.4 y 33.8 ppm. Como en el
espectro de 2-cloroetilferroceno, el carbono ipso del ciclopentadienilo
sustituido aparece a campo más bajo que el resto de carbonos aromáticos.
La asignación completa de señales se recoge en la tabla 7.
27
Asignación RMN-1H (C6D 6)a RMN1H (CDCl3)
a
η5-C5H5
η 5-C5H4
Cp-CH2
-CH2Br
3.84 (s, 5H)
3.74 (2H), 3.82 (2H)
2.51 (t, 3J=7.8, 2H)
3.02 (t, 3J=7.8, 2H)
} 4.11 (2H), 4.13 (7H)2.91 (t, 3J=7.7, 2H)
3.44 (t, 3J=7.7, 2H)
RMN-13C (C6D6)a
η 5-C5H5
η 5-C5H4
-Cp-CH2-
-CH2Br
68.9
68.5, 68.7, 85.6 (ipso)
32.4
33.8
a. Todos los espectros se han registrado en un aparato de 300 MHz.
Tabla 7 : Desplazamientos químicos del 2-bromoetilferroceno(6) en los
espectros de RMN de 1H y 13C.
Acilación con ClCO(CH2)3Br
Una vez se habían conseguido sendos compuestos de cadena corta
con Br y Cl como halógenos terminales de la cadena, el siguiente objetivo
era la obtención de un compuesto de cadena media, es decir con 4
carbonos en la cadena y un bromo al final de la misma. Siguiendo el
procedimiento anteriormente señalado se aciló el ferroceno con cloruro
de 4-bromobutirilo (figura 16). De esta forma se obtuvo 4 -bromobutirilferroceno (4) en forma de cristales rojizos que fue
caracterizado de la forma habitual.
O
Br
O
BrCl
FeFe
CH2Cl2, t.a.
Friedel-Crafts AlCl 3
4
Figura 16 : Acilación de Friedel-Crafts con cloruro de 4-bromoacetilo.
28
El análisis elemental se encuentra recogido en la parte
experimental. En cuanto al espectro de infrarrojo, lo más destacable es la
banda de tensión del doble enlace carbono-oxígeno, que aparece a 1663
cm-1. Llegados a este punto, se puede justificar la variación que sufre la
longitud de onda de la banda de absorción del carbonilo al pasar de 1 a 4.
En la tabla 8 están recogidos los valores encontrados ordenados de menor
a mayor número de onda.
Tabla 8 : Estudio comparativo de la banda n(CO) de 1, 2, 3 y 4.
La zona de absorción ν(CO) en cetonas alifáticas (1705-1725 cm–
1) se desplaza a números de onda menores en arilcetonas (1680-1700
cm-1). Obsérvese que en ferrocenilcetonas el descenso es todavía más
acentuado y las absorciones para 1-4 aparecen entre 1654 y 1679 cm-1.
Por otra parte, se observa que sustituyentes electronegativos en una
cetona, desplazan la banda n(CO) a mayores número de onda.34 Esta regla
parece seguirse también para 1-4, siendo absolutamente clara para la serie
CH3, CH2Br y CH2Cl.
Los espectros de RMN de 1H y 13C (tabla 9 ) confirman la
estructura propuesta para 4. Del espectro de 1H RMN lo más destacable
es la presencia de tres grupos de señales en la zona alifática
correspondientes a los tres tipos de protones metilénicos. Se pueden
distinguir perfectamente en base a los desplazamientos químicos y a la
multiplicidad de las señales. La desplazada a campo más bajo (3.58 ppm)
R
O
Fe
R ν(CO) (cm-1)
CH3 1654
CH2CH2CH2CH2Br 1663
CH2Br 1675
CH2Cl 1679
29
aparece como un triplete y se asigna a los hidrógenos unidos al carbono
que soporta también el bromo. A 2.94 ppm aparece otro triplete que se
asigna al CH2 unido al carbonilo y por último a 2.27 ppm un triplete de
tripletes correspondiente al metileno intermedio.
Con respecto al 13C RMN (tabla 9 ) las tres señales de los
carbonos alifáticos aparecen a 37.2 , 26.9 y 33.9 ppm. El carbono
carbonílico aparece a 202.9 ppm, siguiendo la línea de lo ya comentado
para 2-cloroacetil y 2-bromoacetilferroceno.
Asignación RMN-1H
η 5-C5H5
η5-C5H4 Sistema AA´BB´
-CO-CH2-
-CH2-CH2Br
-CH2Br
4.22 (s, 5H)
4.52 (2H), 4.81 (2H)
2.94 (t, 3J=6.6, 2H)
2.27 (tt, 3J≈6.4, 2H)
3.58 (t, 3J=6.2, 2H)
RMN-13C
η 5-C5H5
η 5-C5H4
-CO-
-CO-CH2-
-CH2-CH2Br
-CH2Br
69.8
69.3, 72.3, 78.8 (ipso)
202.9
33.9
26.9
37.2
a. Todos los espectros se han registrado en CDCl3 en un aparato de 300 MHz.
Tabla 9 : Desplazamientos químicos en los espectros de RMN de 1H y 13C
para el 4-bromobutirilferroceno(4).
30
Reducción de 4-bromobutirilferroceno (4)
Por reducción de 4 con LiAlH4 y AlCl3, siguiendo el
procedimiento experimental ya descrito, se obtuvo un producto aceitoso
color marrón amarillento oscuro (figura 17).
O
Br
Fe
Br
FeLiAlH4, AlCl3
Et2O, 24 h., t.a.
7
Figura 17 : Desoxigenación reductiva de 4 con LiAlH4/ AlCl3.
El resultado del análisis elemental se encuentra recogido en la
parte experimental. En el infrarrojo no se observa ninguna banda
asignable a carbonilo.
Si se compara el espectro de RMN de 1H de 7 en CDCl3 con el
del carbonilo de partida 4 en el mismo disolvente, se observa un triplete a
2.36 ppm correspondiente a los protones del carbono reducido y el
desplazamiento a campo más alto (1.66 ppm) del metileno vecino, el
cual, además, aumenta su multiplicidad por acoplamiento con el anterior.
Las otras 2 señales mantienen a grosso modo su desplazamiento, y
presentan la misma multiplicidad, lo que demuestra que el bromo sigue
presente al final de la cadena. En CDCl3, pero no en C6D6, las señales del
anillo sustituido aparecen como un singlete, debido a una casual isocromía
de los protones A y B. La asignación completa de señales se encuentra
recogida en la tabla 10 y el espectro en el apéndice de la memoria.
31
El espectro de RMN de 13C (tabla 10 ) es tan concluyente como
el de 1H. No aparece ya la señal del carbono carbonílico y al mismo
tiempo, aparece una nueva señal de carbono en la zona alifática. La
asignación de las señales en la zona alifática no es fácil y se ha realizado
por comparación con el espectro de 4. El espectro completo se adjunta en
el apéndice.
Asignación RMN-1H (C6D 6)a RMN-1H (CDCl3)
a
η5-C5H5
η 5-C5H4
Cp-CH2
Cp-CH2-CH2-
-CH2-CH2Br
-CH2Br
3.96 (s, 5H)
3.84 (2H), 3.89 (2H)
2.00 (t, 3J=7.5, 2H)
1.35 (tt, 3J≈7.5, 2H)
1.48 (tt, 3J≈7.1, 2H)
2.89 (t, 3J=6.6, 2H)
4.10 (5H)
4.05 (4H)
2.36 (t, 3J=7.7, 2H)
1.66 (tt, 3J≈7.7, 2H)
1.89 (tt, 3J≈7.3, 2H)
3.42 (t, 3J=6.7, 2H)
RMN-13C (C6D6)a
η 5-C5H5
η 5-C5H4
-Cp-CH2-
-CH2-CH2-
-CH2-CH2Br
-CH2Br
68.9
67.6, 68.3, 88.6 (ipso)
32.7
28.8
29.7
33.5a. Todos los espectros se han registrado en un aparato de 300 MHz.
Tabla 10 : Desplazamientos químicos de RMN de 1H y 13C en el 4-
bromobutilferroceno.
Los productos caracterizados en la presente Tesis de Licenciatura
presentan una gran solubilidad en todos los disolventes orgánicos
comunes, con excepción del hexano, en el que son medianamente solubles.
Son bastantes estables en contacto con el aire y a temperatura ambiente.
Sólo los compuestos 4 y 7 presentan una relativa inestabilidad
fotoquímica, polimerizando si son expuestos durante un largo tiempo a la
luz.
32
Intento de acetilación de ferrocenillitio
Las síntesis descritas hasta el momento cumplen con el objetivo
de producir los derivados propuestos al iniciar este trabajo. Sin embargo,
las reacciones de acilación, especialmente la de síntesis del 2-
bromoacetilferroceno(3), tienen bajos rendimientos. Para intentar
mejorarlos, probamos a realizar la acilación con cloruro de 2-
bromoacetilo sobre ferrocenilitio en lugar de sobre ferroceno. Este tipo
de reacción se ha utilizado en la acetilación de (C5H4Br)(C5H4Li)Fe con
cloruro de tosilo.31
Como los métodos de litiación ensayados previamente habían sido
poco fructíferos, se intentó uno nuevo que proponía la litiación directa de
ferroceno con nBuLi en una proporción 1:3 durante 6 horas,
manteniendo la temperatura a 0ºC durante 2 horas y a temperatura
ambiente durante otras 4.27 El esquema de reacción completo se presenta
en la figura 18.
Fe Fe
O
BrLi
ClCOCH 2BrFe
nBuLi 1:3
0ºC 2 h, t.a. 4 hEt2O
Et2O, 24 h
3
Figura 18 : Esquema propuesto para acilar ferrocenillitio.
Sobre una suspensión que contenía el producto de la litiación en
Et2O se adicionó cloruro de 2-bromoacetilo también disuelto en dicho
disolvente. Todas las fracciones obtenidas fueron estudiadas por RMN de1H no encontrándose en ninguno de ellos ni siquiera trazas de 3. Creemos
que el fracaso de todas las reacciones en las que hemos supuestamente
33
utilizado ferrocenillito puede deberse, al menos parcialmente, a la
dificultad que entraña la preparación de éste, a pesar de lo citado en la
bibliografía.
De hecho, una Tesis Doctoral reciente,35 recoge un estudio sobre
la síntesis de monolitioferroceno. En ella se señala la dificultad de su
obtención y separación de dilitioferroceno y las condiciones tan especiales
que son necesarias para que los rendimientos de dicho producto sean
apreciables, quedando de manifiesto la poca fiabilidad de gran parte de la
literatura publicada. Sin embargo, hay que matizar que en casi todas las
publicaciones encontradas, el producto final estudiado y sobre el que se
realiza el cálculo del rendimiento es el ácido ferrocenocarboxílico, que es
obtenido por una carbonatación directa del ferrocenillitio en el medio de
reacción.
III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
36
1. Condiciones generales de trabajo.
Una parte de las experiencias y preparaciones descritas a
continuación, se han realizado bajo atmósfera inerte de argón, con el
empleo de técnicas de schlenk y línea de vacío-argón. Con las sustancias
más estables y sobre todo en las extraciones con embudo de decantación se
ha trabajado al aire.
En cuanto a los disolventes orgánicos empleados, se han
purificado y secado por los métodos sugeridos en la bibliografía,36
siempre bajo atmósfera de argón. A continuación se citan los disolventes
empleados con el agente desecante correspondiente.
DISOLVENTE AGENTE DESECANTE
Tolueno NaHexano Na/KTHF Na/BenzofenonaDiclorometano Pentóxido de fósforoÉter etílico Na/Benzofenona
Por otra parte, los reactivos comerciales empleados en las síntesis
descritas han sido los siguientes :
REACTIVO REFERENCIA
Ferroceno AldrichClCOCH2Cl Fluka ChemikaBrCOCH2Br Fluka ChemikaClCOCH2Br Fluka ChemikaClCO(CH2)3Br Fluka ChemikaLiAlH4 Fluka ChemikaAlCl3 Fluka ChemikaZn(polvo) Panreac
37
2. Técnicas estructurales y de análisis.
A. ANÁLISIS ELEMENTAL .
Los análisis de C e H se han realizado con los microanalizadores
Perkin-Elmer 240-C y Heraeus CHN-O-RAPID. Los datos analíticos de
cada uno de los productos sintetizados se incluyen tras la descripción de
cada preparación.
B. ESPECTROSCOPÍA DE RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR.
Los espectros de RMN de 1H y 13C se han registrado en los
espectrómetros Varian Unity-300 y Varian Unity-500 Plus. Los
desplazamientos se dan en ppm, usando TMS como referencia interna. Las
constantes de acoplamiento se dan en Hz. Los espectros se muestran en el
apéndice.
C. ESPECTROSCOPÍA DE INFRARROJO.
Los espectros de IR se han registrado en un espectrofotómetro
Perkin-Elmer 883 en pastillas de KBr para los productos sólidos y entre
ventanas de CsI los aceitosos. Algunos espectros se adjuntan en el
apéndice.
D. ESPECTROMETRÍA DE MASAS.
Los espectros se han registrado en un espectrómetro Hewlett-
Packard 5988A bajo la técnica de impacto electrónico (IE) con una
energía de ionización de 70 eV, en un rango de 50-1000 m/e.
38
3. Preparación de los derivados acilados y alquilados de
ferroceno.
A. DERIVADOS ACILADOS.
1. Acilación con cloruro de 2-cloroacetilo :
O O
Cl
FeFe FeO
Cl
Friedel-Crafts
AlCl3
CH2Cl2, t.a.
Cl
1 2
+
A 0ºC se disuelven en CH2Cl2 (50 ml) bajo argón ClCOCH2Cl
(1,30 ml, 16,3 mmol) y AlCl3 (2,18 g, 16,3 mmol). La disolución se agita
durante aproximadamente una hora, al cabo de la cual se adiciona gota a
gota sobre otra que contiene ferroceno (3,03 g, 16,3 mmol) en CH2Cl2 (50
ml). Una vez completada la adición se mantiene la agitación durante 24 h
a temperatura ambiente. Transcurrido este periodo, se añade con agitación
vigorosa H2O (25 ml) también gota a gota para elaborar la reacción. La
fuerte agitación se mantiene durante media hora para que se mezclen bien
ambas capas. La capa orgánica refluye adquiriendo un tono pardoso,
mientras que la acuosa toma tonalidad azulada.
Finalizado este tiempo se llevan ambas fases un embudo de
decantación. Se separa la capa acuosa y se continúa el lavado de la capa
orgánica con H20 hasta que el pH del agua de lavado sea neutro. Para
evitar la formación de emulsiones que dificultan la separación de la fase
orgánica y la acuosa, es conveniente lavar con una mezcla de agua líquida
y hielo. La fase orgánica se seca sobre MgSO4 anhidro, se filtra y se lleva
a sequedad.
39
El residuo, de aspecto gomoso y color negro, se cromatografía
sobre una columna de gel de sílice con una disolución de Hexano/Acetato
de Etilo (100:10). Se separan así tres fracciones. La primera, de color
naranja, contiene ferroceno sin reaccionar (0,70 g, 3,76 mmol), la
segunda de color rosa intenso, contiene 1, y la tercera, el producto
secundario de reacción 2 (0,30 g, 1,31 mmol).
La segunda fracción se evapora a sequedad y se lava con hexano.
El compuesto 1 se obtiene en forma de cristales color rosa intenso (0,50
g, 12 %) que en otras ocasiones también cristalizó como agujas agrupadas
de forma lanosa, adquiriendo un color más anaranjado.
ANÁLISIS ELEMENTAL (1) : Teórico ( %C 54,9, % H 4,2)
Experimental (%C 55,2, %H 4,2)
ANÁLISIS ELEMENTAL (2): Teórico ( %C 63,2, % H 5,3)
Experimental (%C 62,3, %H 5,3)
2. Acilación con bromuro de 2-bromoacetilo :
O O
Br
FeFe FeO
Br
Friedel-CraftsAlCl3
CH2Cl2, t.a.
Br
3 2
+
A 0ºC y bajo atmósfera de argón se disuelven en CH2Cl2 (50 ml)
BrCOCH2Br (1,87 ml, 21,5 mmol) y AlCl3 (2,87 g, 21,5 mmol)
formándose una disolución de color amarillo pálido (≈ 1 h).
40
Transcurrido este tiempo, la disolución anterior se adiciona gota
a gota sobre otra disolución de ferroceno (4,00 g, 21,5 mmol) en CH2Cl2
(50 ml). Se deja reaccionar durante un día a temperatura ambiente. Para
elaborar la reacción se añade H2O (25 ml) gota a gota, previo aumento de
la agitación, comprobando cómo refluye la capa orgánica por el aumento
de la temperatura en el interior del Schlenk.
Transcurridos unos minutos se lleva el contenido del Schlenk a
un embudo de decantación. Se separa la capa acuosa y se continúa el
lavado de la capa orgánica con H20 hasta que el pH del agua de lavado sea
neutro siguiendo el procedimiento explicado en la reacción anterior.
La fase orgánica se seca sobre MgSO4 anhidro, se filtra y se
evapora a a sequedad. El residuo pegajoso y de color marrón muy oscuro
se cromatografía en columna de gel de sílice con una disolución de
Hexano/Acetato de Etilo (100:10). La primera banda (color naranja)
contiene ferroceno sin reaccionar (0,48 g, 2,60 mmol); la segunda banda
(color rosa fuerte) corresponde al producto deseado 3; en último término
se recoge también acetilferroceno 2 (banda de color también rosa fuerte),
que constituye en este caso el producto principal de la reacción (0,53 g,
2,33 mmol).
La segunda fracción se lleva a sequedad se lava con hexano
obteniendo unos cristales rosa oscuro y de elevada pureza (0,44 g, 7 %).
ANÁLISIS ELEMENTAL : Teórico ( %C 47,0, % H 3,6)
Experimental (%C 47,3, %H 3,7)
41
3. Acilación con cloruro de 2-bromoacetilo :
O O
Br
FeFe FeO
Br
Friedel-Crafts
AlCl3
CH 2Cl2, t.a.
Cl
3 2
+
A 0ºC bajo argón se disuelve ClCOCH2Br (1,40 ml, 16,1 mmol)
en CH2Cl2 (40 ml). Seguidamente, se adiciona AlCl3 (2,15 g, 16,1 mmol) y
la mezcla se agita durante una hora adicionándose después gota a gota
sobre otra disolución que contiene ferroceno (3,00 g, 16,1 mmol) en
CH2Cl2 (40 ml). Se deja reaccionar durante 5 horas y transcurrido este
periodo, se añade H2O (20 ml), gota a gota, para elaborar la reacción.
Mientras se mantiene una fuerte agitación, la fase orgánica refluye y
adquiere un tono pardoso. Ambas capas se llevan a un embudo de
decantación, donde se separa la capa acuosa y se continúa el lavado de la
capa orgánica con una mezcla de agua líquida y hielo hasta que el pH del
agua de lavado sea neutro.
La fase orgánica se seca sobre MgSO4 anhidro, se filtra y se seca
a vacío. El residuo gomoso se cromatografía sobre una columna de gel de
sílice con una disolución de Hexano/Acetato de Etilo (100:10). Se separan
de esta manera tres fracciones. La primera, de color naranja, contiene
ferroceno sin reaccionar (0,40 g, 2,17 mmol), la segunda de color rosa
fuerte, contiene 1, y la tercera, el producto secundario de reacción 2
(0,25 g, 1,09 mmol).
La evaporación a vacío de la fracción que contiene el producto deseado y
su posterior lavado con hexano conduce a unos cristales rojizos (0,20 g, 4
%).
42
4. Acilación con cloruro de 4-bromobutirilo.
O
Br
O
BrCl
FeFe
CH2Cl2, t.a.
Friedel-Crafts AlCl 3
4
Se prepara una disolución bajo atmósfera de argón que contiene
ClCO(CH2)3Br (2,00 ml, 6,75mmol) y AlCl3 (0,90 g, 6,8 mmol) en CHCl2
(20 ml). Esta disolución se adiciona gota a gota sobre otra de ferroceno
(1,26 g, 6,8 mmol) en CH2Cl2 (20 ml). Se mantiene la agitación durante 4
h a temperatura ambiente. Transcurrido este periodo se añade H2O (10
ml) también gota a gota para elaborar la reacción. La agitación se
continúa durante más o menos 10 minutos en los que la capa orgánica
refluye, adquiriendo un tono pardoso. Ambas capas se llevan a un embudo
de decantación, donde se separa la capa acuosa y se continúa el lavado de
la capa orgánica con una mezcla de agua líquida y hielo hasta que el pH
del agua de lavado sea neutro.
La fase orgánica se seca sobre MgSO4 anhidro, se filtra y se lleva
a sequedad, obteniéndose un residuo de aspecto gomoso, color parduzco-
rojizo y olor desagradable. Este residuo contiene 4 ligeramente
impurificado con ácido 4-bromobutírico y con cloruro de 4-
bromobutirilo. Dicho residuo se lava varias veces con hexano, se filtra y
se seca a vacío. De esta manera se obtiene el producto 4 (1,15 g, 51 %)
con un gran grado de pureza bien en forma de aceite denso y rojizo o en
forma pulverulenta dependiendo de cómo sea la evaporación.
43
Se puede obtener 4 como cristales rojizos por recristalización,
disolviéndolo en hexano y enfriando a -40 ºC durante unos días (0,35 g,
15,5 %).
ANÁLISIS ELEMENTAL : Teórico (%C 50,2, % H 4,5)
Experimental (%C 50,4, %H 4,5)
B. DERIVADOS ALQUILADOS.
1. Reducción de Clemensen de 1 :
O
Fe
Cl
Fe1) ZnHg
2) HCl/ H2O/ Tolueno
8
En primer lugar se prepara la amalgama de Zn por reacción de
Zn en polvo (3,00 g, 46,0 mmol) y HgCl2 (0,20 g, 0,74 mmol) en una
mezcla de ácido clorhídrico concentrado al 35% (0,14 ml) y H2O (3,5
ml). Transcurridos 5 minutos, se añade sobre ella FcCOCH2Cl (0,30 g,
1,14 mmol) y seguidamente ácido clorhídrico concentrado al 35% (8,6
ml), tolueno (13 ml) y H2O (10 ml). La mezcla se refluye durante un día,
periodo en el que se añade dos veces ácido clorhídrico concentrado al
35% (5 ml).
Se retira la fase acuosa, y la fase orgánica se lava varias veces
con H2O. Finalmente, el disolvente se evapora hasta sequedad y el residuo
se lava con hexano, obteniéndose un aceite de color amarillo que se
caracteriza por RMN de 1H como Etilferroceno.
44
2. Desoxigenación reductiva de 1 con LiAlH4 / AlCl3 :
O
Fe
Cl
5
FeLiAlH4, AlCl3
Cl
Et2O, 24 h., t.a.
El compuesto 1 (0,40 g, 1,53 mmol), se disuelve en Et2O seco
(30 ml) y con agitación se adiciona AlCl3 (0,30 g, 2,24 mmol).
Transcurridos unos minutos se adiciona LiAlH4 (0,10 g, 2,24 mmol) y se
agita vigorosamente hasta que el color cambia de púrpura a amarillo. Se
mantiene la agitación durante 24 h. Una vez transcurrido este tiempo se
añaden unos trocitos de hielo y una vez cesa el burbujeo de H2, se adiciona
H2O (15 ml). La mezcla se lleva a un embudo de decantación, donde la
fase acuosa ocupa la parte inferior dejando a la fase etérea la superior. Se
lavan ambas fases con CH2Cl2 (30 ml), con lo que la fase orgánica que hay
pasa a ocupar la parte inferior del embudo de decantación. Ésta se separa,
se seca sobre Na2SO4 anhidro y se filtra.
La disolución se evapora a sequedad obteniéndose un sólido
naranja ligeramente aceitoso, que se lava con hexano, se filtra y se seca a
vacío. Así se obtiene 5 (0,38 g, 47,4%) como un sólido anaranjado
pulvurulento que oscurece con el paso del tiempo.
ANÁLISIS ELEMENTAL : Teórico (%C 57,9, % H 5,3)
Experimental (%C 57,1, %H 5,8)
45
3. Desoxigenación reductiva de 3 con LiAlH4/ AlCl3 :
O
Fe
Br
6
FeLiAlH4, AlCl3
Br
Et2O, 24 h., t.a.
A una disolución de 3 (0,50 g, 1,63 mmol) en Et2O (35 ml), se
añade AlCl3 (0,2 g, 2,45 mmol), con lo que vira a color púrpura. Después
se adiciona LiAlH4 (0,06 g, 2,45 mmol) con fuerte agitación. La
disolución naranja se agita durante un día. Se añade hielo y cuando cese el
desprendimiento de H2, H2O (17 ml). La mezcla se lleva a un embudo de
decantación, donde la fase acuosa ocupa la parte inferior dejando a la fase
etérea la superior. Se lavan ambas fases con CH2Cl2 (35 ml), con lo que la
fase orgánica pasa a ocupar la parte inferior del embudo de decantación.
Ésta se separa, se seca sobre Na2SO4 anhidro y se filtra.
La disolución se evapora a vacío hasta sequedad, obteniéndose un
sólido amarillo aceitoso que se recristaliza extrayendo con hexano,
concentrando y enfriando a -40ºC. De esta manera se obtiene 6 (0,3 g,
62,8 %).
ANÁLISIS ELEMENTAL : Teórico (%C 49,1, % H 4,5)
Experimental (%C 51,1, %H 4,9)
46
4. Desoxigenación reductiva de 4 con LiAlH4/ AlCl3 :
O
Br
Fe
Br
FeLiAlH4, AlCl3
Et2O, 24 h., t.a.
7
A una disolución en Et2O seco (60 ml) de 4 (1,00 g, 3,00 mmol)
bajo atmósfera de argón, se añaden el AlCl3 (0,60 g, 4,50 mmol) y LiAlH4
(0,20 g, 4,50 mmol). Con la adición de este último es conveniente un
aumento de la agitación hasta que el color de la disolución cambie a
amarillo-anaranjado. ¡ Atención !, se produce una reacción exotérmica un
tanto brusca. La mezcla se agita durante 24 horas. Seguidamente se añade
hielo y, cuando cesa la efervescencia (desprendimiento de H2), H2O (30
ml). Se adiciona CH2Cl2 (60 ml) y se separa la fase orgánica de la acuosa.
Una vez finalizada la separación se seca la fase orgánica sobre Na2SO4
anhidro y posteriormente se filtra con un filtro de pliegues sobre un
Schlenk.
La disolución se lleva a sequedad obteniéndose un aceite marrón-
anaranjado que se lava, se filtra y se seca a vacío. De esta manera se
obtiene 7 como un aceite marrón claro (0,56 g, 58%).
ANÁLISIS ELEMENTAL : Teórico (%C 52,4, % H 5,3)
Experimental (%C 52,5, %H 5,6)
IV. CONCLUSIONES
51
1. Se han sintetizado una serie de cloro- y bromo- alquilferrocenos a
partir de ferroceno, en dos etapas : acilación de Friedel-Crafts
del ciclopentadienilo con un haluro de alcanoilo, seguido de
reducción completa del grupo carbonilo.
2. La etapa de reducción del carbonilo no es selectiva si se lleva a cabo
empleando las condiciones de Clemensen, ya que se produce la
reducción simultánea del enlace C-halógeno. En cambio, el LiAlH4
permite unas condiciones más suaves y una casi total selectividad de
la reducción.
3. Los rendimientos de las reacciones ensayadas resultan aceptables
desde el punto de vista sintético, excepto en el caso de la etapa de
acilación cuando el número de carbonos es dos. Además, en este caso,
se obtiene no sólo el producto deseado sino también acetilferroceno,
resultado de la reducción del enlace C-halógeno en α al carbonilo.
Esta reducción no se observa cuando la cadena carbonada es más
larga.
4. Las reacciones de litiación de ferroceno no transcurren de una
manera tan trivial como se sugiere en la bibliografía consultada, ya
que por ninguna de las posibles rutas se obtuvieron resultados
satisfactorios. La obtención del derivado monolitiado implica unas
condiciones muy específicas y además la reactividad de ferrocenillitio
está supeditada a la naturaleza del agente al que se enfrente.
5. Todos los productos sintetizados fueron caracterizados
adecuadamente mediante análisis elemental de C,H, espectroscopía
infrarroja y RMN de 1H y 13C{1H}. La espectroscopía infrarroja
fue útil sobre todo para detectar la presencia del carbonilo. Los
52
espectros de RMN de 1H y 13C{1H} fueron fundamentales para
identificar los productos de reacción, así como su pureza.
V. BIBLIOGRAFÍA
55
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