Sílices mesoporosas como nanocatalizadores activos en la síntesis de sistemas heterocíclicos con propiedades terapéuticas

Resumen

La catálisis juega un papel fundamental en el desarrollo de nuevos procesos sostenibles. El uso de catalizadores en procesos químicos de interés no sólo reduce el impacto medioambiental, desde un punto de vista tanto energético como de generación de residuos, sino que también disminuye considerablemente el costo de los procesos simplificando al máximo las etapas de aislamiento y purificación de los productos de reacción, aspecto fundamental para la industria. Entre los distintos tipos de catálisis cabe destacar la catálisis heterogénea frente a la homogénea. El uso de los catalizadores heterogéneos en la industria presenta numerosas ventajas que se detallan a continuación: • Fácil separación del catalizador de los reactivos y productos de reacción por filtración. • Catalizadores más robustos que presentan gran estabilidad y resistencia a altas temperaturas y presiones. • Menor capacidad corrosiva. • Menor toxicidad; la mayoría de los catalizadores heterogéneos son inocuos, no son volátiles ni perjudiciales para la piel. • Posibilidad de reutilización permitiendo el ahorro en los costes, del tiempo de operación y la disminución de residuos. Unos de los catalizadores heterogéneos más potentes en las síntesis orgánicas son sílices mesoporosas, fundamentalmente debido a que permiten la transformación de sustratos voluminosos gracias a su elevada área superficial, distribución de tamaño de poro estrecha y propiedades superficiales bien definidas. El objetivo general de esta Tesis Doctoral era el diseño, síntesis y caracterización de diferentes sílices mesoporosas con distinta estructura, porosidad y composición, de caracter básico, y su aplicación en las síntesis de sistemas heterocíclicos con propiedades terapéuticas. Más concretamente, se sintetizaron sílices mesoporosas SBA-15 modificadas con grupos aminopropilo y sílices MCF, funcionalizadas con grupos aminopropilo y metales (Al o Nb), o con metales alcalinos. Las sílices se caracterizaron mediante diferentes técnicas, incluyendo adsorción de N2, difracción de rayos X (XRD), espectroscopía UV-Vis y FTIR, y análisis elemental. La actividad catalítica de estos materiales se testó en la reacción de Friedländer o síntesis de derivados de cumarinas o cromenos. Los catalizadores bifuncionales, AP-AlMCF, AP-NbMCF, AP/NbMCF y 2AP/MCF (donde AP es 3-Aminopropiltrimetoxisilano y 2AP es [3-(2-Aminoetilamino)propil]trimetoxisilano) demostraron una excelente actividad catalítica, en la condensación de Friedländer entre 2-aminoarilaldehídos y acetilacetato de etilo, en condiciones suaves y en ausencia de disolvente. Se demostró que la presencia de los centros metálicos, Al o Nb, en la estructura de MCF acelera la reacción, proporcionando la quinolina con altos rendimientos y selectividad. El material MAP/SBA-15, (donde MAP es 3-(Metilaminopropil)trimetoxisilano), modificado con una amina secundaria cataliza la síntesis de cumarinas a partir de 2-hidroxibenzaldehído y acetilacetato de etilo, con alta eficacia, proporcionando 100% de la conversión en 90 minutos. Los resultados experimentales demostraron que la reacción tiene lugar a través de la condensación de Knoevenagel , seguida de lactonización no catalizada. Los materiales Me/NbMCF (donde Me es un metal alcalino) catalizan eficientemente la síntesis de los derivados de cromenos a partir de 2-hidroxibenzaldehído y cianoacetato de etilo, en ausencia de disolvente y temperatura ambiente. La reacción lleva a la obtención de una mezcla diastereomérica de dos cromenos, en la proporción 2:1.