Compuestos cruciformes y polímeros dendronizados basados en

Eva Amaranda García RodríguezCiudad Real 2013

Universidad de Castilla-La ManchaDepartamento de Química Inorgánica, Orgánica y Bioquímica

Área de Química Orgánica

Compuestos cruciformes y polímeros dendronizados basados

en bitiofeno y fenilenvinileno

UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍAS QUÍMICAS

Departamento de Química Inorgánica, Orgánica y Bioquímica

Área de Química Orgánica

Compuestos cruciformes y polímeros dendronizados basados

en bitiofeno y fenilenvinileno

Memoria presentada por

Eva Amaranda García Rodríguez

Ciudad Real, 2013

El Dr. Julián Rodríguez López y la Dra. Sonia Merino Guijarro, Profesores Titulares del Departamento de Química Inorgánica, Orgánica y Bioquímica de la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de la UCLM.

CERTIFICAN:

Que el trabajo de investigación titulado: “Compuestos cruciformes y polímeros dendronizados basados en bitiofeno y fenilenvinileno” constituye la Memoria que presenta Eva Amaranda García Rodríguez para optar al grado de Doctor en Ciencias Químicas.

Asimismo, certifican que este trabajo ha sido realizado bajo su dirección en el Departamento de Química Inorgánica, Orgánica y Bioquímica de la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de la Universidad de Castilla-La Mancha, y que cumple con todos los requisitos necesarios para su presentación. Considerando que constituye un trabajo de Tesis Doctoral, autorizan su presentación en la Universidad de Castilla La-Mancha. Y para que así conste, expiden el presente certificado en Ciudad Real, a 25 de Junio de 2013.

Fdo: Dr. Julián Rodríguez López Fdo: Dra. Sonia Merino Guijarro

Todo hombre aspira a mejorar sus condiciones de existencia con repetida terquedad. No importa que fracase una y muchas veces. Hay un veneno de esperanza, inagotable y recóndito que nace en algún rincón de la conciencia y fluye silenciosamente hasta invadirla con ancho cauce reparador.

Jesús Silva Herzog

A mis padres

Agradecimientos

Ha pasado ya casi una década desde que decidí dedicar mi vida a la química, y muchas las cosas que me han sucedido a lo largo de este camino, pero gracias a las ganas de superar este reto, y el apoyo de mi familia y amigos, me encuentro ahora al final de un ciclo en el que he vivido muy buenos momentos, y comenzando una nueva fase, que a pesar de las difíciles circunstancias a las que nos enfrentamos en estos momentos, comienzo llena de ilusión y optimismo. Por todo ello, no puedo más que dar las gracias a todas las personas que me han acompañando durante esta gran experiencia. En primer lugar me gustaría agradecerle a la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha, el haberme concedido el aporte financiero necesario para realizar esta Tesis Doctoral, y a todos los miembros del Área de Química Orgánica de la Facultad de Químicas de Ciudad Real, el haberme brindado la oportunidad de llevar a cabo este aprendizaje con ellos. Por supuesto mencionar, de un modo especial, a mis directores de Tesis, el Dr. Julián Rodríguez López y la Dra. Sonia Merino Guijarro, por haber depositado su confianza en mí, y por su incondicional apoyo durante todo este largo proceso, tanto en el ámbito profesional como personal. Gracias no sólo por su implicación en este proyecto, sino también por los buenos ratos fuera del laboratorio. Este agradecimiento se hace extensible a los demás compañeros de grupo, Prado, Enrique, y en especial a Juan Tejeda por su ayuda, su trato cercano y su permanente buen humor. A mis compañeras de laboratorio Ana y Manuela, que tanto he echado de menos este último año, a mis compañeros inorgánicos y a Javi Guerra y Juan Tolosa por haber logrado estar siempre ahí cuando los he necesitado. I would like to express my gratitude to the Institut für Makromolekulare Chemie, especially to Herr Prof. Ulrich Scherf for giving me the opportunity to do a predoctoral stay in Wuppertal. I can only say that it was a pleasure to work in his research group for six months, and it was an experience that undoubtedly I will never forget. Muchísimas gracias a todos los miembros del grupo, por su calurosa acogida, su buen humor, y su capacidad para hacerme sentir en familia a tantos kilómetros de mi casa. Y especialmente a Edi, por su apoyo y paciencia, a Kerstin por su incondicional ayuda, y a Sybille, que no sólo es una gran investigadora sino también una gran persona. Y por supuesto mencionar a mi pequeño grupo español de Wuppertal, que hicieron de mi estancia en Alemania unos meses muy especiales e inolvidables.

Gracias también al resto de compañeros de Ciudad Real, a los que me acogieron desde el principio y aún siguen dando guerra por el laboratorio, a los que han ido llegando y a los que ya se han ido pero han dejado una huella importante. Me gustaría nombrar de un modo especial a Antonio M. Rodríguez y a la Dra. Pilar Prieto, por haber realizado todos los cálculos computacionales que se incluyen en esta Memoria, así como a la Dra. Raquel Andreu, de la Universidad de Zaragoza, por llevar a cabo todos los estudios de voltamperometría cíclica. Muchas gracias a los tres por el tiempo invertido. Vuestro interés y vuestro esfuerzo han sido de gran ayuda en el desarrollo de esta Memoria. Mención especial para mi familia adoptiva de Pozo Concejo, gracias por escucharme, cuidarme, soportarme, apoyarme y recordarme que hay vida más allá de la química y de la arquitectura. Ahora que estamos lejos añoro muchísimo nuestros buenos ratos, y espero que nuestra amistad se mantenga durante muchos, muchos años. Gracias a mis asturianos preferidos, que aunque no hablemos todos los días siempre están presentes, Ana, Julia, Aida, Elena, Cris, J, Marcos, Puni, Nacho, David, Vero, Isa, …etc, etc… y por supuesto al alma de todas las fiestas y amigo incondicional Manu. Necesitaría varios párrafos así que sólo decir que os quiero muchísimo y espero que nos veamos pronto, como siempre, misma hora, mismo sitio. En último lugar pero no menos importante, me gustaría nombrar a mis padres, por su apoyo, y saber sobrellevar día a día los kilómetros que nos separan. A mis tititos, que son como unos segundos padres para mí, a mi prima María, a mis abuelos, que sufren cada uno de mis éxitos, fracasos, alegrías o decepciones, como si la vivieran ellos mismos, a mi nueva familia ... y a David, por muchas cosas, y sobre todo por acompañarme en esta nueva aventura que ahora comienza.

ÍNDICE Al lector de la Memoria i Glosario de abreviaturas iii Introducción y objetivos 1 Parte I: Compuestos cruciformes 7

1.1. Antecedentes 9 1.2. Síntesis de compuestos 29

1.2.1. Compuestos cruciformes no simétricos (R ≠ R’) 30 1.2.2. Compuestos cruciformes simétricos (R = R’) 50 1.2.3. Compuestos con estructura no cruciforme 53 1.2.4. Glosario de compuestos preparados 56

1.3. Cálculos computacionales 59 1.4. Estudio de las propiedades ópticas y electroquímicas 67

1.4.1. Propiedades ópticas 67 - Solvatocromía 72 - Influencia del pH 77 - Influencia de cationes 84 - Influencia de aniones 88 1.4.2. Propiedades electroquímicas 92

1.5. Parte experimental 97 1.6. Resumen y conclusiones (Summary and conclusions) 141

Parte II: Polímeros dendronizados 145 2.1. Antecedentes 147 2.2. Aproximaciones sintéticas para la preparación de macromonómeros dendronizados y no dendronizados 171

2.2.1. Macromonómeros polimerizables por las posiciones 3,3´ (tipo I) 172

2.2.2. Macromonómeros polimerizables por las

posiciones 5,5´ (tipo II) 182

2.3. Ensayos de polimerización y propiedades ópticas 193

2.4. Parte experimental 217 2.5. Resumen y conclusiones (Summary and conclusions) 255

Anexo 259

i

Al lector de la Memoria Nota sobre la bibliografía A lo largo de esta Memoria el lector puede encontrar que una misma cita bibliográfica puede aparecer en diversos lugares con diferente número de referencia. Se ha elegido esta fórmula con la intención de facilitar su lectura situando en todo momento a pie de página la referencia que se menciona. Nota sobre las abreviaturas En su mayoría las abreviaturas que el lector encontrará en esta Memoria se corresponden a los acrónimos del nombre en inglés. Se ha considerado que resulta más fácil su identificación por lo extensamente implantadas que están dichas abreviaturas en la literatura científica. Tan sólo se han utilizado en castellano aquellas que permiten una inmediata correspondencia. En cualquier caso, a continuación se recogen todas las empleadas en la Memoria en el siguiente ‘Glosario de Abreviaturas’.

iii

Glosario de abreviaturas ε: coeficiente de extinción molar δ: desplazamiento químico λ: longitud de onda λmax: máximo de longitud de onda λexc: longitud de onda de excitación ∆: calor º: grados νmax: frecuencia del máximo de emisión o absorción ν0: posición del máximo en un disolvente no interactuante de referencia π*: índice que denota la habilidad del disolvente para estabilizar un dipolo o una trasferencia de carga interna (poder solvatante). α: capacidad del disolvente para dar enlace de hidrógeno (acidez). β: capacidad del disolvente para aceptar enlace hidrógeno (basicidad). s,a,b: coeficientes de sensibilidad ∆E: diferencia energética ∆Ep: diferencia de potencial ∆Egap: band gap óptico ΦF: rendimiento cuántico de fluorescencia relativo a una disolución de referencia

A: amperio Abs: absorbancia AcOH: ácido acético Bu: butilo nBuLi: n-butillitio tBu: terc-butilo c: concentración y cuadruplete ºC: grados centígrados cat: catalizador cm: centímetro col.: colaboradores 13C-RMN: resonancia magnética nuclear de carbono 13 d: doblete D: dador (de electrones) y coeficiente de polidispersidad DAD: diode array detector DEPT: distortionless enhancement by polarization transfer DFT: teoría del funcional de densidad DME: 1,2-dimetoxietano DMF: N,N-dimetilformamida DMSO: dimetilsulfóxido dt: doble triplete EHOMO: energía del orbital molecular HOMO ELUMO: energía del orbital molecular LUMO

iv

em: emisión Eox1: primer potencial de oxidación Eox2: segundo potencial de oxidación Eox1(onset): potencial de inicio (onset) de la primera onda de oxidación eq: equivalente Et: etilo EtAcO: acetato de etilo EtOH: etanol eV: electrón voltio g: gramos G: generación de un dendrímero gap: diferencia de energía entre dos orbitales GP: grupo polimerizable GPC: cromatografía de permeación en gel h: hora 1H-RMN: resonancia magnética nuclear de protón hν: luz de frecuencia ν HOMO: orbital ocupado de máxima energía HWE: Horner-Wadsworth-Emmons Hz: hertzios Int.: intensidad IR: infrarrojo J: constante de acoplamiento KtBuO: terc-butóxido de potasio

L: litro LED: diodo emisor de luz LUMO: orbital desocupado de mínima energía m: multiplete m: sustitución en posición meta M: molaridad MALDI: matriz assisted laser desorption-ionization Me: metilo mg: miligramos MHz: megahertzio mL: mililitro mm Hg: milímetros de mercurio mmol: milimol Mn : peso molecular promedio en número Mw : peso molecular promedio en peso MS: espectrometría de masas m/z: relación masa/carga NBS: N-bromosuccinimida nm: nanómetro o: sustitución en posición orto OFET: organic field-effect transistor OLED: diodo orgánico emisor de luz p: sustitución en posición para PAMAM: dendrímero basado en poliamidoaminas [Pd]: catalizador de paladio ppm: partes por millón

v

Pf: punto de fusión Ph: fenilo PTs: politiofenos p-TSA: ácido p-toluensulfónico PPVs: polifenilenvinilenos Pyr: pireno R, R’: sustituyentes RI: índice de refracción r: coeficiente de correlación redox: reducción-oxidación RMN: resonancia magnética nuclear Rto: rendimiento s: singlete S0: estado fundamental

S1: primer estado excitado t: triplete TEM: microscopía de transmisión electrónica Teoc: trimetilsililetoxicarbonilo TFA: ácido trifluoroacético TGA: análisis termogravimetrico THF: tetrahidrofurano TMS: trimetilsililo TOF: tiempo de vuelo u.a.: unidades arbitrarias UV/vis: ultravioleta-visible V: voltio ZPVEs: energías vibracionales del nivel cero

Introducción y objetivos

3 Introducción y objetivos

Los materiales moleculares y polímeros que presentan ¨propiedades no convencionales¨ (fundamentalmente propiedades eléctricas, ópticas y magnéticas) han sido objeto de especial atención por parte de la comunidad científica durante las tres últimas décadas. Este interés surge a causa de las potenciales aplicaciones que estos nuevos materiales pueden tener en áreas tan diversas como la química, la biología, la física, o en general, la ciencia de materiales. Se trata por tanto de un campo altamente interdisciplinar cuyo progreso ha dependido, en gran medida, de las interacciones entre disciplinas fundamentales. A día de hoy, es perfectamente conocido que los compuestos orgánicos con un alto grado de conjugación son materiales ideales para la fabricación de una gran variedad de dispositivos electroluminiscentes.1 Este tipo de cromóforos puede sufrir múltiples procesos de transferencia electrónica o fotónica. Sus perfiles de absorción y emisión presentan sensibilidad a la sustitución de determinados grupos funcionales, así como al disolvente que les rodea, de tal forma que sus propiedades, ya sean de luminiscencia, de transporte de cargas o de movilidad, se puedan adaptar a la función para la cual hayan sido diseñados. Dentro de este grupo, destacan las moléculas con estructura cruciforme, una familia de compuestos que poseen dos sistemas π-lineales dispuestos perpendicularmente con ramas iguales o diferentes. Lo que hace especial a este tipo de moléculas, a diferencia de la mayoría de los compuestos multicromofóricos no cruciformes, es que ofrecen la posibilidad de situar sus orbitales frontera HOMO y LUMO en distintas zonas de la molécula. Esta situación permite, en presencia de determinados analitos, perturbar de manera desigual (no proporcional) la

1 a) Special Issue on Organic Electronics. Chem. Mater. 2004, 16, 4381-4846. b) Meier, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 2482-2505. c) Organic Light Emitting Devices: Synthesis, Properties and Applications; Müllen, K.; Sherf, U., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2006. d) Forrest, S. R.; Thompson, M. E. Chem. Rev. 2007, 107, 923-925. e) Special Issue on Conducting Polymers for Carbon Electronics, Chem. Soc. Rev. 2009, 39, 2337-2732. f) Grimsdale, A. C.; Chan, K. L.; Martin, R. E.; Jokisz, P. G.; Holmes, A. B. Chem. Rev. 2009, 109, 897-1091.


energía de los orbitales frontera, provocando cambios significativos en el gap energético HOMO-LUMO, y por lo tanto, en sus propiedades fotofísicas. El trabajo presentado en el primer capítulo de esta Memoria se enmarca en este contexto, y tras una revisión bibliográfica de los principales tipos de sistemas cruciformes, se describe la síntesis de nuevos compuestos con estructura cruciforme derivados de bitiofeno y fenilenvinileno, igual (R1 = R2) o diferentemente sustituidos (R1 ≠ R2) en su periferia (figura I).

Figura I. Compuestos cruciformes derivados de bitiofeno y fenilenvinileno descritos en esta Memoria.

A continuación, se realizan una serie de cálculos DFT con el objetivo de conocer la geometría de estas moléculas, así como la topología y energía de sus orbitales moleculares frontera HOMO y LUMO. Seguidamente, se aborda el estudio de las propiedades ópticas de este tipo de estructuras, observando los cambios que producen en las mismas


el pH y la presencia de cationes y aniones. Se evalúa así la capacidad como sensores que presenta este tipo de moléculas. Por último, se realiza también un estudio electroquímico preliminar de los compuestos cruciformes sintetizados.

Por otro lado, en la búsqueda de nuevos materiales con una estructura controlada, surgen a mediados del siglo XX macroestructuras ramificadas que suponen una innovación frente a los polímeros lineales utilizados hasta la fecha. La evolución de la química de polímeros ha ido evolucionando y derivando desde entonces en múltiples ramas, y será en el último cuarto de siglo cuando aparezca por primera vez el término dendrímero, para designar a una serie de compuestos que forman parte de una gran familia denominada polímeros dendríticos.2

En los últimos años se ha tratado de reunir las ventajas de ambos

tipos de macromoléculas en un único compuesto. Al combinar una estructura dendrítica (ramificada) con una cadena lineal en una única macromolécula, se puede obtener un material híbrido con nuevas e interesantes propiedades moleculares, ópticas y electrónicas.

En la segunda parte de esta Memoria, se plantea la síntesis de

macromonómeros dendronizados derivados de polifenilenvinileno (PPV) y bitiofeno, dotados con grupos funcionales adecuados para poder ser sometidos posteriormente a una reacción de polimerización (figura II).

2 Marcos, M.; Serrano, J. L. An. Quím. 2009, 105, 103-110.


S

SGP

GPS

S

GP

GP

= Cuña dendrítica

GP = Grupo polimerizable

Figura II. Macromonómeros dendronizados sintetizados.

Se describen las diferentes aproximaciones sintéticas a dichos compuestos, donde se han utilizado preferentemente reacciones de acoplamiento catalizadas por paladio y reacciones de Horner-Wadsworth-Emmons (HWE), discutiendo las ventajas e inconvenientes de las distintas estrategias. Por último, se realizarán unos ensayos de polimerización de los monómeros preparados, así como el estudio de sus propiedades ópticas.

Cada una de las partes finaliza con una serie de conclusiones globales sobre los puntos más relevantes tratados en sus diferentes apartados.

Parte I

Compuestos cruciformes

Parte I. Compuestos cruciformes 9

1.1. Antecedentes Como ya se ha comentado anteriormente, las estructuras cruciformes son una familia de compuestos que poseen dos sistemas π dispuestos perpendicularmente con ramas iguales o diferentes. Los primeros trabajos relacionados con este tipo de derivados fueron publicados en 1996 por Diederich,3 donde se describe la síntesis y las propiedades ópticas y electrónicas de nuevos derivados de tetraetinileteno. Una variación de los grupos dadores y aceptores que conforman la periferia del compuesto permite generar diferentes patrones de conjugación (figura 1.1).

R

R

A

D

I

R

A

R

D

II

RR

AD

IIID

AD

AIV

D: dadorA: aceptorR: SiiPr3 ó SiMe3

Figura 1.1. Patrones de conjugación en derivados de tetraetinileteno.

3 a) Tykwinski, R. R.; Schreiber, M.; Gramlich, V.; Seiler, P.; Diederich, F. Adv. Mater. 1996, 8, 226-231. b) Brosshard, C.; Spreiter, R.; Günter, P.; Tykwinski, R. R.; Schreiber, M.; Diederich, F. Adv. Mater. 1996, 8, 231-234. c) Tykwinski, R. R.; Schreiber, M.; Carlon, R. P.; Diederich, F.; Gramlich, V. Helv. Chim. Acta 1996, 79, 2249-2281.

10 1.1. Antecedentes

Los sustituyentes en trans (I) y en cis (II) dan lugar a una conjugación dador-aceptor lineal unidimensional; una sustitución geminal (III) proporciona una conjugación cruzada unidimensional, y finalmente, la existencia de cuatro sustituyentes (IV) da lugar a una conjugación dador-aceptor bidimensional mediante una combinación de cuatro vías de conjugación lineales y dos cruzadas. La naturaleza y el grado de conjugación que se consigue con una adecuada elección de los sustituyentes tienen una gran influencia en las propiedades ópticas y electrónicas de este tipo de moléculas.4 Otros ejemplos de compuestos cruciformes encontrados en la bibliografía son los 1,2,4,5-tetraquis(ariletinil)bencenos (V) de Haley5 y Smith,6 los oligofenilenos (VI) y oligotiofenos de Scherf,7 las moléculas-X

4 a) Hilger, A.; Gisselbrecht, J. P.; Tykwinski, R. R.; Boudon, C.; Schreiber, M.; Martin, R.; Lüthi, H. P.; Gross, M.; Diederich, F. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2069-2078. b) Tykwinski, R. R.; Gubler, U.; Martin, R. E.; Diederich, F.; Bosshard, C.; Gunter, P. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 4451-4465. c) Gobbi, L.; Seiler, P.; Diederich, F. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 674-678. d) Diederich, F. Chem. Commun. 2001, 219-227. e) Mitzel, F.; Boudon, C.; Gisselbrecht, J. P.; Seiler, P.; Gross, M.; Diederich, F. Helv. Chim. Acta 2004, 87, 1130-1157. f) Gisselbrecht, J. P.; Moonen, N. N. P.; Boudon, C.; Nielsen, M. B.; Diederich, F.; Gross, M. Eur. J. Org. Chem. 2004, 2959-2972. g) Kivala, M.; Diederich, F. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 235-248. 5 a) Marsden, J. A.; Miller, J. A.; Haley, M. M. Angew. Chem. 2004, 116, 1726-1729; Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 1694-1697. b) Marsden, J. A.; Miller, J. J.; Shirtcliff, L. D.; Haley, M. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2464-2476. c) Marsden, J. A.; Haley, M. M. J. Org. Chem. 2005, 70, 10213-10226. d) Samori, S.; Tojo, S.; Fujitsuka, M.; Spitler, E. L.; Haley, M. M.; Majima, T. J. Org. Chem. 2007, 72, 2785-2793; J. Org. Chem. 2008, 73, 3551-3558. e) Spitler, E. L.; Monson, J. M.; Haley, M. M. J. Org. Chem. 2008, 73, 2211-2223. f) Chase, D. T.; Young, B. S.; Haley, M. M. J. Org. Chem. 2011, 76, 4043-4051. 6 Mangalum, A. Smith, R. C. Dalton Trans. 2010, 39, 5145-5151. 7 a) Bilge, A.; Zen, A.; Forster, m.; Li, H. B.; Galbrecht, F.; Nehls, B. S.; Farrell, T.; Neher, U.; Scherf, U. J. Mater. Chem. 2006, 16, 3177-3182. b) Pina, J.; Seixas de Melo, J.; Burrows, H. D.; Galbrecht, F.; Bilge, A.; Kudla, C. J.; Sherf, U. J. Phys. Chem B 2008, 112, 1104-1111. c) Koenen, J.-M.; Bilge, A.; Allard, S.; Alle, R.; Meerholz, K.; Scherf, U. Org. Lett. 2009, 11, 2149-2152. d) Pålsson, L.-O.; Nehls, B. S.; Galbrecht, F.; Coombs, B. A.; Dias, F. B.; Farrell, T.; Scherf, U.; Monkman, A. P. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 12765-12776.


de Marks (VII),8 y nuevas estructuras cruciformes con núcleo de pireno (VIII),9 antraceno (IX)10 y benzobisoxazoles (X)11 (figura 1.2).

R1

R4 R2

R3

V

R

RR

R

VI

N

N

R

RVII

R3

R2R4

R1

VIII

R1

R1

R2

R2

IX

N O

O N

R1R1

R3

R2

X

Figura 1.2. Diferentes ejemplos de compuestos cruciformes. 8 a) Hu, K.; Zhu, P. W.; Yu, Y.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15974-15975. b) Kang, H.; Evmenenko, G.; Dutta, P.; Clays, K.; Song, K.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6194-6205. 9 a) Hu, J.-Y.; Era, M.; Elsegood, M. R. J.; Yamato, T. Eur. J. Org. Chem. 2010, 72-79. b) Lee, Y. O.; Pradhan, T.; No, K.; Kim, J. S. Tetrahedron 2012, 68, 1704-1711. c) Thomas, K. R. J.; Kapoor, N.; Bolisetty, M. N. K. P.; Jou, J.-H.; Chen, Y.-L.; Jou, Y.-C. J. Org. Chem. 2012, 77, 3921-3932. 10 a) Chen, G.; Zhao, Y. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 5069-5073. b) Zhang, H. C.; Guo, E. Q.; Zhang, Y. L.; Ren, P. H.; Yang, W. J. Chem. Mater. 2009, 21, 5125-5135. c) Sun, J.; Zhong, H.; Xu, E.; Zeng, D.; Zhang, J.; Xu, H.; Zhu, W.; Fang, Q. Org. Electron. 2010, 11, 74-80. d) Hur, J. A.; Bae, S. Y.; Kim, K. H.; Lee, T. W.; Cho, M. J.; Choi, D. H. Org. Lett. 2011, 13, 1948-1951. e) Li, J.; Liu, T.; Zheng, M.; Sun, M.; Zhang, D.; Zhang, H.; Sun, P.; Xue, S.; Yang, W. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 8404-8410. 11 a) Klare, J. E.; Tulevski, G. S.; Sugo, K.; Picciotto de, A.; White, K. A.; Nuckolls, C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 6030-6031. b) Klare, J. E.; Tulevski, G. S.; Nuckolls, C. Langmuir 2004, 20, 10068-10072. c) Tlach, B. C.; Tomlinson, A. L.; Bhuwalka, A.; Jeffries-EL, M. J. Org. Chem. 2011, 76, 8670-8681. d) Lim, J.; Albright, T. A.; Martin, B. R.; Miljanić, O. Š. J. Org. Chem. 2011, 76, 10207-10219.


Este tipo de moléculas π-conjugadas ha cobrado gran atención debido a sus excelentes propiedades electroquímicas y fotoluminiscentes, que les confieren potenciales aplicaciones en el campo de la optoelectrónica, como es su incorporación en dispositivos de óptica no-lineal,8 diodos emisores de luz,12 transistores orgánicos de efecto campo7a,13 o sensores químicos.14 Dentro de esta última aplicación, los compuestos cruciformes más estudiados son los descritos por Bunz, que presentan ramas de dobles y triples enlaces situadas en las posiciones 1,4 y 2,5 de un anillo de benceno central (figura 1.3).

R2

R1

R1

R2

Figura 1.3. Compuestos cruciformes modelo descritos por Bunz.

12 a) Xie, Z.; Yang, B.; Li, F.; Cheng, G.; Liu, L.; Yang, G.; Xu, H.; Ye, L.; Hanif, M.; Liu, S.; Ma, D.; Ma, Y.; J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14152-14153. b) Xie, Z.; Yang, B.; Cheng, G.; Liu, L.; He, F.; Shen, F.; Ma, Y.; Liu, S. Chem. Mater. 2005, 17, 1287-1289. 13 Zen, A.; Bilge, A.; Galbrecht, F.; Alle, R.; Meerholz, K.; Grenzer, J.; Neher, D.; Scherf, U.; Farrell, T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3914-3915. 14 Zucchero, A. J.; McGrier, P. L.; Bunz, U. H. F. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 397-408.


Bunz y col.15 han demostrado que, en este tipo de moléculas con estructura cruciforme, la incorporación de sustituyentes dadores y/o aceptores de electrones en posiciones adecuadas, permite localizar los orbitales frontera HOMO y LUMO en distintas zonas de la molécula, a diferencia de la mayoría de los sistemas multicromofóricos no cruciformes. Como consecuencia de esta situación, la banda de transferencia de carga intramolecular en los espectros de absorción y emisión de estas moléculas se ve afectada en gran medida por la polaridad del disolvente, presencia de protones, bases, o coordinación con metales, presentando muchos de estos compuestos aplicaciones importantes en el campo de los sensores químicos.16 En este sentido, merece la pena destacar el comportamiento del compuesto mostrado en la figura 1.4,17 frente a la adición de iones zinc al medio. Este catión fue elegido por su implicación en diferentes sistemas biológicos como ión activo.18

15 a) Wilson, J. N.; Hardcastle, K. I.; Josowicz, M.; Bunz, U. H. F. Tetrahedron 2004, 60, 7157-7167. b) Gard, M. N.; Zucchero, A. J.; Kuzmanich, G.; Oelsner, C.; Guldi, D.; Dreuw, A.; Bunz, U. H. F.; García-Garibay, M. A. Org. Lett. 2012, 14, 1000-1003. 16 a) Brombosz, S. M:; Zucchero, A. J.; Phillips, R. L.; Vázquez, D.; Wilson, A.; Bunz, U. H. F. Org. Lett. 2007, 9, 4519-4522. b) Gerhardt, W. W.; Zucchero, A. J.; South, C. R.; Bunz, U. H. F.; Weck, M. Chem. Eur. J. 2007, 13, 4467-4474. c) Hauck, M.; Schönhaber, J.; Zucchero, A. J.; Hardcastle, K. I.; Müller, T. J. J.; Bunz, U. H. F. J. Org. Chem. 2007, 72, 6714-6725. d) Tolosa, J.; Solntsev, K. M.; Tolbert, L. M.; Bunz, U. H. F. J. Org. Chem. 2010, 75, 523-534. e) Hinderer, F.; Bunz, U. H. F. Chem. Eur. J. 2013, 19, 8490-8496. 17 a) Wilson, J. N.; Bunz, U. H. F. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4124-4125. b) Gerhardt, W. W.; Zucchero, A. J.; Wilson, J. N.; South, C. R.; Bunz, U. H. F.; Weck, M. Chem. Commun. 2006, 2141-2143. c) Zucchero, A. J.; Wilson, J. N.; Bunz, U. H. F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11872-11881. 18 Walkup, G. K.; Burdette, S.C.; Lippard, S. J.; Tsien, R. Y. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5644-5645.


Figura 1.4. Compuesto cruciforme utilizado como sensor de Zn2+.

Los autores observaron un amplio desplazamiento hacia el azul de la banda fluorescente durante la adición de los primeros equivalentes de zinc (Zn2+), de 570 nm a 420 nm, para pasar a un desplazamiento hacia el rojo cuando se añadían cuatro equivalentes de Zn2+, lo que situaba la banda principal a 530 nm. Este comportamiento se puede explicar si atendemos a la topología de los orbitales moleculares frontera HOMO y LUMO, cuya representación se muestra en la figura 1.5, junto al espectro de fluorescencia de la molécula frente a diferentes concentraciones de Zn2+

(figura 1.6).

HOMO LUMO Figura 1.5. Topología de los orbitales frontera de la estructura representada en la figura 1.4, utilizada como sensor de Zn2+.


La fluorescencia de la molécula presenta su banda principal alrededor de 570 nm debido a la presencia de un sistema dador-aceptor, como corresponde a la sustitución del sistema. Los primeros cationes interaccionan preferentemente con el par de electrones del dibutilaminoestilbeno, que componen la zona dadora de la molécula. El par de electrones de estos grupos no se pone en juego dentro del sistema aromático, por tanto, se provoca la ruptura del sistema dador-aceptor y, como consecuencia, la fluorescencia se desplaza hacia el azul de manera significativa.

Figura 1.6. Respuesta fluorescente de la molécula de la figura 1.4 en diclorometano frente a la adición de Zn2+.

En términos de orbitales moleculares, la presencia del Zn2+ provoca interacciones de este catión con el HOMO de la molécula (el orbital frontera situado en la zona de los grupos dibutilamino). Como consecuencia de la interacción, este orbital se estabiliza, la diferencia energética HOMO-LUMO se incrementa y, por lo tanto, la fluorescencia se desplaza hacia el azul (figura 1.7).


Sin embargo, tras añadir más equivalentes, el Zn2+ comienza a interaccionar con los nitrógenos piridínicos de la molécula. Esta interacción provoca un incremento de la capacidad aceptora de los grupos piridina y, como consecuencia de ello, se vuelve a formar un sistema “pseudo” dador-aceptor que explica el desplazamiento al rojo de la fluorescencia. Una explicación más sencilla se obtiene observando de nuevo la topología de los orbitales moleculares. La interacción del Zn2+ con los nitrógenos piridínicos afecta al LUMO, como consecuencia de esta interacción el LUMO se estabiliza, la diferencia HOMO-LUMO disminuye y, por tanto, la fluorescencia es menos energética. El comportamiento de esta molécula es similar ante la protonación o frente a otro tipo de cationes.

Figura 1.7. Variación de la energía de los orbitales frontera en presencia de Zn2+ o H+.

Otro tipo de estructuras que ofrecen grandes posibilidades son los compuestos hidroxicruciformes preparados también por Bunz y col. Estas moléculas tienen la propiedad de cambiar de color en presencia de determinadas aminas debido a la abstracción del protón del grupo fenol.


Este pequeño cambio en la estructura es capaz de modificar los niveles de energía y por tanto, la longitud de onda de emisión (figura 1.8).19

tBu

tBu

HO

OH

aminas

tBu

tBu

O

O

HOMO

LUMO

Figura 1.8. Variación de la energía de los orbitales frontera de compuestos hidroxicruciformes en presencia de aminas. La eficiencia de las aminas seleccionadas para arrancar dicho protón, también influye. Por ejemplo, si se utiliza piperacina se consigue emisión en el amarillo, mientras que con imidazol se consigue emisión rosada. En estos trabajos se presta además una especial atención a la influencia del disolvente en el comportamiento de dichos compuestos. En total, las estructuras sintetizadas han mostrado distinta sensibilidad (y por tanto distinto color) ante una selección de doce aminas en ocho disolventes diferentes (figura 1.9). 19 a) McGrier, P. L.; SoIntsev, K. M.; Schönhaber, J.; Brombosz, S. M.; Tolbert, L. M.; Bunz, U. H. F. Chem. Commun. 2007, 2127-2129. b) McGrier, P. L.; Solntsev, K. M.; Miao, S.; Tolbert, L. M.; Miranda, O. R.; Rotello, V. M.; Bunz, U. H. F. Chem. Eur. J. 2008, 14, 4503-4510. c) McGrier, P. L.; Solntsev, K. M.; Zucchero, A. J.; Miranda, O. R.; Rotello, V. M.; Tolbert, L. M.; Bunz, U. H. F. Chem. Eur. J. 2011, 17, 3112-3119.


Merece la pena destacar la importancia que tiene la detección y cuantificación de aminas de bajo peso molecular en distintos campos como la medicina, el medioambiente o la industria alimentaria.

HO

OH

OH

HO

XF: R

efer

encia

Histam

inaIm

idazo

lMor

folin

aPipe

racin

aPutre

scina

1,3-

Diamin

opro

pano

Etilend

iamina

Piperid

inaTrie

tilamin

aDie

tilam

inaDiis

opro

pilam

ina

DBU

AMINAS

DISOLVENTES

DMSO

Metanol

Acetonitrilo

DMF

THF

Diclorometano

Dietiléter

Tolueno

Figura 1.9. Gama de colores obtenidos para el hidroxicruciforme indicado en presencia de diferentes aminas y disolventes.


En el año 2009, Bunz y Tolosa20 prepararon nuevos sistemas cruciformes solubles en agua incorporando cuatro, seis u ocho unidades de ácido acético (figura 1.10). Su estudio se centra en evaluar la surfactocromicidad de estos compuestos, es decir, cómo la adición de surfactantes aniónicos, catiónicos y no iónicos provoca cambios en la respuesta luminiscente. Los autores observan una elevada dependencia entre el rendimiento cuántico de fluorescencia y la concentración de agente surfactante.

NaO

O

ONa

N

N

ONaO

ONa

O

O

N

N

NaO

ONa

O

NaO

O

O

O

ONaO

O

O

ONa

O

NaO

N

NaO N

NaO

O

ONaO

ONa

O

ONaO

N

O

ONa

N

O

NaO

O

ONa

O

Figura 1.10. Sistemas cruciformes solubles en agua desarrollados por Tolosa y Bunz.

Más recientemente, Bunz y col. han estudiado la respuesta de tres compuestos cruciformes ante determinados ácidos carboxílicos en seis disolventes (figura 1.11). Tras la protonación, eran capaces de discernir entre diferentes ácidos carboxílicos debido a los distintos desplazamientos de sus máximos de emisión de fluorescencia.21

20 Tolosa, J.; Bunz, U. H. F. Chem. Asian J. 2009, 4, 270-276. 21 Davey, E. A.; Zucchero, A. J.; Trapp, O.; Bunz, U. H. F. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7716-7718.


Bu2N

NBu2

Bu2N

NBu2

CN

NC

N

N

Figura 1.11. Compuestos cruciformes con diferente respuesta frente a ácidos carboxílicos. En la figura 1.12 se muestran algunos ejemplos de drogas que contienen este tipo de grupos, con lo que su posible identificación haría de estos compuestos cruciformes posibles candidatos a ser aplicados en el campo de la salud pública.

Figura 1.12. Diferentes drogas con grupos ácidos carboxílicos en su estructura.


Haley y col.22 también han desarrollado estudios de coordinación de diferentes metales a los centros básicos de sus sistemas cruciformes, observando desplazamientos batocrómicos o hipsocrómicos de sus máximos de emisión de fluorescencia, por lo que dichos sistemas poseen potencial aplicación como componentes de dispositivos que actúen como sensores fluorescentes (figura 1.13).

Figura 1.13. Colores de emisión de los compuestos de Haley en presencia de diferentes cationes: a) no ión, b) ZnCl2, c) RuCl2(bpy)2, d) PdCl2(PhCN)2, e) AgBF4, f) AgOTf, g) AlCl3.

22 Spitler, E.; Shirtcliff, L. D.; Haley, M. M. J. Org. Chem. 2007, 72, 86-96.


Por último, dentro del campo de los sensores fluorescentes, es interesante comentar un trabajo reciente en el que se comparan dos ácidos borónicos oligómeros, uno lineal (XIV) y otro cruciforme (XV), frente a una serie de azúcares (figura 1.14).23

Figura 1.14. Ácidos borónicos oligómeros con estructura lineal (XIV) y cruciforme (XV).

Únicamente el compuesto con estructura cruciforme experimenta un aumento en la intensidad de fluorescencia en presencia de diferentes azúcares. La afinidad de XV varía con el tipo de azúcar en el sentido D-fructosa > D-ribosa > D-galactosa > D-glucosa, como puede observarse en el gráfico de la figura 1.15. Según los autores, son dos las posibles causas que justifican el aumento de la intensidad de fluorescencia: por un lado, la complejación con el azúcar provoca un efecto de desagregación que elimina el quenching de la fluorescencia, y por otro lado, posiblemente induce una disposición más plana en la rama de oligofenilenvinileno, que aumenta la fluorescencia.

23 Mulla, K.; Dongare, P.; Zhou, N.; Chen, G.; Thompson, D. W.; Zhao, Y. Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 1332-1336.


Figura 1.15. Modo de complejación de XV con un azúcar (izquierda) y aumento de la fluorescencia frente a la concentración de diferentes azúcares (derecha).

Además de su aplicación como sensores, las estructuras cruciformes también tienen interés en otros campos. Por ejemplo, Mayor y col.24 han sintetizado una estructura cruciforme con una rama fenilenvinileno con azufres terminales, y otra rama cruzada de fenilenetinileno con unidades de piridina, con el objeto de estudiar un nuevo mecanismo de conmutación basado en la interacción de la molécula con la superficie de un electrodo. La interacción de la molécula con el electrodo se modifica en función del voltaje aplicado (figura 1.16). Mientras que la rama que contiene el azufre sólo sirve de anclaje al electrodo, la que posee el anillo de piridina terminal es el componente activo del sistema. Así, a potenciales negativos, ambas piridinas no se encuentran coordinadas a la superficie del electrodo, debido a la repulsión electrostática entre el electrodo y el par de electrones solitario del nitrógeno (estado OFF), mientras que a potenciales positivos, los nitrógenos de las piridinas se coordinan al electrodo favoreciendo el transporte de carga entre ambos electrodos (estado ON).

24 a) Grunder, S.; Huber, R.; Horhoiu, V.; González, M. T.; Schönenberger, C.; Calame, M., Mayor, M. J. Org. Chem. 2007, 72, 8337-8344. b) Grunder, S.; Huber, R.; Wu, S.; Schönenberger, C.; Calame, M.; Mayor, M. Eur. J. Org. Chem. 2010, 5, 833-845.


OFF ON

Figura 1.16. Modo de interacción de la molécula con el electrodo en función del voltaje.

Diversos autores han realizado estudios sobre la organización supramolecular que presentan algunos compuestos con estructura cruciforme.25 En particular, Nuckolls y col.26 sintetizaron sistemas rígidos con aplicaciones en dispositivos electrónicos, ya que una vez formados se disponen en monocapas ordenadas orientando sus grupos terminales (surface active groups) directamente hacia la superficie de los electrodos utilizados (figura 1.17).

25 a) Wilson, J. N.; Smith, M. D.; Enkelmann, V.; Bunz, U. H. F. Chem. Commun. 2004, 1700-1701. b) Florio, G. M.; Klare, J. E.; Pasamba, M. O.; Werblowsky, T. L.; Hyers, M.; Berne, B. J.; Hybertsen, M. S.; Nuckolls, C.; Flynn, G. W. Langmuir 2006, 22, 10003-10008. c) Osowska, K.; Miljanić, O. Š. Chem. Commun. 2010, 46, 4276-4278. 26 Klare, J. E.; Tulevski, G. S.; Sugo, K.; de Picciotto, A.; White, K. A.; Nuckolls, C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 6030-6031.


Figura 1.17. Sistemas cruciformes descritos por Nuckolls.

Dentro de los escasos ejemplos de compuestos cruciformes descritos cuyo núcleo central no es un anillo de benceno, se encuentra el derivado de oligotiofeno desarrollado por Scherf y Farrell (figura 1.18),13,27 que permite la libre rotación de sus ramas, exhibe fuertes interacciones intramoleculares de tipo π-π incluso en disolución y posee aplicaciones como transistor orgánico de efecto campo (OFET). El estudio de sus propiedades fotofísicas revela, sin embargo, que posee un rendimiento cuántico de fluorescencia menor que los correspondientes oligotiofenos lineales.28

27 Zen, A.; Pingel, P.; Jaiser, F.; Neher, D.; Grenzer, J.; Zhuang, W.; Rabe, J. P.; Bilge, A.; Galbrecht, F.; Nehls, B. S.; Farrell, T.; Scherf, U.; Abellon, R. D., Grozema, F. C.; Siebbeles, D. A. Chem. Mater. 2007, 19, 1267-1276. 28 Pina, J.; Seixas de Melo, J.; Burrows, H. D.; Bilge, A.; Farrell, T.; Forster, M.; Scherf, U. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15100-15106.


S S S S S C6H13C6H13

S S S S S C6H13C6H13

Figura 1.18. Compuesto cruciforme con ramas de α,α’-dihexilpentatiofeno.

Recientemente se han publicado estructuras cruciformes que incorporan unidades de tetratiafulvaleno en una de sus ramas (figura 1.19).29 En estos trabajos se realiza un completo estudio de las propiedades redox y ópticas de este tipo de moléculas. La posibilidad de acceder a múltiples estados redox convierte a estos compuestos en candidatos atractivos para su aplicación como cables moleculares y en dispositivos moleculares electrónicos.

SiiPr3Pr3iSi

SS

SS

MeO2CCO2Me

MeO2CCO2Me

SS

SS

CO2MeMeO2C

CO2MeMeO2C

Figura 1.19. Estructuras cruciformes con unidades de tetratiafulvaleno.

29 a) Vestergaard, M.; Jennum, K.; Sorensen, J. K.; Kilsa, K.; Nielsen, M. B. J. Org. Chem. 2008, 73, 3175-3183. b) Wei, Z.; Li, T.; Jennum, K.; Santella, M.; Bovet, N.; Hu, W.; Nielsen, M. B.; Bjørnholm, T.; Solomon, G. C.; Laursen, B. W.; Nørgaard, K. Langmuir 2012, 28, 4016-4023.


Dentro de los derivados oligocruciformes, Baxter y col.30 han publicado un trabajo basado en la preparación de feniletinilenos que incorporan grupos triisopropilsililo (figura 1.20).

R R

SiSiSi

Si Si Si

Figura 1.20. Oligofeniletinilenos cruciformes con grupos triisopropilsililo voluminosos.

Dichos sustituyentes no sólo confieren estabilidad térmica sino que, debido al volumen que presentan, evitan procesos de agregación y asociación intermolecular. Esta característica, junto con el hecho de poseer unos elevados desplazamientos de Stokes y unos potenciales de reducción reversibles, los convierte en compuestos prometedores para la construcción de materiales con novedosas aplicaciones electrónicas. Por último, mencionar un trabajo desarrollado por Choi y col.31 en el que se preparan nuevos sistemas cruciformes con dos grupos dadores y dos aceptores, para ser aplicados en el campo de las células solares (figura 1.21). La eficiencia de conversión obtenida fue de un 4.5%.

30 Ouahabi, A. A.; Baxter, P. N. W.; Gisselbrecht, J.-P.; De Cian, A.; Brelot, L.; Kyritsakas-Gruber, N. J. Org. Chem. 2009, 74, 4675-4689. 31 Cho, M. J.; Park, S. S.; Yang, Y. S.; Kim, J. H.; Choi, D. H. Synth. Met. 2010, 160, 1754-1760.


Figura 1.21. Compuesto cruciforme desarrollado por Choi con aplicación en células solares.

La investigación en compuestos cruciformes sigue siendo un área muy activa como demuestran los últimos trabajos publicados en este campo. El grupo del Prof. Bunz es uno de los mas fructíferos y recientemente ha publicado nuevos cruciformes solubles en agua que han demostrado ser sensores fluorescentes de aminas y aminoácidos32 así como compuestos basados en iminas capaces de detectar Cu2+.33 Otros autores también han descrito recientemente nuevas estructuras basadas en benzo[1,2-b:4,5-b’]ditiofeno34 y perilendiimida35 que han demostrado tener propiedades de transferencia de carga. 32 Freudenberg, J.; Kumpf, J.; Schäfer, V.; Sauter, E.; Wörner, S. J. ; Brödner, K. ; Dreuw, A.; Bunz, U. H. F. J. Org. Chem. 2013, 78, 4949-4959. 33 Schwaebel, T.; Schäfer, V.; Wenz, J.; Coombs, B. A.; Tolosa, J.; Bunz, U. H. F. J. Org. Chem. 2013, 78, 960-965. 34 Wang, S.; Ren, S.; Xiong, Y.; Wang, M.; Gao, X.; Li, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 663-671. 35 Conron, S. M. M.; Shoer, L. E.; Smeigh, A. L.; Ricks, A. B.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 2195-2204.


1.2. Síntesis de compuestos Como ha quedado reflejado a lo largo de la sección anterior, la mayoría de los compuestos cruciformes estudiados hasta el momento presentan un anillo de benceno en su núcleo central y existen muy pocos ejemplos en los que se incorporen anillos de tiofeno en dicha posición, a pesar de que los compuestos basados en tiofeno se encuentran entre los materiales más importantes en términos de aplicaciones en dispositivos electrónicos.36 Los compuestos basados en tiofeno son semiconductores de tipo p que muestran excelentes propiedades ópticas, redox, de autoorganización y de transporte de carga. Además, todas estas características optoelectrónicas pueden ser fácilmente moduladas mediante modificación química.37 El [2,2’]bitiofeno (figura 1.22) es un compuesto comercial cuya estructura presenta dos posiciones reactivas susceptibles de ser atacadas por electrófilos: los átomos de carbono 3,3’ y los átomos de carbono 5,5’. Esta característica puede ser aprovechada, por tanto, para preparar compuestos cruciformes con la subunidad de bitiofeno como núcleo central. Como ventaja adicional encontramos además que los carbonos 5,5’ son mucho más reactivos que los carbonos 3,3’, y esta diferencia de reactividad hace posible la incorporación de sustituyentes en una u otra posición de forma selectiva.

S

S

55'

3'4'

34

Figura 1.22. Estructura del [2,2’]bitiofeno.

36 Mishra , A.; Ma, C.-Q.; Bäuerle, P. Chem. Rev. 2009, 109, 1141-1276. 37 a) Roncali, J. Chem. Rev. 1997, 97, 173-205. b) Bäuerle, P. In Electronic Materials: The Oligomer Approach; Müllen, K., Wegner, G., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 1998; p 105-197. c) Handbook of Oligo- and Polythiophenes; Fichou, D., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 1999.

30 1.2. Síntesis de compuestos

En este apartado se describen las diferentes aproximaciones ensayadas para la preparación de las estructuras cruciformes mostradas en la figura 1.23, donde el núcleo de bitiofeno incorpora distintas ramas de estilbeno con sustituyentes terminales R y R’, iguales o diferentes.

S

S

R

R

R'

R'

Figura 1.23. Estructura general de los compuestos cruciformes preparados. Los grupos terminales, en principio, pueden ser tanto electrodadores (terc-butilo y difenil- o dialquilamino) como electroatractores (trifluorometilo) proporcionando compuestos que hemos llamado no simétricos cuando R ≠ R’ y simétricos cuando R = R’, si bien los primeros siguen conservando un eje C2 como elemento de simetría. 1.2.1. Compuestos cruciformes no simétricos (R ≠ R’) La síntesis de compuestos cruciformes no simétricos (R ≠ R’) se ha llevado a cabo siguiendo dos aproximaciones diferentes. El uso de una u otra ha dependido básicamente del tipo de grupo electrodador utilizado. La metodología que se diseñó inicialmente (estrategia A) solo funcionó de


manera adecuada con sustituyentes débilmente dadores de electrones, como el grupo tBu, resultando infructuosa cuando se manejaron grupos fuertemente dadores de electrones, como el grupo diarilamino. Para resolver este inconveniente fue necesario realizar pequeñas modificaciones en la misma dando lugar a una segunda aproximación que condujo satisfactoriamente a los productos deseados (estrategia B). Ambas se explican detalladamente a continuación. Ø Estrategia A El protocolo inicial diseñado para la síntesis de compuestos cruciformes no simétricos (R ≠ R’) se resume en el esquema 1.1.

S

S

R

R

R'

R'

S

S

R

R

H

H

O

O

Br

BrS

S

S

S

Br

Br

Br

BrS

S

H

HO

O

S

S

Br

Br

R

R

S

S

H

HO

O

Br

Br

1 2 3 4

Suzuki

Suzuki

HWE

HWE

Esquema 1.1. Resumen de la estrategia inicial (estrategia A) diseñada para la preparación de compuestos cruciformes no simétricos (R ≠ R’).


Se basa en una combinación de reacciones de Suzuki y de Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) y parte de un compuesto, el 3,3’,5,5’-tetrabromo[2,2’]bitiofeno (1), que se obtiene muy fácilmente y con excelente rendimiento por tratamiento del [2,2’]bitiofeno con bromo en una mezcla de ácido acético y cloroformo (esquema 1.2).38

S

S

1 (99%)

Br2

AcOH, CHCl3 / ∆

S

SBr

BrBr

Br

Esquema 1.2. Síntesis de 3,3’,5,5’-tetrabromo[2,2’]bitiofeno.

Se ha seguido una metodología donde se funcionalizan inicialmente las posiciones menos reactivas del sistema de bitiofeno (3 y 3’). Para lograr este objetivo, es necesario en una primera etapa eliminar selectivamente los átomos de bromo de las posiciones más reactivas (5 y 5’) del derivado tetrabromado 1, con el fin de evitar que cualquier tipo de reacción posterior transcurra en este lugar. Precisamente, la mayor reactividad de estas posiciones permite obtener de manera limpia y con excelentes rendimientos el derivado dibromado 2, mediante la doble litiación del compuesto 1 con nBuLi a -78 ºC, seguida de hidrólisis (esquema 1.3).

S

SBr

Br

S

SBr

BrBr

Br 2. H2O

1. nBuLi / -78 ºC

1 2 (100%)

Esquema 1.3. Preparación de 3,3’-dibromo[2,2’]bitiofeno.

38 a) Khor, E., Ng, S. C.; Li, H. C.; Chai, S. Heterocycles 1991, 32, 1805-1812. b) Ohshita, J.; Nodono, M.; Kai, H.; Watanabe, T.; Kunai, A.; Komaguchi, K.; Shiotani, M.; Adachi, A.; Okita, K.; Harima, Y.; Yamashita, K.; Ishikawa, M. Organometallics 1999, 18, 1453-1459.


El compuesto 2 puede sufrir una reacción de acoplamiento de Suzuki con ácido 4-formilfenilborónico (comercial) que permite acceder con rendimientos aceptables al dialdehído 3 (esquema 1.4). El procedimiento utilizado es una modificación del descrito por Lin y col.39 La reacción se llevó a cabo utilizando tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0) como catalizador, durante 20 h y a una temperatura de 95 ºC.

H

BHO OH

O

H

H

O

O

S

SBr

BrS

S

2

+

3 (52%)

Suzuki

(Ph3P)4Pd

Esquema 1.4. Preparación del derivado diformilado 3 vía acoplamiento de Suzuki. La reacción de HWE de este derivado a través de sus dos grupos formilo con fosfonatos aromáticos permitiría ya disponer de ramas de estilbeno adecuadamente sustituidas en las posiciones 3,3’ de la unidad de bitiofeno. Sin embargo, es necesario previamente bromar de nuevo las posiciones 5,5’, con el fin de poder realizar posteriormente una nueva reacción de acoplamiento en dichas posiciones. Esto se consiguió por reacción del compuesto 3 con NBS, en ausencia de luz y con dimetilformamida como disolvente. De este modo se obtuvo, tras mantener la mezcla bajo agitación durante 40 h y la correspondiente hidrólisis, el compuesto 4 con un 95% de rendimiento (esquema 1.5).

39 Lin, H.-C.; Sung, H.-H.; Tsai, C.-M.; Li, K.-C. Polymer 2005, 46, 9810-9820.


H

H

O

O

S

S

NBSDMF

H

H

O

O

S

S

Br

Br

3 4 (95%)

Esquema 1.5. Preparación del derivado dibromado 4.

La ausencia de luz es un factor importante a tener en cuenta, ya que lo que se quiere realizar en este caso es una reacción de sustitución electrófila. La NBS es un reactivo que libera Br2 muy lentamente, y la presencia de luz durante el curso de la reacción puede provocar la formación de radicales bromo, disminuyendo la proporción de electrófilo y, como consecuencia, el rendimiento de la reacción de formación del producto buscado. La incorporación de dos átomos de bromo de forma selectiva en las posiciones 5 y 5´ del núcleo de bitiofeno, se traduce en la desaparición del sistema AB correspondiente a los protones de los anillos de tiofeno en el espectro de 1H-RMN, y en la aparición de un nuevo singlete a 7.04 ppm, que se corresponde con los dos protones de las únicas posiciones no funcionalizadas del núcleo de bitiofeno (4 y 4’).

Por otro lado, los fosfonatos bencílicos p-sustituidos necesarios fueron fácilmente accesibles mediante reacción de Arbuzov a partir de los correspondientes bromuros por reacción con fosfito de trietilo en exceso (esquema 1.6).


R

Br

P(OEt)3

∆

R

P(O)(OEt)2

5: R = CF3 (100%)6: R = tBu (73%)

Esquema 1.6. Preparación de fosfonatos bencílicos a partir de los correspondientes bromuros. Mientras que los bromuros precursores de los fosfonatos 540 y 641 son compuestos comerciales, el precursor del 4-(difenilamino)bencilfosfonato de dietilo (8) no lo es. En este caso es más conveniente partir del 4-(difenilamino)benzaldehído comercial, obtener el correspondiente alcohol bencílico (7) por reducción con borohidruro sódico, y utilizar la metodología de Marder y col.42 para llegar al fosfonato deseado con rendimiento aceptable (esquema 1.7).

NPh2

OH

NPh2

OH

NaBH4

MeOH ∆

I2, P(OEt)3

NPh2

P(O)(OEt)2

7 (78%) 8 (66%)

Esquema 1.7. Preparación del 4-(difenilamino)bencilfosfonato de dietilo.

Como era de esperar, la reacción de HWE entre el dialdehído 4 y los diferentes fosfonatos sintetizados proporcionó los productos buscados con buenos rendimientos (esquema 1.8), excepto en el caso del fosfonato 8, donde la formación del doble enlace C=C resultó inviable. Este hecho no

40 Shim, H. K.; Kang, I. N.; Jang, M. S.; Zyung, T.; Jung, S. D. Macromolecules 1997, 30, 7749-7752. 41 Lock, J. S.; May, B. L.; Clements, P.; Lincoln, S. F.; Easton, C. J. Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 337-344. 42 Zheng, S.; Barlow, S.; Parker, T. C.; Marder, S. R. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 7989-7992.


es novedoso y ha sido observado ampliamente durante el desarrollo de otro tipo de trabajos en nuestro grupo de investigación.43 Parece ser debido a que la desprotonación en la posición bencílica de este tipo de fosfonatos está fuertemente desactivada por la presencia del grupo electrodonador NPh2 en posición para, por lo que presentan una reactividad mucho menor y no conducen al producto deseado como cuando se utiliza otro tipo de fosfonatos.

S

S

R

Br

Br

R

S

S

O

OH

H

Br

Br

P(O)(OEt)2

R

THF

9: R = CF3 (78%)

10: R = tBu (67%)

KtBuO

4

+

5: R = CF3

6: R = tBu

Esquema 1.8. Reacciones de HWE del dialdehído 4.

Es conveniente comentar que mientras que el compuesto 9 se sintetizó siguiendo el procedimiento estándar (esto es, adicionando pequeñas porciones de KtBuO sobre una disolución de ambos reactivos en THF anhidro), para la preparación de 10 (R = tBu) resultó necesario utilizar un procedimiento ligeramente diferente. En este caso, la base se añadió lentamente sobre una disolución del fosfonato en THF anhidro, con el fin de generar el anión correspondiente, lo que se observa fácilmente por el

43 Romero-Nieto, C.; Merino, S.; Rodríguez-López, J.; Baumgartner, T. Chem Eur. J. 2009, 15, 4135-4145.


cambio brusco de color que sufre la mezcla. A continuación, ésta fue trasvasada gota a gota a través de una cánula sobre una disolución del dialdehído 4, también en THF anhidro. No obstante, a pesar de los numerosos intentos realizados, el crudo de reacción obtenido no fue en ninguno de los casos tan limpio como el del compuesto 9, observando siempre la presencia de fosfonato de partida así como la de diversos subproductos no identificados. Aún así, el producto 10 pudo purificarse con un rendimiento aceptable del 67%. Variaciones en la temperatura, tiempo de reacción y tipo de base utilizada no proporcionaron mejores resultados. El procedimiento estándar conducía a crudos de reacción aún más sucios. Ambos compuestos, 9 y 10, son sólidos bastante estables que descomponen sólo a temperaturas superiores a los 230 ºC. En cambio, cuando se disuelven en cloroformo, descomponen lentamente con el tiempo, probablemente debido a los restos de ácido que suelen acompañar a este disolvente. Como ya hemos comentado con anterioridad, los átomos de bromo situados en las posiciones 5,5’ del sistema de bitiofeno permiten realizar una nueva reacción de Suzuki con ácido 4-formilfenilborónico proporcionando con buenos rendimientos los dialdehídos 11 y 12, no observando en ningún caso la presencia de subproductos de monoformilación (esquema 1.9).


BHO OH

O H

S

Br

Br

S

R

R

R

R

H

H

O

O

S

S(Ph3P)4PdSuzuki

9: R = CF3

10: R = tBu

+

11: R = CF3 (83%)12: R = tBu (76%)

Esquema 1.9. Preparación de los dialdehídos 11 y 12 vía acoplamiento de Suzuki. Finalmente, la incorporación de la segunda rama conjugada en estos sistemas, se consiguió mediante una nueva reacción de HWE con los fosfonatos bencílicos adecuados. De este modo, partiendo de los derivados 11 y 12, se prepararon dos compuestos diferentes con estructura cruciforme y con R ≠ R’ (esquema 1.10).


S

S

R

R

H

H

O

O

R

R

R'

R'

S

S

R'

P(O)(OEt)2

13: R = CF3, R' = tBu (32%)

14: R = tBu, R' = CF3 (45%)

HWE+ 2

11: R = CF3

12: R = tBut

Esquema 1.10. Preparación de los compuestos cruciformes 13 y 14 con R ≠ R’. Todos los productos anteriores se caracterizaron utilizando diversas técnicas analíticas. Los experimentos de RMN fueron particularmente útiles para confirmar sus estructuras. La estereoquímica trans de los dobles enlaces C=C fue inequívocamente establecida en base a la constante de acoplamiento para los protones vinílicos en el espectro de 1H-RMN (J ≅ 16 Hz), comprobándose que no sufre ninguna modificación a lo largo de todo el proceso sintético. La figura 1.24 muestra, a modo de ejemplo, el espectro de 1H-RMN de la estructura 14 donde se pueden observar los dos sistemas AB diferentes correspondientes a los dos tipos de dobles enlaces presentes en la molécula. En la región aromática también aparecen tres sistemas AB con una constante de acoplamiento de aproximadamente 8 Hz, que se corresponden con tres de las cuatro tipos de anillos de benceno para-disustituidos existentes. Los anillos a los que se unen directamente los grupos trifluorometilo tienen un perfil diferente y aparecen en la zona más desapantallada del espectro, en este caso como un singlete ancho que integra para 8 protones. Además, en la zona alifática aparece un único pico


fino e intenso, que en este caso integra para 18 protones, debido a los seis grupos metilo situados en las ramas verticales de la molécula.

Figura 1.24. Espectro de 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) del compuesto cruciforme 14. Una vez más y a pesar de numerosos intentos, no fue posible reproducir la reacción de HWE anterior con el fosfonato que contiene el grupo NPh2, probablemente debido a la ya comentada menor acidez de los hidrógenos del CH2 bencílico. En este caso, los crudos de reacción resultaron muy sucios, observando además descomposición del producto con el tiempo. Como ya hemos avanzado, esto nos llevó a idear una nueva alternativa sintética para lograr la incorporación de cromóforos con mayor carácter dador que el tBu en la periferia de la estructura.

ppm (f1)6.907.007.107.207.307.407.507.607.707.80

0

50

100

ppm (f1)0.501.001.502.00

0

50

100

150

200

250


Ø Estrategia B Debido a la imposibilidad de llevar a cabo reacciones de HWE en las que estén implicados fosfonatos bencílicos con fuerte carácter electrodador, hubo que diseñar una estrategia alternativa para poder acceder a los compuestos deseados. La solución más obvia al problema planteado consistía en invertir los grupos funcionales, es decir, introducir la segunda rama conjugada utilizando aldehídos que incorporaran el grupo electrodador en lugar de fosfonatos. En función de dónde queramos situar el grupo electrodonador existen en principio dos alternativas (B.1 y B.2), a partir de los compuestos 4 y 9 previamente sintetizados, que se resumen en el esquema 1.11.

SBr

S Br

F3C

CF3

SBr

S Br

OHC

CHO

SBr

S Br

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

S

S

F3C

CF3

P(O)(OEt)2

(EtO)2(O)P

OHC GD

SBr

S Br

GD

GD

OHC GDS

S

F3C

CF3

GD

GD

S

S

GD

GD

R

R

GD = grupo electrodador

HWE

HWE

4

9

B.1

B.2

Esquema 1.11. Resumen de las alternativas sintéticas diseñadas para la preparación de compuestos cruciformes no simétricos con grupos fuertemente electrodadores.


o Estrategia B.1 Esta alternativa utiliza el dialdehído 4 como producto de partida del dialcohol 15, que se obtiene con buen rendimiento por reducción con borohidruro sódico en metanol (esquema 1.12). Este compuesto es a su vez el precursor del difosfonato 18. La síntesis de este derivado se intentó de forma directa utilizando la metodología de Marder y col.42 descrita anteriormente en el esquema 1.7, mediante reacción a baja temperatura con I2 en presencia de fosfito de trietilo como disolvente y posterior calefacción durante varias horas. En este caso, sin embargo, y de forma sorprendente se aisló solamente el intermedio iodado 16 como un sólido blanco con bajo rendimiento. Alternativamente, la reacción con HBr en ácido acético condujo al derivado dibromado 17, que por reacción de Arbuzov con fosfito de trietilo sí proporcionó el compuesto deseado (esquema 1.12).

SBr

S Br

OHC

CHO

SBr

S Br

HOH2C

CH2OH

I2, P(OEt)3

NaBH4

MeOH

∆

HBrAcOH

SBr

S Br

BrH2C

CH2Br

P(OEt)3

SBr

S Br

IH2C

CH2I

∆

SBr

S Br

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

4 15 (79%)

16 (25%)

18 (85%)

17 (62%)

Esquema 1.12. Preparación del difosfonato 18.

El difosfonato 18 es apto para reaccionar con diferentes aldehídos en condiciones de HWE (KtBuO, THF), con el fin de obtener compuestos que


incorporen dos ramas de estilbeno en las posiciones 3,3’ del sistema de bitiofeno (esquema 1.13).

SBr

S Br

(EtO)2(O)PH2C

CH2P(O)(OEt)2

OHC R SBr

S Br

R

R

18

KtBuO, THF19: R = OMe20: R = OC12H2521: R = CN22: R = NMe2

Esquema 1.13. Intentos de reacción de HWE del compuesto 18.

Sin embargo, para todos los aldehídos mostrados en el esquema 1.13 la reacción resultó infructuosa, conduciendo a crudos de reacción muy sucios y/o insolubles de los que fue imposible aislar los compuestos buscados. El crudo obtenido en la reacción con 4-dimetilaminobenzaldehído resultó el más manejable, presentando una buena solubilidad en los disolventes convencionales, lo que permitió su análisis mediante 1H-RMN en CDCl3. El espectro mostraba la existencia de varios compuestos diferentes, aunque las señales correspondientes a la formación de nuevos enlaces dobles estaban presentes, demostrando que la reacción había tenido lugar (figura 1.25, a). En un principio se pensó en una posible mezcla de isómeros, pero tras un análisis más detallado se lograron identificar tres compuestos distintos: el compuesto deseado, 22, el que presenta sólo un átomo de bromo en las posiciones más activadas del


núcleo de bitiofeno, 23, y el compuesto con pérdida total de dichos bromos, 24.

S

S Br

Br

NMe2

Me2N

S

S

NMe2

Me2N

S

S Br

NMe2

Me2N

22 23 24

Figura 1.25. Espectros 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) de los crudos de reacción obtenidos por reacción del difosfonato 18 con p-dimetilaminobenzaldehído a temperatura ambiente (a) y a – 80 ºC (b, donde el producto 22 es el mayoritario y 23 el minoritario). El espectro (c) corresponde al compuesto 24 puro.

CDCl3

ppm (f1)6.606.706.806.907.007.107.207.307.407.50

(a)

(c)

(b)


El intenso color rojo que tomaba la disolución del difosfonato 18 en presencia de base, debido a la liberación de bromo en el medio de reacción, era ya un indicio del resultado final obtenido. Reduciendo el tiempo de reacción y bajando la temperatura a − 40 ºC se consiguió evitar la pérdida total de bromos, pero se obtenía aún mezcla de dos compuestos: el compuesto buscado 22 y el que presenta tan sólo un átomo de bromo en aproximadamente igual proporción. Bajando aún más la temperatura hasta − 80 ºC se seguía observando pérdida de bromo aunque en proporción significativamente menor, siendo ahora el producto deseado el mayoritario (figura 1.25, b). Aún así, la existencia de pequeñas trazas de compuesto monobromado 23, imposible de eliminar debido a la semejanza en cuanto a solubilidad y polaridad, impidió continuar con esta alternativa ya que ambos compuestos (monobromado 23 y dibromado 22) reaccionarían de forma competitiva en la reacción de Suzuki que se requiere posteriormente. Una nueva incorporación de átomos de bromo en las posiciones 3,3’ que sufren su pérdida durante la reacción de HWE de forma selectiva no es viable, ya que esta reacción compite con la adición a los dobles enlaces presentes en la estructura. Por el contrario, sí fue posible eliminar por completo los átomos de bromo por reacción con nBuLi a − 78 ºC y posterior hidrólisis aislando el compuesto 24 con un 60% de rendimiento global (figura 1.25, c). o Estrategia B.2 Todos los inconvenientes citados anteriormente nos llevaron a utilizar la segunda alternativa de esta estrategia B (esquema 1.14) que comienza con una reacción de acoplamiento de Suzuki entre el compuesto 9 y el éster de pinacol derivado del ácido 4-bromometilfenilborónico. Se utilizó


tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0) como catalizador y una mezcla previamente desgasificada de dimetoxietano y disolución acuosa de carbonato sódico como disolvente (en proporción 3:2), a 110 ºC y durante 20 h. El análisis de 1H-RMN del crudo de esta reacción mostró la presencia de numerosos subproductos por lo que tuvo que ser purificado utilizando un cromatógrafo automático combiflash. Sin embargo, a pesar de todos los esfuerzos realizados, el compuesto deseado 25 siempre se obtuvo acompañado de trazas de impurezas que no se pudieron identificar.

S

S

CF3

F3C

Br

Br

S

S

CF3

F3C

Br

Br

S

S

CF3

F3C

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

S

S

CF3

F3C

Bu2N

NBu2

CH2BrBO

O

Bu2N CHO

P(OEt)3

9

(Ph3P)4Pd cat., Na2CO3DME/H2O, 110 ºC, 20 h

InCl3 cat. 130 ºC

25

26

impurezasno identificadas+

KtBuO, THF

27 (66%)

Esquema 1.14. Alternativa B.2 para la preparación del compuesto cruciforme 27.


Aún así, se decidió preparar el correspondiente difosfonato 26 por reacción con fosfito de trietilo, si bien en este caso fue necesaria la presencia de un ácido de Lewis (InCl3) y dos días de reacción a 130 ºC para completar el proceso (esquema 1.14).44 La purificación completa de este compuesto tampoco resultó factible, aunque su análisis mediante 1H-RMN reveló la ausencia total de producto de partida, así como la existencia de un único compuesto con grupos fosfonato en su estructura, al observar un único doblete a 3.17 ppm con una constante de acoplamiento de 20 Hz, que integra para cuatro protones, aquellos directamente unidos a los dos átomos de fósforo. Las pequeñas trazas de otros subproductos son probablemente impurezas derivadas del paso anterior, y en todo caso no contienen grupos fosfonato ni aldehído, por lo que no interfieren en la posterior reacción de HWE con 4-dibutilaminobenzaldehído (esquema 1.14). Tras los procesos de purificación oportunos, se obtuvo finalmente el compuesto cruciforme 27 como un sólido naranja con un 66% de rendimiento. Los grupos dibutilamino, en este caso, aportan una buena solubilidad en disolventes como cloroformo. En la figura 1.26 se muestra su espectro de 1H-RMN.

44 Rajeshwaran, G. G.; Nandakumar, M.; Sureshbabu, R.; Mohanakrishnan, A. K. Org. Lett. 2011, 13, 1270-1273.


ppm (f1)6.507.007.50

0

500

ppm (f1)0.01.02.03.0

100

200

300

400500

600

700

800N

N

S

S

F3C

CF3

Figura 1.26. Espectro de 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) del compuesto cruciforme 27.

Si atendemos a su región aromática, se pueden observar los dos sistemas AB diferentes correspondientes a los dos tipos de dobles enlaces presentes en la estructura, todos ellos con una constante de acoplamiento de aproximadamente 16 Hz, valor característico de una configuración trans. También aparecen cuatro sistemas AB con una constante de acoplamiento de aproximadamente 8 Hz, que se corresponden con los cuatro tipos de anillos de benceno existentes.


De manera análoga se pudo obtener también el compuesto cruciforme 28 con dos grupos electrodadores hidroxilo (esquema 1.15).45

S

S

CF3

F3C

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

S

S

CF3

F3C

HO

OH

OHC O

O

26

KtBuO, THF

1)

2) TFA, 0º C (71%)

(37%)

28

Esquema 1.15. Preparación del compuesto cruciforme 28. Sin embargo, la extensión de esta metodología al derivado 10 (ver esquema 1.9), que presenta un grupo tBu en lugar del grupo CF3, resultó infructuosa ya que no se pudo preparar de ninguna manera el correspondiente difosfonato.

45 McGrier, P. L.; Solntsev, K. M.; Schönhaber, J.; Brombosz, S. M.; Tolbert, L. M.; Bunz, U. H. F. Chem. Commun. 2007, 2127-2129.


1.2.2. Compuestos cruciformes simétricos (R = R’)

Los compuestos cruciformes con R = R’, es decir, aquellos con todos los sustituyentes iguales, pueden ser preparados por dos vías diferentes. La primera requiere la síntesis del tetraaldehído 29, al cual se puede acceder fácilmente por reacción del derivado tetrabromado 1 con ácido 4-formilfenilborónico mediante reacción de acoplamiento de Suzuki (esquema 1.16).

BHO OH

HO

S

H

S

H

H

O

O

H

O

O

S

SBr

BrBr

Br (Ph3P)4Pd

1

+Suzuki

29 (62%)4

Esquema 1.16. Preparación del tetraaldehído 29. A pesar de que la presencia de grupos aldehído suele traducirse en un descenso de la solubilidad en este tipo de estructuras, el compuesto 29 es totalmente soluble en los disolventes orgánicos habituales como cloroformo o THF. Su espectro de 1H-RMN muestra dos singletes cercanos y en torno a 10 ppm, que integran cada uno de ellos para dos protones y que se corresponden con los dos tipos de grupos formilo introducidos en la molécula. Los protones de los anillos de benceno de la rama horizontal y de la rama vertical también dan señales distintas, observando en el espectro dos sistemas tipo AB diferentes. Resulta evidente que el modo más directo para obtener los compuestos cruciformes objetivo (con R = R’), es la reacción de HWE del tetraaldehído 29 con los fosfonatos bencílicos adecuados (esquema 1.17).


Sin embargo, de esta manera sólo fue posible obtener con rendimiento aceptable los compuestos 30-32, todos ellos como sólidos de color amarillo.

P(O)(OEt)2

S

S

O

S

S

H

H

O

H

H

O

O

29

+ 4 HWE

30: R = CF3 (69%)31: R = H (43%)

R

R

R

R

R 32: R =O

OB (64%)

Esquema 1.17. Preparación de compuestos cruciformes en una sola etapa a partir del tetraaldehído 29. Sin embargo, la reacción de HWE con fosfonatos con grupos dadores de electrones (R = tBu, NPh2) dio lugar, como era de esperar a la vista de la experiencia acumulada, a un crudo de reacción cuyo análisis por 1H-RMN mostraba la presencia de diferentes subproductos con grupos terminales formilo sin reaccionar. Todos los intentos de separación y purificación por diferencia de solubilidad o cromatografía en columna resultaron infructuosos, de modo que resultó necesario introducir paso a paso las diferentes ramas, siguiendo el protocolo utilizado para la síntesis de compuestos cruciformes con R ≠ R’ (estrategia A, ver esquema 1.1). Aún así, sólo fue posible preparar el compuesto 33, con cuatro grupos tBu (esquema 1.18). La síntesis del compuesto con R = NPh2 resultó inviable.


P(O)(OEt)2

tBu

tBu

tBu

S

S

tBu

tBu

S

S

H

H

O

O

tBu

tBu12

+ 2 HWE

33 (49%)

Esquema 1.18. Preparación del compuestos cruciforme 33 con R = R’ = tBu. Los espectros 1H-RMN de los compuestos cruciformes simétricos (R = R’) son bastante similares, de modo que tan sólo se presenta el del compuesto 33 a modo de ejemplo (figura 1.27).

Figura 1.27. Espectro de 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) del compuesto cruciforme 33.

S

S

ppm (f1) 7.00 7.10 7.20 7.30 7.40 7.50 7.60

0

500

1000

ppm (f1) 1.00 1.50 2.00

-1000 0 1000 2000 3000


Si atendemos a su región aromática, se pueden observar los dos sistemas AB diferentes correspondientes a los dos tipos de dobles enlaces presentes en la estructura, todos ellos con una constante de acoplamiento de aproximadamente 16 Hz (configuración trans). También aparecen cuatro sistemas AB con una constante de acoplamiento de aproximadamente 8 Hz, que se corresponden con los cuatro tipos de anillos de benceno existentes. En la zona alifática aparece un único singlete fino e intenso, que integra para 36 protones, debido a los doce grupos metilo que incorpora la molécula. 1.2.3. Compuestos con estructura no cruciforme Eligiendo adecuadamente el sustrato de partida, las metodologías de síntesis descritas hasta el momento permiten también preparar compuestos no cruciformes que posean las ramas en una única dirección, tanto en las posiciones 3,3’ como en las posiciones 5,5’ del sistema de bitiofeno. Así, el dialdehído 3 puede utilizarse como producto de partida en la síntesis de los compuestos 34 y 35, mediante reacción de HWE con el fosfonato adecuado (esquema 1.19).


H

H

O

O

S

S

3

P(O)(OEt)2

R

S

S

R

R

+ 2 HWE

34: R = CF3 (70%)

35: R = tBu (65%)

Esquema 1.19. Preparación de bitiofenos con ramas de estilbeno en las posiciones 3,3’. Como ya se ha comentado anteriormente, esta vía de síntesis no permite la obtención de este tipo de compuestos con grupos R fuertemente dadores de electrones. No obstante, se puede acceder al compuesto con R = NMe2 (24) de la manera descrita en el apartado 1.2.1 (página 44).

De igual forma, también se prepararon estructuras similares pero con las ramas incorporadas en las posiciones 5,5´ del núcleo de bitiofeno. En este caso se ha de utilizar el dialdehído 36 como sustrato de partida, el cual se prepara mediante reacción de Suzuki entre el ácido 4-formilfenilborónico y el 5,5’-dibromo-[2,2’]-bitiofeno comercial. Su reacción de HWE con los correspondientes fosfonatos permite obtener los derivados deseados 37 y 38 con buenos rendimientos (esquema 1.20).


Br

Br

S

S

R

P(O)(OEt)2

S

S

H

O

H

OB CHO

HO

HO

S

S

R

R

37: R = CF3 (96%)

38: R = tBu (45%)

36 (82%)

Suzuki(Ph3P)4Pd

HWE

Esquema 1.20. Preparación de bitiofenos con ramas de estilbeno en las posiciones 5,5’. Ambos se obtienen como sólidos coloreados y no son solubles en los disolventes orgánicos habituales, por lo que su caracterización por RMN resulta imposible. Esto puede explicarse por la gran planaridad de la estructura, que facilita el apilamiento de moléculas. No obstante la desaparición de la banda carbonílica del producto de partida en el espectro IR, así como la aparición del pico molecular correspondiente en el espectro de masas, confirman la formación de los mismos. Para la preparación de este tipo de compuestos con grupos fuertemente dadores de electrones es necesario partir del éster de pinacol derivado del ácido 4-bromometilbencenoborónico, transformar el producto obtenido en el correspondiente difosfonato y finalmente hacer una reacción de HWE con el aldehído apropiado (esquema 1.21). De esta manera fue posible preparar el compuesto con R = NBu2 (41), que proporciona una buena solubilidad en disolventes orgánicos.


Br

Br

S

S

OHC NBu2S

S

CH2X

XH2C

B CH2BrO

O

P(OEt)3

S

S

Bu2N

NBu2

41 (34%)39: X = Br (60%)

Suzuki(Ph3P)4Pd

HWE

40: X = P(O)(OEt)2 (89%)InCl3, ∆

Esquema 1.21. Preparación del bitiofeno 41 con ramas de p-dibutilaminoestilbeno en las posiciones 5,5’. Algunos de estos compuestos (en concreto los derivados 34 y 35) serán usados posteriormente en la Parte II de esta Memoria para llevar a cabo diferentes ensayos de polimerización oxidativa (ver apartado 2.3, página 199). 1.2.4. Glosario de compuestos preparados Como hemos visto a lo largo de los apartados anteriores, el acceso a los productos objetivo se ha realizado utilizando diferentes aproximaciones sintéticas. Sin embargo, ninguna de ellas ha mostrado ser lo suficientemente general como para permitir la preparación ilimitada de compuestos con cualquier tipo de sustituyentes R y R’ en posiciones específicas. A modo de resumen, en la figura 1.28 se recogen todas las estructuras sintetizadas y aisladas con una pureza adecuada donde, asimismo, se indica la estrategia empleada para su síntesis. Las propiedades ópticas y electrónicas de los compuestos cruciformes serán estudiadas a continuación, si bien previamente en el próximo apartado haremos un estudio computacional de la estructura de los mismos.


Compuestos cruciformes no simétricos

F3C

CF3

tBu

tBu

S

S S

S

CF3

F3C

Bu2N

NBu2

S

S

tBu

tBu

F3C

CF3

F3C

CF3

HO

OH

S

S

27(estrategia B.2)

14(estrategia A)

13(estrategia A)

28(estrategia B.2)

Compuestos cruciformes simétricos

S

S

tBu

tBu

tBu

tBu

S

S

CF3

F3C

F3C

CF3

S

S

H

H

H

H

S

S

B

B

B

OO

BO O

OO

OO

31(una etapa desde 29)



33(estrategia A)

Compuestos no cruciformes

S

S

CF3

F3C

S

S

tBu

tBu

S

S

NMe2

Me2N

SS

F3C

CF3

SS

tBu

tBu

SS

Bu2N

NBu2 34(HWE desde 3)

37 (HWE desde 36)

38 (HWE desde 36)

41 (HWE desde 40) 35(HWE desde 3)

24(estrategia B.1)

Figura 1.28. Compuestos sintetizados en este capítulo y que han sido aislados con una pureza adecuada.


1.3. Cálculos computacionales Antes de estudiar las propiedades ópticas y redox de los compuestos con estructura cruciforme sintetizados en el apartado anterior, se han realizado una serie de estudios computacionales con el fin de obtener datos de interés acerca de la geometría de estas moléculas, así como de la topología y energía de sus orbitales frontera HOMO y LUMO. Los cálculos se llevaron a cabo empleando el conjunto de programas GAUSSIAN 09,46 usando la Teoría del Funcional de Densidad (DFT)47 para incluir la correlación electrónica con un coste computacional razonable. Se utilizó el funcional de tres parámetros desarrollado por Becke,48 normalmente denominado B3LYP, y la base 6-31G*.49 Las energías vibracionales del nivel cero (ZPVEs) no se corrigieron, y los diagramas de las topologías de los orbitales frontera HOMO y LUMO se realizaron con el programa Gaussview 0.4. En primer lugar se optimizó la estructura del compuesto 31, que no presenta grupos funcionales en ninguna de sus ramas, con el fin de analizar los parámetros geométricos y las topologías iniciales de los 46 Gaussian 09, Revision A.1, Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, Jr., J. A.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J., Gaussian, Inc.: Wallingford CT, 2009. 47 Parr, R. G.; Yang, W. in Density-Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: New York, 1994. 48 a) Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100. b) Becke, A. D. J. Chem. Soc. 1993, 98, 5648-5652. c) Kohn, W.; Becke, A. D.; Parr, R. G. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12974-12980. 49 Hehre, W. J.; Radom, L.; Schleyer, P. V. R.; Pople, J. A. in Ab Initio Molecular Orbital Theory; Wiley: New York, 1986, p. 65-88.

60 1.3. Cálculos computacionales

orbitales HOMO y LUMO. De esta manera, posteriormente, se podrá estudiar cómo varían dichos orbitales al introducir grupos funcionales terminales de distinta naturaleza.

S

S3

3

5’

5’3’

3’

5

5

31 Ángulo diedro: 131.0º

S

S3

3

5’

5’3’

3’

5

5

31 Ángulo diedro: 131.0º

Figura 1.29. Estructura optimizada a nivel DFT B3LYP/6-31G* del compuesto 31. Como se puede comprobar en la figura 1.29, la molécula no es totalmente plana, sino que presenta una distorsión, adoptando una disposición de tipo aspa. Dicha disposición es mucho más acusada en el caso de las ramas situadas en los carbonos 3,3’, debido al ángulo diedro (131º) que adoptan los anillos de tiofeno. Por otro lado, el ángulo diedro entre el anillo de tiofeno y el fenilo de la posición 5 es de 24.7º, mientras que con el fenilo de la posición 3 forma un ángulo de 38.3º (figura 1.30).


S

S

24.7º

38.3º

Figura 1.30. Ángulos diedros entre los anillos de tiofeno y fenilo de la estructura 31. Los orbitales frontera se encuentran prácticamente superpuestos y distribuidos a lo largo de todo el sistema π, si bien se observa mayor densidad sobre el núcleo de bitiofeno y los anillos centrales que en los anillos más externos de las ramas (figura 1.31). Conviene resaltar que dicha densidad es notablemente más elevada, tanto para el HOMO como para el LUMO, en las ramas en posición 5,5’, lo que concuerda con la mayor planaridad observada en esa zona. El valor calculado para la diferencia energética HOMO-LUMO resultó ser de 3.08 eV.


Figura 1.31. Orbitales frontera del compuesto 31. A continuación se abordó el estudio de los compuestos cruciformes simétricos 30, 32 y 33. Tanto la topología de sus orbitales frontera como las energías de éstos, se muestran en la figura 1.32. Los resultados son parecidos a los obtenidos para el compuesto 31 con un valor de la diferencia energética HOMO-LUMO que oscila entre 3.03-3.08 eV.

SS

LUMO(-1.90 eV)

HOMO(-4.98 eV)

∆E = 3.08 eV


Figura 1.32. Orbitales frontera de los compuestos cruciformes simétricos 30, 32 y 33.

Cuando se realizan los cálculos sobre los compuestos no simétricos, se observa que la incorporación de grupos tanto dadores como aceptores dentro de las misma estructura provoca que los orbitales frontera se localicen preferentemente en diferentes ramas de la molécula (figuras 1.33 y 1.34). Como era de esperar, en todos los casos el HOMO se localiza principalmente en la rama con sustituyentes dadores (tBu, OH, NR2), mientras que la mayor parte del LUMO se concentra en la rama que presenta sustituyentes aceptores (CF3). El sistema de bitiofeno es parte integrante de ambos orbitales. Cuando los sustituyentes electrodadores se sitúan en las ramas en posición 5,5’ (compuestos 13, 27* y 28)50 se observa que el HOMO está tanto más localizado en dichas ramas cuanto más electrodonador es el sustituyente (NMe2 > OH > tBu), debido como se 50 Se ha nombrado como 27* a la estructura similar a 27 en la que se ha sustituido el grupo NBu2 por NMe2 para una mayor simplicidad de cálculo.

SS

F3C

F3C

CF3

CF3

SS

tBu

tBu

tBu

tBu

SS

B

B

BO

O

BO

OO

O

O

O

30 32 33

LUMO(-2.31 eV)

HOMO(-5.36 eV)

∆E = 3.05 eV

LUMO(-1.92 eV)

HOMO(-4.95 eV)

∆E = 3.03 eV

LUMO(-1.82 eV)

HOMO(-4.90 eV)

∆E = 3.08 eV


ha comentado anteriormente a la mayor planaridad existente en esta parte de la estructura. El mismo razonamiento puede aplicarse al compuesto 14, que presenta el grupo electroatractor CF3 en las ramas en posición 5,5’. En este caso es el LUMO el que se localiza exclusivamente a lo largo de las mismas.

Figura 1.33. Orbitales frontera de compuestos cruciformes no simétricos 13 y 14.

SS

F3C

But

tBu

CF3

SS

But

F3C

CF3

tBu

13 14

LUMO(-2.06 eV)

HOMO(-5.11 eV)

∆E = 3.05 eV

LUMO(-2.16 eV)

HOMO(-5.15 eV)

∆E = 2.99 eV


Figura 1.34. Orbitales frontera de los compuestos cruciformes no simétricos 27* y 28. El valor de la diferencia energética HOMO-LUMO es similar a la de los compuestos simétricos, excepto en el caso del compuesto 27*, que es sensiblemente menor (2.74 eV). No cabe esperar, por tanto, diferencias importantes en los espectros de absorción de todos estos compuestos.

SS

F3C

HO

OH

CF3

SS

F3C

Me2N

NMe2

CF3

2827*

LUMO(-1.93 eV)

HOMO(-4.67 eV)

∆E = 2.74 eV

LUMO(-2.03 eV)

HOMO(-5.02 eV)

∆E = 2.99 eV


Solo en el compuesto 27 se debe observar un desplazamiento al rojo (batocrómico) en el espectro de absorción. Por otro lado, es únicamente en el compuesto 27* donde los orbitales frontera se localizan en ramas independientes, por lo que pueden perturbarse de manera desigual. Así, la presencia de protones (y posiblemente cationes metálicos) debe alterar de manera significativa la diferencia energética HOMO-LUMO del compuesto 27. En medio ácido, la protonación debe ocurrir en los grupos dialquilamino básicos, estabilizando por tanto el HOMO y provocando un desplazamiento hacia el azul (hipsocrómico) en el espectro de absorción. Como veremos en el siguiente apartado, todos estos aspectos se confirman experimentalmente al registrar los espectros UV/Vis de las estructuras sintetizadas.


1.4. Estudio de las propiedades ópticas y electroquímicas 1.4.1. Propiedades ópticas El estudio de las propiedades ópticas de los compuestos cruciformes sintetizados se llevó a cabo mediante espectroscopía UV-visible y fluorescencia a temperatura ambiente. Los espectros de absorción observados utilizando CH2Cl2 como disolvente para los compuestos cruciformes igualmente sustituidos (R = R’) presentan una forma similar, con una transición principal de tipo π-π* (figura 1.35). En comparación con el [2,2’]bitiofeno (λmax = 303 nm), el desplazamiento batocrómico observado en estos derivados es una consecuencia de la disminución de la diferencia energética HOMO-LUMO debido al incremento de la conjugación a través de todo el sistema π de la molécula. Este fenómeno ha sido observado y discutido en los cálculos presentados en el capítulo anterior y queda ahora confirmado por los datos espectroscópicos.

300 400 5000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abs

orba

ncia

λ (nm)

30 (R = R' = CF3) 31 (R = R' = H) 32 (R = R' = BO

2C

6H

12)

33 (R = R' = tBu)

Figura 1.35. Espectros de absorción normalizados de los compuestos cruciformes igualmente sustituidos (R = R’) registrados en CH2Cl2 a temperatura ambiente (c = 2.89-5.23 × 10-6 M).

1.4. Propiedades ópticas y electroquímicas 68

En cuanto a los compuestos diferentemente sustituidos (R ≠ R’), no se observan diferencias significativas en los espectros de absorción, excepto en el compuesto 27 (R = CF3, R’ = NBu2), donde la introducción de un sustituyente fuertemente dador de electrones como el NBu2 produce la aparición de una banda de transferencia de carga a menor energía (396 nm) (figura 1.36).

300 400 5000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abs

orba

ncia

λ (nm)

13 (R = CF3, R' = tBu)

14 (R = tBu, R' = CF3) 27 (R = CF3, R' = NBu2) 28 (R = CF

3, R' = OH)

Figura 1.36. Espectros de absorción normalizados de los compuestos cruciformes diferentemente sustituidos (R ≠ R’) registrados en CH2Cl2 a temperatura ambiente (c = 1.70- 4.61 × 10-6 M). Es necesario destacar que, en todos los casos, la elección de los sustituyentes R y R’ no parece tener una gran influencia en el máximo de absorción (tabla 1.1).


R

R

R'

R'

S

S

Tabla 1.1. Datos de UV/Vis y fluorescencia de compuestos cruciformes en disolución de CH 2Cl2 (c = 1.70-5.23 x 10-6 M).

Compuesto UV/Vis λmax, nm (ε, M-1 cm-1)

Fluorescencia λmax, nm

Band gap óptico cm-1, eV (calculado)a

30 (R = R’ = CF3) 344 (115600) 406, 426 529

457, 2.71 (3.05)

31 (R = R’ = H) 343 (129200) 401, 422 529

454, 2.73 (3.08)

32 (R = R’ = BO2C6H12) 341 (50600) 356, 374, 393 527

438, 2.83 (3.03)

33 (R = R’ = tBu) 347 (150400) 406, 427 529

456, 2.72 (3.08)

13 (R = CF3, R’ = tBu) 345 (97100) 405, 427

530 445, 2.79 (3.05)

14 (R = tBu, R’ = CF3) 344 (150500) 408, 427 528

460, 2.70 (2.99)

27 (R = CF3, R’ = NBu2) 332 (52300) 396 (43200)

559 483, 2.57 (2.74)b

28 (R = CF3, R’ = OH) 345 (79300) 447 (hombro) 533

458, 2.71 (2.99)

a Ver apartado 1.3. b Calculado con R’ = NMe2. Los espectros UV/Vis permiten calcular la diferencia energética HOMO-LUMO (band gap óptico), que puede ser estimada a través del punto de corte del inicio de la línea de absorción y la línea base tal y como se


muestra en la figura 1.37 para el compuesto 27.51 Los resultados obtenidos también se recogen en la tabla 1.1.

300 400 500 600 7000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abs

orba

ncia

λ (nm)

Band Gap

Figura 1.37. Cálculo de la diferencia energética HOMO-LUMO (band gap óptico) mediante el espectro UV/Vis. En cuanto a los espectros de emisión, todos ellos presentan una forma similar e independiente de la longitud de onda de excitación. Esto hace suponer que la relajación fluorescente se produce desde el mismo estado o estados excitados, independientemente de la parte de la molécula que sea excitada. Los espectros en disolución de CH2Cl2 correspondientes a los compuestos con R = R’ se muestran en la figura 1.38. Todos ellos muestran bandas de fluorescencia en el rango λmax = 356-427 nm con estructura vibracional, así como una banda ancha a 529 nm.

51 Schlaf, R.; Schroeder, P. G.; Nelson, M. W.; Parkinson, B. A.; Merritt, C. D.; Crisafulli, L. A.; Murata, H.; Kafafi, Z. H. Surface Science 2000, 450, 142-152.


400 500 6000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

30 (R = R' = CF3) 31 (R = R' = H) 32 (R = R' = BO2C6H12)

33 (R = R' = tBu)

Figura 1.38. Espectros de emisión normalizados de los compuestos cruciformes igualmente sustituidos (R = R’) registrados en CH2Cl2 a temperatura ambiente (c = 2.89-5.23 × 10-6 M). Los espectros de emisión de los compuestos diferentemente sustituidos (R ≠ R’) son parecidos a los anteriores, si bien en el compuesto 27 (R = CF3, R’ = NBu2) solo aparece la banda ancha de menor energía, desplazada unos 30 nm al rojo con respecto al resto de compuestos (figura 1.39), lo que concuerda con la menor diferencia energética HOMO-LUMO calculada para este compuesto.


400 500 6000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

13 (R = CF3, R' = tBu)

14 (R = tBu, R' = CF3)

27 (R = CF3, R' = NBu2) 28 (R = CF3, R' = OH)

Figura 1.39. Espectros de emisión normalizados de los compuestos cruciformes diferentemente sustituidos (R ≠ R’) registrados en CH2Cl2 a temperatura ambiente (c = 1.70- 4.61 × 10-6 M). Solvatocromía La posición e intensidad de las bandas de absorción de los espectros UV/Vis y fluorescencia de la mayoría de los compuestos, sufren importantes cambios con la modificación del disolvente o con la concentración. Esto es explicable teniendo en cuenta las interacciones moleculares débiles soluto-disolvente, disolvente-disolvente y/o soluto-soluto. Dichas interacciones se clasifican en (i) interacciones no específicas, causadas por efectos de polaridad-polarizabilidad y (ii) interacciones específicas debidas a enlaces de hidrógeno, transferencia de carga o interacciones electrodador-electroaceptor. El método de comparación solvatocrómica de Kamlet y Taft permite cuantificar las interacciones específicas y separarlas de los efectos de polaridad y polarizabilidad en base al uso de una combinación lineal de parámetros empíricos que caracterizan la polaridad y la capacidad dadora y aceptora de enlace de hidrógeno de los diferentes disolventes. Cuando el


parámetro de estudio es la longitud de onda (o frecuencia) de una banda de emisión o absorción atiende a la siguiente ecuación: νmax = ν0 + sπ* + aα + bβ donde: νmax = frecuencia del máximo de emisión o absorción. ν0 = posición del máximo en un disolvente no interactuante de referencia. π* = índice que denota la habilidad del disolvente para estabilizar un dipolo o una transferencia de carga interna (poder solvatante). α = capacidad del disolvente para dar enlace de hidrógeno (acidez). β = capacidad del disolvente para aceptar enlace hidrógeno (basicidad). s,a,b = coeficientes de sensibilidad. En nuestro caso, los espectros de absorción de todos los compuestos se ven poco influenciados por la polaridad del disolvente, tal y como se puede apreciar en la figura 1.40 para el compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N). Estos resultados indican un pequeño momento dipolar en el estado fundamental.

300 400 5000,0

0,5

1,0

Abs

orba

ncia

λ (nm)

Hexano CH

2Cl

2

CH3OH CH

3CN

DMSO

Figura 1.40. Espectros normalizados de absorción UV/Vis del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) en varios disolventes a c = 2.04 × 10-6 M.


Siguiendo el método de Kamlet-Taft,52 se ha analizado el comportamiento solvatocrómico de los espectros de emisión del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) en disolventes de distinta polaridad (figura 1.41, tabla 1.2), cuyos parámetros de Kamlet-Taft se encuentran recogidos en la tabla 1.3.

400 500 6000,0

0,5

1,0

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

hexano CH2Cl2 CH3OH CH3CN DMSO

Figura 1.41. Espectros normalizados de emisión del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) en varios disolventes a c = 2.04 × 10-6 M.

Tabla 1.2. Datos de UV/Vis y fluorescencia del compuesto 27 en diferentes disolventes (c = 2.04 x 10 -6 M).

Disolvente UV/Vis λmax, nm

Fluorescencia λmax, nma

ΦFb

Hexano 329, 400 526 0.56 Diclorometano 332, 396 559 0.60 Metanol 331, 398 558 -- Acetonitrilo 331, 396 540 0.35 DMSO 341, 396 546 0.22

a Excitación a la banda de absorción de mayor energía. b Rendimiento cuántico de fluorescencia relativo a una disolución de sulfato de quinina en H2SO4 0.1 M (ΦRef = 0.54).

52 a) Kamlet, M. J.; Abboud, J. L.; Taft, R. W. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 6027-6038. b) Taft, R. W.; Abboud, J. L. M.; Kamlet, M. J. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 1080-1086. c) Kamlet, M. J.; Abboud, J. L. M.; Abraham, M. H.; Taft, R. W. J. Org. Chem. 1983, 48, 2877-2887. d) Cheong, W. J.; Carr, P. W. Anal. Chem. 1988, 60, 820-826.


Tabla 1.3. Parámetros de Kamlet-Taft de diferentes disolventes.53

Disolvente π* α β Hexano -0.04 0 0 Diclorometano 0.82 0.13 0.10 Éter dietílico 0.27 0 0.47 Metanol 0.60 0.98 0.66 Acetonitrilo 0.75 0.19 0.40 DMSO 1 0 0.76

Una vez realizado el estudio de regresión múltiple, se obtiene la siguiente ecuación (r = coeficiente de correlación):

νmax (103 cm-1) = 19.0 – 1.18π* – 0.86α + 0.78β (r = 0.95)

De acuerdo con los datos obtenidos, un aumento en la acidez (α) y polaridad del disolvente (π*) causa un desplazamiento batocrómico en la emisión, mientras que la basicidad va en sentido contrario. La magnitud de los coeficientes es muy similar, con solo un ligero papel dominante de la polaridad del disolvente en el efecto solvatocrómico. Los rendimientos cuánticos de fluorescencia ΦF son, en general, inversamente proporcionales a la λmax de emisión (a menor energía de emisión, menor ΦF). Este hecho es habitual ya que la desactivación no radiativa es más fácil que ocurra en compuestos con una menor diferencia HOMO-LUMO.54 Sin embargo, en el caso del diclorometano, no hay una clara correlación numérica. Análogamente, se ha estudiado el comportamiento solvatocrómico del compuesto 28 (R = CF3, R’ = OH) (figura 1.42, tabla 1.4).

53 Marcus. Y. Chem. Soc. Rev. 1993, 22, 409-416. 54 a) Englman, R.; Jortner, J. Mol. Phys. 1970, 18, 145-154. b) Caspar, J. V.; Meyer, T. J. J. Phys. Chem. 1983, 87, 952-957. c) Tolbert, L. M.; Nesselroth, S. M.; Netzel, T. L.; Raya, N.; Stapleton, M. J. Phys. Chem. 1992, 96, 4492-4496.


300 350 400 450 500 5500,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abso

rban

cia

λ (nm)

éter CH

2Cl

2

MeOH CH

3CN

400 500 600 7000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

éter diclorometano metanol acetonitrilo

Figura 1.42. Espectros normalizados de absorción UV-vis (arriba) y emisión (abajo) del compuesto 28 (R = CF3, R’ = OH) en varios disolventes a c = 1.7 × 10-6 M.

Tabla 1.4. Datos de UV/Vis y fluorescencia del compuesto 28 en diferentes disolventes (c = 1.7 x 10 -6 M).

Disolvente UV/Vis λmax, nm

Fluorescencia λmax, nm

Éter dietílico 345 527 Diclorometano 345 529 Metanol 345 532 Acetonitrilo 350 535


Como puede observarse en la figura anterior, la influencia del disolvente es mucho menor que en el caso del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N), tanto en lo referente a la absorción como a la emisión. Si se analizan los espectros de UV-visible obtenidos, se puede observar un efecto solvatocrómico prácticamente nulo, con la presencia de una única banda cuyo máximo se encuentra a 345 nm. Únicamente en el caso del acetonitrilo, se observa un ligero desplazamiento batocrómico, aunque tan sólo de 5 nm. Por otro lado, en cuanto a los espectros de emisión, el hombro que aparece a menor longitud de onda disminuye en intensidad a medida que aumenta la constante dieléctrica del disolvente en el que se realizan las medidas, desapareciendo por completo en el disolvente más polar. En este caso, la ecuación obtenida tras el estudio de regresión múltiple de Kamlet-Taft es la siguiente:

νmax (103 cm-1) = 19.6 – 0.84π* + 0.29α – 0.95β (r = 1) Como cabía esperar, los enlaces de hidrógeno entre los grupos hidroxilo y los disolventes básicos provocan un desplazamiento batocrómico. El efecto de la acidez es de sentido contrario, aunque muy débil. Todos estos resultados indican un débil carácter ácido del fenol tanto en el estado fundamental como en el estado excitado. Influencia del pH El pH puede tener una gran influencia en las propiedades ópticas de los compuestos que presentan grupos cromóforos en su estructura, especialmente cuando estos son susceptibles de protonación o desprotonación en el medio de reacción. En el caso que nos ocupa, los grupos amino del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) pueden protonarse al bajar el pH, mientras que los grupos OH del compuesto 28 (R = CF3, R’ = OH)


pueden dar el correspondiente fenolato en condiciones básicas. En ambos casos se pueden producir cambios significativos en la absorción y/o emisión. Efectivamente, la adición de TFA sobre una disolución de diclorometano o acetonitrilo del cruciforme 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) conduce a la desaparición en los espectros de absorción de la banda de transferencia de carga (figura 1.43).

300 350 400 450 500 550 6000,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

Abso

rban

cia

λ (nm)

sin TFA +5 eq TFA +10 eq TFA +15 eq TFA +20 eq TFA +100 eq TFA

300 350 400 450 500 550 6000,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

Abso

rban

cia

λ (nm)


Figura 1.43. Espectro de absorción de 27 (R = CF3, R’ = Bu2N, c = 2.04 × 10-6 M) en CH2Cl2 (arriba) y CH3CN (abajo) en presencia de cantidades crecientes de TFA.


La evolución de los espectros de emisión de 27 en acetonitrilo se muestra en la figura 1.44.

400 500 600 700 8000

500000

1000000

1500000In

tens

idad

(u.a

.)

λ (nm)


500 600 700 8000

150000

300000

450000

Inte

nsid

ad (u

.a.)

nm


Figura 1.44. Espectro de emisión de 27 (R = CF3, R’ = Bu2N, c = 2.04 × 10-6 M) en CH3CN en presencia de cantidades crecientes de TFA. Arriba: λexc = 331 nm; abajo: λexc = 410 nm.


Cuando la λexc es 331 nm, la banda de emisión se hace más intensa al aumentar la cantidad de TFA añadida, experimentando un ligero desplazamiento al azul tras añadir 100 equivalentes de TFA. Por el contrario, cuando irradiamos a 410 nm aparece una banda ancha poco intensa (λmax = 565 nm) que puede ser atribuida básicamente al estado de transferencia de carga. La adición de ácido hace desaparecer este estado y la emisión se hace paulatinamente más estrecha e intensa. Con un gran exceso de ácido (450 equivalentes) se consigue la protonación total del compuesto, apareciendo la banda correspondiente a la especie diprotonada a λmax = 528 nm. El cambio en la fluorescencia debido a la protonación de la molécula es detectable incluso a simple vista. Cuando la disolución de acetonitrilo es irradiada bajo una lámpara de luz UV a 366 nm emite luz de color amarillo-anaranjado, que se vuelve verde tras la adición de un exceso de TFA (figura 1.45).

Figura 1.45. Disolución en acetonitrilo de 27 (R = CF3, R’ = Bu2N, c = 2.04 × 10-6 M) en su forma neutra (izquierda) y protonada (derecha), bajo una lámpara UV de 366 nm. La protonación de los grupos Bu2N impide el estado de transferencia de carga a la vez que debe estabilizar el HOMO de la molécula. Cabe esperar que la energía del LUMO no se vea especialmente afectada. La diferencia energética HOMO-LUMO, por tanto, debe aumentar tal y como se observa experimentalmente.

27 27+TFA


Por otro lado, el tratamiento con un exceso de base (NaOH en agua) de una disolución en MeOH/H2O (1/1) del compuesto 28 (R = CF3, R’ = OH) proporciona el espectro UV/Vis de la figura 1.46, donde no se observan cambios significativos en presencia de un exceso de NaOH.

300 400 500 600 7000,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22A

bsor

banc

ia

λ (nm)

sin NaOH +47 eq NaOH

Figura 1.46. Espectro de absorción de 28 (R = CF3, R’ = OH, c = 1.33 × 10-5 M) en MeOH/H2O (1/1) en ausencia y presencia de NaOH. En cuanto a la fluorescencia, la desprotonación de los grupos OH de la estructura provoca una disminución de la misma. En el espectro de la figura 1.47 se puede apreciar como la adición de cantidades sucesivas de sosa conduce a una disminución progresiva de la emisión (λmax = 544 nm), que es posible observar a simple vista (figura 1.48). Un exceso mayor a 47 equivalentes ya no produce ningún cambio apreciable en los espectros.


450 500 550 600 6500

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

sin NaoH +1 eq NaOH +4 eq NaOH +12 eq NaOH +31 eq NaOH +47 eq NaOH

Figura 1.47. Espectros de emisión de 28 (R = CF3, R’ = OH, c = 1.33 × 10-5 M) en MeOH/H2O (1/1) en presencia de cantidades crecientes de NaOH. λexc = 350 nm.

Figura 1.48. Disolución de 28 (R = CF3, R’ = OH, c = 1.33 × 10-5 M) en MeOH/H2O (1/1) en su forma neutra (izquierda) y desprotonada (derecha), bajo una lámpara UV de 366 nm. La desprotonación del compuesto 28 (R = CF3, R’ = OH) debería provocar cambios significativos en sus espectros de absorción y/o emisión. Así, cabría esperar la formación de una banda desplazada al rojo en el espectro de absorción y una nueva banda de menor energía en el espectro de emisión, debido a la formación de los grupos fenolato, fuertes dadores de electrones. Esto no es lo observado, sino solamente ligeras variaciones en el

28 28 + NaOH


espectro de absorción y una desactivación progresiva de la fluorescencia (figuras 1.46 y 1.47). Un comportamiento similar ha sido observado con diversos compuestos dihidroxicruciformes.55 Los cálculos DFT arrojan alguna luz sobre este problema. Como puede verse en la figura 1.49, el HOMO del dianión está básicamente localizado sobre los anillos de fenolato mientras que el LUMO está estrictamente localizado sobre las unidades de trifluorometilestilbeno. Los orbitales HOMO y LUMO de la molécula desprotonada no presentan solapamiento, lo que hace que la transición electrónica S0-S1 esté prohibida. Como resultado el desplazamiento batocrómico en el espectro de absorción no se observa tras la desprotonación y la emisión de la especie desprotonada es tan débil que no puede registrarse.

Figura 1.49. Orbitales frontera (izquierda: HOMO; derecha: LUMO) de la estructura 28 desprotonada calculados con B3LYP/6-31G* utilizando el programa Spartan 0.8 (Wavefunction, Irvine, CA, USA). 55 a) McGrier, P. L.; Solntsev, K. M.; Schönhaber, J.; Brombosz, S. M.; Tolbert, L. M.; Bunz, U. H. F. Chem. Comunn. 2007, 2127-2129. b) McGrier, P. L.; Solntsev, K. M.; Miao, S; Tolbert, L. M.; Miranda, O. R.; Rotello, V. M.; Bunz, U. H. F. Chem. Eur. J. 2008, 14, 4503-4510.

SS

F3C

O

O

CF3


Influencia de cationes De manera análoga a los protones, los cationes metálicos tienen la posibilidad de coordinarse con los grupos Bu2N, provocando también desplazamientos al azul en los espectros de emisión. Efectivamente, la adición sobre una disolución de 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) en CH2Cl2 de un exceso de triflato de Ag+, Cu2+, Li+ o Mg+ provoca la disminución de la banda a 559 nm y la aparición de una nueva banda en torno a 405 nm. Este hecho ocurre en menor medida tras la adición de triflato de Al3+, Zn2+ o Mn2+, y es apenas perceptible cuando se añade triflato de Ba2+ o Ca2+ (figura 1.50). La coordinación del catión metálico debe provocar, de nuevo, una disminución en la energía del HOMO dejando el LUMO inalterado. Conviene reseñar que cuando estos triflatos se añaden sobre disoluciones en CH2Cl2 del resto de compuestos cruciformes que no presentan grupos Bu2N en su estructura, no se observa ninguna variación en los espectros de absorción ni emisión.

400 500 6000

50

100

150

200

250

300

350

400

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

27 27+Ag+

27+Cu2+

27+Li+

27+Mg2+

400 500 600

0

10

20

30

40

50

60

70

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

27 27+Al3+

27+Ba2+

27+Ca2+

27+Mn2+

27+Zn2+

Figura 1.50. Espectros de emisión del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N, c = 2.04 × 10-6 M en CH2Cl2) en presencia de un exceso de diferentes triflatos metálicos (λexc = 332 nm). Los mismos experimentos se llevaron a cabo en disolución de CH3CN observándose un comportamiento similar, si bien la banda que aparece en este caso a unos 410 nm no llega a ser tan intensa como en el caso anterior (figura 1.51). Esta banda es la más importante del espectro solamente en presencia de Mg2+.


400 500 6000

50

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

27 27+Ag+

27+Cu2+

27+Li+

27+Mg+2

400 500 600

0

50

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

27 27+Al3+

27+Ba2+

27+Ca2+

27+Mn2+

27+Zn2+

Figura 1.51. Espectros de emisión del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N, c = 2.04 × 10-6 M en CH3CN) en presencia de diferentes triflatos metálicos (λexc = 331 nm). La presencia de un exceso de cloruro de Au3+ en una disolución de acetonitrilo del compuesto 27 conlleva un quenching prácticamente total de la fluorescencia. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre con los cationes anteriores, este resultado no es exclusivo de 27 sino que también se observa en aquellos cruciformes que no soportan grupos dialquilamino, como 28 (R = CF3, R’ = OH), 30 (R = R’ = CF3) y 33 (R = R’ = tBu). Una posible explicación es la formación de complejos en los que deben estar implicados los átomos de azufre de la estructura, si bien en el compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) el Au3+ también podría coordinarse con los nitrógenos de los grupos dibutilamino. El hecho de que la adición de cloruros de otros cationes (AlCl3, ZnCl2) sobre disoluciones de acetonitrilo de 30 y 33 no provoque ningún cambio en los espectros de absorción ni emisión, o que solo desaparezca la banda de transferencia de carga en el espectro UV/Vis del compuesto 27 (R = CF3, R’ = Bu2N) apoya esta conclusión. Estos cationes solo pueden coordinarse a los grupos dibutilamino de la estructura (cuando los hay) y no a los átomos de azufre como debe ocurrir en presencia de AuCl3. En la figura 1.52 se muestra a modo de ejemplo la titración de una disolución en CH3CN del compuesto 30 (R = R’ = CF3) con AuCl3. Pequeñas cantidades de AuCl3 provocan inicialmente un aumento de la banda en torno a


530 nm. Mayores concentraciones disminuyen la intensidad de la misma a la vez que se observa un desplazamiento progresivo de su máximo hacia el azul, aumentando la importancia de la banda situada a 425 nm.

400 500 6000

20

40

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

0

2.4 x 10-7 M

400 500 6000

20

40

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

4.8 x 10-7 M

9.0 x 10-5 M

Figura 1.52. Espectros de emisión del compuesto cruciforme 30 (R = R’ = CF3, c = 1.7 × 10-7 M) en CH3CN en presencia de cantidades crecientes de AuCl3. λexc = 340 nm.

De nuevo, el cambio en la fluorescencia debido a la presencia de Au3+ puede detectarse a simple vista. La disolución de acetonitrilo presenta inicialmente un color verdoso cuando se irradia bajo una lámpara de luz UV a 366 nm. Tras la adición de Au3+ pasa a adquirir un color azul que, finalmente desaparece con un exceso de catión Au3+ (figura 1.53).


Figura 1.53. Color de una disolución en acetonitrilo de 30 (R = R’ = CF3, c = 1.7 × 10-7 M) bajo una lámpara UV de 366 nm en ausencia y presencia de AuCl3. La titración de una disolución de acetonitrilo del compuesto 33 (R = R’ = tBu) proporcionó resultados similares a los obtenidos con el compuesto 30 (R = R’ = CF3), con cambios en la fluorescencia que también pudieron apreciarse a simple vista (figura 1.54).

Figura 1.54. Color de una disolución en acetonitrilo de 33 (R = R’ = tBu, c = 7.25 × 10-7 M) bajo una lámpara UV de 366 nm en ausencia y presencia de AuCl3. Como conclusión, podemos afirmar que la presencia de Au3+ parece inducir la formación de complejos en los que están implicados los átomos de azufre. Solamente un estudio de difracción de rayos X nos permitiría determinar inequívocamente la estructura de los mismos, sin embargo todos los intentos que se han realizado hasta el momento para aislar estos complejos han resultado infructuosos.

Au (III) Au (III)

Au (III) Au (III)


Influencia de aniones Se ha creado un gran interés en diseñar moléculas π-conjugadas que contengan átomos de boro, debido a sus especiales propiedades electrónicas y fotofísicas, las cuales son causa de la conjugación entre el orbital p vacante del boro y los orbitales π del átomo de carbono al que se encuentran unidos, convirtiéndose este tipo de compuestos en moléculas prometedoras para su aplicación en óptica no lineal o como materiales de transporte de carga, así como parte integrante en OLEDs.56 Pero también existen numerosos trabajos que demuestran la afinidad de este tipo de sistemas frente a iones fluoruro.57 Estos iones juegan un papel muy importante en numerosos procesos químicos y biológicos, por lo que su detección resulta de gran interés. En concreto, la detección in situ de fluoruros en agua resulta de vital importancia, ya que aunque concentraciones bajas de este anión pueden resultar beneficiosas, la ingestión de agua con concentraciones de fluoruros superiores a 1.5 ppm derivan en problemas de fluorosis dental (decoloración de los dientes). Cuando las concentraciones son aún mayores provocan fluorosis esquelética, cambios en la estructura de los huesos que hace que éstos se vuelvan extremamente frágiles y quebradizos.58

56 a) Noda, T.; Shirota, Y. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9714-9715. b) Noda, T.; Ogawa, H.; Shirota, Y. Adv. Mater. 1999, 11, 283-285. c) Yamaguchi, S.; Akiyama, S.; Tamao, K. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6335-6336. d) Yuan, Z.; Collings, J. C.; Taylor, N. J.; Marder, T. B.; Jardin, C.; Halet, J. F. J. Solid State Chem. 2000, 154, 5-12. e) Elbing, M.; Bazan, G. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 834-838. 57 a) Yamaguchi, S.; Akiyama, S.; Tamao, K. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11372-11375. b) Miyata, M.; Chujo, Y. Polym. J. 2002, 34, 967-969. c) Kubo, Y.; Yamamoto, M.; Ikeda, M.; Takeuchi, M.; Shinkai, S.; Tamao, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 2036-2040. d) Liu, Z.-Q.; Shi, M.; Li, F.-Y.; Fang, Q.; Chen, Z.-H.; Yi, T.; Huang, C.-H. Org. Lett. 2005, 7, 5481-5484. e) Sundararaman, A.; Venkatasubbaiah, K.; Victor, M.; Zakharov, L. N.; Rheingold, A. L.; Jäkle, F. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16554-16565. f) Hudnall, T. W.; Gabbaï, F. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11978-11986. g) Zhao, C.-H.; Sakuda, E.; Wakamiya, A.; Yamaguchi, S. Chem. Eur. J. 2009, 15, 10603-10612. h) Deng, Y.; Chen, Y.; Cao, D.; Liu, Z.; Li, G. Sens. Actuators, B 2010, 149, 165-169. 58 Pillai, A. B.; Varghese, B.; Madhusoodanan, K. N. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 404−409.


Los principios utilizados en el diseño de nuevos sensores para lograr la detección de fluoruros son muy diversos. Un ejemplo de ello, es la detección de este tipo de anión mediante interacciones específicas con ácidos de Lewis, que provocan cambios en las propiedades espectroscópicas de la molécula que actúa como sensor. Cabe destacar que la mayoría de los compuestos de boro utilizados como sensores de fluoruro encontrados en la literatura, se basan en el quenching59 o en el aumento de la intensidad de emisión,60 siendo muy pocos los casos en los que se establece una fluorescencia ratiométrica.61 En este contexto se decidió evaluar la capacidad como sensor de aniones fluoruro del compuesto 32 (figura 1.55).

S

S

B

B

B

B

O

O

OO

O

O

OO

Figura 1.55. Estructura del compuesto 32.

Inicialmente, se registraron sus espectros de absorción y emisión en diferentes disolventes, tanto en ausencia como en presencia de grandes cantidades de iones fluoruro (Bu4NF). Las mayores variaciones se observaron

59 Lee, M. H.; Agou, T.; Kobayashi, J.; Kawashima, T.; Gabbaï, F. P. Chem. Commun. 2007, 1133-1135. 60 a) Yamaguchi, S.; Shirasaka, T.; Akiyama, S.; Tamao, K. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8816-8817. b) Liu, X. Y.; Bai, D. R.; Wang, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 5475-5478. c) Bai, D.-R.; Liu, X.-Y.; Wang, S. Chem. Eur. J. 2007, 13, 5713-5723. 61 Zhao, Y.-H.; Pan, H.; Fu, G.-L.; Lin, J.-M.; Zhao, C-H. Tetrahedron Lett. 2011, 52, 3832-3835.


cuando se utilizó éter dietílico. En este disolvente la banda de emisión a 525 nm sufre un desplazamiento batocrómico hacia el rojo, pasando a 590 nm tras la adición de Bu4NF. Una de las ventajas del compuesto 32 es que presenta una cierta solubilidad en agua. Sin embargo, los cambios observados en este disolvente no son muy notables. La longitud de onda del máximo emisión a 541 nm se mantiene constante en todo momento observándose solamente pequeñas disminuciones en la intensidad al añadir aniones fluoruro. A la vista de estos resultados decidimos realizar un estudio más exhaustivo, llevando a cabo la titración de una disolución etérea con Bu4NF. Se preparó una disolución 1.2 x 10-6 M del compuesto 32 y se fueron añadiendo pequeñas cantidades de una disolución en el mismo disolvente de Bu4NF trihidratado. Los espectros de absorción y emisión registrados se muestran en las figuras 1.56 y 1.57 respectivamente.

300 400 500 600 7000,00

0,05

0,10

0,15

Abs

orba

ncia

λ (nm)

0 ppm. 0.4 ppm. 3.4 ppm. 26 ppm. 66 ppm. 83 ppm. 100 ppm.

Figura 1.56. Absorción UV-Visible de una disolución en éter del compuesto 32, en presencia de diferentes concentraciones de fluoruro.


500 6000

100

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

0 ppm. 0.4ppm. 3.4ppm. 26 ppm. 66 ppm. 83 ppm. 100 ppm.

Figura 1.57. Emisión de fluorescencia de una disolución etérea del compuesto 32, en presencia de diferentes concentraciones de anión fluoruro. La adición de cantidades sucesivas de fluoruro provoca una disminución de la intensidad de la banda de absorción así como un ligero desplazamiento hacia el rojo de su máximo hasta 369 nm. Como se ha comentado anteriormente algo similar ocurre en el espectro de emisión, donde la banda de 525 nm sufre un desplazamiento batocrómico y una disminución de intensidad hasta extinción prácticamente total de la fluorescencia, que es posible observar a simple vista (figura 1.58).

Figura 1.58. Disolución de compuesto 32 en éter, en ausencia (izquierda) y presencia (derecha) de anión fluoruro, irradiada bajo una lámpara a 366 nm.

32 32 + F−


La presencia de un exceso de otros aniones como cloruro, bromuro y yoduro en la disolución etérea de 32 tan solo consiguen disminuir de forma moderada la intensidad de la banda a 525 nm, sin observar en ningún caso un desplazamiento de la misma. En conclusión, el compuesto 32 es capaz de detectar muy bajas concentraciones (pocos ppm) de aniones fluoruro en éter etílico con una buena selectividad frente a otros halogenuros, si bien en medios acuosos no ha proporcionado resultados óptimos. Se hace necesario, por tanto, modificar la estructura para conseguir una molécula cuyas propiedades ópticas se vean afectadas de manera más acusada en presencia de fluoruro con agua como disolvente.

1.4.2. Propiedades electroquímicas Para poder obtener más información sobre los compuestos cruciformes desarrollados en esta Memoria, también investigamos la electroquímica de alguno de ellos. En concreto, se llevaron a cabo medidas de voltamperometría cíclica en disolución de CH2Cl2 a temperatura ambiente, utilizando hexafluorofosfato de tetrabutilamonio 0.1 M (Bu4NPF6) como electrolito soporte, grafito como electrodo de trabajo, Pt como contraelectrodo y Ag/AgCl como electrodo de referencia. La velocidad de barrido fue 100 mV/s y la concentración de compuesto cruciforme 1.03-5.00 × 10-4 M. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla 1.5. Bajo las condiciones ensayadas, en ningún caso se han detectado procesos de reducción a potenciales entre 0 y − 2 V. Sin embargo, sí se observan dos ondas de oxidación (y en algún caso tres) para todos los compuestos, que son claramente reversibles para 30 (R = R’ = CF3), 31 (R = R’ = H) y 14 (R = tBu, R’ = CF3). A modo de ejemplo, las curvas para los compuestos 30 y 14 pueden verse en la figura 1.59.


R

R

R'

R'

S

S

Tabla 1.5. Datos de voltamperometría cíclica en disolución de CH2Cl2 (c = 1.03-5.00 × 10-4 M).

Compuesto Eox1 (V)

Eox2 (V)

Eox1(onset) (V)

EHOMO elect (eV)

EHOMO DFT (eV)

30 (R = R’ = CF3) 1.09a,b 1.31a,b 1.00 − 5.40 − 5.36 31 (R = R’ = H) 1.04a,c 1.26a,d 0.93 − 5.33 − 4.98 14 (R = tBu, R’ = CF3) 1.07a,e 1.30a,f,g 0.97 − 5.37 − 5.15 27 (R = CF3, R’ = NBu2) 0.63 1.25 0.52 − 4.92 − 4.67h 28 (R = CF3, R’ = OH) 1.08 1.24 0.94 − 5.34 − 5.02

a Onda reversible. b ∆Ep = 0.12 V. c ∆Ep = 0.06 V. d ∆Ep = 0.07 V. e ∆Ep = 0.10 V. f ∆Ep = 0.11 V. g Aparece una tercera oxidación a 1.65 V. h Calculado con R’ = NMe2.

Figura 1.59. Curvas de voltamperometría cíclica del compuesto 30 (R = R’ = CF3, c = 4.08 × 10-4 M) y 14 (R = tBu, R’ = CF3, c = 5.00 × 10-4 M).

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

-0,00010

-0,00005

0,00000

0,00005

0,00010

0,00015

0,00020

1,25V1,03V

1,37V

I(A)

E(V)

1,15V

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0-0,00006

-0,00004

-0,00002

0,00000

0,00002

0,00004

0,00006

1,51V

1,65V

1,24V1,02V

1,35V

I(A)

E(V)

1,12V

30 14


La naturaleza electroaceptora de los grupos CF3 hace que el compuesto 30 (R = R’ = CF3) presente los mayores potenciales de oxidación, rebajando su valor 0.05 V cuando se sustituyen estos grupos por H. Los potenciales de todos los sistemas dador-aceptor (14, 27 y 28) son menores que los obtenidos para la estructura igualmente sustituida 30. En el caso concreto de la estructura 14, esta disminución es muy pequeña y va aumentando a medida que se incrementa el carácter dador de los grupos incorporados, teniendo el compuesto 27, con grupos amino terminales, los valores de potencial de oxidación más bajos. Los valores de la energía del HOMO referidos al nivel de vacío pueden ser estimados a partir de la siguiente relación empírica:

EHOMO = − (Eox1(onset) + 4.4) (eV) donde Eox1(onset) es el potencial de inicio (onset) de la primera onda de oxidación relativo al electrodo de referencia Ag/AgCl (ver tabla 1.5). En estas mismas condiciones diferentes autores asumen que el nivel de energía para Ag/AgCl es de 4.4 eV por debajo del nivel de vacío.62

La energía del LUMO, que en nuestro caso particular no puede ser obtenida mediante medidas electroquímicas, puede deducirse a partir del band gap óptico (∆Egap) usando la expresión:

ELUMO = EHOMO + ∆Egap

62 a) del Barrio, J.; Chinelatto Jr., L. S.; Serrano, J. L.; Oriol, L.; Piñol, M.; Bolink, H. J. New J. Chem. 2010, 34, 2785-2795. b) Baran, D.; Balan, A.; Celebi, S.; Meana Esteban, B.; Neugebauer, H.; Sariciftci, N. S.; Toppare, L. Chem. Mater. 2010, 22, 2978-2987. c) Lin, Y.; Chen, Z.-K.; Ye, T.-L.; Dai, Y.-F-; Ma, D.-G-; Ma, Z.; Liu, Q. D. ; Chen, Y. Polymer 2010, 51, 1270-1278. d) Pérez, A.; Serrano, J. L.; Sierra, T.; Ballesteros, A.; de Saá, D.; Termine R.; Pandey, U. K.; Golemme, A. New J. Chem. 2012, 36, 830-842.


Tabla 1.6. Datos de energía de los orbitales HOMO y LUMO de los compuestos cruciformes.

Compuesto EHOMO

elect (eV) EHOMO

DFT (eV) ∆Egap

(eV)a ELUMO (eV)

ELUMO DFT (eV)

30 (R = R’ = CF3) − 5.40 − 5.36 2.71 − 2.69 − 2.31 31 (R = R’ = H) − 5.33 − 4.98 2.73 − 2.60 − 1.90 14 (R = tBu, R’ = CF3) − 5.37 -- 2.70 − 2.67 − 2.16 27 (R = CF3, R’ = NBu2) − 4.92 − 4.67a 2.57 − 2.35 − 1.93b 28 (R = CF3, R’ = OH) − 5.34 − 5.02 2.71 − 2.63 − 2.03

a Ver tabla 1.1 (página 69). b Calculado con R’ = NMe2. Como puede apreciarse en la tabla 1.6, los resultados obtenidos están de acuerdo de manera cualitativa con los valores calculados por DFT. Es necesario señalar que la correlación de los potenciales electroquímicos con las energías de los orbitales frontera requiere una serie de aproximaciones que son inevitables, incluso si todas las medidas se hacen con exactitud. El potencial formal refleja la estabilidad relativa de las especies implicadas (oxidada y reducida) y aunque los potenciales formales pueden ser correlacionados con los niveles energéticos del HOMO/LUMO, los márgenes de error son mayores que ± 0.1 V en los casos óptimos. Además hay que tener en cuenta que mientras los potenciales de oxidación/reducción se han medido en disolución de CH2Cl2, las energías HOMO/LUMO obtenidas mediante cálculos DFT son a vacío, en fase gas. Todo esto puede explicar las discrepancias cuantitativas observadas entre los valores experimentales (electroquímica) y los valores teóricos (DFT).


1.5. Parte experimental Todos los disolventes y reactivos, así como una breve descripción de las características técnicas de los aparatos empleados y de los procedimientos utilizados, se encuentran recogidos en el anexo situado al final de esta Memoria.

3,3´,5,5´-Tetrabromo-[2,2´]-bitiofeno (1).

Se utilizó una modificación del procedimiento descrito en la bibliografía.63 Sobre una disolución agitada de [2,2’]-bitiofeno (5 g, 30.1 mmol) en una mezcla de ácido acético glacial (100 mL) y cloroformo (75 mL) a 0 ºC, se añade gota a gota con la ayuda de un embudo de adición, una disolución de Br2 (10.1 g, 63.15 mmol) en cloroformo (62 mL). Se deja que la mezcla alcance temperatura ambiente y se añade de nuevo la misma cantidad de bromo disuelto en cloroformo. Se mantiene la agitación durante toda una noche y a continuación se calienta a reflujo durante 24 h. Tras eliminar el disolvente a presión reducida, el sólido obtenido se lava varias veces con etanol frío, obteniéndose 13 g (99%) del compuesto 1 como un sólido blanco. Una mayor purificación puede obtenerse por recristalización de etanol.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.72 (s). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 133.0 (CH), 129.5 (C), 114.8 (C), 112.1 (C). IR ν: 1735, 1364, 1217, 1053, 981, 804 cm-1. 63 Khor, E.; Ng, S. C.; Li, H. C.; Chai, S. Heterocycles 1991, 32, 1805-1812.

S

SBr

Br

Br

Br

1.5. Parte experimental 98

3,3´-Dibromo-[2,2´]-bitiofeno (2).63

Sobre una disolución agitada de 1 g (2.1 mmol) del derivado tetrabromado 1 en 40 mL de THF anhidro, enfriada a -78 ºC bajo argón, se añaden gota a gota 1.8 mL (4.6 mmol) de nBuLi (2.5 M en hexano). Al cabo de 15 min se añade agua y se deja que la disolución alcance temperatura ambiente. Se neutraliza con HCl 1 M, se elimina el disolvente a presión reducida y la mezcla se extrae con CHCl3 (x3). Tras secar (MgSO4) y filtrar, el disolvente se elimina a vacío. El crudo marrón obtenido se purifica por filtración a través de celita usando hexano como disolvente y recristalización de EtAcO:MeOH, obteniéndose el compuesto 2 (0.6 g, 100%) como un sólido blanco. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.08 (d, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.40 (d, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 130.8 (CH), 128.9 (C), 127.5 (CH), 112.6 (C).


3,3´-(4-Formilfenil)-[2,2´]-bitiofeno (3).

Para su preparación se ha utilizado una modificación del método descrito por Lin y col.64 Sobre una mezcla previamente desgasificada de DME y una disolución acuosa de NaCO3 (2 M) en proporción 3:2 v/v (50 mL), bajo atmósfera inerte y agitación, se añaden 2 g (6.14 mmol) del compuesto dibromado 2, 2.3 g (15.35 mmol) del ácido 4-formilfenilborónico y 357 mg (0.31 mmol) de tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0). Se calienta dicha mezcla a 95 oC durante 20 h. Transcurrido este tiempo se elimina el DME a presión reducida obteniendo un sólido verde que se extrae con EtAcO (x3). Se seca la fase orgánica con MgSO4 anhidro, se filtra y se elimina el disolvente a presión reducida. El producto se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, CHCl3), seguida de recristalización de CHCl3/MeOH, obteniendo 1.19 g (52%) del compuesto 3 como un sólido amarillo.

Pf: 190-192 ºC.

64 Lin, H.-C.; Sung, H.-H.; Tsai, C.-M.; Li, K.-C. Polymer 2005, 46, 9810-9820.

H

H

O

O

S

S


1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.03 (d, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.09 (d, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.45 (d, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.56 (d, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 9.91 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 191.8 (CH=O), 141.9 (C), 139.8 (C), 134.4 (C), 131.1 (C), 129.5 (CH), 129.2 (CH), 128.7 (CH), 127.0 (CH). IR ν: 1688 (C=O), 1601, 1211, 1161, 829, 804, 739 cm-1. MALDI-TOF (sin matriz) m/z: 374.0 [M]+. Análisis elemental. Calculado para C22H14O2S2: C, 70.56; H, 3.77; S, 17.13. Encontrado: C, 70.32; H, 3.77.

5,5´-Dibromo-3,3´-(4-formilfenil)-[2,2´]-bitiofeno (4).

En un matraz de fondo redondo se introducen bajo atmósfera inerte y en ausencia de luz, 500 mg (1.33 mmol) del compuesto 3 y 15 mL de DMF anhidra. Sobre esta disolución se añaden 500 mg (2.8 mmol) de NBS en pequeñas porciones y se mantiene la agitación durante 40 h. Transcurrido este tiempo se añade agua a la mezcla de reacción y el sólido formado se filtra y se purifica mediante recristalización de CHCl3/EtOH, obteniendo 672 mg (95%) del producto dibromado 4 como un sólido blanco.


Pf: 231-233 oC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.02 (d, 4H, J = 8.0 Hz, Ar-H), 7.04 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.61 (d, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 9.93 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 191.5 (CH=O), 140.8 (C), 140.3 (C), 134.9 (C), 131.9 (CH), 131.0 (C), 129.6 (CH), 128.7 (CH), 114.4 (C-Br). IR ν: 1682 (C=O), 1603, 1395, 1211, 1161, 825, 808 cm–1. MALDI-TOF m/z: 532.0 (M++2), 530.0 [M]+. Análisis elemental. Calculado para C22H12Br2O2S2: C, 49.64; H, 2.27; Br, 30.02; S, 12.05. Encontrado: C, 49.41; H, 2.76. 4-(Trifluorometil)bencilfosfonato de dietilo (5).65

Una disolución del compuesto comercial 1-bromometil-4-trifluorometilbenceno (500 mg, 2.09 mmol) en un exceso de fosfito de trietilo (3.98 g, 23.95 mmol; reactivo y disolvente de la reacción) se calienta con un baño externo termostatizado a 140 ºC. Con el fin de eliminar de la mezcla de reacción el bromuro de etilo que se va formando, al matraz en el que se lleva a cabo la misma se le acopla un refrigerante de reflujo por el que no circula agua. Al cabo de 4 h de reacción, se elimina el exceso de fosfito de trietilo por destilación en un horno de bolas a 120-140 ºC y una presión entre 0.1-0.5 mm Hg. Se obtienen 619 mg (100%) del producto 65 Shim, H. K.; Kang, In N.; Jang, M. S.; Zyung T.; Jung, S. D. Macromolecules 1997, 30, 7749-7752.


deseado 5 como un aceite incoloro que no requiere purificación para ser utilizado en posteriores reacciones. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.26 (t, 6H, J = 7 Hz, 2 x CH3), 3.20 (d, 2H, J = 22.5 Hz, CH2P), 4.02-4.06 (m, 4H, 2 x OCH2), 7.42 (A de ABc, 2H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.57 (B de ABc, 2H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 135.7 (C), 129.8 (CH), 124.9 (C), 121.1 (CH), 115.7 (C), 61.8 (OCH2), 34.6 (CP), 15.8 (CH3). 31P-RMN (CDCl3, 162 MHz) δ: 25.74. IR ν: 2982, 1323, 1248, 1163, 1123, 1018, 955 cm–1. 4-terc-Butilbencilfosfonato de dietilo (6).66

PO

OEtOEt

tBu Se utiliza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del difosfonato 5. Partiendo de 500 mg (2.20 mmol) de 1-bromometil-4-terc-butilbenceno y 4.2 g (25.28 mmol) de fosfito de trietilo (reactivo y disolvente de reacción) se obtienen 456 mg (73%) del fosfonato 6 como un aceite amarillo pálido con pureza suficiente para ser utilizado sin necesidad de una purificación previa. 1H-RMN (CDCl3, 250 MHz) δ: 1.25 (t, 6H, J = 7 Hz, 2 x CH3), 1.31 (s, 9H, 3 x CH3), 3.13 (d, 2H, J = 21.5 Hz, CH2P), 4.01-4.04 (m, 4H, 2 x OCH2), 7.23 (A de ABc, 2H, J = 8.5 Hz, 2 x CH), 7.33 (B de ABc, 2H, J = 8 Hz, 2 x CH). 66 Lock, J. S.; May, B. L.; Clements, P.; F. Lincoln, S.; Easton, C. J. Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 337- 344.


13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 149.7 (C), 129.4 (CH), 128.3 (C), 125.4 (CH), 62.1 (OCH2), 33.7 (C), 32.6 (CP), 31.3 (CH3), 16.3 (CH3). 31P-RMN (CDCl3, 162 MHz) δ: 27.48 IR ν: 2965, 1248, 1020, 955 cm–1. (4-Difenilamino)fenilmetanol (7).

NPh2

OH

Se disuelven 2 g (7.32 mmol) de 4-difenilaminobenzaldehído en 500

mL de MeOH bajo agitación y a temperatura ambiente. En estas condiciones se van añadiendo en pequeñas porciones 280 mg (7.32 mmol) de NaBH4 y se mantiene la agitación durante 2 h, observando la desaparición del color amarillo inicial. Se añade agua abundante y se elimina el MeOH a presión reducida. Se realiza una extracción de la fase acuosa con CH2Cl2 (x3), se secan las sucesivas fases orgánicas con MgSO4 anhidro, se filtran y se rotan. Se obtienen 1.57 g (78%) del producto deseado 7 como un sólido blanco que no requiere purificación para ser utilizado en siguientes reacciones.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.74 (s ancho, 1H, OH), 4.61 (s, 2H, CH2OH), 6.98-7.01 (m, 2H, ArH), 7.06-7.08 (m, 6H, ArH), 7.21-7.24 (m, 6H, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 67.5 (CH2OH), 125.2 (CH), 126.47 (CH), 126.7 (CH), 130.7 (CH), 131.7 (CH), 137.4 (C), 149.9 (C), 150.2 (C). IR ν: 3240 (banda muy ancha, OH), 1539, 1485, 1269, 995 cm–1.


4-(Difenilamino)bencilfosfonato de dietilo (8).

PO

OEt

NPh2

OEt

Para su preparación se ha utilizado el método descrito por Marder y col.67 Sobre una mezcla de 1.5 g (5.45 mmol) del alcohol 7 y 10.4 g (62.59 mmol) de fosfito de trietilo, se añaden 1.41 g (6.0 mmol) de yodo a 0 ºC. La reacción se agita durante 10 min a esta temperatura y se deja que la mezcla alcance temperatura ambiente manteniendo la agitación durante 2 h. A continuación se calienta durante 12 h a 140 ºC. El exceso de fosfito de trietilo se elimina a presión reducida mediante un horno de bolas, y el crudo se purifica mediante percolado (SiO2, CH2Cl2 y después EtAcO). Se obtienen 1.42 g (66%) del producto 8 como un aceite amarillo. 1H-RMN (CDCl3, 250 MHz) δ: 1.26 (t, 6H, J = 7.5 Hz, 2 x CH3), 3.10 (d, 2H, J = 21.5 Hz, CH2P), 4.05 (m, 4H, 2 x OCH2), 6.96-7.08 (m, 8H, ArH), 7.15-7.26 (m, 6H, ArH). 31P-RMN (CDCl3, 162 MHz) δ: 27.7 IR ν: 2982, 1587, 1491, 1269, 1022, 960 cm–1. 67 Zheng, S., Barlow, S., Parker, T. C.; Marder, S. R. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 7989-7992.


Compuesto 9.

S

S

F3C

CF3

Br

Br

La síntesis del compuesto 9 se lleva cabo mediante una reacción de HWE entre el derivado de bitiofeno 4 y el 4-(trifluorometil)-bencilfosfonato de dietilo (5). Sobre una disolución agitada de 500 mg (0.94 mmol) de dialdehído 4 y 835 mg (2.82 mmol) del fosfonato 5 en la mínima cantidad de THF anhidro, bajo argón, se añade en pequeñas porciones terc-butóxido potásico (527 mg, 4.70 mmol). La mezcla se deja agitando a temperatura ambiente durante 3 h. Tras hidrolizar con agua, se extrae con CH2Cl2 (x3) y los extractos orgánicos se lavan, sucesivamente, con agua y una disolución saturada de cloruro sódico. Tras secar (MgSO4) y filtrar, el disolvente se elimina a vacío obteniéndose un sólido que se purifica por recristalización de una mezcla de THF:MeOH proporcionando 598 mg (78%) del compuesto 9 como un sólido blanco. Con cantidades de reactivo superiores a las utilizadas o mezclas de reacción muy diluídas, el rendimiento de la reacción decrece bruscamente.


Pf: Descompone a T > 228 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.05 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.08 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.08 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.14 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.34 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.59 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.62 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 141.6 (C), 140.6 (C), 135.6 (C), 134.4 (C), 131.9 (CH), 130.5 (CH), 130.1 (C), 129.4 (c, J = 31.9 Hz, C), 128.6 (CH), 127.3 (CH), 126.7 (CH), 126.6 (CH), 125.7 (c, J = 3.8 Hz, CH), 124.2 (c, J = 270.1 Hz, C), 113.6 (C). IR ν: 1319, 1123, 1109, 1067, 831 cm–1. MALDI-TOF m/z: 815.6 [M + 2]+, 813.6 [M]+, 735.9 [M − Br]+. Análisis elemental. Calculado para C38H22Br2F6S2: C, 55.90; H, 2.72; Br, 19.57, F, 13.96; S, 7.85. Encontrado: C, 54.94; H, 2.99. Compuesto 10.

S

S

tBu

tBu

Br

Br

La síntesis del compuesto 10 se lleva cabo mediante una reacción de HWE entre el derivado de bitiofeno 4 y el 4-terc-butilbencilfosfonato de


dietilo 6. Se disuelven 500 mg (0.94 mmol) de dialdehído 4 en la mínima cantidad posible de THF anhidro, bajo agitación y en atmósfera inerte. En otro matraz, bajo atmósfera de argón y a 0 ºC, se disuelven 802 mg (2.82 mmol) de fosfonato 6 en la mínima cantidad de THF anhidro, y a esa temperatura se añaden lentamente 527 mg (4.70 mmol) de KtBuO. Tras un par de minutos, se añade esta disolución (muy coloreada debido a la formación del anión) sobre la disolución de 4 mediante una cánula, y se mantiene la agitación de la mezcla total durante 3 h. Al cabo de este tiempo, se añade agua al medio y el sólido formado se filtra y se purifica mediante lavados con etanol caliente. Se obtienen 501 mg (67%) del producto deseado, como un sólido blanco. Pf: Descompone a T > 248 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.34 (s, 18H, 6 x CH3), 6.99 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.00 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.05 (s, 2H, CH tiofeno), 7.06 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.29 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.39 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.45 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 150.9 (C), 141.8 (C), 136.6 (C), 134.4 (C), 133.5 (C), 131.9 (CH), 130.0 (C), 128.7 (CH), 128.5 (CH), 127.3 (CH), 126.3 (CH), 125.6 (CH), 113.3 (C), 34.6 (C), 31.3 (CH3). IR ν: 1487, 1109, 964, 826 cm–1. MALDI-TOF m/z: 791.8 [M + 2]+, 779.8 [M ]+, 712 [M − Br]+.


Compuesto 11.

H

H

O

O

S

S

F3C

CF3

Este compuesto se prepara mediante una reacción de Suzuki catalizada por paladio (0), entre el derivado de bitiofeno 9 y un exceso de ácido 4-formilfenil borónico (comercial), siguiendo el procedimiento descrito para la síntesis del dialdehído 3. Partiendo de 110 mg (0.34 mmol) de 9, utilizando 23 mg (0.02 mmol) de catalizador, y con un volumen total de 20 mL de disolvente (mezcla de DME y disolución acuosa de Na2CO3), se obtienen, tras purificación mediante cromatografía en columna (SiO2, CHCl3), seguido de recristalización de CHCl3:MeOH, 253 mg (83%) del producto 11 como un sólido amarillo.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.08 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.12 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.15 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.34 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.49 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.59 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.62 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.79 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.93 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 10.03 (s, 2H, 2 x CH=O).


13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 191.3 (CHO), 143.0 (C), 142.2 (C), 140.6 (C), 139.2 (C), 135.5 (C), 135.3 (C), 131.0 (C), 130.6 (CH), 130.5 (CH), 129.4 (c, J = 31.9 Hz, C), 128.7 (CH), 127.2 (CH), 127.2 (CH), 126.6 (CH), 126.5 (CH), 125.8 (CH), 125.7 (c, J = 3.9 Hz, CH), 124.2 (c, J = 270.1 Hz, CF3). IR ν: 1693 (C=O), 1599, 1321, 1169, 1065, 822 cm–1. MALDI-TOF m/z: 865.7 [M]+. Compuesto 12.

H

H

O

O

S

S

tBu

tBu Se ha utilizado el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del compuesto 11. Partiendo de 500 mg (0.51 mmol) del compuesto 10, 382 mg (2.55 mmol) de ácido 4-formilfenilborónico y 29 mg (0.02 mmol) de tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0), y tras calentar a 95 ºC durante 48 h, se obtiene un sólido amarillo que se purifica por filtración a través de celita usando una mezcla de hexano:EtAcO (6:4) como disolvente y posterior recristalización de CHCl3:MeOH. Se obtienen 327 mg (76%) del dialdehído 12 como un sólido amarillo.


1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.34 (s, 18H, 6 x CH3), 7.01 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.06 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.07 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.29 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.39 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.45 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.47 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.78 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.91 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 10.02 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 191.4 (CHO), 151.0 (C), 142.8 (C), 142.4 (C), 139.3 (C), 136.4 (C), 135.4 (C), 134.4 (C), 134.3 (C), 130.9 (C), 130.5 (CH), 128.6 (CH), 128.5 (CH), 127.4 (CH), 127.3 (CH), 126.2 (CH), 126.2 (CH), 125.8 (CH), 125.7 (CH), 34.6 (C), 31.3 (CH3). IR ν: 1697 (C=O), 1599, 1217, 1169, 964, 820 cm–1. MALDI-TOF m/z: 842.1 [M]+. Compuesto 13.

tBu

S

S

F3C

CF3

tBu


La síntesis del compuesto 13 se realiza mediante una reacción de HWE entre el derivado de bitiofeno 11 y el fosfonato 6, siguiendo el procedimiento descrito para la síntesis del compuesto 10. Partiendo de 150 mg (0.17 mmol) de dialdehído 11, 145 mg (0.51 mmol) de fosfonato 6 y 95 mg (0.85 mmol) de KtBuO, se obtiene un sólido que se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 6:4) y posterior recristalización de CHCl3:MeOH, obteniendo 62 mg (32%) del compuesto 13 como un sólido naranja. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.34 (s, 18H, 6 x CH3), 7.06 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.08 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.14 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.14 (2 x B de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 4 x CH=), 7.32 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.35 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.40 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.47 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.53 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.58 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.60 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.61 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 151.0 (C), 144.3 (C), 141.5 (C), 140.8 (C), 137.3 (C), 135.9 (C), 135.1 (C), 134.4 (C), 132.6 (C), 130.9 (CH), 129.4 (C), 129.1 (C), 128.9 (CH), 128.7 (CH), 127.1 (CH), 127.0 (CH), 126.9 (CH), 126.6 (CH), 126.5 (CH), 126.3 (CH), 125.8 (CH), 125.7 (CH), 125.7 (q, J = 3.8 Hz, CH), 125.0 (CH), 124.2 (c, J = 270.1 Hz, CF3), 34.7 (C), 31.3 (CH3). MALDI-TOF m/z: 1126.1 [M]+

.


Compuesto 14.

tBu

tBu

F3C

CF3

S

S

La síntesis del compuesto 14 se realiza mediante una reacción de HWE entre el derivado de bitiofeno 12 y el 4-(trifluorometil)bencilfosfonato de dietilo (5), siguiendo el procedimiento descrito para la síntesis del compuesto 9. Partiendo de 150 mg (0.18 mmol) de dialdehído 12, 158 mg (0.53 mmol) de fosfonato 5 y 101 mg (0.90 mmol) de KtBuO, se obtiene un sólido que se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 7:3) y posterior recristalización de CHCl3:MeOH. Se obtienen 91 mg (45%) del compuesto 14 como un sólido amarillo. Pf: Descompone a T > 290 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.34 (s, 18H, 6 x CH3), 7.01 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.06 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.10 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.14 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.20 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.29 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.37 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.39 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.45 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.55 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.61 (s, 8H, ArH), 7.63 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH).


13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 150.8 (C), 143.8 (C), 141.9 (C), 140.7 (C), 136.1 (C), 136.1 (C), 134.9 (C), 134.5 (C), 133.6 (C), 130.5 (CH), 129.5 (C), 129.3 (c, J = 32.6 Hz, C), 128.6 (CH), 128.3 (CH), 127.6 (CH), 127.4 (CH), 127.3 (CH), 126.6 (CH), 126.2 (CH), 126.2 (CH), 125.8 (CH), 125.7 (c, J = 3.8 Hz, CH), 125.6 (CH), 125.4 (CH), 124.2 (c, J = 270.1 Hz, CF3), 34.6 (C), 31.3 (CH3). 19F-RMN (CDCl3, 282 MHz) δ: - 62.9. IR ν: 1612, 1321, 1161, 1121, 1065, 966, 831 cm–1. MALDI-TOF m/z: 1126.5 [M]+. Compuesto 15.

S

S

Br

Br

HO

OH

Sobre una disolución agitada de 500 mg (0.94 mmol) de dialdehído 4 en 500 mL de metanol a temperatura ambiente, se añaden en pequeñas porciones 74 mg (0.074 mmol) de NaBH4. La mezcla se agita durante 4 h a temperatura ambiente. Transcurrido este tiempo se añade agua, se elimina el metanol a vacío y se filtra el sólido formado. Éste se purifica mediante un percolado (SiO2, CHCl3), obteniendo 400 mg (79%) del compuesto 15 como un sólido blanco.


1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 4.64 (s, 4H, 2 x CH2OH), 7.02 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.03 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.15 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 141.6 (C), 139.9 (C), 133.9 (C), 132.1 (CH), 130.0 (C), 128.4 (CH), 126.9 (CH), 113.3 (C), 64.9 (CH2OH). Compuesto 16.

Este compuesto se ha obtenido al intentar cambiar los grupos OH del compuesto 15 por grupos fosfonato, siguiendo la metodología descrita por Marder y col.68 Se introducen 2 g (3.74 mmol) del diol 15 en un matraz de 25 mL y se cubren con fosfito de trietilo, el cual actúa como reactivo y disolvente de reacción. Se enfría la mezcla a 0 ºC, y a esta temperatura se van añadiendo 1.95 g (7.5 mmol) de I2 muy lentamente, ya que la reacción es fuertemente exotérmica. Se mantiene la agitación durante 2 h. La disolución marrón resultante se calienta a 135 ºC durante 6 h. A continuación, se elimina el exceso de fosfito de trietilo por destilación en un horno de bolas a 120-140 ºC y una presión entre 0.1-0.5 mm Hg. El sólido amarillo obtenido se recristaliza de etanol caliente, se sonica en un baño

68 Zheng, S., Barlow, S., Parker, T. C.; Marder, S. R. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 7989-7992.

S

S

Br

Br

I

I


de ultrasonidos durante 30 min y se filtra, obteniendo 700 mg (25%) del compuesto yodado 16 como un sólido blanco. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 4.39 (s, 4H, 2 x CH2I), 6.70 (A de ABc, 4H, J = 7.5 Hz, ArH), 6.94 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.12 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 140.1 (C), 137.8 (C), 134.0 (C), 132.1 (CH), 130.1 (C), 128.8 (CH), 128.3 (CH), 113.2 (C), 5.8 (CH2I). IR ν: 3024, 1498, 1419, 1215, 1149, 978, 827, 790 cm–1. MALDI-TOF m/z: 628.8 [M + 2 − I]+, 626.8 [M − I]+. Compuesto 17.

Se disuelven 300 mg (0.080 mmol) del diol 15 en 9 mL de una mezcla de HBr:AcOH al 33%, y se mantiene la agitación a temperatura ambiente durante 1 h. Tras añadir agua y neutralizar con carbonato sódico saturado, la mezcla se extrae con CH2Cl2 (x3). Tras secar (MgSO4) y filtrar, el disolvente se elimina a presión reducida. Se obtienen 230 mg (62%) del producto deseado 17 como un sólido blanco, tras purificación mediante percolado sobre gel de sílice (hexano:EtAcO 7:3).

S

S

Br

Br

Br

Br


1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 4.43 (s, 4H, 2 x CH2Br), 6.76 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 6.95 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.12 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 141.4 (C), 136.4 (C), 134.6 (C), 132.1 (CH), 130.1 (C), 129.1 (CH), 128.4 (CH), 113.3 (C), 33.4 (CH2Br). Compuesto 18. Se utiliza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del fosfonato 5. Partiendo de 500 mg (0.75 mmol) del compuesto dibromado 17 y un exceso de fosfito de trietilo (reactivo y disolvente de la reacción), el crudo de reacción obtenido se purifica por cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 8:2, después 6:4 y finalmente etanol) proporcionando 500 mg (85%) del producto deseado 18 como un aceite amarillo. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.25 (m, 12H, 4 x CH3), 3.12 (d, 4H, J = 22 Hz, 2 x CH2P), 4.01 (m, 8H, 4 x OCH2), 7.03 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.06 (A de ABc, 4H, J = 7.5 Hz, ArH), 7.16 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH).

S

S

Br

Br

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2


13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 141.9 (C), 133.1 (C), 131.8 (C), 130.9 (CH), 129.9 (C), 129.7 (CH), 128.5 (CH), 113.4 (C), 62.2 (OCH2), 33.9 (CP), 16.4 (CH3). Compuestos 22, 23, 24.

S

S

Me2N

NMe2

Br

Br

22

S

S

Me2N

NMe2

Br

23

S

S

Me2N

NMe2

24

Los compuestos 22, 23 y 24 han sido sintetizados mediante una reacción de HWE entre el difosfonato 18 y 4-dimetilaminobenzaldehído. Se disuelven 750 mg (1 mmol) del difosfonato 18 en 20 mL de THF anhidro y se van añadiendo lentamente 879 mg (8 mmol) de KtBuO. La disolución toma un color rojo muy intenso, y sobre ella se añaden gota a gota, 313 mg (2.1 mmol) de aldehído. Se mantiene la agitación durante 2 h. A continuación se añade agua y se elimina el THF a presión reducida.


Se filtra el sólido obtenido y se purifica mediante percolado sobre alúmina neutra utilizando CH2Cl2 como disolvente, seguido de recristalización de CH2Cl2:MeOH. Tras un estudio de 1H-RMN, se observa que el producto obtenido es una mezcla de tres compuestos, la estructura buscada inicialmente con bromos en las posiciones 5,5´ del bitiofeno (22), la misma pero con un solo bromo (23), y la estructura 24 (sin bromos). La completa separación de esta mezcla de compuestos resulta imposible debido a su similar solubilidad y polaridad en los disolventes orgánicos habituales. Se procedió a la eliminación total de los bromos siguiendo el mismo procedimiento utilizado para la síntesis del derivado de bitiofeno 2. Mediante reacción con nBuLi, posterior hidrólisis y neutralización del medio fuertemente básico con mucho cuidado para evitar la protonación de las aminas terminales, se eliminó el THF a presión reducida y se filtró el sólido resultante. Se obtuvieron 350 mg (60%) del compuesto 24 tras disolución en CH2Cl2 y precipitación mediante adición de MeOH, como un sólido de color amarillo intenso. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 2.98 (s, 12H, 4 x CH3), 6.71 (A de ABc, 4H, J = 9.5 Hz, ArH), 6.84 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 6.99 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.04 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.15 (d, 2H, J = 5.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.25 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.34 (d, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.39 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 150.1 (C), 140.9 (C), 136.5 (C), 134.2 (C), 129.8 (CH), 129.2 (CH), 128.5 (CH), 127.5 (CH), 125.9 (C), 125.8 (CH), 125.7 (CH), 124.1 (CH), 112.4 (CH), 40.5 (CH3). IR ν: 3022, 1595, 1522, 1445, 1358, 1169, 959, 827 cm–1.


Compuesto 25.

S

S

Br

Br

F3C

CF3 La síntesis del compuesto 25 se lleva a cabo mediante una reacción de Suzuki entre el derivado de bitiofeno 9 y el éster de pinacol derivado del ácido 4-bromometilfenilborónico (comercial), siguiendo una modificación del método descrito por Lin y col.64 Sobre una mezcla previamente desgasificada de DME y una disolución acuosa de NaCO3 (2 M) en proporción 3:2 v/v (50 mL), bajo atmósfera inerte y agitación, se añaden 1 g (1.22 mmol) del compuesto dibromado 9, 905 mg (3.05 mmol) del éster de pinacol y 61 mg (0.05 mmol) de tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0). Se calienta dicha mezcla a 110 oC durante 20 h. Transcurrido este tiempo se elimina el DME a presión reducida obteniendo un sólido negro que se extrae con CH2Cl2 (x3). Se seca la fase orgánica con MgSO4 anhidro, se filtra y se elimina el disolvente a presión reducida. El crudo de reacción se purifica mediante cromatografía en columna utilizando un cromatógrafo combiflash, con columna de sílice y utilizando una mezcla de hexano:EtAcO 7:3 como eluyente. A continuación se realiza una


recristalización de THF:MeOH del sólido amarillo obtenido. A la vista del espectro de 1H-RMN, el producto final obtenido (300 mg) estaba acompañado de trazas de impurezas que no pudieron identificarse, pero que no afectan a la síntesis del compuesto final.

IR ν: 1609, 1321, 1165, 1109, 1065, 1015, 827 cm−1. Compuesto 26.

S

S

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

F3C

CF3

Se ha utilizado una modificación de la metodología descrita por Mohanakrishnan y col.69 Se disuelven 100 mg (0.10 mmol) del derivado dibromado 25 en 2 mL de fosfito de trietilo (reactivo y disolvente de reacción) y se añade una punta de espátula de InCl3 como catalizador. Después de 2 días a 130 ºC, se elimina el exceso de fosfito de trietilo a presión reducida, utilizando un horno de bolas a 120-140 ºC y con una presión entre 0.1-0.5 mm Hg. El aceite amarillo resultante se purifica 69 Rajeshwaran, G. G.; Nandakumar, M.; Sureshbabu, R.; Mohanakrishnan, A. K. Org. Lett. 2011, 13 , 1270-1273.


mediante un percolado sobre gel de sílice (hexano:EtAcO 1:1, seguido de metanol). El producto final muestra trazas de impurezas del paso anterior.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.28 (m, 12H, 6 x CH3), 3.17 (d, 4H, J = 20.0 Hz, 2 x CH2P), 4.04 (m, 4H, 2 x OCH2), 7.05 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.12 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.13 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.30 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.32 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.33 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.57 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.57 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.59 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). MALDI-TOF m/z: 1110.2 [M]+. Compuesto 27.

S

S

F3C

CF3

NBu2

Bu2N

Se disuelven 100 mg (0.089 mmol) del difosfonato 26 y 233 mg (0.22 mmol) de 4-dibutilaminobenzaldehído (comercial) en 10 mL de THF anhidro. Bajo atmósfera inerte se añaden lentamente 49 mg (0.44 mmol) de KtBuO, y se mantiene la agitación durante toda la noche. A continuación se añade agua, se elimina el THF a presión reducida y se extrae la fase acuosa con CH2Cl2 (x3). Tras secar (MgSO4), filtrar y eliminar el disolvente a presión reducida, el sólido resultante se disuelve en CH2Cl2 y se precipita


con MeOH, obteniendo 75 mg (66%) de compuesto 27 como un sólido naranja pálido. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.98 (m, 12H, 4 x CH3), 1.39 (m, 8H, 4 x CH2), 1.60 (m, 8H, 4 x CH2), 3.31 (m, 8H, 4 x CH2), 6.64 (A de ABc, 4H, J = 8.8 Hz, ArH), 6.89 (A de ABc, 2H, J = 16.2 Hz, 2 x CH=), 7.06 (A de ABc, 2H, J = 16.2 Hz, 2 x CH=), 7.08 (B de ABc, 2H, J = 16.2 Hz, 2 x CH=), 7.15 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.15 (B de ABc, 4H, J = 8.3 Hz, ArH), 7.32 (A de ABc, 4H, J = 8.3 Hz, ArH), 7.34 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.40 (B de ABc, 4H, J = 8.8 Hz, ArH), 7.59 (B de ABc, 4H, J = 8.3 Hz, ArH), 7.60 (A de ABc, 4H, J = 8.3 Hz, ArH), 7.61 (B de ABc, 4H, J = 8.8 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 147.9 (C), 144.5 (C), 141.4 (C), 140.8 (C), 138.1 (C), 136.0 (C), 134.9 (C), 131.6 (C), 130.9 (CH), 129.3 (CH), 129.1 (C), 128.7 (CH), 127.9 (CH), 126.8 (CH), 126.5 (CH), 126.5 (CH), 126.4 (CH), 126.4 (CH), 126.1 (c, J = 271.7 Hz, CF3), 125.6 (c, J = 3.7 Hz, CH), 124.6 (CH), 124.2 (C), 123.1 (C), 122.8 (CH), 111.6 (CH), 50.8 (CH2), 29.5 (CH2), 20.4 (CH2), 14.0 (CH3). MALDI-TOF m/z: 1269.7 [M + 1]+. Compuesto 28. El compuesto 28 se sintetizó siguiendo el esquema 1.15 descrito en el apartado 1.2 de la Memoria. La síntesis del aldehído de partida se realizó de acuerdo el procedimiento descrito por Bunz y col.70

OHC OHO

OHC O

O

Piridina, CH2Cl2+

p-TSA

(39%)

a bc

de

70 McGrier, P. L.; Solntsev, K. M.; Schönhaber, J.; Brombosz, S. M.; Tolbert, L. M.; Bunz, U. H. F. Chem. Commun. 2007, 2127-2129.


Se prepara una disolución de 5.80 g (47.5 mmol) de 4-hidroxibenzaldehído y 6.40 g (76.1 mmol) de 3,4-dihidro-2H-pirano en 100 mL de CH2Cl2. Sobre esta mezcla se añaden al mismo tiempo y gota a gota, 0.430 g (2.50 mmol) de ácido p-toluensulfónico y 1 mL de piridina, durante un período de 5 min. Se mantiene la agitación durante 24 h. A continuación se lava el crudo de reacción con agua (x3), se seca sobre sulfato de magnesio anhidro, se filtra y se elimina el disolvente a vacío hasta obtener un aceite marrón oscuro. El aceite obtenido se disuelve en la mínima cantidad posible de EtAcO, y se lava con una disolución acuosa de NaOH (0.1 M) para eliminar el fenol de partida que haya quedado sin reaccionar. Se seca de nuevo la fase orgánica sobre MgSO4 anhidro, se filtra y se evapora. Se obtienen 3.8 g (39%) del compuesto deseado, como un aceite marrón claro. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.63 (m, 1H, b-CH), 1.72 (m, 2H, d-CH2), 1.89 (m, 2H, c-CH2), 2.01 (m, 1H, b-CH), 3.64 (m, 1H, e-CH), 3.85 (m, 1H, e-CH), 5.55 (s, 1H, a-CH), 7.16 (A de ABc, 2H, J = 8.7 Hz, ArH), 7.83 (B de ABc, 2H, J = 8.7 Hz, ArH), 9.89 (s, 1H, CHO). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 190.9 (C), 162.1 (C), 131.8 (CH2), 130.4 (CH2), 116.4 (CH), 96.0 (CH), 62.0 (CH2), 30.0 (CH), 25.0 (CH), 18.4 (CH2). El procedimiento utilizado a continuación para llevar a cabo la reacción de HWE es el mismo que el utilizado para la síntesis del compuesto cruciforme 27.


S

S

CF3

F3C

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

S

S

CF3

F3C

O

O

OHC O

O

26

KtBuO, THF

O

Oab

cd

e

(37%)

Se disuelven 500 mg (0.45 mmol) del difosfonato 26 y 195 mg (0.94 mmol) del aldehído previamente sintetizado en 20 mL de THF anhidro. Bajo atmósfera inerte se añaden lentamente 252 mg (2.25 mmol) de KtBuO, y se mantiene la agitación durante toda la noche. A continuación se añade agua, se elimina el THF a presión reducida, y se extrae la fase acuosa con EtAcO (x3). Se recogen las sucesivas fases orgánicas, se secan sobre MgSO4 anhidro, se filtran y se elimina el disolvente a presión reducida. Se recristaliza el sólido resultante de una mezcla de CHCl3:MeOH, obteniendo 200 mg (37%) de compuesto deseado como un sólido amarillo.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.66 (m, 2H, 2 x b-CH), 1.71 (m, 4H, 2 x d-CH2), 1.87 (m, 4H, 2 x c-CH2), 2.01 (m, 2H, 2 x b-CH), 3.62 (m, 2H, 2 x e-CH), 3.92 (m, 2H, 2 x e-CH), 5.49 (t, 2H, 2 x a-CH), 6.98 (A de ABc, 2H, J = 16.2, 2 x CH=), 7.05 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.05 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.06 (B de ABc, 2H, J = 16.0, 2 x CH=), 7.12 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.13 (B de ABc, 4H, J = 8.2 Hz, ArH), 7.30 (A de ABc, 4H, J = 8.2 Hz, ArH), 7.34 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.45 (B de ABc, 4H, J = 8.2 Hz, ArH), 7.50 (A de ABc, 4H, J = 8.3 Hz, ArH), 7.57 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.58 (B de ABc, 4H, J = 8.2 Hz, ArH), 7.60 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 156.9 (C), 144.3 (C), 141.5 (C), 140.8 (C), 137.4 (C), 135.9 (C), 135.1 (C), 132.4 (C), 130.8 (CH), 129.3


(C), 129.3 (C), 128.8 (CH), 128.7 (CH), 128.6 (CH), 127.7 (CH), 126.8 (CH), 126.5 (CH), 126.5 (CH), 126.1 (c, J = 271.9 Hz, CF3), 126.0 (CH), 125.7 (CH), 125.6 (c, J = 3.7 Hz, CH), 124.9 (CH), 116.7 (CH), 96.3 (CH), 62.0 (CH2), 30.3 (CH2), 25.2 (CH2), 18.8 (CH2). IR ν: 2938, 1603, 1508, 1323, 1242, 1169, 1119, 1061, 962, 702 cm-1. La desprotección del compuesto anterior se llevó a cabo de acuerdo con el siguiente procedimiento:70

S

S

CF3

F3C

O

O

O

O

S

S

CF3

F3C

HO

OH

TFA, 0º C

28 (71%)

Se disuelven 150 mg (0.062 mmol) del compuesto cruciforme con el grupo fenol protegido en 30 mL de CH2Cl2. Se enfría la mezcla a -78 ºC y bajo agitación, se añade gota a gota 1 mL de ácido trifluoroacético. Se mantiene la agitación a dicha temperatura durante 2 h y a continuación se deja que la disolución alcance temperatura ambiente. Se elimina el disolvente a presión reducida, se añade éter y se lava con agua (x3). Tras secar (MgSO4), filtrar y evaporar el éter a vacío, el sólido resultante se recristaliza de una mezcla EtAcO:hexano, obteniendo 100 mg (71%) del compuesto cruciforme 28 como un sólido anaranjado. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 6.85 (d, 4H, A de ABC, J = 9.0 Hz, ArH), 6.73 (A de ABc, 2H, J = 16 Hz, 2 x CH=), 6.97 (B de ABc, 2H, J = 16 Hz, 2 x


CH=), 7.12 (A de ABc, 2H, J = 16 Hz, CH=), 7.13 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.13 (B de ABc, 2H, J = 16 Hz, CH=), 7.31 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.34 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.42 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.50 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.57 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.60 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.60 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 155.41 (C), 144.31 (C), 141.49 (C), 140.76 (C), 137.30 (C), 135.91 (C), 135.06 (C), 132.42 (C), 130.83 (CH), 130.17 (C), 129.27 (C), 128.67 (CH), 128.48 (CH), 127.98 (CH), 127.68 (C), 126.83 (CH), 126.78 (CH), 126.55 (CH), 126.49 (CH), 126.10 (c, J = 271.7 Hz, CF3), 125.87 (CH), 125.74 (CH), 125.63 (c, J = 3,9 Hz, CH), 124.90 (CH), 115.67 (CH). MALDI-TOF m/z: 1046.4 [M]+. Compuesto 29.

S

H

S

H

H

O

O

H

O

O

Se utiliza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del compuesto 3. Partiendo de 600 mg (1.25 mmol) del derivado tetrabromado de bitiofeno 1, 1.87 g (12.45 mmol) de ácido 4-formilfenilborónico y 71 mg (0.062 mmol) de tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0), se obtiene un sólido que se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 8:2) y posterior recristalización de CHCl3:MeOH, obteniendo 450 mg (62%) del compuesto 29 como un sólido amarillo.


Pf: Descompone a T > 237 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.12 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.44 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.61 (B de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.79 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.94 (B de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 9.94 (s, 2H, 2 x CH=O), 10.04 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 191.5 (CH=O), 191.2 (CH=O), 143.9 (C), 141.3 (C), 141.3 (C), 138.7 (C), 135.8 (C), 134.9 (C), 131.6 (C), 130.6 (CH), 129.6 (CH), 128.7 (CH), 127.0 (CH), 126.0 (CH). IR ν: 1693 (C=O), 1595, 1564, 1209, 1167, 816 cm–1. MALDI-TOF m/z: 582.8 [M]+. Compuesto 30.

Se utiliza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del compuesto 9. Partiendo de 100 mg (0.17 mmol) del tetraldehído 29, 213 mg (1.72 mmol) de fosfonato 5 y 115 mg (1.03 mmol) de KtBuO en 50 mL de THF anhidro se obtiene, tras 6 h de reacción, un crudo que se purifica mediante recristalización de una mezcla de


CH2Cl2:EtOH proporcionando 135 mg (69%) del compuesto 30 como un sólido amarillo. Pf: Descompone a T > 287 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.06 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.14 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.14 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.15 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.20 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.32 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.37 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.56 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.58 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.60 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.61 (s, 8H, ArH), 7.64 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 144.1 (C), 141.7 (C), 140.7 (C), 140.6 (C), 140.6 (C), 136.3 (C), 135.8 (C), 135.2 (C), 133.4 (C), 130.8 (CH), 130.4 (CH), 129.6 (C), 129.4 (c, J = 32.6 Hz, C), 129.4 (c, J = 31.9 Hz, C), 128.7 (CH), 127.4 (CH), 126.9 (CH), 126.6 (CH), 126.6 (CH), 126.5 (CH), 125.8 (CH), 125.7 (c, J = 3.8 Hz, CH), 125.7 (c, J = 3.8 Hz, CH), 125.3 (CH), 124.2 (c, J = 270.1 Hz, CF3). MALDI-TOF m/z: 1150.5 [M]+. Análisis elemental. Calculado para C68H42F12S2: C, 70.95; H, 3.68; F, 19.80; S, 5.57. Encontrado: C, 70.50; H, 3.26. Compuesto 31.

Se utiliza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la preparación del compuesto 9. El bencilfosfonato de dietilo, necesario para llevar a cabo la síntesis, se obtuvo siguiendo el procedimiento estándar descrito para el fosfonato 5. Partiendo de 1 g (5.84 mmol) de bromometilbenceno comercial y 3.4 g (20.46 mmol) de fosfito de trietilo (reactivo y disolvente de reacción) se obtienen 1.30 g (100%) de bencilfosfonato de dietilo.


1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.24 (m, 6H, 2 x CH3), 3.15 (d, 2H, J = 21.5 Hz, CH2P), 3.99-4.02 (m, 4H, 2 x OCH2), 7.25 (m, 1H, ArH), 7.30 (m, 4H, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 131.6 (C), 129.7 (CH), 128.4 (CH), 126.8 (CH), 62.0 (OCH2), 33.7 (CP), 16.3 (CH3). 31P-RMN (CDCl3, 162 MHz) δ: 26.4. IR ν: 2980, 1495, 1246, 1163, 1020, 1163, 1020, 956, 827, 696 cm–1. MALDI-TOF m/z: 229.3 [M + H]+.

S

S

31

Partiendo de 100 mg (0.17 mmol) del tetraaldehído 29, 195 mg (0.85 mmol) de bencilfosfonato de dietilo y 114 mg (1.00 mmol) de KtBuO, se obtiene un crudo de reacción que se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 8:2) y posterior cristalización de una mezcla


de EtAcO:MeOH, proporcionando 64 mg (43%) del compuesto 31 como un sólido de color amarillo pálido. Pf: Descompone a T > 215 ºC. 1H-RMN (THF-d8, 500 MHz) δ: 7.12 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.16 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.20 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.22 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.25 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.21 (m, 4H, ArH), 7.34-7.29 (m, 8H, ArH), 7.38 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.56-7.51 (m, 8H, ArH), 7.58 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.60 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.70 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (THF-d8, 125 MHz) δ: 145.1 (C), 143.2 (C), 138.6 (C), 138.5 (C), 138.2 (C), 137.2 (C), 136.1 (C), 133.9 (C), 129.9 (C), 129.8 (CH), 129.4 (CH), 129.4 (CH), 129.4 (CH), 129.3 (CH), 129.1 (CH), 128.7 (CH), 128.4 (CH), 128.2 (CH), 127.9 (CH), 127.3 (CH), 127.3 (CH), 127.1 (CH), 126.4 (CH), 126.1 (CH). IR ν: 1593, 1497, 1072, 964, 814, 752, 688 cm–1. MALDI-TOF m/z: 878.3 [M]+. Compuesto 32. Se utiliza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la preparación del compuesto 9. El fosfonato necesario para llevar a cabo la síntesis se obtuvo siguiendo el procedimiento estándar descrito para el fosfonato 5. Partiendo de 500 mg (1.68 mmol) del correspondiente bromuro (comercial) y 1.11 g (6.68 mmol) de fosfito de trietilo (reactivo y disolvente de reacción), se obtienen 595 mg (100%) del fosfonato deseado como un aceite incoloro.


BOO

P(O)(OEt)2

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.24 (m, 6H, 2 x CH3), 1.34 (s, 12H, 4 x CH3), 3.16 (d, 2H, J = 22 Hz, CH2P), 4.00 (m, 4H, 2 x OCH2), 7.30 (A de ABc, 2H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.74 (B de ABc, 2H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 134.9 (CH), 134.8 (C), 129.1 (CH), 83.7 (C), 62.1 (OCH2), 34.6 (CP), 24.85 (CH3), 16.4 (CH3). 31P-RMN (CDCl3, 162 MHz) δ: 25.66 IR ν: 2976, 1738, 1487, 1365, 1228, 1022, 951, 850, 767 cm–1.

S

S

B

B

B

B

O O

O

O

OO

OO

32

Partiendo de 100 mg (0.17 mmol) de tetraaldehído 29, 195 mg (0.85 mmol) de fosfonato sintetizado anteriormente y 114 mg (1.00 mmol) de KtBuO se obtiene un crudo de reacción que se purifica mediante


recristalización de una mezcla de CH2Cl2:MeOH, proporcionando 150 mg (64%) del compuesto 32 como un sólido de color amarillo.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.81 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.79 (B de ABc, 4H, J = 7.5 Hz, ArH), 7.62 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.54 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.52 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.50 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.35 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.29 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.19 (A de ABc, 2H, J = 17.0 Hz, 2 x CH=), 7.14 (B de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.12 (A de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.09 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.06 (B de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 144.0 (C), 141.7 (C), 140.0 (C), 139.9 (C), 136.8 (C), 135.7 (C), 135.4 (C), 135.2 (CH), 134.7 (C), 133.1 (C), 129.4 (C), 129.3 (CH), 128.9 (CH), 128.8 (CH), 128.6 (CH), 128.4 (CH), 128.1 (C), 127.2 (CH), 126.4 (CH), 125.8 (CH), 125.8 (CH), 125.8 (CH), 125.2 (CH), 83.8 (C), 83.8 (C), 24.9 (CH3). Compuesto 33.

S

S

tBu

tBu

tBu

tBu


Se utiliza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la preparación del compuesto 10. Partiendo de 200 mg (0.24 mmol) de dialdehído 12, 205 mg (0.72 mmol) de 4-terc-butilbencilfosfonato de dietilo (6) y 134 mg (1.20 mmol) de KtBuO se obtiene un crudo de reacción que se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 8:2) y posteriores lavados con EtOH caliente, proporcionando 130 mg (49%) del compuesto 33 como un sólido de color naranja. Pf: Descompone a T > 206 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.34 (s, 36H, 12 x CH3), 7.00 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.05 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.07 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.09 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.13 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.27 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.33 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.38 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.39 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.44 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.46 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.51 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.60 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 150.9 (C), 150.7 (C), 144.0 (C), 141.7 (C), 137.1 (C), 136.0 (C), 135.0 (C), 134.6 (C), 134.4 (C), 132.7 (C), 129.3 (C), 128.7 (CH), 128.6 (CH), 128.2 (CH), 127.6 (CH), 127.2 (CH), 126.9 (CH), 126.3 (CH), 126.2 (CH), 126.2 (CH), 125.7 (CH), 125.6 (CH), 125.6 (CH), 125.1 (CH), 34.6 (C), 34.6 (C), 31.3 (CH3). IR ν: 1514, 1362, 1107, 962, 826 cm–1. MALDI-TOF m/z: 1102.3 [M]+.


Compuesto 34.

S

S

F3C

CF3

La síntesis del compuesto 34 se lleva a cabo mediante una reacción de HWE entre el dialdehído 3 y el 4-(trifluorometil)bencilfosfonato de dietilo (5), siguiendo el procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del compuesto 10. Partiendo de 100 mg (0.27 mmol) de 3, 240 mg (0.81 mmol) de fosfonato 5 y 151 mg (1.35 mmol) de KtBuO, y tras purificar el sólido obtenido mediante lavados con etanol caliente, se obtienen 120 mg (70%) del producto 34 como un sólido blanco. Pf: Descompone a T > 265 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.05 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.06 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.12 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.13 (d, 2H, J = 5.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.30 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.38 (d, 2H, J = 5.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.57 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.60 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 140.8 (C), 140.6 (C), 135.9 (C), 134.9 (C), 130.8 (CH), 130.2 (C), 129.2 (c, J = 31.9 Hz, C), 129.2 (CH),


128.7 (CH), 126.8 (CH), 126.5 (CH), 126.5 (CH), 126.3 (CH), 125.6 (c, J = 3.8 Hz, CH), 124.2 (c, J = 270.1 Hz, C). IR ν: 1612, 1321, 1163, 1107, 1065, 1013, 968, 937, 739, 718 cm–1. MALDI-TOF m/z: 658.4 [M]+. Compuesto 35.

S

S

tBu

tBu

La síntesis del compuesto 35 se lleva a cabo mediante una reacción de HWE entre el dialdehído 3 y 4-terc-butilbencilfosfonato de dietilo (6) siguiendo el procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del compuesto 10. Partiendo de 100 mg (0.27 mmol) de 3, 230 mg (0.81 mmol) de fosfonato 6, y utilizando 151 mg (1.35 mmol) de KtBuO, se obtienen 111 mg (65%) del compuesto 35 como un sólido blanco tras purificación mediante lavados con etanol caliente. Pf: Descompone a T > 200 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.34 (s, 18H, 6 x CH3), 6.99 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.03 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.04 (B de ABc,


2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.12 (d, 2H, J = 5.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.27 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.36 (d, 2H, J = 5.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.38 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.44 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 150.8 (C), 140.8 (C), 135.9 (C), 135.0 (C), 134.6 (C), 130.0 (C), 129.2 (CH), 128.6 (CH), 128.2 (CH), 127.6 (CH), 126.2 (CH), 126.1 (CH), 126.0 (CH), 125.6 (CH), 34.6 (C), 31.3 (CH3). IR ν: 2957, 2357, 1362, 1265, 1107, 974, 828, 716 cm–1. MALDI-TOF m/z: 634.7 [M]+. Compuesto 36.

Se sigue el procedimiento descrito con anterioridad para la síntesis del dialdehído 3. Partiendo de 500 mg (1.92 mmol) del compuesto comercial 5,5´-dibromo-2,2´-bitiofeno, 863 mg (5.76 mmol) de ácido 4-formilfenilborónico y 110 mg (0.09 mmol) de tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0), se obtienen 590 mg (82%) de dialdehído 36 como un sólido naranja, tras ser purificado mediante recristalización de CHCl3:MeOH. Pf: Descompone a T > 339 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.28 (d, 2H, J = 4.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.43 (d, 2H, J = 4.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.78 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.92 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 10.03 (s, 2H, 2 x CH=O).


MALDI-TOF m/z: 373.1 [M − 1]+. Análisis elemental. Calculado para C22H14O2S2: C, 70.56; H, 3.77; S, 17.13. Encontrado: C, 70.32; H, 3.77. Compuesto 37.

La síntesis del compuesto 37 se realiza mediante una reacción de HWE entre el dialdehído 36 y el 4-(trifluorometil)bencilfosfonato de dietilo (5), siguiendo el procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del compuesto 10. Partiendo de 80 mg (0.213 mmol) de dialdehído 36, 133 mg (0.45 mmol) de fosfonato 5 y utilizando 72 mg (0.64 mmol) de KtBuO, se obtienen 136 mg (96%) del compuesto 37 como un sólido naranja, una vez purificado el crudo de reacción mediante lavados con EtOH y centrifugados con DMF. IR ν: 1443, 1416, 1325, 1171, 1123, 1069, 1015, 968, 839, 797 cm–1. MALDI-TOF m/z: 658.1 [M]+.


Compuesto 38.

S

S

tBu

tBu La síntesis del compuesto 38 se realiza mediante una reacción de HWE entre el dialdehído 36 y el 4-terc-butilbencilfosfonato de dietilo (6), siguiendo el procedimiento descrito para la síntesis del compuesto 10. Partiendo de 100 mg (0.14 mmol) de dialdehído 36, 162 mg (0.41 mmol) de fosfonato 6 y utilizando 77 mg (0.68 mmol) de KtBuO, se obtienen 40 mg (45%) del compuesto 38 como un sólido amarillo, una vez purificado el crudo de reacción mediante lavados con EtOH y centrifugados con DMF. Pf: Descompone a T > 230 ºC. IR ν: 1416, 968, 833, 795, 783 cm–1. MALDI-TOF m/z: 634.5 [M]+. Compuesto 39.

S

S

Br

Br

La síntesis del compuesto 39 se lleva a cabo mediante una reacción de Suzuki entre el 5,5’-dibromo-[2,2’]-bitiofeno (comercial) y el éster de pinacol del ácido 4-bromometilfenilborónico (comercial), siguiendo una modificación del método descrito por Lin y col.64 Sobre una mezcla


previamente desgasificada de DME y una disolución acuosa de NaCO3 2 M en proporción 3:2 v/v (50 mL), bajo atmósfera inerte y agitación, se añaden 500 mg (1.54 mmol) del compuesto dibromado, 1.15 g (3.86 mmol) del éster de pinacol y 77 mg (0.06 mmol) de tetraquis(trifenilfosfina) paladio (0). Se calienta dicha mezcla a 110 oC durante 20 h. Transcurrido este tiempo se elimina el DME a presión reducida y el crudo se extrae con CH2Cl2 (x3). Se seca la fase orgánica con MgSO4 anhidro, se filtra y se elimina el disolvente a presión reducida. El crudo de reacción se purifica mediante cromatografía en columna (sílice, hexano:EtAcO 8:2, después 7:3 y por último cloroformo). A continuación se realiza una recristalización de CH2Cl2:MeOH del sólido naranja obtenido (300 mg, 60%). IR ν: 1402, 1047, 1010, 793 cm–1. Compuesto 40.

S

S

P(O)(OEt)2

(EtO)2(O)P

Una disolución del derivado dibromado 39 (150 mg, 0.29 mmol) en un exceso de fosfito de trietilo (reactivo y disolvente de la reacción) se calienta con un baño externo termostatizado a 140 ºC y provisto de un refrigerante por el que no circula agua, con el fin de eliminar de la mezcla de reacción el bromuro de etilo que se va formando. Se añade una punta de espátula de ácido de Lewis (InCl3) para acelerar el proceso. Al cabo de 24 h de reacción, se elimina el exceso de fosfito de trietilo por destilación en un horno de bolas a 120-140 ºC y una presión entre 0.1-0.5 mm Hg. Se obtienen 300 mg (89%) del producto deseado 40 como un sólido amarillo. Este sólido es bastante insoluble y no ha podido ser caracterizado completamente mediante resonancia magnética nuclear, aunque sí se ha podido apreciar la desaparición del singlete correspondiente al grupo


CH2Br, así como la aparición de un doblete en la zona alifática del espectro, con un perfil característico de un grupo CH2P. Compuesto 41.

La síntesis del compuesto 41 se realiza mediante una reacción de HWE entre el difosfonato 40 y el 4-dibutilaminobenzaldehído, siguiendo el procedimiento descrito para la síntesis del compuesto 27. Partiendo de 100 mg (0.16 mmol) de fosfonato, 162 mg (70 mg, 0.30 mmol) de aldehído, y utilizando 89 mg (0.80 mmol) de KtBuO, se obtienen 42 mg (34%) del compuesto 41 como un sólido rojizo, una vez purificado mediante cristalización de CH2Cl2:MeOH. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.96 (m, 12H, 4 x CH3), 1.36 (m, 8H, 4 x CH2), 1.57 (m, 8H, 4 x CH2), 3.29 (m, 8H, 4 x CH2), 6.63 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 6.87 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.06 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.16 (d, 2H, J = 4.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.23 (d, 2H, J = 4.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.38 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.47 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.55 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 147.9 (C), 143.2 (C), 137.8 (C), 136.4 (C), 132.1 (C), 129.2 (C), 128.2 (CH), 127.8 (CH), 126.4 (CH), 125.6 (CH), 124.4 (CH), 123.4 (CH), 122.9 (CH), 111.7 (CH), 50.79 (CH2), 29.52 (CH2), 20.35 (CH2), 13.9 (CH3).


1.6. Resumen y conclusiones En esta primera parte de la Memoria se han preparado nuevas estructuras cruciformes derivadas de bitiofeno y fenilenvinileno con sustituyentes de diferente naturaleza electrónica, dadores y aceptores de electrones. Si bien no existe una estrategia sintética general, se ha podido obtener una gran variedad de compuestos, tanto simétricos (R = R’) como asimétricos (R ≠ R’), por combinación de reacciones de acoplamiento de Suzuki y reacciones de HWE. Las metodologías desarrolladas se han empleado también para preparar compuestos no cruciformes que poseen las ramas en una única dirección, tanto en las posiciones 3,3’ como en las posiciones 5,5’ del sistema de bitiofeno. Algunos de estos compuestos serán usados posteriormente en la Parte II de esta Memoria como monómeros para llevar a cabo diferentes ensayos de polimerización oxidativa. Se han realizado cálculos teóricos (DFT) para todos los compuestos cruciformes sintetizados con objeto de evaluar la geometría de estas moléculas, así como la topología y energía de sus orbitales moleculares frontera. Dichos cálculos muestran para todos los compuestos una estructura no plana, de tipo aspa, con una mayor localización de los orbitales moleculares frontera en las ramas de las posiciones 5,5’. Sólo para el compuesto con grupos terminales CF3 en las ramas en posición 3,3’ y NBu2 en las ramas en posición 5,5’, el HOMO y el LUMO se localizan en ramas independientes de la molécula. Del estudio de las propiedades ópticas y electroquímicas se demuestra que: a) Todos los compuestos sintetizados presentan espectros de absorción y emisión muy similares a excepción del compuesto con grupos CF3/NBu2

1.6. Resumen y conclusiones 142

donde se aprecia una banda de transferencia de carga a menor energía en su espectro de absorción. b) Las propiedades luminiscentes de los sistemas con grupos dadores y aceptores se ven afectadas por variaciones de pH y por la presencia de iones metálicos. En el caso del compuesto con grupos CF3/NBu2 la adición de protones conduce a la desaparición en los espectros de absorción de la banda de transferencia de carga y, debido a la estabilización del HOMO de la molécula, se observa un ligero desplazamiento hipsocrómico en la emisión fluorescente. Por otro lado, el compuesto con grupos CF3/OH sufre un quenching de su fluorescencia en presencia de base. c) La adición de cationes metálicos al compuesto con grupos CF3/NBu2 provoca, de manera análoga a los protones, desplazamientos al azul en los espectros de emisión. Cuando el metal es Au3+, y debido a su posible coordinación con los átomos de azufre, se observan variaciones en los espectros de emisión incluso para aquellos compuestos que no poseen grupos NBu2 en su estructura. d) Se ha demostrado que el compuesto que posee átomos de boro es un potencial sensor de aniones fluoruro, experimentando un desplazamiento batocrómico de la banda de emisión y una disminución de la intensidad de fluorescencia a medida que aumenta la cantidad de aniones fluoruro añadida. e) Por último, se han realizado medidas de voltamperometría cíclica de los compuestos sintetizados que confirmaron los cálculos teóricos y los resultados obtenidos del estudio de las propiedades ópticas: variando la naturaleza de los sustituyentes es posible modificar la energía de los orbitales frontera y por tanto el valor del band gap, si bien dichas variaciones no son muy acusadas debido a la ausencia de planaridad de estos compuestos.


Summary and conclusions In the first part of this Thesis we have prepared new cruciform structures derived from both bithiophene and phenylenevinylene and substituted with terminal groups of different electronic nature, electron donors and acceptors. Although there is no general synthetic strategy, it has been possible to obtain a variety of symmetric (R = R ') as well as asymmetric (R ≠ R') compounds by combining Suzuki coupling reactions and HWE reactions. The developed methodologies have also been employed to prepare non-cruciform compounds bearing branches in only one direction, i.e., either in the 3,3’ or 5,5’ positions of the bithiophene system. Some of these compounds will be used later in Part II of this Thesis as monomers for conducting various oxidative polymerization assays. Theoretical calculations (DFT) have also been performed for all the synthesized cruciform compounds to assess the geometry of these molecules, as well as the topology and the energy of their frontier molecular orbitals. These calculations show an X-shaped non-planar structure for all compounds, where the frontier molecular orbitals are mainly localized along the branches in 5,5' positions. Only the compound with acceptor CF3 end groups on the branches in position 3,3' and donor NBu2 end groups on the branches in position 5,5' shows spatially disjoint molecular orbitals. In this case the HOMO and LUMO localize on the “orthogonal” arms of the molecule. The study of optical and electrochemical properties shows that: a) All the synthesized compounds afford very similar absorption and emission spectra, except the compound with CF3/NBu2 groups which present an extra low energy charge-transfer band in its absorption spectrum.

1.6. Resumen y conclusiones 144

b) The luminescent properties of the systems with both donor and acceptor groups are affected by the pH and the presence of metal ions. In the case of the compound CF3/NBu2 groups, the addition of protons leads to the disappearance of the charge-transfer band in the absorption spectra and, due to the stabilization of the HOMO orbital, there is a slight hipsochromic displacement in the fluorescent emission. On the other hand, the compound with CF3/OH groups undergoes a quenching of its fluorescence in the presence of base. c) The addition of metal cations to the compound with CF3/NBu2 groups cause, similarly to protons, blue shifts in the emission spectra. When the metal is Au3+, and due to a possible coordination with the sulfur atoms, variations in the emission spectra are observed, even for those compounds which do not possess NBu2 groups in their structure. d) It has been shown that the compound bearing boron atoms is a potential sensor for fluoride anions, experiencing a bathochromic shift of the emission band and a decrease in the fluorescence intensity with increasing the amount of fluoride anions added. e) Finally, we have performed cyclic voltammetry measurements for the synthesized compounds. The data obtained confirmed both the theoretical calculations and the results of the study of the optical properties: changing the nature of the substituents is possible to modify the energy of the frontier orbitals and therefore the value of the band gap, although these variations are not very pronounced because of the lack of planarity of these compounds.

Parte II

Polímeros dendronizados

Parte II. Polímeros dendronizados 147

2.1. Antecedentes Los polímeros y oligómeros conjugados son una clase de materiales orgánicos que presentan una elevada deslocalización de electrones π en su cadena principal. Esta característica les imparte propiedades electrónicas y ópticas inusuales que pueden aprovecharse en la construcción de dispositivos electroluminiscentes, de óptica no lineal y de reconocimiento molecular, como los biosensores. Así, combinan las propiedades de los materiales semiconductores inorgánicos con la ventaja de los plásticos, como son el bajo coste, su versatilidad sintética, facilidad de procesado y flexibilidad. El fuerte impacto que están teniendo estos materiales en el ámbito científico y tecnológico es tal que el premio Nobel de Química en el año 2000 fue otorgado a los investigadores Heeger, MacDiarmid y Shirakawa, quienes descubrieron en 1976 la alta conductividad eléctrica de polímeros orgánicos conjugados tras sufrir un proceso redox.71 Desde entonces, el campo de los oligómeros y polímeros conjugados ha experimentado una evolución inimaginable, convirtiendo lo que eran sistemas meramente exóticos en productos hoy en día de mercado. El interés actual en el campo de la electrónica y optoelectrónica molecular que utilizan sistemas orgánicos conjugados va desde la producción de plásticos conductores transparentes hasta la explotación de sus propiedades ópticas no lineales (de segundo y tercer orden) y semiconductoras, por ejemplo, en transistores de efecto campo (OFET), diodos emisores de luz (OLED), láseres de estado sólido o células fotovoltaicas.72

71 Chiang, C. K.; Park, Y. W.; Heeger, A. J.; Shirakawa, H.; Louis, E. J.; MacDiarmid, A. G. Phys. Rev. Lett. 1977, 39, 1098-1101. 72 a) Halls, J. J. M.; Walsh, C. A.; Greenham, N. C.; Marseglia, E. A.; Friend, R. H.; Moratti, S. C.; Holmes, A. B. Nature 1995, 376, 498-500. b) Horowitz, G. Adv. Mater. 1998, 10, 365-422. c) Brabec, C. J.; Sariciftci, N. S.; Hummelen, J. C. Adv. Funct. Mater. 2001, 11, 15-26.


Existe un gran número de oligómeros y polímeros conjugados. Estos sistemas suelen tener en común una estructura π-extendida, con enlaces dobles y sencillos (o triples y sencillos) alternados a lo largo de una cadena. Una característica esencial de la mayoría de los polímeros conductores es poseer un esqueleto conjugado rígido capaz de transportar carga. Desafortunadamente, dichas estructuras rígidas son bastante insolubles y esto dificulta enormemente su procesado en láminas delgadas, tan requerido en la mayor parte de las aplicaciones. Entre los polímeros más ampliamente estudiados desde 1980 se encuentran los poliheterociclos como el polipirrol, el politiofeno y la polianilina. Sin duda alguna, la familia de los politiofenos (PTs) es la más utilizada en numerosas aplicaciones73 debido a su fácil preparación y gran estabilidad. A modo de ejemplo, en la figura 2.1 se muestran algunos oligómeros de tiofeno utilizados en electrónica molecular.74

d) Thompson, B. C.; Fréchet, J. M. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 58-77. e) Patra, A.; Wijsboom, Y. H.; Zade, S. S.; Li, M.; Sheynin, Y.; Leitus, G.; Bendikov, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6734-6736. f) Cheng, Y.-J.; Yang, S.-H., Hsu, C.-S. Chem.Rev. 2009, 109, 5868-5923. g) Grimsdale, A. C.; Chan, K. L.; Martin, R. E.; Jokisz, P. G.; Holmes, A. B. Chem. Rev. 2009, 109, 897-1091. 73 a) McCullough, R. D. Adv. Mater. 1998, 10, 93-116. b) Andersson, M. R.; Thomas, O.; Mammo, W.; Svensson, M.; Theander, M.; Inganäs, O. J. Mater. Chem. 1999, 9, 1933-1940. c) Fichou, D. J. Mater. Chem. 2000, 10, 571-588. d) Otsubo, T.; Aso, Y.; Takiyima, K. J. Mater. Chem. 2002, 12, 2565-2575. e) Johansson, T.; Mammo, W.; Svensson, M.; Andersson, M. R.; Inganas, O. J. Mater. Chem. 2003, 13, 1316-1323. f) Perepichka, I. F.; Perepichka, D. F.; Meng, H.; Wudl, F. Adv. Mater. 2005, 17, 2281-2305. g) Yoon, M. H.; Facchetti, A.; Stern, C. E.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5792-5801. h) Bobade, R. S. J. Polym. Eng. 2011, 31, 209-215. i) Gangopadhyay, P.; Koeckelberghs, G.; Persoons, A. Chem. Mater. 2011, 23, 516-521. j) Zade, S. S.; Zamoshchikt, N.; Bendikov, M. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 14-24. 74 a) Dodabalapur, A.; Torsi, L.; Katz, H. E. Science 1995, 268, 270-271. b) Yanagi, H.; Araki, Y.; Ohara, T.; Hotta, S.; Ichiwaka, M.; Taniguchi, Y. Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 767-773. c) Newman, C. R.; Frisbie, C. D.; Da Silva Filho, D. A.; Bredas, J. L.; Ewbank, P. C.; Mann, K. R. Chem. Mater. 2004, 16, 4436-4451.


S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

SC6F3

C6F3

S S

S S

Figura 2.1. Oligómeros de tiofeno utilizados en electrónica molecular.

Desde la síntesis del primer politiofeno se han conseguido obtener una gran variedad de compuestos que han permitido establecer las propiedades físicas y químicas de esta familia de polímeros. El PT como tal, es un material térmica y químicamente estable, con buenas propiedades electrónicas, pero insoluble, y es por este motivo por el que requiere una funcionalización para facilitar su solubilidad y procesado.75 Como en el caso de la mayoría de los polímeros conductores, para obtener materiales solubles los politiofenos se suelen funcionalizar incorporando grupos solubilizantes a lo largo de la cadena principal, generalmente cadenas alquílicas laterales. McCullough76 y Rieke77 han demostrado de forma independiente que una sustitución regioregular, por ejemplo poli(3-alquiltiofenos), conduce a materiales con mayores conductividades debido a una mejor organización supramolecular.

75 Bjerring, M.; Nielsen, J. S.; Nielsen, N. C.; Krebs, F. C. Macromolecules 2007, 40, 6012-6013. 76 a) Lowe, R. D.; McCullough, R. D. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1992, 70-72. b) McCullough, R. D. Adv. Mater. 1998, 10, 93-116. c) Loewe, R. S.; Khersonsky, S. M.; McCullough, R. D. Adv. Mater. 1999, 11, 250-253. 77 a) Chen, T.-A.; Rieke, R. D. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10087-10088. b) Chen, T.-A.; O’Brien, R. A.; Rieke, R. D. Macromolecules 1993, 26, 3462-3463. c) Chen, T.-A.; Wu, X.; Rieke, R. D. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 233-244.


Además, los politiofenos π-conjugados regioregulares suelen exhibir respuestas crómicas importantes en presencia de estímulos específicos, abriendo el camino hacia el diseño de una gran variedad de dispositivos basados en sensores.78 Estos pueden sufrir cambios conformacionales al ser expuestos a la luz, al calor, o a sustancias químicas o bioquímicas, mostrando termocromismo, fotocromismo, ionocromismo o incluso biocromismo. En este tipo de polímeros existe una fuerte correlación entre su estructura electrónica y la conformación de la cadena, de modo que pequeñas modificaciones en la cadena principal pueden provocar cambios en su conjugación, y por lo tanto desplazamientos en sus espectros de absorción UV-Visible.79

Una de las desventajas de los PTs es la reducción de su emisión debido a desactivaciones no radiativas provocadas por el efecto de átomo pesado que ejercen los azufres existentes en su estructura, pero esto se puede solucionar mediante la incorporación de grupos funcionales adecuados, como unidades aromáticas conjugadas con el resto de la cadena, modificando así las energías de los orbitales frontera de las estructuras resultantes. Un ejemplo de ello son las estructuras desarrolladas por Rasmussen y col.80, con buenos rendimientos cuánticos y aplicación en el campo de los OLEDs (figura 2.2).

78 a) Leclerc, M.; Faïd, K. Adv. Mater. 1997, 9, 1087-1094. b) Swager, T. M. Acc. Chem. Res. 1998, 31, 201-207. c) McQuade, D. T.; Pullen, A. E.; Swager, T. M. Chem. Rev. 2000, 100, 2537-2574. 79 a) Faïd, K.; Leclerc, M. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5274-5278. b) Zade, S. S.; Bendikov, M. Chem. Eur. J. 2007, 13, 3688-3700. c) Osaka, I.; McCullough, R. D. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1202-1214. 80 Evenson, S. J.; Mumm, M. J.; Pokhodnya, K. I.; Rasmussen, S. C. Macromolecules 2011, 44, 835-841.


S

N

S

C8H17

R R

S

N

S

C8H17

RO

OR

n

n

Color de laelectroluminiscencia

Figura 2.2. Polímeros utilizados por Rasmussen y col. para la fabricación de OLEDs. El poder controlar la estructura molecular de los materiales a sintetizar es, por tanto, un factor crucial en la síntesis de oligómeros y polímeros que determinará sus propiedades finales y sus posibles aplicaciones. La versatilidad a la hora de incorporar sustituyentes en polímeros conjugados, va a permitir predecir y modular propiedades físicas como el color, la eficiencia de emisión, etc., introduciendo mejoras en las mismas.81 En la búsqueda de nuevos materiales con una estructura controlada, surgen a mediados del siglo XX macroestructuras ramificadas que suponen una innovación frente a los polímeros de estructura lineal utilizados hasta la fecha.82 La evolución de la química de polímeros ha ido derivando desde entonces en múltiples ramas, y será en el último cuarto de siglo, cuando aparezca por primera vez el término dendrímero, para

81 Kraft, A.; Grimsdale, A. C.; Holmes, A. B. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1998, 37, 402-428. 82 Flory, P. J. J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 2718-2723.


designar a una serie de compuestos que forman parte de una gran familia denominada polímeros dendríticos. Éstos son una nueva clase de macromoléculas estructuralmente controladas que representan la cuarta clase de arquitecturas poliméricas (figura 2.3).83 Se dividen a su vez en cinco subclases: - Dendrímeros.84 - Dendrones. - Polímeros hiperramificados.85 - Polímeros arborescentes (Dendrigraft). - Megámeros.86

83 a) Tomalia, D. A.; Fréchet, J. M. J. J. Polym. Sci. A-Polym. Chem. 2002, 40, 2719-2728. b) Fréchet, J. M. J.; Tomalia, D. A. Dendrimers and other Dendritic Polymers, Wiley Series in Polymer Science. Wiley: Chichester, England, 2002. c) Carlmark, A.; Hawker, C.; Hult, A.; Malkoch, M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 352-362. 84 a) Vögtle, F.; Richard, G.; Werner, N. Dendrimer Chemistry: Concepts, Syntheses, Properties, Applications; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2009. b) Designing Dendrimers; Campagna, S.; Ceroni, P.; Puntoriero, F., Eds.; Wiley: New York, 2011. c) Dendrimers: Towards Catalytic, Material and Biomedical Uses; Caminade, A.-M., Turrin, C.-D., Laurent, R., Ouali, A., Delavaux-Nicot, B., Eds.; Wiley: Chichester, U.K., 2011. 85 a) Hyperbranched Polymers: Synthesis, Properties, and Applications; Yan, D.; Gao, C.; Frey, H., Eds.; Wiley: Singapore, 2011. b) Segawa, Y.; Higashihara, T.; Ueda, M. Polym. Chem. 2013, 4, 1746-1759. 86 a) Li, J.; Swanson, D. R.; Qin, D.; Brothers, H. M.; Piehler, L.; Tomalia, D. A.; Meier, D. J. Langmuir 1999, 15, 7347-7350. b) Tomalia, D. A.; Uppuluri, S.; D. R. Swanson; J. Li. Pure Appl. Chem. 2000, 72, 2343–2358. c) Tomalia, D. A.; Swanson, D. R. Dendrimers and other Dendritic Polymers, Wiley Series in Polymer Science. Wiley: Chichester, England, 2002. pp 617-629. d) Kiran, B. M.; Jayaraman, N. Macromolecules 2009, 42, 7353-7359.


Figura 2.3. Tipos de estructuras poliméricas. Los polímeros arborescentes (dendrigraft) combinan dos tipos de arquitecturas macromoleculares, dendrímero y polímero. Estas estructuras híbridas se benefician de las características únicas que ofrecen los dendrímeros, junto con la posibilidad de obtener materiales poliméricos funcionalizados de una forma rápida y sencilla. El creciente interés en la combinación de ambas estructuras persigue conseguir nuevos materiales con propiedades únicas y atractivas87 para su aplicación en el campo de la biomedicina, en síntesis, como sensores y sistemas de amplificación de luz, en optoelectrónica y microelectrónica, como nanocomposites metálicos, etc.

87 a) Zeng, F.; Zimmerman, S. C. Chem. Rev. 1997, 97, 1681-1712. b) Berresheim, A. J.; Müllen, K. Chem. Rev. 1999, 99, 1747-1786. c) Thelakkat, M. Macromol. Mater. Eng. 2002, 287, 442-461. d) Fréchet, J. M. J. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2003, 41, 3713-3725. e) Tomalia, D. A.; Huang, B.; Swanson, D. R.; Brothers II, H. M., Climas, J. W. Tetrahedron 2003, 59, 3799-3813. f) Entwistle, C. D.; Marder, T. B. Chem. Mater. 2004, 16, 4574-4585. g) Caminade, A. M.; Majoral, J. P. Acc. Chem. Res. 2004, 37, 341-348. h) Grimsdale, A. C.; Klaus, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 5592-5629. i) Tomalia, D. A. Prog. Polym. Sci. 2005, 30, 294-324. j) Ceroni, P.; Bergamini, G.; Marchioni, F.; Balzani, V. Prog. Polym. Sci. 2005, 30, 453-473. k) Schenning, A. P. H. J.; Meijer, E. W. Chem. Commun. 2005, 3245-3258. l) Smith, D. K.; Hirst, A. R.; Love, C. S.; Ardí, J. G.; Brignell, S. V.; Huang, B. Prog. Polym. Sci. 2005, 30, 220-293. m) Tomalia, D. A. Mater. Today 2005, 23, 34-56.


En la figura 2.4 se presentan algunos ejemplos de nuevas arquitecturas poliméricas que se derivan de combinar los conceptos de dendrímero y polímero lineal.88

Figura 2.4. Ejemplos de la combinación de dendrímero y polímero lineal.

Dentro de todas estas posibilidades, nos centraremos en el estudio de los polímeros dendronizados, que son un ejemplo de arquitectura formada por una cadena principal rodeada de dendrones como cadenas laterales. En este tipo de estructuras se aumenta de manera efectiva el número de grupos funcionales sobre una cadena polimérica, con un riguroso control del tamaño y de la naturaleza de las ramificaciones presentes, teniendo en todo momento el dendrón utilizado una marcada influencia en las propiedades del compuesto final. El término polímero dendronizado o “denpol” fue propuesto por Schlüter89 a finales de los años 90. En estos sistemas, la congestión estérica de los dendrones conduce a la formación de estructuras rígidas con propiedades, en muchos casos, diferentes a aquellas que presentan

88 a) Hedrick, J. L.; Magbitang, T.; Connor, E. F.; Glauser, T.; Volksen, W.; Hawker, C. J.; Lee, V. Y; Miller, R. D. Chem. Eur. J. 2002, 8, 3308-3319. b) Frauenrath, H. Prog. Polym. Sci. 2005, 30, 325-384. 89 Schlüter, A. D. Topics Curr. Chem. 1998, 197, 165-191.


los polímeros. El diámetro y la rigidez de estas estructuras pueden ser bien controlados con un cambio en la generación del dendrón, como se muestra en la figura 2.5.90

Figura 2.5. Representación del cambio en la rigidez de una cadena polimérica al aumentar la generación de los dendrones. En los últimos años, el número de publicaciones relacionadas con los polímeros dendronizados ha crecido de forma exponencial en campos como la química orgánica, la síntesis de polímeros y la ciencia de los materiales, encontrándose en ellos potenciales aplicaciones como building blocks,91 en catálisis92 y en el campo de la optoelectrónica93 y la biomedicina,94 entre otros.

90 a) Freudenberger, R.; Claussen, W.; Schlüter, A. D.; Wallmeier, H. Polymer 1994, 35, 4496-4501. b) Zhang, A.; Shu, L.; Bo, Z.; Schlüter, A. D. Macromol. Chem. Phys. 2003, 204, 328-339. c) Guo, Y.; van Beek, J. D.; Zhang, B.; Colussi, M.; Walde, P.; Zhang, A.; Kröger, M.; Halperin, A.; Schlüter, D. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11841-11854. 91 a) Zhang, A.; Barner, J.; Gössl, I.; Rabe, J.; Schlütter, A. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 5185-5188. b) Rudick, J. G.; Percev, V. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1641-1652. c) Das, J.; Fréchet, J. M. J.; Chakraborty, A. K. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 13768-13775. 92 a) Albrecht, M.; van Koten, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 3750-3781. b) Liang, C. O.; Helms, B.; Hawker, C. J.; Fréchet, J. M. J. Chem. Commun. 2003, 2524-2525. c) Suijkerbuijk, B. M. J. M.; Shu, L.; Gebbink, R. J. M. K.; Schlüter, A. D.; van Koten, G. Organometallics 2003, 22, 4174-4177. 93 a) Bao, Z.; Amundson, K. R.; Lovinger, A. J. Macromolecules 1998, 31, 8647-8649. b) Sato, T.; Jiang, D.-L.; Aida, T. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 10658-10659. c) Jakubiak, R.;


Síntesis de polímeros dendronizados Dado que los polímeros dendronizados surgen de combinar los conceptos de dendrímero y polímero, su preparación es una combinación de la síntesis orgánica de dendrones y de la síntesis de polímeros. Las estructuras dendríticas más comunes encontradas en los polímeros dendronizados son de tipo Fréchet (XVI), dendrones de poliamidoamina (PAMAM) (XVII), dendrones tipo Percec (XVIII) y dendrones tipo Müllen (XIX) (figura 2.6).

O

OOO

O

O

NO

HN

NR2

O

NH

R2N

OHN

ORRO

RO

OROR

ROOR

OR

OROO O

XVIII (G2)

XIX (G1)

XVI (G2)

XVII (G1)

Figura 2.6. Dendrones más comunes utilizados en la preparación de polímeros dendronizados.

Bao, Z.; Rothberg, L. Synthetic Met. 2000, 114, 61-64. d) Li, W.-S.; Jiang, D.-L.; Aida, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 2943-2947. 94 Gössl, I.; Shu, L.; Schlüter, A. D.; Rabe, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6860-6865.


En cuanto a las estructuras poliméricas, éstas son muy diversas y son un reflejo de los tipos de reacciones de polimerización más comunes, encontrando ejemplos con poliestireno, polimetacrilato y poli-p-fenileno. En general, la estrategia de síntesis de los polímeros dendronizados se puede dividir en tres categorías (figura 2.7):

- Estrategia ‘graft-to’.95 Los dendrones se acoplan a un polímero previamente sintetizado. Esta estrategia también se conoce como “ruta convergente”.

- Estrategia ‘graft-from’,96 en la que los dendrones de primera

generación se unen al polímero, consiguiendo generaciones superiores mediante el crecimiento de dicho dendrón. Esta aproximación se conoce como “ruta divergente”.

- Estrategia de macromonómeros.97 En ella dendrones de una

generación deseada incorporan un grupo polimerizable en su punto focal para una posterior reacción de polimerización.

95 a) Karakaya, B.; Claussen, W.; Gessler, K.; Saenger, W.; Schlüter, A. D. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3296-3301. b) Desai, A.; Atkinson, N.; Rivera, Jr., F; Devonport, W.; Rees, I. ; Branz, S. E. ; Hawker, C. J. J. Polym. Sci., Part A : Polym. Chem. 2000, 38, 1033-1044. c) Helms, B. ; Mynar, J. L., Hawker, C. J.; Fréchet, J. M. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15020-15021. d) Calderon, M.; Martinelli, M.; Froimowicz, P.; Leiva, A., Gargallo, L.; Radi´c, D.; Strumia, M. C. Macromol. Symp. 2007, 258, 53-62. e) Ting, W.-H.; Chen, C.-C.; Dai, S. A.; Suen, S.-Y.; Yang, I.-K.; Liu, Y.-L.; Chen, F. M. C.; Jeng, R.-J. J. Mater. Chem. 2009, 19, 4819-4828. 96 a) Yin, R.; Zhu, Y.; Tomalia, D. A.; Ibuki, H. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2678-2679. b) Shu, L. J.; Schlüter, A. D.; Ecker, C.; Severin, N.; Rabe, J. P. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 4666-4669. 97 a) Malenfant, P. R. L.; Jayaraman, M.; Fréchet, J. M. J. Chem. Mater. 1999, 11, 3420-3422. b) Bo, Z. S.; Schlüter, A. D. Chem. Eur. J. 2000, 6, 3235-3241. c) Marsitzky, D.; Vestberg, R.; Blainey, P.; Tang, B. T.; Hawker, C. J.; Carter, K. R. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6965-6972.


Figura 2.7. Estrategias sintéticas para la síntesis de polímeros dendronizados.

No existe una estrategia perfecta y cada una tiene sus ventajas e inconvenientes. Por ejemplo, las dos primeras tienen el inconveniente de uniones incompletas al polímero, lo cual conduce a un importante número de defectos estructurales. Por el contrario, cuando se emplean macromonómeros se garantiza que cada unidad repetitiva soporta un dendrón, logrando estructuras bastante uniformes. Sin embargo, si los dendrones utilizados son de elevada generación, a menudo se obtienen oligómeros por razones de impedimento estérico. En el esquema 2.1 se recogen algunos ejemplos de polímeros dendronizados mediante una estrategia ‘graft to’.98

98 a) Desai, A.; Atkinson, N.; JR, F. R.; Devonport, W.; Rees, I.; Branz, S. E.; Hawker, C. J. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2000, 38, 1033-1044. b) Helms, B.; Mynar, J. L.; Hawker, C. J.; Fréchet, J. M. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15020-15021.


Esquema 2.1. Ejemplos de síntesis de polimeros dendronizados mediante una estrategia ‘graft to’. Los primeros trabajos publicados sobre la síntesis de polímeros dendronizados se llevaron a cabo utilizando la estrategia ‘graft from’. Los autores empleaban el polímero lineal de polietilenimina XX como core, al que mediante una estrategia de síntesis en dos pasos (adición de Michael a acrilato de metilo seguido de acoplamiento con etilendiamina) iban


acoplando los dendrones de tipo PAMAM (esquema 2.2).99 Las imágenes de microscopía de transmisión electrónica (TEM) de los polímeros preparados reflejaban interesantes estructuras con geometría cilíndrica.90b

NH

N

OHN

NH2

NH2

N

OHN

N

ONH

H2N

OHN

XX

XXI (G0)

n1. acrilato de metilo

2. etilendiamina

n

n

XXII (G1)

1. acrilato de metilo

2. etilendiamina

Esquema 2.2. Síntesis del polímero dendronizado XXII mediante una estrategia ‘graft from’. Si atendemos al número de trabajos publicados, la estrategia de macromonómeros es, sin duda, la que tiene más éxito cuando se pretende conseguir estructuras perfectas.100 Su mayor inconveniente es la imposibilidad de lograr estructuras monodispersas ya que cualquier

99 a) Tomalia, D. A.; Taylor, A. M.; Goddard III, W. A. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1990, 29, 138-175. b) Yin, R.; Zhu, Y.; Tomalia, D. A.; Ibuki, H. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2678-2679. 100 a) Jenkins, A. D.; Kratochvil, P.; Stepto, R. F. T.; Suter, U. W. Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287-2311. b) Elias, H-G. Makromoleküle; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2002. c) Percec, V.; Rudick, J. G.; Peterca, M.; Wagner, M.; Obata, M.; Mitchell, C. M.; Cho, W.-D.; Balagurusamy, V. S. K.; Heiney, P. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15257-15264. d) Percec, V.; Rudick, J. G.; Peterca, M.; Staley, S. R.; Wagner, M.; Obata, M.; Mitchell, C. M.; Cho, W.-D.; Balagurusamy, V. S. K.; Lowe, J. N.; Glodde, M.; Weichold, O.; Chung, K. J.; Ghionni, N.; Magonov, S. N.; Heiney, P. A. Chem. Eur. J. 2006, 12, 5731-5746. e) Percec, V.; Aqad, E.; Peterca, M.; Rudick, J. G.; Lemon, L.; Ronda, J. C.; de, B. B.; Heiney, P. A.; Meijer, E. W. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16365-16372. f) Zhao, H.; Sanda, F.; Masuda, T. Macromol. Chem. Phys. 2006, 207, 1921-1926. g) Moingeon, F.; Masson, P.; Méry, S. Macromolecules 2007, 40, 55-64. h) Roeser, J.; Moingeon, F.; Heinrich, B.; Masson, P.; Arnaud-Neu, F.; Rawiso, M.; Méry, S. Macromolecules 2011, 44, 8925-8935. i) Zhang, B.; Schlüter, D. New J. Chem. 2012, 36, 414-418.


reacción de polimerización lleva asociada inevitablemente cierto grado de polidispersidad. En general, podemos encontrarnos dos aproximaciones generales dentro de esta metodología, en función del tipo de reacción utilizada para la polimerización: polimerización por pasos y polimerización por crecimiento de cadena. La primera aproximación consiste en llevar a cabo reacciones orgánicas convencionales entre dos grupos funcionales, usualmente reacciones de condensación y de adición. El grado de polimerización en reacciones de policondensación es, sin embargo, relativamente bajo, siendo difícil conseguir polímeros dendronizados de elevado peso molecular. En ocasiones, la copolimerización con monómeros no dendronizados reduce los impedimentos estéricos en este tipo de reacciones. Esta estrategia es la utilizada por Carter y col. para preparar copolímeros de primera, segunda y tercera generación (figura 2.8) a través de la reacción de Yamamoto entre macromonómeros dendríticos y un monómero de tipo dibromodialquilfluoreno.101

101 Marsitzky, D.; Vestberg, R.; Blainey, P.; Tang, B. T.; Hawker, C. J.; Carter, K. R. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 6965-6972.


Figura 2.8. Copolímeros sintetizados por Carter y col. mediante la estrategia de macromonómeros. En la literatura también se encuentran algunos ejemplos que utilizan la reacción de Suzuki entre ácidos bisborónicos y bishaluros como método sintético de los polímeros dendronizados.102 Un ejemplo es el copolímero XXIII preparado por Schlüter y col. con dendrones de tipo Fréchet de generación G1 hasta G3 (esquema 2.3).103

102 a) Schlüter, A.D.; Wegner, G. Acta Polym. 1993, 44, 59-69. b) Schlüter, A. D. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2001, 39, 1533-1556. 103 Claussen, W.; Schulte, N.; Schlüter, A.D. Macromol. Rapid Commun. 1995, 16, 89-94.


BrBr

O

O

C6H13

C6H13

B(OH)2(HO)2B

O

O

C6H13

C6H13

O

OO

O

O

O

O

+n

Ejemplo de dendrímero de Fréchet (poliéter arílico) de segunda generación.

XXIII

Esquema 2.3. Síntesis de polímeros dendronizados por reacción de Suzuki.

No obstante, se ha demostrado que la polimerización en cadena es la vía más eficiente para acceder a polímeros dendronizados de una longitud considerable. Es conveniente que en este tipo de mecanismo las etapas de propagación sean más rápidas que las de terminación, lo cual puede ser un problema para el caso de monómeros dendronizados, dado que el impedimento estérico puede llevar a una encapsulación del centro activo y por lo tanto ralentizar la propagación. En la siguiente figura se


presentan algunos ejemplos de dendrones utilizados en procesos de polimerización radicálica (figura 2.9).104

O

OC12H25O

O

O

O

OC12H25C12H25O

C12H25OC12H25O

C12H25O

C12H25O

C12H25O OC12H25

H3C

O

OO

O OO

O O

O

H3CO

O

O

O

O

OO

OOEtO

O

O

EtO

OO

OOEt

Figura 2.9. Algunos de los dendrones utilizados en procesos de polimerización radicálica.

También se han preparado mediante polimerización radicálica en cadena, una serie de polímeros dendronizados tipo Fréchet funcionalizados con grupos carboxilo en la periferia, solubles en agua y capaces de encapsular moléculas orgánicas como pireno y antraceno en su interior (figura 2.10).105

104 a) Neubert, I.; Klopsch, R.; Claussen, W.; Schlüter, A. D. Acta Polym. 1996, 47, 455-459. b) Percec, V.; Ahn, C. H.; Barboiu, B. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 1539-1555. c) Liu, L.; Li, W.; Liu, K.; Yan, J.; Hu, G.; Zhang, A. Macromolecules 2011, 44, 8614-8621. d) Costa, L. I.; Storti, G.; Morbidelli, m.; Zhang, X.; Zhang, B.; Kasëmi, E.; Schlüter, D. Macromolecules 2011, 44, 4038-4048. e) Kimura, M.; Kitao, A.; Fukawa, T.; Shirai, H. Chem. Eur. J. 2011, 17, 6821-6829. 105 Jiao, Q.; Yi, Z.; Chen, Y.; Xi, F. J. Polym. Science: Part A: Polym. Chem. 2008, 46, 4564-4574.


Figura 2.10. Polímeros dendronizados capaces de encapsular moléculas orgánicas en su interior. Asimismo es posible incorporar quiralidad en los dendrones y obtener polímeros dendronizados helicoidales. Un ejemplo es el descrito por Schlüter y col,106 que incorpora 4-aminoprolinas quirales en los dendrones (figura 2.11).

Figura 2.11. Polímeros dendronizados helicoidales descritos por Schüter y col.

106 Zhang, A.; Rodríguez-Ropero, F.; Zanuy, D.; Alemán, C.; Meijer, E. W.; Schlüter, A.D. Chem. Eur. J. 2008, 14, 6924-6934.


En cuanto al comportamiento supramolecular de este tipo de polímeros, cabe destacar un trabajo reciente de Chow y col.107 que mediante una reacción de acoplamiento click entre una diazida y un diacetileno dendríticos preparan copolímeros con capacidad de formar geles en función de la simetría del esqueleto polimérico (figura 2.12).

NH

O O

HN

Gn Gn

N3NH

O O

HNN3

Gm Gm

NNH

O O

HNN

Gm Gm

N N N NNH

O O

HN

Gn Gn

+

x

(m = 1-3) (n = 1-3)

G1 =

G2 =

G3 =

Figura 2.12. Copolímeros dendronizados con capacidad de formar geles. La reacción de polimerización por metátesis de olefinas se ha convertido en los últimos años en un método rápido de síntesis de

107 Chow, H.-F.; Lau, K.-N.; Chan, M.-C. Chem. Eur. J. 2011, 17, 8395-8403.


polímeros en condiciones suaves de reacción. En la literatura se encuentran ejemplos de polímeros dendronizados sintetizados tanto por reacción de ciclopolimerización108 como a través de una reacción de apertura de anillo.109 Esta última estrategia ha sido llevada a cabo por Samuel y col.110 en la síntesis de nuevos polímeros dendronizados que contienen complejos de Ir(III) como cromóforos en las cadenas laterales. El número de dendrones y su localización resultaron de vital importancia en el control de las propiedades optoelectrónicas de este tipo de derivados (figura 2.13).

N

NIr

NN

N

R

R'

R

R'

O

On

D =

O

O

R = R' = DR = D, R' = HR = R' = H

Viscosidad

Rto. cuántico defotoluminiscencia

Figura 2.13. Polidendrímeros con complejos de Ir(III) en las cadenas laterales.

Ya se ha comentado anteriormente el gran interés que presentan los politiofenos u oligotiofenos en diferentes campos. El primer ejemplo de

108 Kang, E.-H.; Lee, I. S.; Choi, T.-L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11904-11907. 109 a) Jiang, G.; Ponnapati, R.; Pernites, R.; Grande, C. D.; Felipe, M. J.; Foster, E.; Advincula, R. Langmuir 2010, 26, 17629-17639. b) Jung, H.; Carberry, T. P.; Weck, M. Macromolecules 2011, 44, 9075-9083. b) Yoo, J.; Runge, M. B.; Bowden, N. B. Polymer 2011, 2499-2504. 110 Lai, W.-Y.; Balfour, M. N.; Levell, J. W.; Bansal, A. K.; Burn, P. L.; Lo, S.-C.; Samuel, I. D. W. Macromolecules 2012, 45, 2963-2971.


este tipo de derivados que incorporan unidades dendríticas solubilizantes fue descrito por Fréchet y col.111 en el año 2000. En estos sistemas la relación dendrímero/tiofeno y el tamaño del dendrímero son variables esenciales para obtener polímeros conductores procesables (o polímeros con elevadas conductividades) (figura 2.14).

Figura 2.14. Politiofenos dendríticos sintetizados por Fréchet y col. Por último, comentar que en ocasiones no se utiliza una única estrategia sintética, sino que éstas pueden combinarse para aprovechar las ventajas de cada una de ellas y compensar las desventajas, pudiendo preparar así polímeros de elevado peso molecular con dendrones de alta generación. En concreto, Schlüter y col. han preparado poliestireno

111 Malenfant, P. R. L.; Fréchet, J. M. J. Macromolecules 2000, 33, 3634-3640.


dendronizado G4 con una combinación de la estrategia de macromonómeros y la ‘graft-from’ (esquema 2.4).112

NH

OO

NHTeocTeocHN

ONH

OO

NHTeocTeocHN

O

OON OO

NHTeoc

OO

NHTeoc

NHO

OO

NH

O O

O

HN O

OO HNO

O

TeocHN

O NHTeoc

HNO

O NHTeocO

NHTeoc

HN

OO

O

NHO

O ONHO

O

NHTeoc

OTeocHN

NHO

OTeocHN O

TeocHN

HN

O O

O

HN O

O

NHTeoc

O

NHTeoc

HNO O

TeocHN

O

NHTeoc

HN

OO

O

NHO

O

TeocHN

O

TeocHN

NHOO

NHTeoc

O

TeocHN

n G4

nTeoc: Trimetilsililetoxicarbonilo

1. TFA 2.

(3 veces)

Esquema 2.4. Polímeros dendronizados obtenidos mediante una combinación de estrategias (macromonómeros y graft-from).

112 a) Shu, L.; Schaefer, A.; Schlüter, A. D. Macromolecules 2000, 33, 4321-4328. b) Shu, L.; Gössl, I.; Rabe, J. P.; Schlüter, A. D. Macromol. Chem. Phys. 2002, 203, 2540-2550. c) Guo, Y.; van Beek, J. D.; Zhang, B.; Colussi, M.; Walde, P.; Zhang, A.; Kröger, M.; Halperin, A.; Schlüter, A. D. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11841-11854.


La ruta graft from y graft to han sido utilizadas para preparar nuevas macromoléculas con estructura toroidal (figura 2.15). De las dos vías, la metodología convergente graft to resultó la más versátil, logrando un mejor control en el diámetro del macrociclo, grado de dendronización y peso molecular global con una baja polidispersidad.113

O

NN

NO

n

OH

O

NN

NO

n

OO

metodología 'graft from' (divergente)

metodología 'graft to' (convergente)

Polímeros dendronizados cíclicos

Figura 2.15. Polímeros dendronizados con estructura toroidal.

113 Laurent, B. A.; Grayson, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13421-13429.

171 Parte II. Polímeros dendronizados

2.2. Aproximaciones sintéticas para la preparación de macromonómeros dendronizados y no dendronizados Como ya se ha mencionado en la introducción de esta Memoria, el objetivo fundamental de esta segunda parte del trabajo realizado es la polimerización de diferentes arquitecturas dendríticas multicromofóricas. Para ello, resulta necesario preparar los correspondientes macromonómeros dendronizados, que deben estar adecuadamente funcionalizados para llevar a cabo la posterior reacción de polimerización. Todos los macromonómeros objetivo que hemos elegido tienen como núcleo una unidad de bitiofeno (figura 2.16 A), acorde con el resto del trabajo incluido en esta Memoria, al que se le acoplarán distintas ramas dendríticas derivadas de polifenilenvinilenos (PPVs) (figura 2.16 B).

R R

S

S

A) B)

5

5'

3'4'

34

Figura 2.16. A) Estructura del [2,2’]bitiofeno. B) Rama dendrítica derivada de PPV de primera generación.

Aprovechando la distinta reactividad que posee el bitiofeno en las posiciones 3,3’ y 5,5’ (ver apartado 1.2) es posible la incorporación de grupos funcionales en una u otra posición de forma selectiva. Esto nos ha permitido preparar dos tipos de compuestos (figura 2.17):

- Macromonómeros tipo I: Aquellos que poseen ramas dendríticas en las posiciones 5,5´ del núcleo de bitiofeno, y un grupo polimerizable en las posiciones 3,3´.

2.2. Síntesis de macromonómeros 172

- Macromonómeros tipo II: Aquellos que incorporan ramas

dendríticas en las posiciones 3,3´ del núcleo de bitiofeno, y un grupo polimerizable en las posiciones 5,5´.

S

S

HO S

SH

O

Macromonómeros tipo IIMacromonómeros tipo I

= cuña dendrítica

Figura 2.17. Diferentes tipos de macromonómeros preparados. En este apartado se describen con detalle las diferentes aproximaciones sintéticas que se han estudiado para llevar a cabo la obtención de dichos macromonómeros, analizando las ventajas e inconvenientes encontrados en el desarrollo de las mismas. 2.2.1. Macromonómeros polimerizables por las posiciones 3,3´ (tipo I)

Para la preparación de este tipo de macromonómeros, se pueden diseñar, en principio, dos tipos de estrategias (esquema 2.5). La primera de ellas (Ruta A), incorpora inicialmente y en una serie de etapas, los dendrones en las posiciones 5,5’, acoplando posteriormente el grupo polimerizable (alquino) en las posiciones 3,3’. El segundo tipo (Ruta B), invierte el orden seguido en la ruta A, e incorpora el fragmento dendrítico al final del proceso.


Ruta B

Esquema 2.5. Estrategias sintéticas propuestas para preparar macromonómeros tipo I. Las dos rutas sintéticas comentadas parten de un compuesto común, el 3,3’-dibromo-5,5’-diformil-[2,2’]-bitiofeno (42),114 el cuál puede obtenerse de manera cuantitativa a partir del compuesto tetrabromado 1115 por tratamiento con nBuLi a -78 ºC seguido de adición de DMF, tal como se muestra en el esquema 2.6.

H S

SBr

Br

H

O

O

S

SBr

BrBr

Br 2. DMF

1. nBuLi / -78 ºC

1 42 (100%)

Esquema 2.6. Síntesis de 3,3’-dibromo-5,5’-diformil-[2,2’]-bitiofeno.

La aparición de una señal a 9.92 ppm que integra para dos protones en el espectro de 1H-RMN, confirma la presencia de los grupos formilo en la estructura.

114 Dahlmann, U.; Neidlein, R. Helv. Chim. Acta 1996, 79, 755-766. 115 Ver apartado 1.2.1


Es destacable la selectividad que presenta esta última reacción. De hecho, a pesar de que se lleva a cabo usando un ligero exceso de nBuLi, no se han llegado a detectar mediante RMN subproductos correspondientes a reacciones en las posiciones 3,3’. RUTA A Para introducir las diferentes ramas en las posiciones 5,5’ se optó por utilizar la reacción de HWE. El dialdehído 42 es, en principio, un sustrato adecuado para esta tarea. Sin embargo su reacción de HWE con diferentes fosfonatos conduce a productos de deformilación bajo las condiciones de reacción estándar, un hecho que ha sido observado con diferentes tienilaldehídos en el pasado, tanto por nosotros116 como por otros grupos de investigación.117 No obstante, el dialdehído 42 se puede convertir fácilmente en el correspondiente difosfonato 45 mediante una serie de transformaciones químicas sencillas de acuerdo con el esquema 2.7.

S

Br

H

H S

Br

O

O

S

SBr

BrBr

Br

HBr

P(OEt)3

S

SBr

BrHO

OH

NaBH4

MeOH

S

SBr

Br(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

AcOH

43 (100%)42 44 (100%)

45 (100%)

140 ºC

Esquema 2.7. Síntesis del difosfonato 45. 116 Romero-Nieto, C.; Merino, S.; Rodríguez-López, J.; Baumgartner, T. Chem. Eur. J. 2009, 15, 4135.4145. 117 (a) Mohanakrishnan, A. K.; Lakshmikantham, M. V.; Cava, M. P. Sulfur Lett. 1998, 21, 247-252. (b) Zheng, S.; Barlow, S.; Parker, T. C.; Marder, S. R. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 7989-7992.


A partir del compuesto 42, por tratamiento con NaBH4, los grupos formilo se reducen proporcionando el diol 43. A continuación, la obtención del compuesto 44 consiste en una sustitución nucleófila en medio ácido, de los dos grupos hidroxilo por dos bromos. Por último, mediante la reacción de Arbuzov con fosfito de trietilo, se obtiene el correspondiente derivado de bitiofeno 45, con dos grupos fosfonato en las posiciones 5,5’. Es muy importante señalar, que todos los pasos sintéticos del esquema 2.7 transcurren con rendimientos cuantitativos, lo que permite obtener cantidades multigramo de cualquiera de los derivados. Además, las transformaciones químicas que se llevan a cabo en cada paso, cambian drásticamente la solubilidad de los derivados de bitiofeno. Esto facilita el proceso de purificación, que en muchos casos se puede realizar con un simple lavado. El compuesto 45 también posee la funcionalización adecuada para ser acoplado vía reacción de HWE. De hecho, es un sustrato mucho más versátil que el dialdehído 42, no sólo por la gran cantidad de aldehídos comerciales existentes con los que se puede hacer reaccionar, sino también por la mayor facilidad con la que se preparan aldehídos dendríticos frente a fosfonatos dendríticos. Inicialmente, la reacción se ensayó con p-metoxibenzaldehído comercial, conduciendo con rendimiento cuantitativo al compuesto esperado, quedando así de manifiesto la viabilidad del difosfonato 45 para ser empleado en este tipo de acoplamiento (esquema 2.8).

(OEt)2(O)P S

SBr

Br

P(O)(EtO)2

MeO

OMe

S

SBr

Br

OMe

O H

THF

45

+ 2KtBuO

46 (100%) Esquema 2.8. Ensayo de reacción de HWE del difosfonato 45 con p-metoxibenzaldehído.


Tras el éxito de la reacción anterior, se procedió a la preparación de sistemas de bitiofeno con dendrones de primera generación en las posiciones 5,5’. La síntesis de los aldehídos dendríticos necesarios se llevó a cabo de manera convergente, siguiendo la metodología previamente descrita por nuestro grupo de investigación. Ésta queda resumida en el esquema 2.9.118

O

H

OC6H13

C6H13OOC6H13

OH

I

P(O)(OEt)2

P(O)(OEt)2

C6H13OOC6H13

I

P(OEt)3

I

Br Br

CH3CN

INBS, hν

HWE

49 (100%)

47 (48%)48 (100%)

1. nBuLi, -78 ºC

50 (100%)

2. DMF

Esquema 2.9. Preparación de aldehídos dendríticos de primera generación.

Comienza con la bromación radicálica del 5-yodo-m-xileno mediante reacción con NBS en presencia de luz, y con acetonitrilo como disolvente,

118 a) Díez-Barra, E.; García-Martínez, J. C.; Rodríguez-López, J. J. Org. Chem. 2003, 68, 832-838. b) Tolosa, J.; Díez-Barra, E.; Sánchez-Verdú, P.; Rodríguez-López, J. Tetrahedron Lett. 2006, 47, 4647-4651.


obteniéndose el derivado dibromado 47 con un 48% de rendimiento.119 A continuación, el correspondiente fosfonato 48 se preparó fácilmente por reacción de Arbuzov con fosfito de trietilo en exceso. La mezcla se calentó a 140 ºC durante 4 h y, una vez completada la reacción, el exceso de fosfito de trietilo fue eliminado mediante destilación a vacío con un horno de bolas a 120-140 ºC y una presión de 0.1-0.5 mm de Hg. El compuesto 48 fue obtenido como un sólido blanco con rendimiento cuantitativo, y con la suficiente pureza como para ser utilizado directamente en reacciones posteriores. La obtención del dendrón 49 se realizó mediante una reacción de HWE entre el difosfonato 48 y dos equivalentes del p-hexiloxibenzaldehído comercial, a temperatura ambiente, en presencia de terc-butóxido potásico como base y THF anhidro como disolvente. Finalmente, el tratamiento del compuesto 49 con nBuLi a -78 ºC y posterior reacción con DMF, permitió la obtención del dendrón 50 con un grupo formilo en su punto focal, que se puede emplear como sustrato en reacciones de HWE.120 Así, el acoplamiento del aldehído 50 con el difosfonato 45, mediante reacción de HWE, permitió la obtención del producto dendrítico 51 con un 98% de rendimiento (esquema 2.10). El éxito de la reacción se pudo comprobar atendiendo a los datos espectroscópicos. En el espectro de 1H-RMN del compuesto 51, cabe destacar:

- La desaparición de un singlete intenso a 10.0 ppm presente en el dendrón no acoplado, característico del grupo formilo conectado a su punto focal.

119 a) Duchêne, K.-H.; Vögtle, F. Synthesis 1986, 659-661. b) Díez-Barra, E.; García-Martínez, J. C.; Guerra, J.; Hornillos, V.; Merino, S.; del Rey, R.; Rodríguez-Curiel, R. I.; Rodríguez-López, J.; Sánchez-Verdú, P.; Tejeda, J.; Tolosa, J. Arkivoc 2002, V, 17-35. 120 García-Martínez, J. C.; Atienza, C.; de la Peña, M.; Rodrigo, A. C.; Tejeda, J.; Rodríguez-López, J. J. Mass. Spectrom. 2009, 44, 613-620.


- Un claro apantallamiento de las señales correspondientes a los protones situados en posición orto y para a dicho grupo formilo.

- La señal correspondiente a los protones de los anillos de tiofeno se

muestra como un singlete ancho desapantallado, frente al doble triplete del compuesto de partida.

- Una vez más, solamente se pudo identificar la presencia de nuevos

enlaces dobles con estereoquímica E (J = 16.5 Hz).

S

S

Br

Br

P(O)(OEt)2

(EtO)2(O)P

OC6H13

C6H13O

C6H13O

OC6H13

S

SBr

Br

H O

C6H13O OC6H13

+

THF, -78 ºC

45

51 (98%)

50

HWE

Esquema 2.10. Incorporación de dendrones de primera generación a una unidad de bitiofeno en las posiciones 5,5’ mediante reacción de HWE.


El segundo paso de esta estrategia consiste en la incorporación de un alquino en las posiciones 3 y 3´ de la unidad de bitiofeno. El procedimiento a priori más sencillo consiste en la reacción del compuesto 51 con trimetilsililacetileno, mediante un acoplamiento de Sonogashira, seguido por tratamiento con carbonato potásico para desproteger el extremo terminal del triple enlace (esquema 2.11).

S

SBr

Br

C6H13O

OC6H13

OC6H13

C6H13O

S

S

C6H13O

OC6H13

OC6H13

C6H13O

R

R

K2CO3

Sonogashira, [Pd]

51

R = SiMe3

R = H

Esquema 2.11. Intento de reacción de Sonogashira sobre el compuesto 51.

Se llevaron a cabo diferentes intentos utilizando un gran exceso de trimetilsililacetileno y variando el tiempo, la temperatura, e incluso el tipo de catalizador. Sin embargo, desafortunadamente, en todos los casos el


acoplamiento resultó infructuoso. La capacidad donadora de electrones del dendrón parece ser la causa de este problema, ya que hace aún menos reactivas las posiciones 3,3’ del anillo de bitiofeno. Por tanto, en vista de los inconvenientes encontrados en esta aproximación sintética, nos propusimos desarrollar la ruta B, en la que la reacción de Sonogashira tiene lugar en una etapa previa a la incorporación de los dendrones. RUTA B Esta ruta consiste únicamente en un cambio en el orden de la secuencia sintética de la Ruta A. Así, partiendo del compuesto 42 y mediante un acoplamiento de Sonogashira, se pudo obtener el derivado sililado 52. Sin embargo, el rendimiento obtenido fue tan sólo de un 12%, lo que demuestra una vez más la escasa reactividad de las posiciones 3,3’ del bitiofeno frente a este tipo de acoplamientos. Un aumento del tiempo de reacción o una variación de la temperatura no mejoró este resultado (esquema 2.12).

S

S

H

H

O

O

Br

BrS

S

H

H

O

O

TMS

TMS

S

S

H

H

O

OTMS K2CO3

42

Sonogashira, [Pd]

52 (12%)53 (90%)

Esquema 2.12. Síntesis del compuesto 53 por reacción de Sonogashira.

Se comprueba que el triple enlace incorporado en la estructura mantiene su grupo protector, porque en el espectro de 1H-RMN aparece un singlete a 0.35 ppm que integra para 18 protones, correspondiente a los


seis grupos metilo unidos a los átomos de silicio. A su vez, en el espectro de 13C-RMN aparecen tres señales nuevas, dos cercanas y en torno a 100 ppm, correspondientes a los dos carbonos sp del triple enlace, y una a −0.7 ppm, que corresponde a los carbonos directamente unidos a los átomos de silicio. El tratamiento del compuesto 52 con carbonato potásico en un medio prótico (MeOH), condujo a la desprotección del extremo terminal de los triples enlaces, obteniendo el derivado de bitiofeno 53 con un rendimiento del 90% (Esquema 2.12). Esta reacción provocó también un descenso radical de la solubilidad, siendo ésta muy reducida para el producto 53 en los disolventes habituales, y parcial en THF y DMSO, teniendo que utilizar este último para su caracterización mediante RMN. Si se compara su espectro de 1H-RMN con el del compuesto 42, la señal correspondiente a los protones unidos a los anillos de tiofeno, que no se veía afectada con la incorporación de los triples enlaces protegidos, aparece ahora ligeramente desapantallada. También se observa, en relación al espectro de 52, que desaparecen las señales de los metilos unidos a los átomos de silicio, y aparece un singlete a 5.03 ppm correspondiente a los dos protones terminales de los triples enlaces, con lo que queda demostrado el éxito de la reacción. El siguiente paso consiste en una reacción de HWE. En primer lugar, se llevaron a cabo varios ensayos con fosfonatos comerciales, para comprobar la reactividad de este tipo de derivados de bitiofeno (esquema 2.13). Sin embargo, tanto la reacción con el derivado protegido 52 como con el compuesto 53 resultaron infructuosas, debido entre otros motivos a los problemas de solubilidad observados.


S

S

H

H

O

O

Br

BrS

S

H

H

O

O

TMS

TMS

S

S

H

H

O

O

Br

PO OEt

EtO

OMe

PO OEt

EtO

S

S

Br

Br

S

S

OMe

MeO

TMS

TMS

THF THFKtBuO KtBuO

4252 53

Esquema 2.13. Intentos de reacción de HWE sobre los derivados 52 y 53. 2.2.2. Macromonómeros polimerizables por las posiciones 5,5´ (tipo II) En vista de los inconvenientes encontrados en la preparación de los macromonómeros tipo I, nos planteamos preparar otro tipo de moléculas que incorporaran las unidades dendríticas en las posiciones 3,3’ del bitiofeno (figura 2.18).


Figura 2.18. Macromonómeros con unidades dendríticas en las posiciones 3,3’.

De igual manera que para los macromonómeros tipo I, en este caso nos planteamos dos posibles vías de síntesis para esta clase de compuestos. Dichas rutas sintéticas se encuentran resumidas en el esquema 2.14.

S

S Br

Br

Br

BrS

SBr

Br

S

S

CHO

OHC

Br

Br

S

S

CHO

OHC

Ruta C

Ruta D

H

O S

SH

O

Macromonómeros tipo II

S

S

I

Esquema 2.14. Diferentes vías de síntesis para la preparación de macromonómeros tipo II.

HO S

SH

O

Macromonómeros tipo II


RUTA C En esta estrategia se pretende funcionalizar previamente las posiciones menos reactivas del bitiofeno (3 y 3’) mediante una reacción de Sonogashira, para finalizar con la formilación de las posiciones 5,5’. Para lograr este objetivo, en necesario en una primera etapa, eliminar los átomos de bromo de las posiciones más reactivas (5 y 5’), tal y como se describió en el apartado 1.2 de esta Memoria, evitando así que la reacción transcurra en ese lugar. El subsiguiente acoplamiento de Sonogashira se probó inicialmente con un alquino comercial, el p-pentilfenilacetileno. La reacción se llevó a cabo utilizando PdCl2(PPh3)2 como catalizador, en presencia de PPh3 y CuI, en una mezcla 1:1 de DMF/Et3N, a 70 ºC y durante 24 h. Tras purificar el crudo de reacción se obtuvo el compuesto deseado 54 como un sólido amarillo, si bien con un rendimiento de tan sólo el 37% (esquema 2.15).

S

S

C5H11

C5H11

C5H11

[Pd]

54 (37%)

S

S Br

Br

Br

BrS

SBr

Br1. nBuLi

2. H2O

1 2 (100%)

Sonogashira

Esquema 2.15. Preparación del diino 54.

Se ensayó también sobre el compuesto 54 la introducción de los grupos formilo en las posiciones 5,5’. De este modo, el tratamiento con 2 equivalentes de nBuLi a -78ºC, seguido de la adición de DMF, nos llevó a la obtención del compuesto 55 con un 70% de rendimiento (esquema 2.16).


S

S

C5H11

C5H11

C5H11

C5H11

H

O

H

O

S

S

54

1. nBuLi (2 eq.) / -78 ºC

55 (70%)

2. DMF

Esquema 2.16. Formilación del compuesto 54 en las posiciones 5,5’.

Tras comprobar la viabilidad de las reacciones anteriores, se intentó extender la metodología e incorporar unidades dendríticas en las posiciones 3,3’, para lo que fue necesario sintetizar alquinos terminales dendríticos. Dichos compuestos se pueden preparar fácilmente a partir de los yoduros dendríticos correspondientes, descritos previamente en el esquema 2.9. La interconversión del grupo funcional se realiza por reacción del compuesto con trimetilsililacetileno, seguida por tratamiento con carbonato potásico para desproteger el extremo terminal del triple enlace (esquema 2.17).


TMS

C6H13OOC6H13

Si

C6H13OOC6H13

C6H13OOC6H13

I

K2CO3

Sonogashira

49

56 (100%)

Esquema 2.17. Síntesis de alquinos dendríticos de primera generación.

Una vez sintetizado el compuesto 56, se procedió a realizar una nueva reacción de acoplamiento de Sonogashira con el derivado de bitiofeno 2, tal y como se muestra en el esquema 2.18.


S

SBr

Br

C6H13O OC6H13

C6H13O

OC6H13

C6H13O

OC6H13

S

S

[Pd]

5756

Sonogashira

2

+

Esquema 2.18. Intentos de síntesis del macromonómero 57 mediante reacción de Sonogashira. Sin embargo, tras varios intentos de síntesis del macromonómero 57 variando las condiciones de reacción y los catalizadores implicados, en todos los casos se recuperaron o bien los productos de partida, o bien mezcla del reactivo 2 y el producto de homoacoplamiento del alquino de partida (figura 2.19).

Figura 2.19. Producto de homoacoplamiento del alquino 56.


Dada la dificultad encontrada a la hora de realizar una reacción de acoplamiento de Sonogashira con un alquino dendrítico en las posiciones menos reactivas del bitiofeno, nos propusimos introducir inicialmente el triple enlace por reacción del compuesto 2 con trimetilsililacetileno, seguida de la desprotección del extremo terminal del triple enlace con carbonato potásico. Esto nos permitió obtener el compuesto 58 con un 36% de rendimiento global (esquema 2.19).

S

SBr

Br

TMS

S

S

TMS

TMS

S

S

K2CO3Sonogashira, [Pd]

2 58 (36%)

Esquema 2.19. Preparación del diino 58.

La baja solubilidad que presenta el compuesto 58 en los disolventes habituales supuso un problema a la hora de su caracterización, siendo imposible realizar un espectro de 13C-RMN. Si bien, la presencia de una señal a 3.4 ppm en el espectro de 1H-RMN correspondiente al alquino terminal confirmaba el éxito de la reacción de desprotección. No obstante, la reacción de acoplamiento con el dendrón con yodo en el punto focal sí pudo llevarse a cabo en esta ocasión, aunque con bajos rendimientos (esquema 2.20).


S

S

S

S

C6H13O

OC6H13

C6H13O

OC6H13

C6H13O OC6H13

I

58 49 57 (22%)

Sonogashira, [Pd]2+

Esquema 2.20. Preparación del compuesto 57.

El compuesto 57 fue caracterizado por 1H y 13C-RMN. Merece la pena detenerse en el análisis de las señales más características observadas en el espectro de 1H-RMN (figura 2.20), en el que pueden distinguirse hasta tres sistemas AB diferentes:

- Un sistema AB a 6.90 y 7.45 ppm con una constante de acoplamiento de 9.0 Hz, correspondiente a los protones aromáticos de los bencenos p-sustituidos.

- Otro sistema AB a 6.95 y a 7.10 ppm, correspondiente a los protones olefínicos, con una constante de acoplamiento de 16.5 Hz, lo que nos indica una estereoquímica trans en los dobles enlaces C=C.

- Un tercer sistema AB correspondiente a los anillos de tiofeno, a un

desplazamiento de 7.23 y 7.32 ppm, con una constante de acoplamiento de 5.5 Hz.


Figura 2.20. Región del espectro de 1H-RMN (CDCl3) entre 6.8-7.6 ppm del compuesto 57. Sin embargo, debido a los bajos rendimientos obtenidos no sólo en esta reacción, sino también en varios pasos de la secuencia sintética, nos planteamos otra ruta alternativa (Ruta D) que conduce al mismo tipo de compuestos. RUTA D En esta ocasión, y partiendo del dialdehído 53 previamente descrito, se intentó el acoplamiento de Sonogashira con el dendrón 49. Se obtuvo de este modo el compuesto 59 como un sólido naranja con un rendimiento aceptable del 45% (esquema 2.21). El macromonómero dendrítico 59 ya es un compuesto adecuado para ser utilizado en reacciones de polimerización.


CHOS

SOHCO

S

S

C6H13O

OC6H13

C6H13O

OC6H13

H

H

O

OC6H13C6H13O

I

Sonogashira, [Pd]2+

53 49

59 (45%)

Esquema 2.21. Preparación del macromonómero dendrítico 59.


2.3. Ensayos de polimerización y propiedades ópticas Como ya se ha comentado en el apartado 2.1, los polímeros dendronizados pueden prepararse a partir de macromonómeros dendríticos con grupos polimerizables en su estructura. El compuesto 59 es, por tanto, un macromonómero idóneo para la síntesis de este tipo de polímeros, ya que incorpora dendrones de primera generación y grupos formilo capaces de copolimerizar, en principio, a través de una reacción de HWE con un difosfonato. El difosfonato elegido para llevar a cabo la reacción de copolimerización es el compuesto 60, el cuál no sólo reduce los impedimentos estéricos de este tipo de reacciones, sino que al poseer largas cadenas alquílicas otorgará solubilidad al compuesto final. Dicho compuesto se puede preparar mediante reacción de Arbuzov entre el 1,4-bis(bromometil)-2,5-bis(hexiloxi)benceno comercial y un exceso de fosfito de trietilo, durante 3 h y a una temperatura de 140 ºC, tal como se muestra en el esquema 2.22. Tras eliminar por destilación a vacío en un horno de bolas, a 120-140 ºC y una presión de 0.1-0.5 mm Hg, el exceso de P(OEt)3, se obtuvo el difosfonato deseado 60 como un sólido blanco con rendimiento cuantitativo, y con la suficiente pureza como para ser utilizado directamente en reacciones posteriores.

OC6H13

OC6H13

BrBr

P(OEt)3

OC6H13

P(O)(OEt)2(EtO)2(O)P

OC6H13

60 (100%)

140 ºC3 h.

Esquema 2.22. Preparación del difosfonato 60 por reacción de Arbuzov.


La reacción de polimerización entre el dialdehído 59 y el difosfonato 60 se llevó a cabo utilizando una proporción 1:1 de ambos compuestos en la mínima cantidad de disolvente (THF), con KtBuO como base y a temperatura ambiente (esquema 2.23).

S

S

H

H

O

O

C6H13O

OC6H13

C6H13O

OC6H13

S

S

OC6H13

OC6H13


59

60

+

MONÓMERO 1 HWE

61

MONÓMERO 2

OC6H13

C6H13O

n

Esquema 2.23. Reacción de polimerización entre el dialdehído 59 y el difosfonato 60.


Tras mantener la agitación durante toda la noche, se añadió agua y se eliminó el disolvente orgánico a presión reducida. A continuación se realizó una extracción con EtAcO, obteniendo como resultado un aceite de color rojo. Dicho aceite fue lavado con EtOH y analizado mediante 1H y 13C-RMN, y aunque el perfil del espectro de 1H-RMN hacía suponer que el proceso de polimerización se había realizado con éxito, los datos no eran concluyentes. Lo que sí quedaba patente era la existencia de grupos formilo en la estructura, demostrado por la aparición de una señal en torno a 10 ppm, típica de aldehídos, aunque de muy baja intensidad respecto al resto de las señales obtenidas. Este hecho fue también confirmado por la presencia de una señal a 1662 cm-1 en el espectro de IR del compuesto final. También se pudo observar la ausencia de fosfonato de partida, debido a la desaparición de las señales en torno a 3 ppm típicas de los protones de los grupos –CH2 unidos al fósforo. El análisis por espectrometría de masas MALDI-TOF, utilizando ditranol como matriz, condujo a un espectro que presentaba diferentes grupos de señales. La señal a m/z 4234 parece indicar la presencia de un oligómero de cinco unidades (tres unidades de bitiofeno y dos unidades que provienen del fosfonato, m/z teórico 4235.2) donde la distribución isotópica experimental concuerda perfectamente con la teórica. También se detectan señales a m/z 4206 y 4179 debidas a la pérdida de uno y dos grupos formilo, respectivamente, y también con la distribución isotópica correcta (figura 2.21).


Figura 2.21. Oligómero de 5 unidades. Más intensas que las anteriores son las señales que aparecen a m/z 2734, 2706 y 2678, correspondientes a un oligómero de tres unidades y a la pérdida de uno y dos grupos formilo en la estructura, respectivamente, todas ellas con la distribución isotópica esperada (figura 2.22).


Figura 2.22. Oligómero de 3 unidades. Por tanto, parece ser que la reacción de polimerización no transcurre mucho más allá de un pequeño oligómero de 5 unidades, siendo mayoritario el producto de sólo 3 unidades. Además, por espectrometría de masas se observa claramente la pérdida de los grupos formilo unidos al anillo de tiofeno. Esta observación está de acuerdo, como ya hemos comentado en el apartado 2.2.1, con diversas referencias bibliográficas que describen el mismo fenómeno.116,117 A la vista de estos resultados, se puede concluir que si bien el proceso de polimerización tiene lugar, el crecimiento del copolímero se ve frenado por procesos de descarbonilación en las condiciones de reacción elegidas, por lo que se decidió como alternativa utilizar otras vías de polimerización diferentes a la HWE o en el caso de usar este tipo de


reacción, diseñar macromonómeros de tipo II, con los grupos formilo no directamente unidos al núcleo de bitiofeno. Para este objetivo algunos de los intermedios de los compuestos cruciformes descritos en la primera parte de esta Memoria resultan totalmente adecuados. Las estructuras de los compuestos elegidos se muestran en la figura 2.23.

S

S

R

GP

GP

R

S

S

R

R

CHO

OHCS

S

R

R

R

R

GP

GP

Tipo IIA: GP = HTipo IIB: GP = Br Tipo IIC

Figura 2.23. Diferentes macromonómeros con grupos polimerizables en posiciones 5,5’ del anillo de bitiofeno (tipo II).

Todo el trabajo descrito a continuación se realizó en el Institut für Polymertechnologie de la Bergische Universität Wuppertal (Alemania) bajo la supervisión del Prof. Dr. Ullrich Scherf.


Ensayos con macromonómeros de tipo IIA (GP = H) Cuando el grupo polimerizable (GP) es un átomo de hidrógeno, es posible llevar a cabo una reacción de polimerización oxidativa. La polimerización oxidativa ofrece la ventaja de ser un método sencillo y barato, además de tener lugar normalmente bajo condiciones de reacción muy suaves, características idóneas cuando se trabaja a escala industrial. Los diferentes ensayos de polimerización se llevaron a cabo partiendo de compuestos tanto dendríticos como no dendríticos. Éstos se muestran en la figura 2.24.

S

S

tBu

tBu

S

S

C6H13O

OC6H13

C6H13O

OC6H13

S

S

CF3

F3C

34 35 62

Figura 2.24. Macromonómeros utilizados en los ensayos de polimerización oxidativa.


La síntesis de los monómeros 34 y 35 se describe en el apartado 1.2.3 de esta Memoria. El monómero 62 se obtuvo mediante reacción de HWE de acuerdo con el esquema 2.24. Debido a la pérdida de bromo en las posiciones 5,5’ del núcleo de bitiofeno observada al llevar a cabo esta reacción con otros aldehídos, se intentó controlar este proceso utilizando cantidad estequiométrica de base, acortando el tiempo de reacción a tan sólo 1 h y a una temperatura de -80 ºC.

S

S

Br

Br

P(O)(OEt)2

(EtO)2(O)P

CHO

C6H13OOC6H13

THF

S

S

C6H13O

OC6H13

C6H13O

OC6H13

R1

R2

18

R1 = R2 = BrR1 = H, R2 = Br

50

+ 2KtBuO

1. nBuLi

2. H2O62: R1 = R2 = H (46%)

-80 ºC

Esquema 2.24. Preparación del macromonómero 62 mediante reacción de HWE.

Con estas modificaciones de las condiciones de reacción estándar, se obtuvo mayoritariamente el producto dibromado, aunque aparecían pequeñas trazas del compuesto monobromado, de modo que se procedió a la eliminación total de los átomos de bromo mediante reacción con n-butilitio y posterior hidrólisis. De este modo se obtuvo el macromonómero 62 como un sólido blanco con un 46% de rendimiento. Su espectro de 1H-RMN se muestra en la figura 2.25.


Figura 2.25. Espectro de 1H-RMN en CDCl3 del macromonómero 62.

Si atendemos a su región aromática, se pueden observar dos sistemas AB diferentes correspondientes a los dos tipos de dobles enlaces presentes en la estructura, todos ellos con una constante de acoplamiento de aproximadamente 16 Hz, valor característico de una geometría trans; otro sistema AB con una constante de acoplamiento de 5 Hz, típico de los protones unidos a las posiciones 4,4’ y 5,5’ de la unidad de bitiofeno, lo que demuestra la eliminación total de los átomos de bromo de sus posiciones más activadas; dos sistemas AB con una constante de acoplamiento de aproximadamente 8 Hz, uno de ellos mucho más intenso, que se corresponden con los cuatro anillos de benceno terminales, y otro de menor intensidad debido a los anillos directamente unidos a las posiciones menos activadas del núcleo de bitiofeno. Por último, se observa un singlete intenso en la zona más desapantallada del espectro, que

ppm (f1)6.806.907.007.107.207.307.407.50

0

500

1000

ppm (f1)0.01.02.03.04.0

100

200

300

400

500

600

S

S

C6H13O

OC6H13

C6H13O

O


integra para 6 protones. La molécula es simétrica, mostrando señales idénticas para ambas ramas, con geometría trans en todos sus dobles enlaces. Todos los ensayos de polimerización oxidativa se llevaron a cabo partiendo de 1 equivalente de monómero y 6 equivalentes de FeCl3, utilizando 1,2-diclorobenceno como disolvente, a 30 ºC y bajo atmósfera inerte, durante 6 h.121 Desafortunadamente, todos los ensayos realizados proporcionaron productos de muy baja solubilidad en los disolventes habituales que no pudieron caracterizarse ni estudiarse adecuadamente. Ensayos con macromonómeros de tipo IIB (GP = Br)

La incorporación de átomos de bromo en las posiciones 5,5’ de la unidad de bitiofeno ofrece la alternativa de copolimerizar mediante diferentes reacciones de acoplamiento entre el macromonómero de tipo II elegido y monómeros con grupos funcionales adecuados, a los que se les puede incorporar cadenas que aporten solubilidad a los polímeros resultantes.

En nuestro caso, se decidió llevar cabo un acoplamiento de Stille con diferentes derivados de estaño. Inicialmente, en un primer ensayo, se utilizó como derivado de estaño el compuesto comercial 5,5’-bis(trimetilestanil)-[2,2’]-bitiofeno (esquema 2.25).

121 a) Engelmann, G.; Jugelt, W.; Kossmehl, G.; Welzel, H-P.; Tschuncky, P.; Heinze, J. Macromolecules 1996, 29, 3370-3375. b) Cai, T.; Zhou, Yi; Wang, E.; Hellström, S.; Zhang, F.; Xu, S.; Inganäs, O.; Andersson, M. R. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 1275-1281.


S

S

CF3

F3C

Br

Br

S

S

CF3

F3C

S

SS

S

Me3Sn

SnMe3

9 63

n

+

Pd(PPh3)4 LiCl

Esquema 2.25. Ensayo de copolimerización del macromonómero 9 vía reacción de Stille. Se introdujo en un schlenk una mezcla de monómero dibromado 9 y 5,5’-bis(trimetilestanil)-[2,2’]-bitiofeno en proporción 1:1, añadiendo además 2 eq. de LiCl y un 7% de catalizador, Pd(PPh3)4. Se disolvió dicha mezcla en THF y se añadió tetralin (1,2,3,4-tetrahidronaftaleno) para favorecer la homogeneidad de la disolución. A continuación se selló el schlenk bajo argón y se calentó en ausencia de luz durante 3 días a 122 ºC. La mezcla de reacción se vertió sobre una mezcla de MeOH y H2SO4, precipitando un sólido que se filtró y se sometió a extracción continua (Soxhlet) con MeOH, acetona, EtAcO y CHCl3 sucesivamente. Se evaporó el disolvente de esta última fracción (CHCl3) obteniendo un sólido de color rojo (63) cuyo peso molecular se determinó mediante análisis por GPC (tabla 2.1). Por otro lado, se ha hecho un estudio comparativo entre el acoplamiento vía Stille mediante síntesis convencional e irradiación microondas. Se observa cómo al irradiar con calefacción microondas durante un tiempo de reacción considerablemente menor (30 min), se consiguen cadenas de mayor tamaño al obtenido mediante técnicas de calefacción convencional y con un menor grado de polidispersidad (tabla 2.1).


Tabla 2.1. Datos de peso molecular promedio y polidispersidad de la parte soluble en CHCl3 del compuesto 63 obtenidos por GPC.

Calefacción Mn (g/mol) Mw (g/mol) D (Mw/Mn)

Convencional (3 días)

2830 3700 1.31

Microondas (15 min)

4440 5620 1.27

Disolvente: THF. Detector DAD. Mn: promedio en número. Mw: promedio en peso. D: polidispersidad

Estos resultados nos indican que la calefacción convencional conduce a oligómeros de 4 unidades mientras que la calefacción mediante microondas permite acceder a cadenas ligeramente más largas, de 6 unidades.122 También se registraron los espectros de UV/Vis y fluorescencia del monómero de partida y de las cadenas poliméricas obtenidas mediante irradiación microondas en disolución de CH2Cl2. Asimismo, mediante la técnica de spin-coating, se preparó un film del polímero. Los resultados obtenidos se resumen en la tabla 2.2 y los espectros están recogidos en las figuras 2.26 y 2.27.

Tabla 2.2. Datos de UV/Vis y fluorescencia en disolución de CH2Cl2 del monómero 9 y del polímero 63 obtenido mediante irradiación microondas.

Compuesto UV/Vis

λmax, nm (ε, M-1 cm-1) Fluorescenciaa

λmax, nm ΦF

b

9c 325 (12600) 494 0.10 63 333, 447 560 0.26 63 (film) 330, 475 553 --

a Excitación a la banda de absorción de mayor energía. b Rendimiento cuántico de fluorescencia relativo a una disolución de sulfato de quinina en H2SO4 0.1M (ΦRef = 0.54). c c = 2.03 x 10-6 M.

122 La fracción soluble en EtAcO obtenida tras calefacción convencional también se analizó por GPC. Su cromatograma mostraba dos picos que correspondían a una mezcla de oligómeros de 2 y 3 unidades.


300 350 400 450 500 550 6000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abs

orba

ncia

λ (nm)

9 63 63 (film)

Figura 2.26. Espectros normalizados de UV/Vis del monómero 9 y el polímero 63.

400 500 600 7000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

9 63 63 (film)

Figura 2.27. Espectros normalizados de fluorescencia del monómero 9 y el polímero 63.

Mientras que en el espectro de absorción UV-visible del monómero tan sólo se advierte la presencia de una banda cuyo máximo se sitúa a 325 nm, el polímero presenta una banda adicional, menos intensa, más ancha


y a menor energía, debida a la cadena polimérica. Como era de esperar, la mayor conjugación del polímero provoca un desplazamiento batocrómico de la absorción y la emisión. El rendimiento cuántico de fluorescencia también aumenta con respecto al monómero inicial. Con el fin de aumentar la solubilidad y acceder a oligómeros de mayor tamaño, se llevó a cabo la copolimerización del monómero 22 mediante acoplamiento de Stille, con el derivado de estaño 64 (esquema 2.26). Cabe esperar que la presencia de largas cadenas hidrocarbonadas en la estructura del comonómero 64, proporcione una mayor solubilidad al polímero final.

S

S

NMe2

Me2N

Br

Br

S S SnBu3Bu3Sn

22 64

S

S

NMe2

Me2N

S S

65

n

+Pd(PPh3)4

LiCl

Esquema 2.26. Copolimerización del monómero 22 con el derivado de estaño 64.

El procedimiento sintético fue el mismo que en el caso anterior, utilizando como método de calefacción únicamente irradiación microondas. La fracción soluble en cloroformo proporcionó un sólido de color rojo intenso (65). El análisis por GPC (THF, detector: DAD) mostró que dicha


fracción está formada mayoritariamente por oligómeros de 5 unidades, con una polidispersidad de 1.12 (Mn = 4041 g/mol, Mw = 4520 g/mol). Sus propiedades ópticas se resumen en la tabla 2.3.

Tabla 2.3. Datos de UV/Vis y fluorescencia de los compuestos 22 y 65 en disolución de CH2Cl2.

Compuesto UV/Vis

λmax, nm (ε, M-1 cm-1) Fluorescenciaa

λmax, nm ΦF

b

22c 369 (21400) 522 0.02 65 375, 470 595 0.31 65 + TFA 319 499 0.16

a Excitación a la banda de absorción de mayor energía. b Rendimiento cuántico de fluorescencia relativo a una disolución de sulfato de quinina en H2SO4 0.1M (ΦRef = 0.54). c c = 5.23 X 10-6 M.

Los datos obtenidos son similares a los de la polimerización del monómero 9 descrita anteriormente (ver tabla 2.2, página 204) y se explican de la misma manera. La única diferencia es que, en este caso, el grupo Me2N (electrodonador) provoca un desplazamiento al rojo tanto de la absorción como de la emisión. Dado que la periferia del polímero es susceptible de ser protonada en medio ácido, se han realizado medidas en presencia de TFA, para evaluar la posible aplicación de dicha estructura como sensor óptico, de forma análoga a lo que sucedía con algunos de los compuestos cruciformes estudiados en la primera parte de esta Memoria. En la figura 2.28 se muestran los espectros de UV/Vis y fluorescencia del polímero 65 en ausencia y presencia de un exceso de TFA (ver también tabla 2.3).


300 400 500 600 700 8000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsid

ad (u

.a.)

Abso

rban

cia

(u.a

.)

λ (nm)

61 61 + TFA

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Figura 2.28. Espectros normalizados de UV/Vis () y fluorescencia (⋅⋅⋅⋅⋅) de una disolución en CH2Cl2 de polímero 65 en ausencia y presencia de TFA.

Al protonar los grupos Me2N, en el espectro UV/Vis aparece una única banda cuyo máximo está desplazado significativamente hacia el azul. La emisión sufre también un desplazamiento hipsocrómico a la vez que disminuye notablemente su intensidad. Así, el rendimiento cuántico de fluorescencia pasa de 0.31 para la forma neutra a 0.16 para la forma protonada. Todos los cambios producidos en las propiedades ópticas del compuesto 65 en presencia de medio ácido son observables a simple vista irradiando una disolución del mismo en CH2Cl2 bajo una lámpara UV a 366 nm. El color naranja intenso inicial pasa a ser verde en presencia de una cantidad moderada de TFA, aunque un exceso de éste provoca el quenching total de la emisión (figura 2.29).


Figura 2.29. Disolución de compuesto 65 en CH2Cl2, en ausencia y presencia de TFA, irradiada bajo una lámpara a 366 nm. Ensayos con macromonómeros de tipo IIC Las estructuras con grupos formilo terminales no directamente unidos al núcleo de bitiofeno fueron escogidas tratando de solucionar los problemas de descarbonilación observados en el primer ensayo de polimerización realizado vía HWE (ver esquema 2.23, página 194). Se han utilizado para la síntesis de polímeros mediante esta vía los monómeros con grupos formilo mostrados en la figura 2.30, cuya preparación ha sido descrita en la primera parte de esta Memoria (apartado 1.2).

TFA + TFA


S

S

F3C

O

O

CF3

H

H

S

S

tBu

O

O

tBu

H

H

S

S

O

O

H

H36 1211

Figura 2.30. Macromonómeros de tipo IIC utilizados en la polimerización vía HWE.

En este caso, el comonómero elegido para llevar a cabo la reacción de polimerización es el difosfonato 67, que se preparó a partir de 1,4-dioctilbenceno y 1,3,5-trioxano de acuerdo con el esquema 2.27.

C8H17

C8H17

C8H17

C8H17

Br

Br

∆

P(OEt)3

C8H17

C8H17

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

1,3,5-trioxano

66 (73%) 67 (96%)

HBr/AcOH

Esquema 2.27. Preparación del difosfonato 67.

Todos los ensayos vía HWE se han realizado a temperatura ambiente, bajo atmósfera inerte y en ausencia de luz, utilizando THF como disolvente. Los monómeros han sido añadidos en proporción 1:1 y se han utilizado 5 equivalentes de base (terc-butóxido de potasio) para iniciar la reacción. Se han agitado las mezclas durante 20 h y se han sometido a


extracción continua utilizando un sistema Soxhlet, tal y como se ha descrito anteriormente. En este caso, la extracción en cloroformo ha conducido a polímeros de gran tamaño, con baja polidispersidad y solubles además en disolventes como THF o tolueno (esquema 2.28).

CF3

But

S

S

O

O

H

H

R

R

C8H17

C8H17

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2

THF

S

S

R

R C8H17

C8H17

+ KtBuO

n68: R = H

69: R =

70: R =

67

Esquema 2.28. Ensayos de polimerización vía HWE.

El tamaño de las cadenas y su polidispersidad se ha determinado mediante análisis por GPC, obteniendo los resultados que se muestran en la tabla 2.4.

Tabla 2.4. Análisis por GPC de los polímeros 68-70.

Polímero Mn (g/mol) Mw (g/mol) D (Mw/Mn)

68a 81600 134000 1.65

69 (CHCl3)a 10900 15300 1.40

69 (DCB)b 10558 23349 2.21

70a 42100 76800 1.82 a THF, detector: DAD. b 1,3,5-triclorobenceno, 135 ºC, detector: RI

La funcionalización lateral de la cadena principal disminuye la solubilidad de la estructura resultante manteniendo, sin embargo, valores similares de polidispersidad.


En el caso del compuesto 69, con grupos trifluormetilo terminales, también se analizó la fracción que se extrajo con diclorobenceno (DCB), la cual proporciona un polímero con mayor Mw (con respecto a la fracción extraída en CHCl3) pero con mayor polidispersidad, aunque los valores siguen siendo aceptables (tabla 2.4). Por otro lado, dicha funcionalización aumenta la estabilidad térmica del compuesto. Mediante un análisis termogravimétrico se ha medido la pérdida de masa sufrida por nuestros polímeros al aumentar la temperatura de forma controlada. Mientras que el polímero sin funcionalizar en las posiciones 3,3’ del bitiofeno, 68, pierde el 10% de la masa a unos 195 ºC, el compuesto con grupos terc-butilo terminales, 70, necesita 258 ºC y esta temperatura se eleva hasta los 380 ºC en el caso de poseer grupos trifluorometilo en su periferia, 69 (figura 2.31). Por encima de 400 ºC la pérdida de masa es muy significativa en todos los casos, aunque a 1000 ºC ninguno de los compuestos llega a descomponer por completo.

200 400 600 800 100010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% m

asa

Temperatura (ºC)

68 69 70

Figura 2.31. Análisis termogravimétrico de los polímeros 68-70.


Por lo tanto, el polímero 69, a pesar de ser el menos soluble es el más estable térmicamente, además de introducir un sistema dador-aceptor que abre posibilidades a un mayor campo de aplicaciones debido a la combinación de grupos aceptores (-CF3), con una cadena lineal muy rica en electrones (bitiofeno). En la figura 2.32 se muestra el espectro de 1H-RMN de esta estructura y de sus monómeros de partida 11 (aldehído) y 67 (difosfonato).

Figura 2.32. Espectros de 1H-RMN (CDCl3) del polímero 69 y de sus monómeros de partida.

S

S

nCF3

F3C

-CHO

69 67 11


Los espectros de UV/Vis y fluorescencia de todos los polímeros sintetizados se recogen en la figura 2.33 y los datos más importantes de los mismos están resumidos en la tabla 2.5.

300 350 400 450 5000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abso

rban

cia

λ (nm)

68 69 69 (film) 70 70 (film)

460 480 500 520 540 560 580 6000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsid

ad (u

.a.)

λ (nm)

68 69 70

Figura 2.33. Espectros de UV/Vis (arriba) y fluorescencia (abajo) normalizados de una disolución en CHCl3 de los polímeros 68-70.


Tabla 2.5. Datos de UV/Vis y fluorescencia de los polímeros 68-70 en disolución de CHCl3 (c = 0.3 g/L).

Compuesto UV/Vis

λmax, nm Fluorescencia

λmax, nm ΦF

a

68 414 500, 530b 0.13 69 335, 412 541 0.06 69 (film) 334, 474 -- -- 70 338, 406 538 0.07 70 (film) 336, 424 -- --

a Rendimiento cuántico de fluorescencia relativo a una disolución de sulfato de quinina en H2SO4 0.1M (ΦRef = 0.54). b Hombro.

Mientras que el polímero 68 (R = H) muestra tan sólo un máximo de absorción a 414 nm correspondiente a transiciones de tipo π-π*, la incorporación de cadenas laterales provoca la aparición de un nuevo máximo, mucho más intenso, en torno a 336 nm para el caso de los compuestos 69 y 70. Los espectros de emisión de estos últimos compuestos son prácticamente idénticos. El perfil de absorción de los films analizados es similar al de los compuestos en disolución, con un máximo muy intenso y otra banda mucho más ancha y de menor intensidad, situada a mayor longitud de onda. En estado sólido, sin embargo, dicho máximo se encuentra 62 nm desplazado hacia el rojo respecto a la medida en disolución para el polímero 69 y 18 nm hacia el rojo en el caso de la estructura 70.


2.4. Parte experimental Todos los disolventes y reactivos, así como una breve descripción de las características técnicas de los aparatos empleados y de los procedimientos utilizados, se encuentran recogidos en el anexo situado al final de esta Memoria. 3,3´-Dibromo-5,5´-diformil-[2,2´]-bitiofeno (42).

Se ha utilizado una modificación del método descrito por Neidlein.123 Sobre una disolución de 1 g (6 mmol) de 3,3´,5,5´-tetrabromo-2,2´-bitiofeno (1) en THF anhidro, bajo argón y a -78 ºC, se añaden 7.9 mL (12.6 mmol) de nBuLi (1.6 M en hexano), observándose un cambio brusco de color (a rojo). A continuación se añaden 2.3 mL (30 mmol) de DMF anhidra. Se retira el baño frío y se deja agitando la mezcla durante 2 h a temperatura ambiente. Finalizado este tiempo se añade agua y tras neutralizar el medio fuertemente básico con una disolución de HCl 2 M y eliminar el disolvente orgánico a vacío, se filtra el sólido y se lava con agua obteniendo 786 mg (100%) de compuesto 42 como un sólido amarillo. Una mayor purificación puede llevarse a cabo mediante recristalización de hexano. El rendimiento de la reacción desciende considerablemente cuando se parte de más de 1 g de compuesto 1. 123 a) Dahlmann, U.; Neidlein, R. Helv. Chim. Acta 1996, 79, 755-766. b) Romero-Nieto, C., Hacia nuevos sistemas dendríticos derivados de ditienofosfol. Síntesis y propiedades. Tesis Doctoral, Universidad de Castilla-La Mancha, 18 de diciembre de 2009.

218 2.4. Parte experimental

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.77 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 9.92 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 181.7 (CH=O), 143.7 (C), 138.6 (CH), 136.7 (C), 113.9 (C). 3,3´-Dibromo-5,5´-bis(hidroximetil)-[2,2´]-bitiofeno (43).123b

Sobre una disolución agitada de 2 g (5.26 mmol) de 42 en 350 mL de metanol a temperatura ambiente, se añade en pequeñas porciones 199 mg (5.26 mmol) de NaBH4. La mezcla se agita durante 2 h, observando la desaparición del color amarillo inicial. Tras añadir agua, se elimina el metanol a vacío y se filtra el sólido formado. Éste se purifica mediante un percolado (SiO2, CHCl3), obteniendo 2 g (100%) del compuesto 43 como un sólido blanco. Pf: 119-121 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 4.82 (s, 4H, 2 x CH2OH), 6.99 (s, 2H, 2 x CH tiofeno). 13C- RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 145.9 (C), 128.6 (C), 128.4 (CH), 111.8 (C), 60.0 (OCH2). IR ν: 3294-3217 (OH, ancho), 1485, 1298, 1103 cm-1. MALDI-TOF m/z: 383.8 [M + 2]+, 366.8 [M + 2 - OH]+. Análisis elemental: Calculado para C10H8Br2O2S2: C, 31.27; H, 2.10; S, 16.70. Encontrado: C, 31.10; H, 2.21; S, 16.56.


3,3´-Dibromo-5,5´-bis(bromometil)-[2,2´]-bitiofeno (44).123b

Sobre 800 mg (2.1 mmol) de dialcohol 43 se añaden 3.3 mL de una disolución de HBr/AcOH al 30% y se agita durante 1 h a temperatura ambiente. A continuación la mezcla se introduce durante 15 min en un aparato de ultrasonidos para homogeneizarla y se añade de nuevo la misma cantidad de HBr/AcOH al 30%, manteniendo la agitación durante 3 h más para obtener una disolución amarilla. Tras añadir agua y neutralizar con carbonato sódico saturado hasta pH = 6, se extrae varias veces con CHCl3. Se recogen las fases orgánicas sobre MgSO4 anhidro, se filtra y se evapora el disolvente a vacío, obteniendo 1.09 g (100%) de 44 como un sólido amarillo que no requiere purificación para ser utilizado en el siguiente paso de reacción. Pf: 136 -138 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 4.64 (s, 4H, 2 x CH2Br), 7.09 (s, 2H, 2 x CH tiofeno). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 142.2 (C), 131.2 (CH), 129.6 (C), 111.9 (C), 25.2 (CH2Br). Análisis elemental: Calculado para C10H6Br4S2: C, 23.55; H, 1.19; S, 12.58. Encontrado: C, 23.55; H, 1.39; S, 12.72.

S

SBr

Br

Br

Br


3,3´-Dibromo-5,5´-bis(dietilfosforilmetil)-[2,2´]-bitiofeno (45).123b

Una disolución del compuesto 44 (500 mg, 0.98 mmol) en un exceso de fosfito de trietilo (reactivo y disolvente de la reacción) se calienta con un baño externo termostatizado a 140 ºC y provisto de un refrigerante por el que no circula agua, con el fin de eliminar de la mezcla de reacción el bromuro de etilo que se va formando. Al cabo de cuatro horas de reacción, se elimina el exceso de fosfito de trietilo por destilación en un horno de bolas a 120-140 ºC y una presión entre 0.1-0.5 mm Hg. Se obtienen 610 mg (100%) del producto deseado 45 como un sólido amarillo que no requiere purificación para ser utilizado en posteriores reacciones. Pf: 154-156 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.32 (t, 12H, J = 7.0 Hz, 4 x CH3), 3.31 (dd, 4H, J = 21.0 Hz, J = 1.0 Hz, 2 x CH2P), 4.13 (m, 8H, 4 x OCH2), 6.96 (dt, 2H, J = 3.5 Hz, J = 1.0 Hz, 2 x CH tiofeno). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 135.0 (d, J = 9.9 Hz, C), 130.7 (d, J = 9.0 Hz, CH), 128.0 (d, J = 3.0 Hz, C), 111.7 (dd, J = 3.7 Hz, J = 1.5 Hz, C), 62.7 (d, J = 6.0 Hz, OCH2), 28.3 (d, J = 142.6 Hz, CH2P), 16.4 (d, J = 5.4 Hz, CH3). 31P{H}-RMN (CDCl3, 162 MHz) δ: 23.48. IR ν: 1260, 1215, 1201, 1051, 1022, 974, 964 cm–1. MALDI-TOF m/z: 623.8 [M + 2]+. Análisis elemental: Calculado para C18H26Br2O6P2S2: C, 34.63; H, 4.20; S,

10.27. Encontrado: C, 34.31; H, 4.17; S, 10.22.


(E,E)-3,3´-Dibromo-5,5´-bis(4-metoxiestiril)-[2,2´]-bitiofeno (46).123b

Sobre una disolución de difosfonato 45 (100 mg, 0.16 mmol) y p-metoxibenzaldehído (48 mg, 0.35 mmol) en THF anhidro (16 mL), bajo atmósfera inerte, con agitación y a temperatura ambiente, se añaden 54 mg (0.48 mmol) de KtBuO en pequeñas porciones. La mezcla se agita 2 h a temperatura ambiente, transcurridas las cuáles se hidroliza con agua. El THF se evapora a vacío, y tras filtrar el sólido formado, éste se tritura con etanol caliente obteniendo el compuesto 46 (93 mg, 100%) como un sólido naranja. Pf: 216-218 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 3.84 (s, 6H, 2 x OCH3), 6.90 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, Ar-H), 6.92 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 6.98 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 6.99 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.42 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 159.8 (C), 144.1 (C), 129.9 (CH), 129.0 (C), 128.4 (CH), 127.9 (CH), 126.7 (C), 118.1 (CH), 114.3 (CH), 112.0 (C), 55.3 (OCH3). MALDI-TOF m/z: 588.1 [M + 2]+.


1,3-Bis(bromometil)-5-yodobenceno (47).124

Una disolución agitada de 5-yodo-m-xileno (14.3 g, 61.5 mmol) y NBS (24.4 g, 137 mmol) en acetonitrilo (150 mL) se irradia con dos bombillas de 200 W durante 2 h. Al cabo de dicho tiempo se detiene la reacción, y se elimina el disolvente a presión reducida. Al sólido resultante se le añade CCl4, eliminando la succinimida, que es insoluble en dicho disolvente, por filtración. Tras evaporar de nuevo a vacío el disolvente, el producto obtenido se purifica por recristalización de etanol, obteniendo 11.5 g (48%) de 47 como un sólido blanco.

Pf: 112-113 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 4.38 (s, 4H, 2 x CH2), 7.38 (s ancho, 1H, H2), 7.67 (d, 2H, J = 1.5 Hz, H4 y H6). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 140.2 (C1 y C3), 137.8 (C4 y C6), 128.9 (C2), 94.3 (C-I), 31.3 (CH2). Análisis elemental: Calculado para C8H7Br2I: C, 24.65; H, 1.81. Encontrado: C, 24.54; H, 1.75.

124 a) Duchêne, K.-H.; Vögtle, F. Synthesis 1986, 659-661. b) Díez-Barra, E.; García-Martínez, J. C.; Guerra, J.; Hornillos, V.; Merino, S.; del Rey, R.; Rodríguez-Curiel, R. I.; Rodríguez-López, J.; Sánchez-Verdú, P.; Tejeda, J.; Tolosa, J. Arkivoc 2002, V, 17-35.


1,3-Bis(dietilfosforilmetil)-5-yodobenceno (48).125

Se ha utilizado el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del difosfonato 45. Partiendo de 1 g (2.56 mmol) del compuesto 47 y 5 g (30.09 mmol) de fosfito de trietilo, se obtienen 1.3 g (100%) del producto deseado 48 como un sólido blanco que no requiere purificación para ser utilizado en posteriores reacciones. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 1.24 (t, 12H, J = 7 Hz, 4 x CH3), 3.04 (d, 4H, J = 21.9 Hz, 2 x CH2P), 4.02 (m, 8H, 4 x OCH2), 7.18 (s ancho, 1H, H2), 7.52 (d, 2H, J = 1.5 Hz, H4 y H6). 13C-RMN (CDCl3, 125 MHz) δ: 137.1 (t, J = 5 Hz, CH), 134.1 (pseudo t, C1 y C3), 130.6 (t, J = 6.5 Hz, CH), 94.1 (t, J = 3.5 Hz, C-I), 62.2 (pseudo t, J = 3.5 Hz, OCH2), 33.1 (d, J = 137.7 Hz, CH2P), 16.4 (pseudo t, J = 3.0 Hz, CH3).

125 Díez-Barra, E., García-Martínez, J. C.; Rodríguez-López, J. J. Org. Chem. 2003, 68, 832-838.


(E,E)-1,3-Bis(4-hexiloxiestiril)-5-yodobenceno (49).123b,126

Sobre una disolución agitada de difosfonato 48 (3 g, 5.95 mmol) y p-hexiloxibenzaldehído (2.45 g, 11.9 mmol) en THF anhidro (50 mL), bajo argón, se añade en pequeñas porciones terc-butóxido potásico (414 mg, 35.7 mmol). La mezcla, de color rojo oscuro, se deja agitando a temperatura ambiente durante 3 h. Tras hidrolizar con agua, se extrae con CH2Cl2 (x3) y los extractos orgánicos se lavan, sucesivamente, con agua y una disolución saturada de cloruro sódico. Tras secar (MgSO4) y filtrar, el disolvente se elimina a vacío obteniéndose el compuesto 49 como un sólido blanco (3.62 g, 100%) que se purifica mediante trituración en etanol hirviendo.

Pf: 86-88 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.91 (t, 6H, J = 7.0 Hz, 2 x CH3), 1.35 (m, 8H, 4 x CH2), 1.46 (m, 4H, 2 x CH2), 1.79 (m, 4H, 2 x CH2), 3.98 (t, 4H, J = 7.0 Hz, 2 x OCH2), 6.86 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 6.90 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.06 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.44 (B de

126 a) García-Martínez, J. C.; Atienza, C.; de la Peña, M.; Rodrigo, A. C.; Tejeda, J.; Rodríguez-López, J. J. Mass Spectrom. 2009, 44, 613-620. b) Achelle, S.; Nouira, I.; Pfaffinger, B.; Ramondenc, Y.; Plé, N.; Rodríguez-López, J. J. Org. Chem. 2009, 74, 3711-3717. c) Martín-Zarco, M.; Toribio, S.; García-Martínez, J. C.; Rodríguez-López, J. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2009, 47, 6409-6419.


ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.49 (s ancho, 1H, H2), 7.69 (s ancho, 2H, H4 y H6). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 159.2 (C), 140.0 (C), 133.4 (CH), 129.7 (CH), 129.4 (C), 127.9 (CH), 124.6 (CH), 123.7 (CH), 114.8 (CH), 95.2 (C-I), 68.1 (OCH2), 31.6 (CH2), 29.2 (CH2), 25.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.0 (CH3). MALDI-TOF m/z: 608.2 [M]+, 482.3 [MH - I]+. Análisis elemental: Calculado para C34H41IO2: C, 67.10, H, 6.79. Encontrado: C, 67.01; H, 6.75. (E,E)-3,5-Bis(4-hexiloxiestiril)benzaldehído (50).126

Sobre una disolución agitada de yoduro 49 (1 g, 1.96 mmol) en THF anhidro (15 mL), bajo argón y enfriada a -78 ºC, se adiciona gota a gota una disolución 1.6 M en hexano de nBuLi (1.3 mL, 2.15 mmol). Tras 2 min se añade DMF anhidra (0.45 mL, 5.9 mmol) y, a continuación, se retira el baño frío dejando que la mezcla de reacción alcance temperatura ambiente, manteniendo la agitación durante 3 h. Se añade agua y se elimina el disolvente orgánico a vacío. El sólido obtenido se filtra y se lava con etanol caliente, obteniendo 0.84 g (100%) del aldehído 50 como un sólido blanco. Una mayor purificación se consigue mediante recristalización de CHCl3/EtOH.


Pf: 133-135 ºC 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.89-0.92 (m, 6H, 2 x CH3), 1.32-1.34 (m, 8H, 4 x CH2), 1.47-1.44 (m, 4H, 2 x CH2), 1.75-1.79 (m, 4H, 2 x CH2), 3.95 (t, 4H, J = 7 Hz, 2 x OCH2), 6.89 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 6.95 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.14 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.59 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.71 (s ancho, 1H, ArH), 7.79 (s ancho, 2H, ArH), 10.00 (s ancho, 1H, CHO). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 192.4 (CHO), 159.2 (C), 138.9 (CH), 137.0 (CH), 130.0 (C), 129.7 (C), 129.2 (C), 129.0 (CH), 127.9 (CH), 125.5 (CH), 124.7 (CH), 114.7 (CH), 68.0 (OCH2), 31.6 (CH2), 29.2 (CH2), 25.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.0 (CH3). IR ν: 1693 (C=O) cm–1. MALDI-TOF m/z: 482.3 [M - CO]+. Análisis Elemental: Calculado para C35H42O3: C, 82.31; H, 8.29. Encontrado: C, 82.26; H, 8.35. Compuesto 51.

S

S

OC6H13

C6H13O

OC6H13

OC6H13

Br

Br


A partir de 200 mg (0.27 mmol) de difosfonato 45 y 275 mg (0.54 mmol) de aldehído 50, siguiendo el procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del compuesto 46, a través de una reacción de HWE, se obtiene el compuesto dendrítico 51 (353 mg, 98%) como un sólido naranja. Pf: 159-161 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.92 (t, 12H, J = 7.0 Hz, 4 x CH3), 1.3-1.4 (m, 16H, 8 x CH2), 1.47 (m, 8H, 4 x CH2), 1.79 (m, 8H, 4 x CH2), 3.99 (t, 8H, J = 6.5 Hz, 4 x OCH2), 6.91 (A de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 6.99 (A de ABc, 4H, J = 16.0 Hz, 4 x CH=), 7.01 (B de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.08 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.14 (B de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 4 x CH=), 7.19 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.46 (s ancho, 4H, ArH), 7.47 (B de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.52 (s ancho, 2H, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 159.1 (C), 143.7 (C), 138.5 (C), 136.8 (C), 130.2 (CH), 129.7 (C), 129.3 (CH), 129.1 (CH), 127.8 (CH), 127.4 (C), 125.9 (CH), 124.1 (CH), 123.3 (CH), 120.5 (CH), 114.8 (CH), 112.1 (C), 68.1 (OCH2), 31.6 (CH2), 29.2 (CH2), 25.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.0 (CH3). MALDI-TOF m/z: 1336.9 [M + 2]+. Análisis Elemental. Calculado para C80H88Br2O4S2: C, 71.84; H, 6.63; S, 4.79. Encontrado: C, 71.93; H, 6.70; S, 4.62. 3,3´-Bis[(trimetilsilanil)etinil]-5,5´-diformil-[2,2´]-bitiofeno (52).


Sobre una disolución agitada del compuesto dibromado 42 (300 mg, 0.78 mmol) en una mezcla tolueno/iPr2NH previamente destilados y en proporción 1:1 v/v (20 mL) a temperatura ambiente y bajo atmósfera inerte, se adiciona trimetilsililacetileno en exceso (387 mg, 3.94 mmol) y una mezcla catalítica compuesta por Pd(PPh3)4 (92 mg, 0.08 mmol) y CuI (14.6 mg, 0.08 mmol). La reacción se calienta a 140 ºC durante 24 h. Tras eliminar el disolvente a vacío, el residuo se disuelve en CH2Cl2 y se lava con agua. Tras secar (MgSO4) y evaporar el disolvente a presión reducida, el crudo de reacción se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 9:1). Tras recristalizar de una mezcla CHCl3:hexano se obtienen 40 mg (12%) del dialdehído 52 como un sólido amarillo. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.35 (s, 18H, 6 x CH3), 7.76 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 9.92 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 182.6 (CH=O), 144.9 (C), 141.4 (C), 138.8 (CH), 122.2 (C), 106.5 (C≡), 98.9 (C≡), -0.7 (3 x SiCH3). IR ν: 2959, 2814, 2151, 1672 (C=O), 1227, 1136, 839 cm–1. 3,3´-Dietinil-5,5´-diformil-[2,2´]-bitiofeno (53).

Se disuelven 80 mg (0.19 mmol) del compuesto 52 en una mezcla de CH2Cl2/MeOH 2:1 (20 mL) y se añade lentamente carbonato potásico (37.4 mg, 0.27 mmol). Se agita la mezcla a temperatura ambiente durante 2 h. Tras diluir con agua, se extrae con CH2Cl2 (x3), se seca sobre MgSO4 y se elimina el disolvente a presión reducida. El sólido marrón obtenido se


purifica con lavados de etanol obteniéndose 51 mg (90%) del compuesto 53.

1H-RMN (DMSO-d6, 500 MHz) δ: 5.03 (s, 2H, 2 x ≡CH), 8.20 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 9.95 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (DMSO-d6, 125 MHz) δ: 184.6 (CH=O), 142.8 (C), 141.8 (C), 140.6 (CH), 121.0 (C), 90.7 (C≡), 77.7 (CH≡). IR ν: 3235 (≡C-H), 2816, 2104 (C≡C), 1651 (C=O), 1520, 1396, 1356, 1233, 1144, 862, 721 cm–1. 3,3´-Bis[(4-pentilfenil)etinil]-[2,2´]-bitiofeno (54).

S

S

C5H11

C5H11

Sobre una disolución agitada de 3,3´-dibromo-2,2´-bitiofeno, 2, (1g, 3.10 mmol) y 4-pentilfenilacetileno (1.86 mg, 10.80 mmol) en una mezcla de DMF/Et3N previamente destiladas, en proporción 1:1 v/v (80 mL), a 70 ºC bajo atmósfera de argón, se añade una mezcla catalítica compuesta por PdCl2(PPh3)2 (107 mg, 0.15 mmol), CuI (29 mg, 0.15 mmol) y PPh3 (81 mg, 0.31 mmol). La reacción se agita a dicha temperatura durante 24 h. A continuación, el disolvente se elimina a vacío, se añade cloroformo y se


lava sucesivamente con una disolución saturada de NH4Cl y agua. Tras secar (MgSO4) y filtrar, se evapora el disolvente obteniéndose un sólido que se purifica por cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 9.5:0.5), seguido de recristalización de CHCl3:hexano, obteniendo el compuesto 54 (188 mg, 37%) como un sólido amarillo.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.90 (t, 6H, J = 6.5 Hz, 2 x CH3), 1.33 (m, 8H, 4 x CH2), 1.54 (m, 4H, 2 x CH2), 2.62 (t, 4H, J = 7.5 Hz, 2 x CH2Ar), 7.15 (A de ABc, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.18 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, 4 x ArH), 7.24 (B de ABc, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.39 (B de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 143.6 (C), 138.1 (C tiofeno), 131.3 (CH), 130.3 (CH), 128.5 (CH tiofeno), 124.0 (CH tiofeno), 120.5 (C), 119.3 (C tiofeno), 95.8 (C≡), 85.2 (C≡), 35.9 (CH2), 31.4 (CH2), 30.9 (CH2), 22.5 (CH2), 14.0 (CH3). 3,3´-Bis[(4-pentilfenil)etinil]-5,5´-diformil-[2,2´]-bitiofeno (55).

S

S

C5H11

C5H11

CHO

OHC


Sobre una disolución de 100 mg (0.2 mmol) de 54 en THF anhidro, bajo argón y a -78 ºC se añaden 0.3 mL (0.4 mmol) de nBuLi (1.6 M en hexano). A continuación se añaden 0.38 mL (0.6 mmol) de DMF anhidra. Se retira el baño frío y se deja agitando la mezcla durante 1 h a temperatura ambiente. Finalizado este tiempo se añade agua, y tras neutralizar el medio fuertemente básico con una disolución de HCl 1M y eliminar el disolvente orgánico a vacío, se filtra, y el sólido obtenido se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 9:1) obteniéndose 80 mg (70%) del compuesto 55 como un sólido amarillo. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.91 (t, 6H, J = 7.0 Hz, 2 x CH3), 1.33 (m, 8H, 4 x CH2), 1.64 (m, 4H, 2 x CH2), 2.64 (t, 4H, J = 7.5 Hz, 2 x CH2Ar), 7.24 (A de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.54 (B de ABc, 4H, J = 8 Hz, ArH), 7.84 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 9.93 (s, 2H, 2 x CH=O). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 182.7 (C=O), 144.7 (C), 143.7 (C tiofeno), 141.5 (C tiofeno), 138.8 (CH), 131.4 (CH), 128.8 (CH), 122.4 (C), 119.3 (C tiofeno), 99.4 (C≡), 83.7 (C≡), 35.9 (CH2), 31.4 (CH2), 30.8 (CH2), 22.5 (CH2), 13.9 (CH3). El subproducto de la reacción (monoaldehído), cuya estructura se muestra a continuación, también ha sido caracterizado por resonancia magnética nuclear de 1H-RMN.

S

S

C5H11

C5H11

CHO


1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.90 (t, 6H, J = 7.0 Hz, 2 x CH3), 1.33 (m, 8H, 4 x CH2), 1.54 (m, 4H, 2 x CH2), 2.63 (t, 4H, J = 7.0 Hz, 2 x CH2Ar), 7.21 (A de ABc, 2H, J = 8.5 Hz, 2 x CH), 7.21 (d, 1H, J = 5.5 Hz, CH tiofeno), 7.22 (A de ABc, 2H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.37 (d, 1H, J = 5.5 Hz, CH tiofeno), 7.51 (B de ABc, 2H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.54 (B de ABc, 2H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.79 (s, 1H, CH tiofeno), 9.90 (s, 1H, CH=O). (E,E)-1-Etinil-3,5-bis(4-hexiloxiestiril)benceno (56).

Sobre una disolución agitada de yoduro 49 (500 mg, 0.99 mmol) y trimetilsililacetileno (486 mg, 4.9 mmol) en DMF/Et3N, previamente destiladas y en proporción 1:1 v/v (32 mL), a 60 ºC bajo argón, se añade una mezcla catalítica compuesta por PdCl2(PPh3)2 (35 mg, 0.05 mmol), CuI (10 mg, 0.05 mmol) y PPh3 (26 mg, 0.1 mmol) (1:1:2, 5% de paladio respecto al yoduro 49). La reacción se agita a dicha temperatura durante 16 h. A continuación, el disolvente se elimina a vacío, se añade cloroformo y se lava sucesivamente con una disolución saturada de NH4Cl y agua. Tras secar (MgSO4) y filtrar, se evapora el disolvente a vacío obteniéndose un crudo de reacción que se purifica por cromatografía en columna (SiO2, hexano/EtAcO 9.5:0.5). Se obtienen 508 mg del precursor sililado del compuesto 56 como un sólido blanco que fue analizado por resonancia magnética nuclear. Su estructura se muestra a continuación.


OC6H13C6H13O

SiMe3

Pf: 102-104 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz): δ: 0.28 (s, 9H, SiMe3), 0.91 (t, 6H, J = 7.0 Hz, 2 x CH3), 1.35 (m, 8H, 4 x CH2), 1.46 (m, 4H, 2 x CH2), 1.79 (m, 4H, 2 x CH2), 3.98 (t, 4H, J = 6.5 Hz, 2 x OCH2), 6.90 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 6.92 (A de ABc, 2H, J = 16.0 Hz, 2 x CH=), 7.10 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.44 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.48 (d, 2H, J = 1.5 Hz, H2 y H6), 7.50 (s ancho, 1H, H4). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 159.1 (C), 138.1 (C), 129.6 (C), 129.3 (CH), 128.2 (CH), 127.8 (CH), 125.4 (CH), 124.6 (CH), 123.6 (C), 114.8 (CH), 105.1 (C≡), 94.0 (C≡), 68.1 (OCH2), 31.6 (CH2), 29.2 (CH2), 25.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.0 (CH3), 0.0 (SiCH3). El sólido obtenido anteriormente (400 mg, 0.69 mmol) se disuelve en una mezcla de CH2Cl2/MeOH 2:1 (100 mL), se añade carbonato potásico (140 mg, 1.01 mmol) y la mezcla se agita a temperatura ambiente durante 2 h. Tras diluir con agua, se extrae con CH2Cl2 (x3), se seca sobre MgSO4 y se elimina el disolvente a presión reducida. El crudo de reacción se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano/EtAcO 9.5:0.5), obteniendo el dendrón 56 (350 mg, 100%) como un sólido blanco. Pf: 94-96 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.91 (t, 6H, J = 7.0 Hz, 2 x CH3), 1.35 (m, 8H, 4 x CH2), 1.46 (m, 4H, 2 x CH2), 1.79 (m, 4H, 2 x CH2), 3.09 (s, 1H, ≡CH),


3.98 (t, 4H, J = 7.0 Hz, 2 x OCH2), 6.90 (A de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, ArH), 6.93 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.10 (B de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.45 (B de ABc, 4H, J = 9.0 Hz, Ar-H), 7.49 (d, 2H, J = 2.0 Hz, H2 y H6), 7.55 (s ancho, 1H, H4). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 159.1 (C), 138.2 (C), 129.6 (C), 129.4 (CH), 128.3 (CH), 127.8 (CH), 125.3 (CH), 124.7 (CH), 122.7 (C), 114.8 (CH), 94.8 (C≡), 83.7 (CH≡), 68.1 (OCH2), 31.6 (CH2), 29.2 (CH2), 25.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.0 (CH3). MALDI-TOF m/z: 506.2 [M]+. Compuesto 57.


Sobre una disolución del yoduro dendrítico 49 (566 mg, 1.12 mmol) y el derivado de bitiofeno 58 (100 mg, 0.46 mmol) en una mezcla DMF/Et3N previamente desgasificada, 1:1 (50 mL), a 70 ºC bajo argón, se añade una mezcla catalítica compuesta por PdCl2(PPh3)2 (40 mg, 0.06 mmol), CuI (12 mg, 0.06 mmol) y PPh3 (32 mg, 0.12 mmol) (1:1:2, 5% de paladio respecto al yoduro 49). La reacción se agita a dicha temperatura durante 16 h. Tras eliminar el disolvente a presión reducida, se añade cloroformo y se lava sucesivamente con una disolución saturada de NH4Cl y agua. Tras secar sobre MgSO4 y filtrar, se evapora el disolvente obteniendo un aceite marrón que se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 9.5:0.5) obteniéndose tras lavados con éter dietílico frío el compuesto 57 (145 mg, 22%) como un sólido naranja.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.92 (s, 12H, 4 x CH3), 1.35 (m, 16H, 8 x CH2), 1.46 (m, 8H, 4 x CH2), 1.79 (m, 8H, 4 x CH2), 3.98 (t, 8H, J = 6.5 Hz, 4 x OCH2), 6.9 (A de ABc, 8H, 8 x CH), 6.95 (A de ABc, 4H, 4 x CH=), 7.10 (B de ABc, 4H, 4 x CH=), 7.22 (A de ABc, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.32 (B de ABc, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.45 (B de ABc, 8H, 8 x CH), 7.55 (s, 2H, 2 x CH), 7.56 (s, 4H, 4 x CH). 13C- RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 159.1 (CO), 138.3 (C), 138.2 (C), 130.6 (CH), 129.6 (C), 129.3 (CH), 127.8 (CH), 127.7 (CH), 125.4 (CH), 124.5 (CH), 124.2 (CH), 123.9 (C), 119.4 (C), 114.7 (CH), 95.4 (C≡), 85.6 (C≡), 68.1 (OCH2), 31.6 (CH2), 29.2 (CH2), 25.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.0 (CH3). MALDI-TOF m/z: 1176.1 [M + H]+. El subproducto de reacción debido al homoacoplamiento del alquino también ha sido caracterizado y su estructura, junto con sus datos espectroscópicos, se muestra a continuación.


C6H13O

C6H13O OC6H13

OC6H13

Pf: Descompone a T >146 ºC. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.92 (t, 12H, J = 7.0 Hz, 4 x CH3), 1.3-1.4 (m, 16H, 8 x CH2), 1.47 (m, 8H, 4 x CH2), 1.80 (m, 8H, 4 x CH2), 3.99 (t, 8H, J = 6.5 Hz, 4 x CH2), 6.90 (A de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 6.94 (A de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 4 x CH=), 7.12 (B de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 4 x CH=), 7.46 (B de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.53 (s ancho, 4H, ArH), 7.57 (s ancho, 2H, ArH). 13C-RMN (CDCl3, 125 MHz) δ: 159.2 (C), 138.4 (C), 129.6 (CH=), 129.5 (C), 128.6 (CH), 127.9 (CH), 125.1 (CH y CH=), 122.4 (C), 114.8 (CH), 81.6 (C≡), 73.8 (C≡), 68.1 (CH2), 31.6 (CH2), 29.2 (CH2), 25.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.0 (CH3). 3,3´-Dietinil-2,2´-bitiofeno (58).

S

S


Sobre una disolución agitada de 3,3´-dibromo-2,2´-bitiofeno, 2, (2 g, 6.2 mmol) en una mezcla de tolueno/(iPr)2NH previamente destilados, 1:1 (75 mL) a temperatura ambiente y bajo atmósfera inerte, se adiciona trimetilsililacetileno (3 g, 31.3 mmol) y una mezcla catalítica compuesta por Pd(PPh3)4 (693 mg, 0.6 mmol) y CuI (109.5 mg, 0.6 mmol). La mezcla se calienta a 140 ºC durante 24 h. Tras eliminar el disolvente a vacío, el residuo se disuelve en CH2Cl2 y se lava con agua. Tras secar (MgSO4), filtrar, y evaporar el disolvente, el crudo de reacción se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 9.8:0.2) obteniendo 770 mg (34%) del precursor sililado del compuesto 58 como un sólido anaranjado. La estructura de este precursor, junto con sus datos espectroscópicos, se muestra a continuación:

S

S

SiMe3

SiMe3

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.2 (d, 2H, J = 5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.1 (d, 2H, J = 5.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 0.3 (s, 18H, 6 x CH3). 13C- RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 139.0 (C), 130.6 (CH), 123.8 (CH), 119.3 (C), 101.5 (C≡), 100.7 (C≡), -0.4 (SiCH3). El sólido obtenido anteriormente (770 mg, 2.15 mmol) se disuelve en una mezcla de CH2Cl2/MeOH 2:1 (100 mL), se añade carbonato potásico (430 mg, 3.11 mmol) y la mezcla se agita a temperatura ambiente durante 3 h. Tras diluir con agua, se extrae con CH2Cl2 (x3), se seca sobre MgSO4


y se elimina el disolvente a presión reducida. El crudo de reacción se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano/EtAcO 9.5:0.5), obteniendo el compuesto 58 (663 mg, 86%) como un sólido marrón bastante insoluble en los disolventes habituales. Aún así, fue posible su caracterización mediante resonancia magnética nuclear de 1H-RMN con cloroformo deuterado, disolvente en el que presentó solubilidad parcial, aunque ésta no fue suficiente como para llevar a cabo el análisis de 13C- RMN. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.2 (d, 2H, J = 5.2 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.1 (d, 2H, J = 5.2 Hz, 2 x CH tiofeno), 3.4 (s, 2H, 2 x ≡CH). Compuesto 59.

O

S

S

O

H

H

C6H13O OC6H13

C6H13O OC6H13


Sobre una disolución del yoduro dendrítico 49 (450 mg, 1.18 mmol) y el derivado de bitiofeno 53 (1.6 mg, 2.61 mmol) en una mezcla DMF/Et3N previamente desgasificada, 1:1 (50 mL), a 70 ºC bajo argón, se añade una mezcla catalítica compuesta por PdCl2(PPh3)2 (42 mg, 0.06 mmol), CuI (12 mg, 0.06 mmol) y PPh3 (31 mg, 0.12 mmol) (1:1:2, 5% de paladio respecto al yoduro 49). La reacción se agita a dicha temperatura durante 16 h. Tras eliminar el disolvente a presión reducida, se realiza una extracción con CH2Cl2 (x3). Las fases orgánicas combinadas se lavan con una disolución saturada de NH4Cl, H2O y una disolución saturada de NaCl. Tras secar (MgSO4) y filtrar, el disolvente es eliminado a vacío. El sólido obtenido se recristaliza de hexano:CHCl3, obteniendo el dialdehído dendrítico 59 (39 mg, 45%) como un sólido naranja. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.92 (t, 12H, J = 6.5 Hz, 4 x CH3), 1.36 (m, 16H, 8 x CH2), 1.47 (m, 8H, 4 x CH2), 1.79 (m, 8H, 4 x CH2), 3.96 (t, 8H, J = 6.5 Hz, 4 x OCH2), 6.90 (A de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 6.91 (A de ABc, 4H, J = 16 Hz, 4 x CH=), 7.18 (B de ABc, 4H, J = 16 Hz, 4 x CH=), 7.45 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.50 (B de ABc, 8H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.61 (s, 4H, ArH), 7.72 (s, 2H, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 182.35 (HC=O), 159.04 (C-O), 143.81 (C tiofeno), 141.35 (C tiofeno), 138.35 (CH tiofeno), 138.26 (C), 129.68 (C), 129.38 (CH), 128.00 (CH), 126.56 (CH), 125.85 (CH), 124.99 (CH), 122.78 (C), 122.09 (C), 114.64 (CH), 99.56 (C≡), 84.77 (C≡), 68.03 (O-CH2), 31.65 (CH2), 29.3 (CH2), 25.75 (CH2), 22.63 (CH2), 14.10 (CH3). IR ν: 1666.5 (C=O) cm–1. Compuesto 60.

OC6H13

OC6H13



Se ha utilizado el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del difosfonato 48. Partiendo de 300 mg (0.64 mmol) del compuesto comercial 1,4-bis(bromometil)-2,5-bis(hexiloxi)benceno y 1.26 g (7.58 mmol) de fosfito de trietilo, se obtienen 370 mg (100%) del producto deseado 60 como un sólido blanco que no requiere purificación para ser utilizado en posteriores reacciones. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.91 (s ancho, 6H, 2 x CH3), 2.19 (m, 4H, 2 x CH2), 1.36-1.24 (m, 20H, 4 x CH3, 4 x CH2), 1.76 (m, 4H, 2 x CH2), 3.22 (d, 4H, J = 20 Hz, 2 x CH2P), 3.98 (m, 4H, 2 x OCH2), 4.15-4.01 (m, 8H, 4 x OCH2), 6,92 (s, 2H, ArH). Compuesto 61.

S

OC6H13

S

C6H13O

OC6H13

C6H13O

OC6H13

C6H13O

n

Se disuelven 65 mg (0.055 mmol) de dialdehído dendrítico 59 y 32 mg (0.055 mmol) de difosfonato 60 en 5 mL de THF seco, bajo atmósfera inerte y agitación a temperatura ambiente. En estas condiciones se van


añadiendo lentamente, en pequeñas porciones, 16 mg (0.137 mmol) de KtBuO. Se mantiene la agitación durante 15 h, siendo la mezcla homogénea en todo momento. A continuación se añaden 5 mL de agua, sin observar la formación de ningún precipitado, y se elimina el THF a presión reducida. La fase acuosa se extrae varias veces con EtAcO (x3), las fases orgánicas se recogen sobre MgSO4 anhidro, se filtran y se rotan, obteniendo un aceite de color rojo, que se purifica mediante sucesivos lavados con EtOH. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.8-1.8 (m, señal ancha), 3.8-3.9 (m, señal ancha), 6.7-7.5 (m, señal ancha), 10.0 (s ancho). IR ν: 1508.3 (C=O) cm–1. MALDI-TOF: m/z: 4234, 4206, 4179, 2734, 2706, 2678. Para asignación ver figuras 2.21 y 2.22 (páginas 196 y 197). Compuesto 62.

S

S

OC6H13

C6H13O

C6H13O

OC6H13


El compuesto 62 ha sido sintetizado mediante una reacción de HWE entre el difosfonato 18 previamente sintetizado (que posee átomos de bromo en las posiciones 5,5’) y el dendrón 50. El producto buscado en un principio era el compuesto con bromos en las posiciones 5,5´ de la unidad de bitiofeno. Se disuelven 500 mg (0.66 mmol) del difosfonato 18 en 20 mL de THF anhidro, y se van añadiendo lentamente 371 mg (1.33 mmol) de KtBuO. La disolución toma un color rojo muy intenso, y sobre ella se añaden gota a gota, 680 mg (3.30 mmol) del aldehído 50. La mezcla se agita durante 2 h y, a continuación, se añade agua y se elimina el THF a presión reducida. Se filtra el sólido obtenido y se purifica mediante lavados con EtOH caliente. Tras un estudio de 1H-RMN, se observa que el producto obtenido es una mezcla de tres compuestos, la estructura buscada inicialmente con bromos en las posiciones 5,5´ del bitiofeno, la misma estructura pero con un solo bromo, y la estructura 62 (sin bromos). La separación de esta mezcla de compuestos resulta imposible debido a su similar solubilidad y polaridad en los disolventes orgánicos habituales, de modo que se procedió a la eliminación total de los bromos siguiendo el mismo procedimiento descrito para la síntesis del derivado de bitiofeno 2, utilizando para ello un exceso de nBuLi, al no saber con exactitud la proporción de cada compuesto dentro de la mezcla. Tras añadir agua y neutralizar el medio fuertemente básico con una disolución acuosa de HCl (1 M), se eliminó el THF a presión reducida, y se filtró el sólido blanco resultante, obteniendo 400 mg (46%) del compuesto 62 tras purificación mediante lavados con EtOH caliente.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.92 (m, 12H, 4 x CH3), 1.35 (m, 16H, 8 x CH2), 1.36 (m, 8H, 4 x CH2), 1.79 (m, 8H, 4 x CH2), 3.97 (m, 8H, 4 x OCH2), 6.88 (A de ABc, 8H, J = 9.0 Hz, ArH), 6.97 (A de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 4 x CH=), 7.05 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.07 (A de ABc, 2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.11 (B de ABc, 4H, J = 16.5 Hz, 4 x CH=), 7.13 (B de ABc,


2H, J = 16.5 Hz, 2 x CH=), 7.14 (d, 2H, J = 5.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.30 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH), 7.39 (d, 2H, J = 5.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.44 (B de ABc, 8H, J = 9.0 Hz, ArH), 7.47 (s ancho, 6H, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 125 MHz) δ: 158.99 (C), 140.59 (C), 138.35 (C),

137.91 (C), 135.63 (C), 135.34 (C), 130.13 (C), 129.82 (C), 129.33 (CH), 128.76 (CH), 128.68 (CH), 128.66 (CH), 128.31 (CH), 127.77 (CH), 127.71 (CH), 126.25 (CH), 126.12 (CH), 123.46 (CH), 123.26 (CH), 114.71 (CH), 68.01 (CH2), 31.61 (CH2), 29.25 (CH2), 25.73 (CH2), 22.61 (CH2), 14.04 (CH3). IR ν: 1603, 1503, 1240, 1167, 1024, 957, 841 cm–1. Ensayos de copolimerización vía Stille Método general Se introduce en un schlenk, 1 equivalente de monómero dibromado, 1 equivalente de monómero derivado de estaño, 2 equivalentes de LiCl y un 7% de catalizador Pd(PPh3)4. Se sella, y con la ayuda de una aguja se somete a una secuencia vacío-argón (x3). A continuación se añade la mínima cantidad posible de disolvente anhidro y se repite de nuevo la secuencia vacío-argón (x3). Se calienta en ausencia de luz a 122 ºC, durante 3 días en el caso de utilizar calefacción convencional o 30 min en el caso de usar irradiación microondas. Se deja enfriar la mezcla y se realiza el procedimiento estándar de separación y purificación de polímeros que se describe a continuación. Procedimiento estándar de separación y purificación de polímeros: Se vierte la mezcla de reacción, gota a gota, sobre las paredes de un vaso de precipitados que contiene 1 L de MeOH frío al que se le ha añadido una pequeña cantidad de ácido sulfúrico concentrado (10%). La mezcla se agita durante 10 min, se deja reposar 3 h y se filtra el sólido formado sobre un embudo cónico. El papel de filtro con dicho sólido se


introduce en un Soxhlet, acoplado a un matraz y un refrigerante según la figura mostrada a continuación y se somete a extracción continua.

En el matraz esférico se van introduciendo diferentes disolventes, de mayor a menor grado de polaridad (normalmente MeOH, acetona, EtAcO, CHCl3 y diclorobenceno), con el fin de separar las cadenas de diferente tamaño contenidas en el crudo de reacción en función de su solubilidad en los diferentes disolventes utilizados, aplicando reflujo y agitación, y cambiando el tipo de disolvente cuando la mezcla contenida en el matraz sea incolora. Se recogen las diferentes fracciones, se filtran y se rotan. Se cristalizan los diferentes sólidos obtenidos en el disolvente o mezcla de disolventes apropiados.


Compuesto 63.

S

S S

S

CF3

F3C

n

Se hicieron reaccionar 100 mg (0.12 mmol) de monómero dibromado 9, 38 mg (0.12 mmol) de 5,5’-bis(trimetilestanil)-[2,2’]-bitiofeno, 10 mg (0.01 mmol) de catalizador, 10 mg (0.24 mmol) de LiCl y 10 mL de una mezcla de THF:tetralin (1,2,3,4-tetrahidronaftaleno) en proporción 8:2 durante 3 días a 120 ºC. La mezcla inicialmente amarilla adquiere un color rojo oscuro. Se analizaron las fracciones solubles en EtAcO y CHCl3 (ver páginas 203-204). La fracción que se extrajo en CHCl3 proporcionó 85 mg de polímero 63 como un sólido rojo. La misma reacción fue llevada a cabo bajo irradiación microondas, en atmósfera inerte, utilizando tolueno como disolvente y calentando durante 30 min a 140 ºC. En este caso la fracción soluble en CHCl3 proporcionó 110 mg de polímero 63 como un sólido rojo.


1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 7.12 (d, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.14-7.04 (m, 8H), 7.33 (d, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.41 (d, 2H, J = 6.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.59-7.62 (s ancho, 8H, ArH). IR ν: 1364, 1217, 937 (ancho) cm–1. Compuesto 64.127

S S SnBu3Bu3Sn

Se introducen 10 g (24.8 mmol) de 4,4-bis(2-etilhexil)-4H-ciclopenta[2,1-b:3,4-b’]ditiofeno127a,128 en un matraz bajo atmósfera inerte, se disuelven en 100 mL de THF anhidro y la disolución se enfría a -78 ºC. A dicha temperatura se añade gota a gota 61.51 mL (98.4 mmol) de nBuLi 1.6 M. Se agita durante 30 min y se deja que la mezcla alcance temperatura ambiente. Se mantiene la agitación durante 6 h más. Se enfría de nuevo la mezcla a -70 ºC y se añaden 32.33 g (95.2 mmol) de cloruro de tributilestaño, se deja que la mezcla alcance temperatura ambiente y se mantiene la agitación durante toda la noche. Se añade agua y se extrae varias veces con dibutileter. Se recogen las sucesivas fases orgánicas, se secan sobre MgSO4, se filtran y se rotan. Se disuelve el crudo de reacción en una pequeña cantidad de tolueno y se realiza un percolado sobre óxido

127 a) Asawapirom, U.; PhD Thesis, Bergische Universität Wuppertal, 2003. b) Zhu, Z.; Waller, D.; Gaudiana, R.; Morana, M.; Mühlbacher, D.; Scharber, M.; Brabec, C. Macromolecules 2007, 40, 1981-1986. c) Coffin, R. C.; Peet, J.; Rogers, J.; Bazan, G. C. Nature Chem. 2009, 1, 657-661. d) Yilmaz, S., PhD Thesis, Bergische Universität Wuppertal, 2011. 128 a) A. Tsami, Ph.D Thesis, Bergische Universität Wuppertal, 2009. b) Seyfullah Yilmaz, Ph.D Thesis, Bergische Universität Wuppertal, 2011.


de aluminio previamente desactivado con trietilamina, utilizando tolueno como eluyente. Se elimina el disolvente a presión reducida obteniendo 23.1 g (23.6 mmol, 95%) del compuesto 64 como un aceite amarillo. 1H-RMN (CDCl3, 400 MHz) δ: 0.60 (m, 8H), 0.72-0.77 (m, 6H), 0.86-0.99 (m, 34H), 1.03-1.13 (m, 12H), 1.30-1.35 (m, 12H), 1.52-1.58 (m, 12H), 1.80-1.88 (m, 4H), 6.92 (s, 2H, 2 x CH tiofeno). 13C-RMN (CDCl3, 100 MHz) δ: 159.8, 142.8, 135.4, 130.8, 52.3, 43.5, 35.2, 34.7, 29.3, 29.0, 27.7, 27.6, 23.1, 14.5, 14.1, 11.2, 11.1. MALDI-TOF m/z: 980.4 [M]+. Análisis Elemental: Calculado para C49H90S2Sn2: C, 60.01; H, 9.25; S,

6.54. Encontrado: C, 60.21; H, 10.05; S, 6.92.

Compuesto 65.

S

S

NMe2

Me2N

S S

n

Se hicieron reaccionar 90 mg (0.12 mmol) de monómero dibromado 22, 114 mg (0.12 mmol) del derivado de estaño 64, 10 mg (0.01 mmol) de


catalizador, 10 mg (0.24 mmol) de LiCl, y 8 mL de tolueno, durante 30 min a 140 ºC bajo irradiación microondas y atmósfera inerte. La fracción que se extrajo en CHCl3 proporcionó 110 mg de polímero 65 como un sólido de un color rojo intenso. 1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.65-1.88 (m, 34H), 2.98 (s, 12H, 4 x CH3), 6.69-6.74 (m, 4H), 6.98-7.14 (m, 14H), 7.36-7.42 (m, 6H). IR ν: 1597, 1520, 1354, 1165, 960, 820 cm–1. TGA: Pérdida de un 58% de masa a una temperatura (punto medio) de 255 ºC. A 1000 ºC el polímero no ha descompuesto por completo, quedando un 32% de residuo.

Ensayos de copolimerización vía HWE Método general En un matraz, bajo atmósfera inerte, ausencia de luz y agitación, a temperatura ambiente, se introducen los diferentes monómeros (dialdehído y difosfonato) en proporción 1:1 y THF anhidro, habiendo secado y pesado los reactivos previamente en caja seca. Se van añadiendo poco a poco 3 equivalentes de base (KtBuO), observando un drástico cambio de color. Tras 24 h de agitación bajo esas condiciones, se añade agua, se neutraliza el medio y se elimina el disolvente orgánico a vacío. Se filtra el sólido y se realiza el procedimiento estándar de separación y purificación de polímeros (precipitación en MeOH, extracción con Soxhlet y cristalización; ver páginas 243-244).


1,4-Bis(bromometil)-2,5-dioctilbenceno (66).

C8H17

C8H17

Br

Br

Se sintetiza modificando ligeramente el método descrito en la bibliografía.129 Sobre 10.27 mL (59.49 mmol) de una mezcla de HBr en AcOH al 33%, se añade gota a gota una suspensión de 3 g (0.92 mmol) de 1,4-dioctilbenceno130 y 64 mg (0.71 mmol) de 1,3,5-trioxano comercial. La mezcla de reacción se refluye durante 2 semanas añadiendo 0.5 mL de HBr en ácido acético glacial cada 24 h. Se deja enfriar la mezcla hasta alcanzar temperatura ambiente, se diluye con agua (50 mL) y se extrae con EtAcO (x3). Se recogen las fases orgánicas, se neutralizan con una disolución acuosa saturada de NaHCO3, se secan sobre MgSO4 anhidro, se filtran y el disolvente se evapora a vacío. El sólido resultante se purifica mediante cromatografía en columna (SiO2, hexano:EtAcO 9:1), obteniendo 2 g (41%) de compuesto 66 como un sólido marrón claro. 1H-RMN (CDCl3, 600 MHz) δ: 0.89 (m, 6H, 2 x CH3), 1.29-1.39 (m, 20H, 10 x CH2), 1.64 (m, 4H, 2 x CH2), 2.66 (m, 4H, 2 x CH2), 4.49 (s, 2H, 2 x CH2Br), 7.14 (s, 2H, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 150 MHz) δ: 139.7 (C), 135.9 (C), 131.8 (CH), 31.9 (CH2), 31.8 (CH2), 31.3 (CH2), 30.8 (CH2), 29.7 (CH2), 29.4 (CH2), 29.2 (CH2), 22.6 (CH2), 14.1 (CH3). IR ν: 2920, 1468, 1244, 1036, 959, 795 cm–1.

129 Tanaka, K.; Hori, T.; Osaka, T.; Noguchi, K.; Hirano, M. Org. Lett. 2007, 9, 4881-4884. 130 Proporcionado por Eduard Preis, Departamento de Química Macromolecular, Universidad de Wuppertal (Alemania). Numerosos métodos de síntesis a partir de diferentes compuestos de partida pueden encontrarse en la literatura. Ver por ejemplo: a) Sonoda, Y.; Kaeriyama, K. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1992, 65, 853-857. b) Issac, Y. A.; El-Zein, S. M.; Barakat, Y. Rev. Roum. Chim. 1995, 40, 463-470. c) Larrosa, I.; Somoza, C,; Banquy, A.; Goldup, S. M. Org. Lett. 2011, 13, 146-149.


Compuesto 67.

C8H17

C8H17

(EtO)2(O)P

P(O)(OEt)2 Se ha utilizado el mismo procedimiento descrito anteriormente para la síntesis del difosfonato 60. Partiendo de 3 g (6.143 mmol) del compuesto dibromado 66 y 8 mL (18.43 mmol) de fosfito de trietilo, se obtienen 3.7 g (100%) del producto deseado 67 como un aceite incoloro que no requiere purificación para ser utilizado en posteriores reacciones.

1H-RMN (CDCl3, 400 MHz) δ: 0.88 (m, 6H, 2 x CH3), 1.22 (m, 12H, 4 x CH3), 1.27-1.34 (m, 20H, 10 x CH2), 1.55 (m, 4H, 2 x CH2), 2.62 (m, 4H, 2 x CH2), 3.13 (d, 4H, J = 20.8 Hz, 2 x CH2P), 3.98 (m, 8H, 4 x OCH2), 7.10 (s, 2H, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 100 MHz) δ: 138.9 (C), 131.7 (C), 128.0 (CH), 61.9 (OCH2), 32.5 (CH2P), 31.9 (CH2), 30.8 (CH2), 29.7 (CH2), 29.6 (CH2), 29.5 (CH2), 29.3 (CH2), 22.6 (CH2), 16.1 (CH3), 14.1 (CH3). 31P-RMN (CDCl3, 162 MHz) δ: 26.9. IR ν: 1467, 1244, 1037, 968, 881, 840, 795, 723, 600 cm–1. MALDI-TOF m/z: 602.3 [M]+.


Compuesto 68.

S

SC8H17

C8H17

n

Partiendo de 100 mg (0.27 mmol) de dialdehído 36, 482 mg (0.80 mmol) de difosfonato 67, 150 mg (1.33 mmol) de base y 10 mL de THF anhidro, la fracción que se extrae en CHCl3 proporciona 70 mg de polímero 68 como un sólido amarillo. 1H-RMN (CDCl3, 600 MHz) δ: 0.90 (m, 6H, 2 x CH3), 1.29 (m, 20H, 10 x CH2), 1.40-1.57 (m, 8H, 4 x CH2), 7.05 (A de ABc, 2H, J = 15.5 Hz, 2 x CH=), 7,21 (m, 2H, ArH), 7.28 (d, 2H, J = 4.0 Hz, 2 x CH tiofeno), 7.38 (d, 2H, J = 4.5 Hz, 2 x CH tiofeno), 7,44 (A de ABc, 2H, J = 16.2 Hz, 2 x CH=), 7.55 (A de ABc, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.63 (B de ABc, 4H, J = 8.5 Hz, ArH). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 150 MHz) δ: 146.3, 142.6, 138.0, 130.4, 127.0, 126.3, 125.8, 123.8, 121.4, 113.9, 105.6, 85.9, 31.9 (CH), 31.8 (CH2), 29.7 (CH2), 29.6 (CH2), 29.6 (CH2), 29.5 (CH2), 29.3 (CH2), 22.7 (CH2), 14.1 (CH3). IR ν: 2361, 2340, 1794, 1589, 1450, 1290 (ancho), 1178, 721, 661, 634, 605 cm–1.


Compuesto 69.

S

SC8H17

C8H17

n

F3C

CF3

Partiendo de 150 mg (0.17 mmol) de dialdehído, 93 mg (0.17 mmol) de difosfonato, 98 mg (0.52 mmol) de base, y 12 mL de disolvente, la fracción que se extrae en CHCl3 proporciona 230 mg de polímero 69 como un sólido amarillo verdoso. En este caso también se hizo una extracción con DCB analizando por GPC la fracción obtenida (ver páginas 211-212). 1H-RMN (CDCl3, 600 MHz) δ: 0.84 (m, 6H, 2 x CH3), 1.22 (m, 20H, 10 x CH2), 1.38-1.55 (m, 8H, 4 x CH2), 7.02 (d, 2H, J = 16.2 Hz, 2 x CH=), 7.09-7.16 (m, 8H), 7.32-7.42 (m, 8H), 7.46 (s, 2H, 2 x CH tiofeno), 7.60-7.67 (m, 16H). 13C-RMN y DEPT (CDCl3, 150 MHz) δ: 193.7, 145.4, 145.2, 140.6, 135.1, 134.6, 133.3, 133.2, 131.1, 130.9, 130.8, 130.5, 130.0, 129.4, 128.7, 127.9, 127.3, 127.1, 126.7, 126.6, 125.8, 125.7, 124.3, 31.9 (CH), 31.9 (CH2), 29.7 (CH2), 29.6 (CH2), 29.4 (CH2), 29.3 (CH2), 22.7 (CH2), 22.6 (CH2), 14.1 (CH3). IR ν: 1364, 1217 cm–1.


Compuesto 70.

S

SC8H17

C8H17

n

tBu

tBu

Partiendo de 50 mg (0.07 mmol) de dialdehído, 38 mg (0.07 mmol) de difosfonato, 20 mg (0.21 mmol) de base, y 7 mL de disolvente, la fracción que se extrae en CHCl3 proporciona 35 mg de polímero 70 como un sólido amarillo.

1H-RMN (CDCl3, 500 MHz) δ: 0.78 (m, 24H, 8 x CH3), 1.18 (m, 28H, 14 x CH2), 7.16 (d, 2H, J = 15.5 Hz, 2 x CH=), 7.17 (d, 8H, J = 8.4 Hz, ArH), 7.24 (d, 4H, J = 8.0 Hz, ArH), 7.25 (d, 2H, J = 15.5 Hz, 2 x CH=), 7.31 (d, 4H, J = 7.9 Hz, ArH), 7.40-7.37 (m, 12H). IR ν: 1456, 1261, 1094, 800, 689 (muy intenso) cm–1.


2.5. Resumen y conclusiones A la vista del interés existente en la síntesis de estructuras híbridas dendrítico-lineales con nuevas propiedades moleculares, ópticas y electrónicas, en la Parte II de esta Memoria se han estudiado diferentes alternativas sintéticas para la preparación de macromonómeros dendríticos, derivados de bitiofeno y poli(fenilenvinilenos), adecuadamente funcionalizados para su posterior polimerización. Así, se ha intentado la síntesis de dos tipos de macromonómeros: aquellos que poseen ramas dendríticas en las posiciones 5,5’ y un grupo alquino terminal polimerizable en las posiciones 3,3´ del sistema de [2,2´]-bitiofeno (tipo I), y aquellos que incorporan ramas dendríticas en las posiciones 3,3’ del bitiofeno y grupos polimerizables en sus posiciones 5,5´ (tipo II). Para la síntesis de los macromonómeros tipo I se han diseñado dos rutas sintéticas. La ruta A permite acceder a dendrones en las posiciones 5,5´ de la unidad de bitiofeno, si bien la incorporación de grupos alquino en las posiciones 3,3´ resultó infructuosa debido a la pobre reactividad de dichas posiciones. La ruta B, por el contrario, sí permite introducir grupos alquino en las posiciones 3,3´, aunque con bajo rendimiento. Sin embargo, la pobre solubilidad del 3,3´-dietinil-5,5´-diformil-[2,2´]-bitiofeno impide la obtención de los macromonómeros deseados. El acceso a los macromonómeros de tipo II se ha abordado, igualmente, mediante dos rutas sintéticas. La ruta C ha permitido la introducción de dendrones PPV en las posiciones 3,3´ del sistema de bitiofeno vía reacción de Sonogashira, si bien con muy pobres rendimientos. La ruta D, por el contrario, conduce con rendimientos aceptables a los macromonómeros dendríticos deseados.

2.5. Resumen y conclusiones

256

Se han llevado a cabo diferentes ensayos de polimerización con los macromonómeros de tipo II previamente sintetizados, empleando reacciones de HWE, polimerizaciones oxidativas y acoplamientos de Stille. En primer lugar, la reacción de copolimerización de HWE entre el macromonómero que incorpora dendrones de primera generación y grupos formilo y un difosfonato ha permitido obtener una mezcla de pequeños oligómeros en los que se observa la descarbonilación de las posiciones 5,5´ de la estructura de bitiofeno, provocada por el medio básico en el que se lleva a cabo la reacción y no permitiendo la obtención de polímeros de alto peso molecular. Todos los ensayos de polimerización oxidativa llevados a cabo con los macromonómeros de tipo IIA (GP = H) proporcionaron productos de muy baja solubilidad por lo que su caracterización resultó infructuosa. La copolimerización vía Stille nos ha permitido utilizar monómeros de estaño que incorporan largas cadenas hidrocarbonadas y proporcionan una mayor solublidad al polímero final. De esta manera se han preparado oligómeros con grupos de distinta naturaleza electrónica en las cadenas laterales que modifican las propiedades ópticas de este tipo de estructuras. Finalmente, y con el objetivo de solucionar los problemas de descarbonilación observados en el primer ensayo de polimerización realizado vía HWE, se han utilizado algunos de los monómeros con grupos formilo descritos en la Parte I de esta Memoria. Así se han podido preparar y caracterizar nuevos oligómeros donde, si bien la funcionalización lateral de la cadena principal disminuye la solubilidad de la estructura resultante, se ha comprobado que dicha funcionalización aumenta la estabilidad térmica en este tipo de derivados.


Summary and conclusions Due to the current interest in the synthesis of hybrid dendritic-linear structures with novel molecular, optical, and electronic properties, in the Part II of this Thesis we have studied different synthetic alternatives for the preparation of dendritic macromonomers, derived from both bithiophene and poly(phenylenevinylene), and suitably functionalized for further polymerization. Thus, we have attempted the synthesis of two types of macromonomers: those bearing dendritic branches at the 5,5’ positions and one polymerizable terminal alkyne group at the 3,3’ positions of the [2,2']-bithiophene system (type I), and those incorporating dendritic branches at the 3,3’ position of the bithiophene as well as polymerizable groups at the 5,5' positions (type II). For the synthesis of the type I macromonomers two different synthetic routes have been designed. The route A permits the access to dendrons in the 5,5’ positions of the bithiophene unit, although the incorporation of alkyne groups at 3,3’ positions was unsuccessful due to the poor reactivity of these positions. On the contrary, the route B does permit the introduction of alkyne groups at the 3,3’ positions, but in low yield. However, the poor solubility of 3,3'-diethynyl-5,5'-diformyl-[2,2']-bithiophene prevents the preparation of the desired macromonomers. Likewise, the access to type II macromonomers has been addressed by two synthetic routes. The route C has allowed the introduction of PPV dendrons at the 3,3’ positions of the bithiophene system through a Sonogashira reaction, although with very poor yields. However, the route D leads to the desired dendritic macromonomers with acceptable yields.

2.5. Resumen y conclusiones

258

We have conducted various polymerization assays with the previously synthesized type II macromonomers, using HWE reactions, oxidative polymerizations, and Stille couplings. Initially, the HWE copolymerization reaction between the macromonomer incorporating both first generation dendrons and formyl groups and a diphosphonate has allowed to obtain a mixture of small oligomers in which a decarbonylation process is observed at the 5,5’ positions of the bithiophene structure, due to the basic medium in which the reaction is carried out, impeding the formation of high molecular weight polymers. All the oxidative polymerization assays performed with the type IIA macromonomers (GP = H) yielded products with very low solubility, avoiding a successful characterization. The copolymerization through a Stille reaction allowed us the use of tin monomers that bear long hydrocarbon chains and provide a greater solubility to the final polymer. In this way, oligomers incorporating groups of different electronic nature in the side chains were prepared. These groups can modify the optical properties of the final structure. Finally, and in order to avoid the decarbonylation observed in the aforementioned HWE polymerization, we have used some of the monomers with formyl groups described in the Part I of this Thesis. It has been observed that the incorporation of branches at the main chain of the final oligomers decreases the solubility but increases the thermal stability.

Anexo

Anexo 261

• Materiales y métodos generales En todas aquellas reacciones que requerían atmósfera inerte se utilizaron técnicas de Schlenk estándar. Para las reacciones llevadas a cabo bajo irradiación microondas se utilizó un horno Biotage Initiator, el cual alcanza un rendimiento máximo de 400 W. Ø Disolventes y reactivos

La trietilamina y la diisopropilamina se secaron mediante reflujo sobre KOH y el tolueno sobre sodio y se destilaron inmediatamente antes de usarse bajo atmósfera de argón. La N,N-dimetilformamida (DMF) se secó a temperatura ambiente sobre CaH2 durante 2 h, se filtró y se destiló a presión reducida (30-40 mm Hg), siendo después almacenada sobre tamiz molecular (4 Å). El tetrahidrofurano (THF), el éter etílico (Et2O) y el diclorometano (CH2Cl2), de grado CHROMASOLV® (Aldrich), fueron purificados previamente utilizando un sistema de purificación de disolventes fabricado por Innovative Technology. El resto de disolventes y reactivos fueron suministrados por casas comerciales y usados sin purificación previa. Ø Procedimientos cromatográficos

Las cromatografías en columna se realizaron sobre óxido de aluminio neutro activado de la marca Merck (tamaño de grano: 0.02-0.003 mm), gel de sílice Merck tipo 60 de 230-400 mesh ASTM y gel de sílice tipo 60 (tamaño de grano: 0.06-0.02 mm) de la marca Roth. La mayoría se realizaron de forma manual pero en determinados casos fue necesaria una cromatografía automática utilizando un cromatógrafo Combiflash Rf con columnas de gel de sílice Redisep Rf de 12 g, de la marca Teledyne ISCO.

Anexo 262

Para las cromatografías en capa fina se han utilizado cromatofolios AL de sílica gel 60 F254 Merck de 0.2 mm de espesor y cromatofolios de alúmina neutra Brokman I de ~150 mesh. Para su visualización se ha utilizado una lámpara ultravioleta con dos longitudes de onda distintas (254 y 365 nm).

• Métodos espectroscópicos y de caracterización Ø Resonancia Magnética Nuclear

Los espectros de 1H-RMN y 13C-RMN fueron realizados en un espectrómetro Varian Inova 500. Para la caracterización de los compuestos preparados en la Universidad de Wuppertal (Alemania) se ha utilizado un espectrómetro Avance 400 y uno Avance 600, ambos de la firma Bruker. Los espectros de 31P-RMN fueron registrados en un Gemini FT-400 de la firma Varian operando a 162.085 MHz y los espectros de 19F-RMN han sido registrados en un Varian Unity 300, operando a 282.228 MHz. Los valores de desplazamiento químico (δ) se expresan en partes por millón (ppm) y las constantes de acoplamiento (J) en hertzios (Hz). En los espectros de 1H-RMN y 13C-RMN se empleó tetrametilsilano como referencia interna cuando los espectros se llevaron a cabo en cloroformo deuterado, mientras que cuando se usa otro disolvente se tomó como referencia la señal del disolvente sin deuterar. Para los espectros de 31P-RMN y 19F-RMN se usó como referencia externa ácido fosfórico al 85% (0.0 ppm) y CFCl3 (0.0 ppm), respectivamente. Los multipletes complejos se dan como intervalos y la multiplicidad del resto de señales como singlete (s), doblete (d), triplete (t) y cuadruplete (c).

Ø Espectroscopía de Infrarrojo (FT-IR)

Los espectros IR se realizaron en un espectrofotómetro de transformada de Fourier Shimazdu IR Prestige-21 que incorpora un ATR

Anexo 263

(reflectancia total atenuada) con un objetivo de ZnSe. Se indican en cada caso las bandas más características. Las medidas se hicieron con la muestra en estado sólido. Los espectros IR de los compuestos preparados en la universidad de Wuppertal (Alemania) se registraron en un espectrofotómetro FT-IR-4200 de la firma Jasco, con ATR incorporado. Ø Espectrometría de masas

Los espectros de masas se realizaron mediante la técnica Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-Of-Flight (MALDI-TOF) en un aparato Autoflex II TOF/TOF Bruker spectrometer (Bremen, Alemania) en modo positivo. Se utilizó ditranol como matriz salvo que se indique lo contrario. Típicamente, la matriz (20 mg/mL) y la muestra (2 mg/mL) fueron disueltas en THF y mezcladas en una proporción de 100:1. 5 µL de la mezcla se depositaron sobre una placa de muestras de acero inoxidable y se dejaron cocristalizar a temperatura ambiente. La placa fue entonces introducida en el espectrómetro de masas y la muestra fue irradiada y desorbida con un láser de nitrógeno (337 nm). La muestra fue lanzada al detector (TOF) después de ionizarla y acelerarla bajo un potencial de 20 kV y con un tiempo de extracción de iones según la masa a determinar. El láser fue atenuado con el objeto de obtener la mejor relación señal ruido así como una buena resolución isotópica de los picos. Asimismo, se empleó como calibración externa una mezcla de péptidos (Peptide Calibration Standard II: rango de masas: 700 Da - 3200 Da y Protein Calibration Standard I: rango de masas: ~5000 Da - 17500 Da) de Care (Bruker). Cada espectro representa la suma de 300-500 pulsos del láser. Ø Puntos de fusión

Han sido determinados en tubo capilar utilizando un aparato SMP3 y están sin corregir.

Anexo 264

Ø Análisis elemental

Los análisis cuantitativos han sido realizados por el servicio de microanálisis de la Universidad Autónoma de Madrid (S.I.D.I.) en un aparato Perkin-Elmer 2400 CHN, o bien por el Servicio de Apoyo a la Investigación (SAI) de la Universidad de La Coruña, el cual dispone de dos tipos de analizadores, uno elemental Carlo Erba Instruments EA 1108 y uno elemental ThermoQuest Flash EA 1112.

Ø Espectroscopía de UV/Visible y fluorescencia Los espectros de UV/Visible se han obtenido con un espectrómetro V-670 y V-530, ambos aparatos de la firma Jasco. Los espectros de fluorescencia han sido registrados con un espectrómetro de fluorescencia CARY Eclypse F2500 y con un espectrofluorímetro Jasco FP-750 y FP6600. Las medidas se llevaron a cabo en disolución utilizando diferentes disolventes, todos ellos de máxima pureza espectral y en algunos casos previamente desgasificados mediante burbujeo de argón durante un período de 30 minutos.

Para el cálculo de los valores de rendimiento cuántico de fluorescencia se utilizó como patrón una disolución de sulfato de quinina en una disolución acuosa de ácido sulfúrico 0.1 M. La muestra problema y la disolución patrón se prepararon de manera que su absorción fuese similar y siempre por debajo de 0.1.

Experimentalmente se determina la intensidad de la absorbancia y

el área de la banda de fluorescencia tanto para el patrón como para la muestra. El rendimiento cuántico buscado se obtiene utilizando la siguiente ecuación:

Anexo 265

2

referencia

muestra

referencia

referencia

muestra

muestrareferenciamuestra η

ηAI

IAΦΦ

=

donde Imuestra e Ireferencia son las intensidades de absorción para la muestra y el patrón, Amuestra y Areferencia son las áreas de fluorescencia y ηmuestra y ηreferencia son los índices de refracción de ambas disoluciones a la temperatura de trabajo, que en concentraciones muy diluidas pueden aproximarse a los valores del índice de refracción de los disolventes puros. El Φreferencia es el rendimiento cuántico del patrón (0.54 para el sulfato de quinina). Ø Cromatografía de permeación en gel (GPC)

Las medidas fueron hechas en el departamento de química macromolecular de la Universidad de Wuppertal, utilizando precolumnas de 8 x 50 mm y 5 μL de tamaño de partícula, y columnas de 8.0 x 300 mm con un tamaño de partícula de 5 μL, todas ellas de tipo SDV y de la firma PSS. El disolvente utilizado fue THF con un flujo de 1mL/min. Para la calibración se utilizó poliestirol como estándar, y como detectores un detector de longitud de onda múltiple Agilent G1315D (DAD) y un detector de índice de refracción (RI) Agilent. Las medidas de GPC a elevada temperatura fueron enviadas al instituto Max-Planck (instituto de investigación de polímeros) de Mainz, y realizadas con un Alliance 2000, utilizando un detector RI, a 135 ºC, con 1,3,5-triclorobenceno como disolvente y un volumen de inyección de 200 μL. Se utilizaron columnas de pretratamiento PLgel Guard y PLgel Mixed-B.

Anexo 266

Ø Termogravimetría Se utilizó un sistema TGA/DSCI STAR de la firma Mettler Toledo, para 4-10 mg de compuesto, con un crisol con capacidad para 70 o 120 μL, con argón y aire comprimido como gases, combinados o utilizados de forma independiente, con una velocidad de flujo de 50 ml/min y con un aumento de la temperatura de 10K/min. También se ha utilizado un sistema TGA Q50 (TA Instruments), realizando las medidas bajo N2 o aire atmosférico en función de si se quería analizar la parte orgánica en el primer caso o el residuo no orgánico en el segundo caso, equilibrando el aparato a una temperatura inicial de 100 °C, y a continuación usando una rampa de 10 °C/min hasta 1000 °C. Ø Estudios electroquímicos

Las medidas de voltamperometría cíclica fueron realizadas en un potenciostato µ-Autolab ECO-Chemie, utilizando grafito como electrodo de trabajo, Pt como contraelectrodo y Ag/AgCl como electrodo de referencia. Los experimentos se llevaron a cabo bajo argón en CH2Cl2 con Bu4NPF6 0,1 M como electrolito y a temperatura ambiente. La velocidad de barrido fue de 100 mV/s. La concentración ha sido variable, según el producto medido y se indica en cada caso concreto.

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Compuestos cruciformes y polímeros dendronizados basados en