ES2222616T3 - Derivados de base de schiff de catalizadores de rutenio y osmio para la metatesis de olefinas. - Google Patents

Derivados de base de schiff de catalizadores de rutenio y osmio para la metatesis de olefinas.

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ES2222616T3
ES2222616T3 ES98957497T ES98957497T ES2222616T3 ES 2222616 T3 ES2222616 T3 ES 2222616T3 ES 98957497 T ES98957497 T ES 98957497T ES 98957497 T ES98957497 T ES 98957497T ES 2222616 T3 ES2222616 T3 ES 2222616T3
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Robert H. Grubbs
Sukbok Chang
Leroy Ii Jones
Chunming Wang
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California Institute of Technology CalTech
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    • C07F15/0006Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic Table compounds of the platinum group
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Abstract

Un compuesto de fórmula general **(Fórmula)** en la que: M es rutenio u osmio; X1 es un ligando aniónico; L1 es un donador de electrones neutro; R y R1 son cada uno hidrógeno o un sustituyente seleccionado de alquilo de C1-C20, alquenilo de C2-C20, alquinilo de C2-C20, arilo, carboxilato de C1-C20, alcoxi de C1-C20, alqueniloxi de C2-C20, alquiniloxi de C2-C20, ariloxi, alcoxicarbonilo de C2-C20, alquil de C1-C20-tio, alquil de C1-C20-sulfonilo y alquil de C1-C20-sulfinilo, estando el sustituyente opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados del grupo que consiste en alquilo de C1-C10, alcoxi de C1-C10 y arilo; Z se selecciona de oxígeno, azufre, -NR10 y -PR10, y R6, R7, R8, R9 y R10 se selecciona cada uno de hidrógeno, alquilo de C1-C20, arilo y heteroarilo, estando cada grupo distinto de hidrógeno opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C1-C10, alcoxi de C1-C10 y arilo, o R6 y R7 pueden formar juntos un grupo arilo, cicloalquilo o heteroarilo; en la que X1, L1, Z, R, R1, R6, R7, R8 y R9, cada uno opcionalmente, incluye uno o más grupos funcionales seleccionados de hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, imina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.

Description

Derivados de base de Schiff de catalizadores de rutenio y osmio para la metátesis de olefinas.
El Gobierno de los Estados Unidos tiene ciertos derechos en esta invención de acuerdo con la Subvención nº CHE 892272 concedida por la National Science Fundation.
Se ha introducido un gran número de sistemas catalíticos que pueden iniciar la metátesis de olefinas. No obstante, el trabajo más reciente en la metátesis de olefinas se hizo usando sistemas catalíticos multicomponentes mal definidos. Es solamente en los últimos años cuando se han preparado y utilizado extensamente en la metátesis de olefinas complejos de carbeno de metal de un solo componente bien definidos.
Con la llegada de sistemas catalíticos eficaces, la metátesis de olefinas ha surgido como una poderosa herramienta para la formación de enlaces C-C en química. De importancia entre los sistemas catalíticos bien definidos es el sistema 1 de alcoxiimido-molibdeno desarrollado por Schrock y sus colaboradores y los complejos 2-3 de carbeno de bencilideno-rutenio desarrollados por Grubbs y sus colaboradores.
1
En particular, los sistemas catalíticos de carbeno de rutenio han atraído gran atención, no solo porque exhiben alta reactividad para varios procedimientos de metátesis bajo condiciones suaves, sino también debido a su notable tolerancia de muchos grupos funcionales orgánicos. No obstante, aunque estos catalizadores de carbeno de rutenio (particularmente los complejos 2 y 3) han sido usados en diversas reacciones de metátesis de olefinas con notable éxito, se requieren mejoras adicionales tales como mejor estabilidad térmica, alta actividad en disolventes próticos polares, y selectividad quiral y cis/trans, para explotar más completamente su potencial comercial.
La presente invención se refiere generalmente a catalizadores de carbeno de rutenio y osmio para uso en reacciones de metátesis de olefinas. Más en particular, la presente invención se refiere a derivados de base de Schiff de catalizadores de carbeno de rutenio y osmio y a métodos para hacer los mismos.
Los catalizadores de base de Schiff son de la fórmula general
2
en la que:
M es rutenio u osmio;
X^{1} es un ligando aniónico
L^{1} es un donador de electrones neutro;
R y R^{1} son cada uno hidrógeno o un sustituyente seleccionado del grupo que consiste en alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20}, alquinilo de C_{2}-C_{20}, arilo, carboxilato de C_{1}-C_{20}, alcoxi de C_{1}-C_{20}, alqueniloxi de C_{2}-C_{20}, alquiniloxi de C_{2}-C_{20}, ariloxi, alcoxicarbonilo de C_{2}-C_{20}, alquiltio de C_{1}-C_{20}, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonilo y alquil de C_{1}-C_{20}-sulfinilo, estando el sustituyente opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados del grupo que consiste en alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo;
Z se selecciona de oxígeno, azufre, -NR^{10} y -PR^{10}, y
cada uno de R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} y R^{10} se selecciona de hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20}, arilo y heteroarilo, estando cada grupo distinto de hidrógeno opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo; o R^{6} y R^{7} pueden forman juntos un grupo arilo, cicloalquilo o heteroarilo;
en la que cada uno de X^{1}, L^{1}, Z, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8} y R^{9} incluye opcionalmente uno o más grupos funcionales seleccionados de hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, imina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.
Los ligandos de base de Schiff se preparan poniendo en contacto una sal de una base de Schiff que tiene la fórmula
3
con un compuesto que tiene la fórmula
4
en la que
M, X^{1}, L^{1}, Z, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8} y R^{9} son como se describen previamente;
X es un ligando aniónico; y
L es un donador de electrones neutro.
Los catalizadores de base de Schiff de la presente invención muestran estabilidad térmica inesperadamente mejorada sobre los catalizadores de rutenio y osmio sin modificar y mantienen alta actividad de metátesis incluso en disolventes próticos polares. Aunque los catalizadores inventivos se pueden usar en todas las reacciones de metátesis, se prefieren particularmente las reacciones de metátesis de cierre de anillo ("MCA") puesto que se favorece frente a otras reacciones competitivas a mayores temperaturas. Además, debido a que proporcionan vías apropiadas para incluir funcionalidades adicionales, los derivados de base de Schiff pueden jugar un papel clave en el diseño de catalizadores de metátesis quiral y/o selectiva cis/trans.
La presente invención se refiere generalmente a catalizadores de carbeno de rutenio y osmio para uso en reacciones de metátesis de olefinas. Más en particular, la presente invención se refiere a derivados de base de Schiff de catalizadores de carbeno de rutenio y osmio y a métodos para hacer los mismos.
Los complejos de carbeno de rutenio y osmio no modificados han sido descritos en los documentos US-A-5.312.940, US-A-5.342.909, US-A-5.728.917, US-A-5.750.815 y US-A-5.710.298. Los complejos de carbeno de rutenio y osmio descritos en estos documentos poseen todos centros metálicos que están formalmente en el estado de oxidación +2, tienen un recuento de electrones de 16 y están pentacoordinados. Estos catalizadores son de la fórmula general
5
en la que:
M es rutenio u osmio;
X y X^{1} son, cada uno independientemente, cualquier ligando aniónico;
L y L^{1} son, cada uno independientemente, cualquier ligando donador de electrones neutro;
R y R^{1} son, cada uno independientemente, hidrógeno o un sustituyente seleccionado de alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20}, alquinilo de C_{2}-C_{20}, arilo, carboxilato de C_{1}-C_{20}, alcoxi de C_{1}-C_{20}, alqueniloxi de C_{2}-C_{20}, alquiniloxi de C_{2}-C_{20}, ariloxi, alcoxicarbonilo de C_{2}-C_{20}, alquil de C_{1}-C_{20}-tio, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonilo y alquil de C_{1}-C_{20}-sulfinilo. Opcionalmente, cada uno de los grupos sustituyentes R o R^{1} puede estar sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo, que, a su vez, pueden estar cada uno sustituido además con uno o más grupos seleccionados de un halógeno, un alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo. Además, cualquiera de los ligandos del catalizador puede incluir además uno o más grupos funcionales. Ejemplos de grupos funcionales apropiados incluyen, pero no se limitan a: hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, imina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.
En las realizaciones preferidas de estos catalizadores, el sustituyente R es hidrógeno y el sustituyente R^{1} se selecciona del grupo que consiste en alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20} y arilo. En realizaciones incluso más preferidas, el sustituyente R^{1} es fenilo o vinilo, opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5}, fenilo y un grupo funcional. En las realizaciones especialmente preferidas, R^{1} es fenilo o vinilo sustituido con uno o más restos seleccionados de cloruro, bromuro, yoduro, fluoruro, -NO_{2}, -NMe_{2}, metilo, metoxi y fenilo. En las realizaciones más preferidas, el sustituyente R^{1} es fenilo.
En las realizaciones preferidas de estos catalizadores, L y L^{1} se seleccionan, cada uno independientemente, de fosfina, fosfina sulfonada, fosfito, fosfinito, fosfonito, arsina, estibina, éter, amina, amida, imina, sulfóxido, carboxilo, nitrosilo, piridina, y tioéter. En realizaciones más preferidas, L y L^{1} son cada uno una fosfina de fórmula PR^{3}R^{4}R^{5}, donde R^{3}, R^{4} y R^{5} son, cada uno independientemente, arilo o alquilo de C_{1}-C_{10}, particularmente alquilo primario, alquilo secundario o cicloalquilo. En las realizaciones más preferidas, cada uno de los ligandos L y L^{1} se seleccionan de -P(ciclohexil)_{3}, -P(ciclopentil)_{3}, -P(isopropil)_{3} y -P(fenil)_{3}.
En las realizaciones preferidas de estos catalizadores, X y X^{1} son, cada uno independientemente, hidrógeno, haluro o uno de los siguientes grupos: alquilo de C_{1}-C_{20}, arilo, alcóxido de C_{1}-C_{20}, arilóxido, alquil de C_{3}-C_{20}-dicetonato, arildicetonato, carboxilato de C_{1}-C_{20}, arilsulfonato, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonato, alquil de C_{1}-C_{20}-tio, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonilo o alquil de C_{1}-C_{20}-sulfinilo. Opcionalmente, X y X^{1} pueden estar sustituidos con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo, que, a su vez, pueden estar sustituidos además con uno o más grupos seleccionados de halógeno, alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo. En realizaciones más preferidas, X y X^{1} son haluro, benzoato, carboxilato de C_{1}-C_{5}, alquilo de C_{1}-C_{5}, fenoxi, alcoxi de C_{1}-C_{5}, alquil de C_{1}-C_{5},-tio, arilo y alquil de C_{1}-C_{5}-sulfonato. En realizaciones incluso más preferidas, cada uno de X y X^{1} son haluro, CF_{3}CO_{2}, CH_{3}CO_{2}, CFH_{2}CO_{2}, (CH_{3})_{3}CO, (CF_{3})_{2}(CH_{3})CO, (CF_{3})(CH_{3})_{2}CO, PhO, MeO, EtO, tosilato, mesilato, o trifluorometanosulfonato. En las realizaciones más preferidas, X y X^{1} son cada uno cloruro.
Los catalizadores de la presente invención son similares a los catalizadores anteriores excepto que X y L están simultáneamente sustituidos con un ligando de base de Schiff de fórmula general
6
en la que:
N y Z están coordinados con el centro metálico, M;
Z se selecciona de O ("oxígeno"), S ("azufre"), NR^{10} y PR^{10}; y
R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} y R^{10} se selecciona, cada uno independientemente, de un grupo que consiste en hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20}, arilo y heteroarilo, o R^{6} y R^{7} pueden formar juntos un grupo arilo, cicloalquilo o heteroarilo. Cada grupo distinto de hidrógeno puede estar opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo, que, a su vez, pueden estar cada uno sustituido además con uno o más grupos seleccionados de halógeno, alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo.
El término "alquilo" se pretende que incluya, y por lo tanto incluye, todas las formas de restos alquilo tales como incluye grupos alquilo primarios, secundarios, terciarios y cíclicos. Ejemplos ilustrativos de restos arilo y heteroarilo incluyen, pero no se limitan a: antracilo, adamantilo, furilo, imidazolilo, isoquinolilo, fenilo, naftilo, fenantracilo, piridilo, pirimidilo, pirrilo y quinolilo. Además, los grupos R adyacentes, R^{6} y R^{7}, pueden formar juntos un grupo cíclico sustituido o no sustituido (es decir, arilo, cicloalquilo o heteroarilo). Cada uno de R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} y R^{10} puede estar opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo. Además, el ligando de base de Schiff puede incluir uno o más grupos funcionales. Ejemplos de grupos funcionales incluyen, pero no se limita a, hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.
Los catalizadores resultantes son de la fórmula general
7
en la que M, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9}, Z, X^{1} y L^{1} son como se definen previamente.
En las realizaciones preferidas: M es rutenio; R es hidrógeno; R^{1} se selecciona de alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20} y arilo; L^{1} es una fosfina de fórmula PR^{3}R^{4}R^{5}, en la que R^{3}, R^{4} y R^{5} se seleccionan cada uno de arilo, alquilo primario de C_{1}-C_{10}, alquilo secundario, y cicloalquilo; y X^{1} se selecciona de haluro, CF_{3}CO_{2}, CH_{3}CO_{2}, CFH_{2}CO_{2}, (CH_{3})_{3}CO, (CF_{3})_{2}(CH_{3})CO, (CF_{3})(CH_{3})_{2}CO, PhO, MeO, EtO, tosilato, mesilato, o trifluorometanosulfonato. Los compuestos preferidos de estas realizaciones son aquellos en los que X^{1} es cloruro; L^{1} se selecciona de
-P(ciclohexil)_{3}, -P(ciclopentil)_{3}, -P(isopropil)_{3} y -P(fenil)_{3}; R^{1} es fenilo o vinilo, opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo; R^{6} y R^{7} juntos forman un grupo arilo o heteroarilo; R^{8} es hidrógeno y R^{9} es arilo o heteroarilo.
En realizaciones más preferidas, los catalizadores inventivos son de la fórmula general
8
en la que R, R^{1}, R^{9}, X^{1} y L^{1} son como de definen anteriormente, y R^{11} es un grupo arilo o heteroarilo, opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo. Con referencia a la fórmula general para el derivado catalítico de la base de Schiff, M es rutenio; Z es oxígeno; R^{8} es hidrógeno y R^{11} es un grupo arilo o heteroarilo que se forma por la unión de R^{6} y R^{7}.
Preferiblemente, X^{1} se selecciona de haluro, CF_{3}CO_{2}, CH_{3}CO_{2}, CFH_{2}CO_{2}, (CH_{3})_{3}CO, (CF_{3})_{2}(CH_{3})CO, (CF_{3})
(CH_{3})_{2}CO, PhO, MeO, EtO, tosilato, mesilato y trifluorometanosulfonato; L^{1} es una fosfina de fórmula PR^{3}R^{4}R^{5}, en la que cada uno de R^{3}, R^{4} y R^{5} se selecciona de arilo, alquilo primario de C_{1}-C_{10}, alquilo secundario, y cicloalquilo; R es hidrógeno; y R^{1} se selecciona de alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20} y arilo.
En realizaciones incluso más preferidas de los complejos de base de Schiff:
X^{1} es cloruro;
L^{1} se selecciona de -P(ciclohexil)_{3}, -P(ciclopentil)_{3}, -P(isopropil)_{3} y -P(fenil)_{3};
R es hidrógeno;
R^{1} es fenilo o vinilo, opcionalmente sustituidos con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo;
R^{9} es un arilo o heteroarilo opcionalmente sustituido con al menos un resto fuera de su anillo aromático; y
R^{11} es un arilo o heteroarilo, opcionalmente sustituido con un grupo que extrae electrones. En realizaciones especialmente preferidas, R^{9} es fenilo opcionalmente sustituido con al menos un sustituyente voluminoso y al menos un grupo que extrae electrones, y R^{11} es fenilo sustituido con al menos un grupo que extrae electrones. Los ejemplos apropiados de grupos que extraen electrones incluyen, pero no se limitan a: haluro, alquilo de C_{1}-C_{10} sustituido con uno o más haluros, y nitro. Ejemplos apropiados de sustituyentes voluminosos incluyen pero no se limitan a alquilo de C_{3}-C_{10} terciario y arilo.
Dos de las realizaciones más preferidas de la presente invención incluyen:
9
y
10
Además de ser valiosa por derecho propio, la estructura de quelato de los compuestos de base de Schiff inventivos proporciona una estructura suficientemente rígida para el diseño de catalizadores para la metátesis quiral o selectiva cis/trans. Por ejemplo, dependiendo de la naturaleza de la reacción, puede ser deseable tener el catalizador que sea quiral o proquiral. Usos ilustrativos de tales compuestos incluyen la resolución cinética de olefinas quirales y la inducción asimétrica en reacciones de cierre de anillo de trieno proquiral. La selectividad cis/trans se puede conseguir controlando el volumen estérico de los ligandos para influir en las energías relativas de los productos intermedios de reacción que conducen a diferentes productos.
En otra realización de la presente invención, se presentan métodos para preparar los complejos de base de Schiff. En general, el método comprende hacer reaccionar una sal de una base de Schiff de fórmula general:
11
con un catalizador de fórmula general
12
en las que M, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9}, X, X^{1}, L y L^{1} son como se definen previamente.
Aunque se puede formar cualquier sal, se encontró que las sales de talio eran particularmente eficaces.
En las realizaciones preferidas, la base de Schiff se forma a partir de la condensación de un aldehído o una cetona de fórmula general
13
con una amina de fórmula general H_{2}NR^{9}.
En realizaciones más preferidas, la reacción de condensación es entre un aldehído, R^{11}(HC=O)(OH), y una amina, H_{2}NR^{9}, para dar catalizadores de fórmula general:
14
en la que X^{1}, L^{1}, R, R^{1}, R^{9} y R^{11} son como de describen previamente. Los aldehídos particularmente preferidos incluyen salicilaldehído sustituido y no sustituido.
Con fines de claridad, la síntesis de los derivados de base de Schiff de los catalizadores de rutenio y osmio se ilustrará con referencia a realizaciones de un catalizador específico, complejo de rutenio 2 ó 3. No obstante, debería entenderse que los próximos métodos son generalmente aplicables.
Esquema 1
15
Como se ilustra mediante el Esquema 1, los ligandos de salicilaldimina 6a-h se prepararon por condensación simple de los salicilaldehídos 4 y derivados de amina alifática o aromática 5 con excelentes rendimientos. Los ligandos de salicilaldimina se convirtieron cuantitativamente en las correspondientes sales de talio tras tratamiento con etóxido de talio. Los ligandos X y L fueron sustituidos por los ligandos de base de Schiff resultantes en los complejos 2 ó 3.
La eficacia de las reacciones de sustitución para dar los catalizadores de base de Schiff 8a-h deseados varió dependiendo del volumen de los sustituyentes sobre los ligandos. Por ejemplo, mientras que las sales de talio de los ligandos que portan un grupo metilo (7f) en la posición 6 del anillo de fenoxi experimentaron fácilmente la sustitución con 2 ó 3, la reacción de los ligandos que portaban sustituyentes más voluminosos (es decir, el grupo t-Bu) en la misma posición dieron mala conversión bajo varias condiciones de sustitución. La reacción de 3 con ligandos derivados de anilinas que tenían sustituyentes en las posiciones 2 y 6 produjeron múltiples complejos. No obstante, presumiblemente debido a razones estéricas, los ligandos que portan sustituyentes altamente voluminosos (es decir, triisopropilsililoxi-) en las posiciones 2 y 6 de la bencimina exhibieron reactividad relativamente muy mala en la reacción con 3. No obstante, la sustitución del ligando de base de Schiff descrita anteriormente es sorprendentemente robusta y permite la síntesis de un conjunto diverso de catalizadores de base de Schiff.
A pesar de la conversión cuantitativa (por NMR) de 3 en los complejos de rutenio de base de Schiff en todos los casos, los rendimientos de recristalización aislados fueron inferiores debido a la alta solubilidad de los complejos productos en la mayoría de los disolvente orgánicos. Las especies 8a-h de bencilideno base de Schiff rutenio son sólidos muy estables al aire o la humedad y, en algunos casos, se pueden purificar adicionalmente por cromatografía en columna usando gel de sílice. Además, los complejos muestran cantidades despreciables de descomposición en solución (CH_{2}Cl_{2} o C_{6}H_{6}), incluso cuando se calientan a temperaturas tan altas como 85ºC. Por ejemplo, como se muestra en la Tabla 1, aunque el complejo 3 de rutenio (un ejemplo representativo de un catalizador de metátesis de rutenio descrito previamente) se descompuso significativamente después de sólo 30 minutos a 85ºC, el complejo inventivo 8b estaba virtualmente inafectado.
TABLA 1 Comparación de las velocidades de descomposición del catalizador
Complejo 3 Complejo 8b
Concentración inicial 4,2 mmol 4,0 mmol
30 minutos a 85ºC 1,3 mmol 3,6 mmol
60 minutos a 85ºC 0,6 mmol 3,8 mmol
Como se explicará con mayor detalle más adelante, el aumento inesperado en la estabilidad térmica de estos catalizadores sobre los catalizadores de metátesis de rutenio y osmio previamente descritos les hace mucho más susceptibles a aplicaciones industriales.
Caracterización estructural de los complejos de rutenio sustituidos con base de Schiff
La sustitución de un ligando de fosfina y uno de cloruro por un ligando de base de Schiff fue indicada de modo inequívoco por los cambios espectrales de NMR característicos para todas las reacciones de sustitución (7 \rightarrow 8, Esquema 1). Se ha encontrado que las constantes de acoplamiento entre el protón H\alpha del carbeno y la fosfina coordinada son sensibles a la orientación relativa del plano definido por los átomos del fragmento de carbeno y la del plano P-Ru-P. Cuando el plano del carbeno está a 90º con respecto al plano de P-Ru-P, J_{PH} = 0 y J_{PH} > 10 cuando son coplanares.
En contraste con el complejo 3 (singlete, 20,1 ppm en CD_{2}Cl_{2}), los desplazamientos químicos del protón del bencilideno en los compuestos 8a-h aparecen entre 19,8 y 18,7 ppm como un doblete (Tabla 2). Como se esperaba, los complejos que portan ligandos con más sustituyentes que extraen electrones fueron desplazados hacia mayores valores de \delta. Los acoplamientos protón-fósforo también variaron dependiendo de la naturaleza de los ligandos de base de Schiff. Es especialmente notable que las constantes de acoplamiento J_{PH} sean más sensibles al volumen estérico que a la contribución electrónica de los sustituyentes sobre los ligandos de base de Schiff. Esto sugiere que, aunque la coordinación del ligando alrededor del centro metálico de rutenio sea similar, la geometría relativa de cada especie varía ligeramente dependiendo de las demandas estéricas producidas por los ligandos. Por ejemplo, aunque los ligandos estéricamente apiñados dan bajas constantes de acoplamiento J_{PH} (es decir, 2,7 Hz en 8f), aquellos valores aumentan tras la reducción de las demandas estéricas en las bases de Schiff (es decir, 4,8 Hz en 8d). Como se encuentra en la espectroscopia de NMR de protón, los espectros de ^{31}P para los ligandos de fosfina coordinados en 8a-h también dependen de la naturaleza electrónica de los ligandos de base de Schiff. Por ejemplo, aunque el desplazamiento químico del fósforo está en el intervalo de 51-54 ppm para los ligandos derivados de anilina, está desplazado hacia menores valores de \delta (39 ppm) para 8h.
TABLA 2 Datos de NMR para los complejos 8a-8b de carbeno de rutenio y J (en Hz, CD_{2}Cl_{2})
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Representativa de los complejos 8a-h, la estructura de la especie 8b de bencilideno sustituido con base de Schiff se confirmó además mediante análisis por rayos X de un único cristal. Los cristales apropiados para la determinación de la estructura por rayos X se aislaron de una solución en diisopropil-éter concentrada a -20ºC. La recogida de datos y los datos de refinamiento del análisis se resume en la Tabla 3 y las distancias y ángulos de enlace seleccionados se listan en la Tabla 4.
TABLA 3 Resumen de datos del cristal y refinamientos de la estructura de 8b
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TABLA 4 Longitudes (\ring{A}; 10^{-1} nm) y ángulos (grados) de enlace seleccionados para el complejo de rutenio 8b
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En estado sólido, la molécula adopta una geometría de coordinación bipiramidal trigonal distorsionada. La 2,6-diisopropilbencimina voluminosa ocupa una posición axial trans con respecto a la triciclohexilfosfina y la parte fenoxi está colocada en posición ecuatorial con un ángulo O1-Ru-C1 casi lineal (173,0º). Los dos anillos aromáticos del ligando de base de Schiff están colocados uno con respecto al otro en un ángulo de 80,1º. Aunque el resto de bencilideno en el complejo 3 esté perpendicular con respecto al plano de P1-Ru-P2, el ángulo de la unidad de carbeno en la estructura de 8b con respecto al plano de P-Ru-N1 es 87,14º. Esta distorsión del plano del carbeno es consistente con el valor distinto de cero de J_{PH} para 8b. La distancia de enlace de Ru-C1 (carbono del carbeno) [1,850 (6) \ring{A} (10^{-1} nm)] es similar a las de los compuestos relacionados; RuCl_{2}(=CHCH=CPh_{2})PCy_{3} [d(Ru-C), 1,851(21) \ring{A} (10^{-1} nm)], [RuCl(=C(OMe)-(CH=CPh_{2})(CO) (Pi-Pr_{3})_{2}][BF_{4}] [d(Ru-C), 1,874(3) \ring{A} (10^{-1} nm)] o RuCl_{2}(=CH-p-C_{6}H_{4}Cl)(PCy_{3})_{2} [d(Ru-C), 1,838(3) \ring{A} (10^{-1} nm)].
Uso de los derivados de base de Schiff en reacciones de metátesis
Los catalizadores de base de Schiff inventivos se pueden usar para cualquier reacción de metátesis. En general, los métodos para llevar a cabo reacciones de metátesis comprenden poner en contacto al menos uno de los catalizadores inventivos con una olefina. La práctica de la presente invención puede tener lugar tanto en presencia como en ausencia de disolventes. En las reacciones sin disolvente, los catalizadores inventivos se disuelven típicamente en la olefina que se va a hacer reaccionar. Como se usa en esta invención, el término "olefina" es un hidrocarburo no sustituido o sustituido con al menos un doble enlace carbono-carbono. El hidrocarburo puede ser un compuesto de cadena lineal, ramificada o cíclica. Ejemplos ilustrativos de sustituyentes hidrocarbonados incluyen, pero no se limitan a: alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20}, alquinilo de C_{2}-C_{20}, arilo, carboxilato de C_{1}-C_{20}, alcoxi de C_{1}-C_{20}, alqueniloxi de C_{2}-C_{20}, alquiniloxi de C_{2}-C_{20}, ariloxi, alcoxicarbonilo de C_{2}-C_{20}, alquil de C_{1}-C_{20}-tio, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonilo, alquil de
C_{1}-C_{20}-sulfinilo y un grupo funcional seleccionado de hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, imina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.
Una reacción de metátesis particularmente importante es la polimerización por metátesis de apertura de anillo ("PMAA") de olefinas cíclicas. Ejemplos ilustrativos de olefinas cíclicas para PMAA incluyen, pero no se limitan a, norborneno, ciclobuteno, norbornadieno, ciclopenteno, diciclopentadieno, ciclohepteno, cicloocteno, 7-oxanorborneno, 7-oxanorbornadieno, ciclooctadieno y ciclododeceno. Otra reacción de metátesis importante es la metátesis de cierre de anillo ("MCA"). En la MCA, se pone en contacto un dieno no cíclico (una olefina que tenga dos dobles enlaces carbono-carbono) con al menos uno de los catalizadores inventivos para formar una olefina cíclica. Aunque los catalizadores inventivos se pueden usar en cualquier reacción de metátesis, el uso en reacciones de MCA es particularmente preferido porque se favorece sobre las reacciones competitivas a mayores temperaturas.
El Esquema 2 ilustra el uso de los complejos de carbeno de rutenio de base de Schiff 8a-h en una reacción de MCA.
Esquema 2
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En general, los compuestos inventivos tienden a ser menos reactivos a temperatura ambiente que los complejos de carbeno de rutenio y osmio descritos previamente. No obstante, la reactividad aumenta espectacularmente a mayor temperatura. Por ejemplo, aunque el cierre del anillo del éster 9 de dialilmalonato de dietilo se desarrolla en 12 horas a temperatura ambiente con el complejo 8g (8% en moles, CH_{2}Cl_{2}), la reacción se completa en 1 hora a 70ºC con el mismo catalizador de carbeno (3% en moles, C_{6}H_{6}). En otro ejemplo, el uso de complejo 8b da como resultado un rendimiento casi del 100% cuando la reacción se lleva a cabo a 55ºC sin evidencia de descomposición del catalizador incluso después de 2 días a esa temperatura. Este alto rendimiento de producto es un resultado sorprendente e inesperado debido al número de caminos competidores para los reaccionantes de dieno.
La pronunciada diferencia en las reactividades entre las temperaturas ambiente y elevada plantea varias ventajas para el uso industrial de estos catalizadores. Por ejemplo, el uso de los catalizadores de base de Schiff de la presente invención presenta un método elegante y sencillo para controlar el tiempo de empleo útil (que es el tiempo durante el cual se puede seguir trabajando la mezcla de monómero/catalizador) de la mezcla de reacción de polimerización. Contando con la cinética dependiente de la temperatura de la reacción de polimerización, todas las etapas pre-polimerización para hacer una pieza moldeada (es decir, mezclar el monómero de olefina con el catalizador, colar/inyectar/verter la mezcla de reacción en un molde) se pueden producir a temperatura ambiente. Puesto que los catalizadores inventivos no son muy activos a esta temperatura, las etapas preparatorias se pueden producir sin miedo a una polimerización prematura. Una vez que la reacción está lista para seguir, se puede calentar la mezcla hasta la temperatura necesaria para permitir que se produzca la reacción de polimerización a la velocidad deseada. Las temperaturas apropiadas dependerán del catalizador inventivo específico. No obstante, la temperatura elevada es típicamente al menos 40ºC.
En otro ejemplo, los catalizadores de la presente invención se pueden usar para la formación de grandes productos moldeados. La polimerización de piezas gruesas ha sido particularmente problemática debido a que la naturaleza exotérmica de la reacción tendía a destruir los catalizadores de metátesis descritos previamente durante el curso de la reacción de polimerización. Como resultado, la polimerización de estos productos tendía a ser desigual siendo especialmente susceptibles los centros de las zonas gruesas a la polimerización incompleta. En contraste, debido a su sensibilidad térmica aumentada, se pueden evitar tales problemas con el uso del catalizador inventivo.
Todavía otra característica de los catalizadores de la presente invención es su capacidad para mantener la actividad catalítica incluso en disolventes próticos polares. El uso de disolventes próticos polares es particularmente necesario cuando un sustrato deseado no es soluble en los disolventes no polares comunes. Por ejemplo, la sal de HCl de dialilamina 10 que no es soluble en los disolventes no polares comunes se cicló limpiamente en alcohol metílico con el complejo 8a (5% en moles, 40ºC, 12 h).
En resumen, los derivados de base de Schiff de los complejos de rutenio y osmio son catalizadores importantes por derecho propio exhibiendo alta estabilidad térmica y alta actividad de metátesis (incluso en disolventes próticos polares). Además, debido a que proporcionan vías apropiadas para incluir funcionalidades adicionales, los derivados de base de Schiff pueden jugar un papel clave en el diseño de catalizadores de metátesis de olefinas quiral o selectiva cis/trans.
Parte experimental
A menos que se indique de otra forma, todas las operaciones se llevaron a cabo usando técnicas de Schlenk estándar o procedimientos en caja seca. Se purificó argón mediante paso a través de columnas de catalizador BASF R3-11 (Chemalog) y tamices moleculares de 4 \ring{A} (10^{-1} nm) (Linde). Se transfirieron y almacenaron en una caja seca Vaccum Atmospheres llena con nitrógeno compuestos organometálicos sólidos. Los espectros de ^{1}H-NMR (300,1 MHz) y
^{13}C-NMR (75,49 MHz) se registraron en un espectrómetro General Electric QE-300. Los espectros de ^{31}P-NMR (161,9 MHz) se registraron en un espectrómetro JEOL GX-400. Los desplazamientos químicos por NMR se expresan en ppm hacia valores de \delta a partir del tetrametilsilano ("TMS") (escala) siendo empleado TMS como disolvente interno para los espectros de protón y siendo empleado ácido fosfórico como disolvente interno para los espectros de fósforo. Los espectros de masas de alta resolución fueron proporcionados por la Southern California Mass Spectrometry Facility (Universidad de California, Riverside). La cromatografía analítica de capa fina ("TLC") se llevó a cabo usando placas previamente revestidas de gel de sílice 60 F254 (0,25 mm de espesor) con un indicador fluorescente. La cromatografía "flash" en columna se llevó a cabo usando gel de sílice 60 (malla 230-400; 62-37 micrómetros) de EM Science. Todos los disolventes se desgasificaron rigurosamente en depósitos de 18 l y se pasaron a través de dos columnas de purificación secuenciales. El complejo 3 y 2,6-dimetil-4-metoxianilina se prepararon según procedimientos publicados (Nguyen et al., J. Am. Chem. Soc., 115: 9858-9859 (1993); Sone et al., Nippon Kagaku Kaishi 7 1237-1240 (1982)). A menos que se indique de otro modo, todos los demás compuestos se compraron a Aldrich Chemical Company y se usaron como se recibieron.
Procedimiento general para la preparación de la base de Schiff (6a-h)
La condensación de salicilaldehídos con derivados de amina alifática o aromática se llevó a cabo agitando en alcohol etílico a 80ºC durante 2 horas.
Tras enfriar hasta 0ºC, precipitó un sólido amarillo de la mezcla de reacción. El sólido se filtró, se lavó con alcohol etílico frío y después se secó a vacío para dar el ligando de salicilaldimina deseado con excelentes rendimientos. Para cada reacción se describe cualquier modificación.
Base de Schiff 6a (R^{1}=H, R^{2}=2,6-i-PrC_{6}H_{3})
Salicilaldehído (0,37 g, 3,0 mmol), 2,6-diisopropilanilina (0,53 g, 3,0 mmol) y etanol (15 ml) dieron 0,76 g (90%) del compuesto del título como un sólido amarillo. Para acelerar la reacción de condensación se usó una gota de ácido fórmico. P.f. 60-61ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 13,16 (s, 1H), 8,34 (s, 1H), 7,46 (d, J=7,2 Hz, 1H), 7,40 (t, J=7,2 Hz, 1H), 7,22 (bs, 3H), 7,10 (d, J=8,4 Hz, 1H), 6,99 (t, J=7,5 Hz, 1H), 3,20 (septeto, J=6,6 Hz, 2H), 1,20 (d, J=6,9 Hz, 12H); ^{13}C-NMR (CDCl_{3}) \delta 166,4, 161,0, 145,9, 138,4, 133,0, 132,0, 125,3, 123,0, 118,8, 118,4, 117,1, 27,9, 23,3; HRMS (EI) para C_{19}H_{23}NO[M]^{+} 281,1780, encontrado 281,1786.
Base de Schiff 6b (R^{1}=4-NO_{2}, R^{2}=2,6-i-PrC_{6}H_{3})
5-Nitrosalicilaldehído (1,10 g, 6,60 mmol), 2,6-diisopropilanilina (1,20 g, 6,60 mmol) y etanol (25 ml) dieron 2,0 g (93%) del compuesto del título como un sólido amarillo. P.f. 122-124ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 14,35 (s, 1H), 8,43 (s, 1H), 8,38 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,32 (d, J=9,3 Hz, 1H), 7,25 (bs, 3H), 7,15 (d, J=9,0 Hz, 1H), 2,97 (septeto, J=6,9 Hz, 2H), 1,22 (d, J=6,9 Hz, 12H); ^{13}C-NMR (CDCl_{3}) \delta 166,8, 165,2, 144,4, 139,7, 138,4, 128,3, 128,2, 126,1, 123,3 118,3, 117,3, 28,1, 23,3; HRMS (CI) para C_{19}H_{23}N_{2}O_{3}[M+H]^{+} 327,1709, encontrado 327,1708.
Base de Schiff 6c (R^{1}=4-NO_{2}, R^{2}=2,6-Me-4-MeC_{6}H_{2})
5-Nitrosalicilaldehído (6,68 g, 40 mmol), 2,6-dimetil-4-metoxianilina (6,65 g, 44 mmol) y etanol (140 ml) dieron 11,52 g (96%) del compuesto del título como un sólido amarillo. P.f. 122-124ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 14,67 (s, 1H), 8,41 (s, 1H), 8,33 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,28 (dd, J=9,1, 2,7 Hz, 1H), 7,10 (d, J=9,1 Hz, 1H), 6,68 (s, 2H), 3,81 (s, 3H), 2,24 (s, 6H); ^{13}C-NMR (CDCl_{3}) \delta 167,6, 165,0, 157,3, 130,2, 128,3, 128,2, 118,5, 117,5, 113,9, 55,4, 18,9; HRMS (CI) para C_{16}H_{17}N_{2}O_{4}[M+H]^{+} 301,1188, encontrado 301,1196.
Base de Schiff 6d (R^{1}=4-NO_{2}, R^{2}=2,6-Me-4-BrC_{6}H_{2})
5-Nitrosalicilaldehído (0,67 g, 4,0 mmol), 4-bromo-2,6-dimetilanilina (0,80 g, 4,0 mmol) y etanol (15 ml) dieron 1,41 g (91%) del compuesto del título como un sólido amarillo. P.f. 194-196ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 13,96 (s, 1H), 8,41 (s, 1H), 8,35 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,30 (d, J=9,0 Hz, 1H), 7,28 (s, 2H), 7,13 (d, J=9,0 Hz, 1H), 2,19 (s, 6H);
^{13}C-NMR (CDCl_{3}) \delta 166,4, 165,5, 145,6, 139,8, 131,0, 130,2, 128,4, 128,2, 118,5, 118,2, 117,3, 18,1; MS (CI) 350 (100), 348 (92), 268 (29), 131 (91), 104 (25), 77 (29).
Base de Schiff 6e (R^{1}=4-NO_{2}, R^{2}=2,6-Cl-4-CF_{3}C_{6}H_{2})
5-Nitrosalicilaldehído (1,30 g, 8,0 mmol), 4-amino-3,5-diclorobenzotrifluoruro (1,80 g, 8,0 mmol) y etanol (25 ml) dieron 2,70 g (90%) del compuesto del título como un sólido amarillo. P.f. 173-174ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 12,96 (s, 1H), 8,68 (s, 1H), 8,43 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,36 (dd, J=9,3, 2,7 Hz, 1H), 7,70 (s, 2H), 7,17(d, J=9,3 Hz, 1H);
^{13}C-NMR (CDCl_{3}) \delta 168,7, 166,1, 145,7, 140,1, 129,4, 129,1, 127,6, 125,8, 125,7, 118,5, 116,9; HRMS (CI) calculado para _{14}H_{11}N_{2}O_{3}F_{3}Cl_{2}[M+H]^{+} 378,9864, encontrado 378,9866.
Base de Schiff 6f (R^{1}=6-Me-4-NO_{2}, R^{2}=2,6-i-PrC_{6}H_{3})
3-Metil-5-nitrosalicilaldehído (0,63 g, 3,40 mmol), 2,6-diisopropilanilina (0,80 g, 3,40 mmol) y etanol (20 ml) dieron 1,10 g (95%) del compuesto del título como un sólido amarillo. P.f. 120-121ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 14,50 (s, 1H), 8,38 (s, 1H), 8,21 (s, 1H), 7,23 (s, 4H), 2,95 (septeto, J=6,9 Hz, 2H), 2,42 (s, 3H), 1,20 (d, J=6,9 Hz, 12H);
^{13}C-NMR (CDCl_{3}) \delta 165,4, 144,4, 139,1, 138,5, 132,9, 128,5, 128,2, 126,0, 125,9, 123,2, 116,3, 28,0, 23,3, 15,4; HRMS (DCI) C_{20}H_{25}N_{2}O_{3}[M+H]^{+} 341,1865, encontrado 341,1873.
Base de Schiff 6g (R^{1}=4-NO_{2}, R^{2}=2,6-i-Pr-4-NO_{2}-C_{6}H_{2})
5-Nitrosalicilaldehído (1,0 g, 6,0 mmol), 2,6-diisopropil-4-nitroanilina (1,30 g, 6,0 mmol) y etanol (20 ml) dieron 2,0 g (91%) del compuesto del título como un sólido amarillo. P.f. 118-120ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 13,34 (s, 1H), 8,43 (s, 2H), 8,33 (dd, J=9,0, 2,4 Hz, 1H), 8,09 (s, 2H), 7,18 (d, J=9,0 Hz, 1H), 3,00 (septeto, J=6,9 Hz, 2H), 1,23 (d, J=6,9 Hz, 12H); ^{13}C-NMR (CDCl_{3}) \delta 166,0, 165,7, 150,3, 145,8, 140,3, 134,0, 128,8, 128,6, 118,9, 118,1, 117,1, 28,3, 22,6; HRMS (DCI) C_{19}H_{22}N_{3}O_{5}[M+H]^{+} 372,1559, encontrado 372,1560.
Base de Schiff 6h (R^{1}=4-NO_{2}, R^{2}=1-adamantanometilo)
5-Nitrosalicilaldehído (0,84 g, 5,0 mmol), 1-adamantanometilanilina (0,90 g, 5,0 mmol) y etanol (15 ml) dieron 1,40 g (92%) del compuesto del título como un sólido amarillo. P.f. 178-180ºC. ^{1}H-NMR (CDCl_{3}) \delta 15,18 (s, 1H), 8,21 (s, 1H), 8,16 (t, J=9,0, Hz, 2H), 6,86 (d, J=9,3 Hz, 1H), 3,29 (s, 2H), 2,00 (s, 3H), 1,65 (m, 6H), 1,55 (bs, 6H); ^{13}C-NMR (CDCl_{3}) 172,9, 164,4, 137,2, 129,1 128,5, 120,4, 115,1, 68,4, 40,1, 33,9, 27,9; HRMS (DCI) C_{18}H_{23}N_{2}O_{3}[M+H]^{+} 315,1709, encontrado 315,1710.
Procedimiento general para la preparación de sales de talio (7a-h)
A una solución de la base de Schiff apropiada (6a-h) en benceno o THF (10 ml) se añadió goteando, a temperatura ambiente, una solución de etóxido de talio en benceno o THF (5 ml). Usando una pipeta de vidrio, se filtró la solución de etóxido de talio en benceno o THF a través de un tapón de lana de vidrio para separar cualquier impureza. Inmediatamente después de la adición, se formó un sólido amarillo pálido y la mezcla de reacción se agitó durante 2 horas a temperatura ambiente. La filtración del sólido bajo una atmósfera de nitrógeno o argón dio la respectiva sal de talio (7a-h) con rendimiento cuantitativo. La sal se usó inmediatamente en la siguiente etapa sin purificación adicional.
Procedimiento general para la preparación de complejos de rutenio sustituidos con base de Schiff (8a-h)
Se añadió una solución de la sal de talio apropiada (7a-h) en THF (5 ml) a una solución de complejo de rutenio 3 en THF (5 ml). La mezcla de reacción de agitó a temperatura ambiente durante 3 horas. Después de la evaporación del disolvente, se disolvió el residuo en una cantidad mínima de benceno y se enfrió hasta 0ºC. El cloruro de talio (subproducto de la reacción) se separó por medio de filtración. El complejo deseado se lavó después con benceno frío (10 ml x 3) y se evaporó el filtrado. El residuo sólido se recristalizó en pentano (-70ºC) para dar el complejo de rutenio sustituido con base de Schiff respectivo (8a-h) con rendimiento moderado a bueno como un sólido marrón. Para cada reacción se describe más adelante cualquier modificación.
Complejo 8a de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (1,20 g, 1,50 mmol), sal de talio 7a (0,78 g, 1,60 mmol), y THF (20 ml) dieron 0,89 g (75%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 119-122ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 19,68 (d, J=3,6 Hz, 1H), 8,06 (d, J=5,4 Hz, 1H), 7,92 (d, J=7,5 Hz, 2H), 7,53 (t, J=7,2 Hz, 1H), 7,33-7,00 (m, 8H), 6,60 (t, J=7,2 Hz, 1H), 3,36 (septeto, J=6,9 Hz, 1H), 2,51 (q, J=11,7 Hz, 3H), 2,13 (septeto, J=6,9 Hz, 1H), 1,79-1,52 (m, 20H), 1,38 (d, J=6,6 Hz, 3H), 1,22 (m, 10H), 1,11 (d, J=6,9 Hz, 3H), 0,75 (dd, J=21,3, 6,9 Hz, 6H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 52,23; MS (FAB) 787 (3), 386 (12), 315 (26), 297 (19), 281 (49), 279 (19), 255 (8), 231 (20), 154 (23), 119 (23), 117 (100).
Complejo 8b de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (1,65 g, 2,0 mmol), sal de talio 7b (1,10 g, 2,10 mmol), y THF (40 ml) dieron 1,40 g (82%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 140-145ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 19,77 (d, J=3,3 Hz, 1H), 8,27 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,14 (d, J=5,4 Hz, 1H), 8,10 (dd, J=9,6, 2,7 Hz, 1H), 7,94 (d, J=7,8 Hz, 2H), 7,60 (t, J=7,2 Hz, 1H), 7,30 (t, J=7,8 Hz, 2H), 7,21 (m, 2H), 7,09 (dd, J=6,9, 1,8 Hz, 1H), 6,69 (d, J=9,3 Hz, 1H), 3,26 (septeto, J=6,6 Hz, 1H), 2,52 (q, J=11,5 Hz, 3H), 2,11 (septeto, J=6,6 Hz, 1H), 1,73 (bs, 20H), 1,40 (d, J=6,6 Hz, 3H), 1,23 (m, 10H), 1,15 (d, J=6,9 Hz, 3H), 0,78 (dd, J=17,4, 6,9 Hz, 6H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 52,23; HRMS (FAB) C_{44}H_{60}ClN_{2}O_{3}PRu [M]^{+} 832,3074, encontrado 832,3104.
Complejo 8c de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (0,25 g, 0,30 mmol), sal de talio 7c (0,16 g, 0,32 mmol), y THF (3 ml) dieron 0,13 g (54%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 139-142ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 19,49 (d, J=4,7 Hz, 1H), 8,22 (d, J=2,8 Hz, 1H), 8,08-8,04 (m, 3H), 7,98 (d, J=7,8 Hz, 2H), 7,56 (d, J=7,4 Hz, 1H), 7,35 (d, J=1,3 Hz, 1H), 7,27 (t, J=7,5 Hz, 2H), 7,00 (d, J=9,6 Hz, 1H), 3,79 (s, 3H), 2,38 (s, 6H), 1,75-1,21 (m, 30H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 50,51; HRMS (FAB) C_{41}H_{54}ClN_{2}O_{4}PRu [M]^{+} 806,2553, encontrado 806,2520.
Complejo 8d de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (0,41 g, 0,50 mmol), sal de talio 7d (0,32 g, 0,55 mmol), y THF (25 ml) dieron 0,35 g (80%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 128-131ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 19,48 (d, J=4,8 Hz, 1H), 8,22 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,07 (dd, J=9,3, 2,7 Hz, 1H), 8,03 (d, J=5,7 Hz, 1H), 7,98 (d, J=7,8 Hz, 2H), 7,58 (t, J=7,8 Hz, 1H), 7,28 (t, J=7,8 Hz, 2H), 7,17 (s, 1H), 7,00 (d, J=9,6 Hz, 1H), 2,47 (q, J=12,0 Hz, 3H), 2,37 (s, 3H), 1,78-1,63 (bs, 20H), 1,50 (d, J=13,5 Hz, 3H), 1,30-1,16 (m, 10H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 50,62; HRMS (FAB) C_{40}H_{51}BrClN_{2}O_{3}PRu [M]^{+} 856,1532, encontrado 856,1573.
Complejo 8e de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (0,34 g, 0,40 mmol), sal de talio 7e (0,26 g, 0,44 mmol), y THF (20 ml) dieron 0,30 g (85%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 145-149ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 19,39 (d, J=4,5 Hz, 1H), 8,25 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,09 (dd, J=9,3, 2,7 Hz, 1H), 7,99 (m, 3H), 7,69 (d, J=18,0 Hz, 1H), 7,57 (t, J=7,2 Hz, 1H), 7,35 (s, 1H), 7,28 (t, J=7,8 Hz, 1H), 7,02 (d, J=9,6 Hz, 1H), 2,48 (q, J=11,7 Hz, 3H), 1,73-1,54 (m, 15H), 1,39 (m, 5H), 1,22 (bs, 10H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 50,65; HRMS (FAB) C_{39}H_{45}Cl_{3}N_{2}O_{3}PRu [M]^{+} 886,1199, encontrado 886,1179.
Complejo 8f de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (0,82 g, 1,0 mmol), sal de talio 7f (0,60 g, 1,10 mmol), y THF (35 ml) dieron 0,68 g (80%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 155-158ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 19,69 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,11 (d, J=4,5 Hz, 2H), 7,89 (d, J=7,8 Hz, 1H), 7,55 (t, J=7,2 Hz, 1H), 7,33 (s, 1H), 7,24 (t, J=7,5 Hz, 2H), 7,17 (m, 3H), 7,07 (d, J=7,2 Hz, 1H), 3,22 (septeto, J=6,6 Hz, 1H), 2,58 (q, J=11,4 Hz, 3H), 2,38 (s, 3H), 1,91 (septeto, J=6,6 Hz, 1H), 1,80-1,54 (m, 20H), 1,36 (d, J=6,6 Hz, 3H), 1,19 (bs, 13H), 1,10 (d, J=6,6 Hz, 3H), 0,85 (d, J=6,9 Hz, 3H), 0,72 (d, J=6,3 Hz, 3H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 53,50; HRMS (FAB) C_{45}H_{62}ClN_{2}O_{3}PRu [M]^{+} 846,3230, encontrado 846,3279.
Complejo 8g de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (0,66 g, 0,80 mmol), sal de talio 7g (0,51 g, 0,88 mmol), y THF (50 ml) dieron 0,59 g (67%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 160-163ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 19,72 (d, J=3,3 Hz, 1H), 8,30 (d, J=2,7 Hz, 1H), 8,13 (d, J=3,0 Hz, 1H), 8,10 (s, 2H), 8,05 (d, J=2,1 Hz, 1H), 7,95 (d, J=2,4 Hz, 1H), 7,92 (d, J=7,8 Hz, 2H), 7,61 (t, J=7,2 Hz, 1H), 7,30 (t, J=7,8 Hz, 2H), 7,00 (d, J=9,6 Hz, 1H), 3,29 (septeto, J=6,6 Hz, 1H), 2,48 (q, J=11,4 Hz, 2H), 2,18 (septeto, J=6,6 Hz, 1H), 1,72 (bs, 20H), 1,45 (d, J=6,9 Hz, 3H), 1,20 (m, 13H), 0,80 (dd, J=21,0, 6,6 Hz, 6H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 52,54; HRMS (FAB) C_{44}H_{59}ClN_{3}O_{5}PRu [M]^{+} 877,2924, encontrado 877,2887.
Complejo 8h de base de Schiff de rutenio
Complejo de rutenio 3 (0,33 g, 0,40 mmol), sal de talio 7h (0,23 g, 0,44 mmol), y THF (20 ml) dieron 0,18 g (54%) del complejo del título como un sólido marrón. P.f. 162-166ºC; ^{1}H-NMR (CD_{2}Cl_{2}) \delta 18,68 (d, J=13,5 Hz, 1H), 7,95 (dd, J=9,3 Hz, 1H), 7,89 (d, J=7,5 Hz, 2H), 7,79 (d, J=3,0 Hz, 1H), 7,64 (t, J=7,5 Hz, 1H), 7,38 (d, J=7,5 Hz, 1H), 7,30 (t, J=7,8 Hz, 1H), 6,97 (d, J=9,3 Hz, 1H), 6,09 (d, J=10,8 Hz, 1H), 3,00 (dd, J=10,8, 2,7 Hz, 2H), 2,29 (q, J=11,4 Hz, 3H), 1,99 (bs, 3H), 1,84 (bs, 3H), 1,73 (m, 20H), 1,57 (m, 10H), 1,25 (d, J=8,7 Hz, 9H); ^{31}P-NMR (CD_{2}Cl_{2}) 38,95; HRMS (FAB) C_{43}H_{60}ClN_{2}O_{3}PRu [M]^{+} 820,3074, encontrado 820,3079.
Procedimiento general para la metátesis de cierre de ciclo de dialilmalonato de dietilo usando los catalizadores de base de Schiff de rutenio 8-ah
Todas las reacciones se llevaron a cabo en el dispositivo de ensayos de laboratorio en aire pesando 8% en moles del catalizador respectivo (8-ah) en un tubo de NMR seco y disolviendo el sólido en 0,5 ml de CD_{2}Cl_{2} o C_{6}D_{6}. Se añadió una solución de dialilmalonato de dietilo (0,1 mmol) en CD_{2}Cl_{2} o C_{6}D_{6} (0,5 ml). El tubo se tapó después, se envolvió con parafilm y se sacudió periódicamente. Los estudios se llevaron a cabo tanto a temperatura ambiente como a mayores temperaturas (\sim 65ºC) para hacer accesible la actividad y estabilidad de los catalizadores durante el curso de las reacciones. La formación del producto y la desaparición del dieno se controlaron integrando los picos del metileno alílico.
Estructura por rayos X del complejo de rutenio 8b
Se hicieron crecer cristales apropiados para la determinación de la estructura por rayos X en una solución de isopropil-éter a -20ºC durante unos pocos días. El cristal marrón usado para la recogida de datos fue de 0,10 mm x 0,13 mm x 0,44 mm. La recogida de datos se llevó a cabo a 160 K. Se recogió un total de 17106 reflexiones, 7741 de las cuales fueron independientes. Los parámetros de la recogida de datos se resumen en parte en la Tabla 2. La estructura se resolvió por métodos directos usando el programa de Siemens SHELXS-86. La molécula se refinó isotrópicamente (con los átomos de H "cabalgantes" sobre disolvente diclorometano) con un parámetro de población fraccionaria para cada molécula de disolvente también refinada. Los átomos de hidrógeno se colocaron originalmente en posiciones calculadas. Finalmente, se refinaron los coordinados de todos excepto dos (H38a y H38b), con el de Uiso fijado a 1,2 veces el Ueq del átomo unido. El refinamiento se hizo mediante mínimos cuadrados con matriz completa usando SHELXL-93.
Experimento de descomposición con los complejos de rutenio 3 y 8b
Se prepararon dos muestras en tubos de NMR en tolueno-d8, conteniendo una 4,0 mmolar de 8b y conteniendo la otra 4,2 mmolar de 3, con un patrón interno de antraceno. Las muestras se analizaron por ^{1}H-NMR y se colocaron en un baño de aceite a 85ºC. Después de 30 minutos, se analizaron de nuevo las muestras y se volvieron a colocar en el baño de aceite. Después de otros 30 minutos se llevó a cabo el análisis final por NMR. Para facilidad del análisis, se determinó la intensidad de la señal del carbeno en NMR con relación a la señal del antraceno y se usó para calcular la concentración molar del catalizador de carbeno residual respectivo.

Claims (25)

1. Un compuesto de fórmula general
21
en la que:
M es rutenio u osmio;
X^{1} es un ligando aniónico;
L^{1} es un donador de electrones neutro;
R y R^{1} son cada uno hidrógeno o un sustituyente seleccionado de alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20}, alquinilo de C_{2}-C_{20}, arilo, carboxilato de C_{1}-C_{20}, alcoxi de C_{1}-C_{20}, alqueniloxi de C_{2}-C_{20}, alquiniloxi de C_{2}-C_{20}, ariloxi, alcoxicarbonilo de C_{2}-C_{20}, alquil de C_{1}-C_{20}-tio, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonilo y alquil de C_{1}-C_{20}-sulfinilo, estando el sustituyente opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados del grupo que consiste en alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo;
Z se selecciona de oxígeno, azufre, -NR^{10} y -PR^{10}, y
R^{6}, R^{7}, R^{8}, R^{9} y R^{10} se selecciona cada uno de hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20}, arilo y heteroarilo, estando cada grupo distinto de hidrógeno opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de
C_{1}-C_{10} y arilo, o R^{6} y R^{7} pueden formar juntos un grupo arilo, cicloalquilo o heteroarilo;
en la que X^{1}, L^{1}, Z, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8} y R^{9}, cada uno opcionalmente, incluye uno o más grupos funcionales seleccionados de hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, imina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.
2. Un compuesto según la reivindicación 1, de fórmula
22
en la que:
X^{1} es un ligando aniónico;
L^{1} es un donador de electrones neutro;
R y R^{1} son cada uno hidrógeno o un sustituyente seleccionado de alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20}, alquinilo de C_{2}-C_{20}, arilo, carboxilato de C_{1}-C_{20}, alcoxi de C_{1}-C_{20}, alqueniloxi de C_{2}-C_{20}, alquiniloxi de C_{2}-C_{20}, ariloxi, alcoxicarbonilo de C_{2}-C_{20}, alquil de C_{1}-C_{20}-tio, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonilo y alquil de C_{1}-C_{20}-sulfinilo, estando el sustituyente opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados del grupo que consiste en alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo;
R^{9} se selecciona de hidrógeno, alquilo de C_{1}-C_{20}, arilo y heteroarilo, estando los grupos distintos de hidrógeno opcionalmente sustituidos con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo; y
R^{11} es arilo o heteroarilo, opcionalmente sustituidos con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo;
en la que X^{1}, L^{1}, R, R^{1}, R^{9} y R^{11}, cada uno opcionalmente, incluye uno o más grupos funcionales seleccionados del grupo que consiste en hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, imina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.
3. Un compuesto según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que:
L^{1} se selecciona de fosfina, fosfina sulfonada, fosfito, fosfinito, fosfonito, arsina, estibina, éter, amina, amida, imina, sulfóxido, carboxilo, nitrosilo, piridina, y tioéter, y
X^{1} es hidrógeno, haluro, o un grupo seleccionado de alquilo de C_{1}-C_{20}, arilo, alcóxido de C_{1}-C_{20}, arilóxido, alquil de C_{3}-C_{20}-dicetonato, arildicetonato, carboxilato de C_{1}-C_{20}, arilsulfonato, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonato, alquil- de
C_{1}-C_{20}-tio, alquil de C_{1}-C_{20}-sulfonilo y alquil de C_{1}-C_{20} -sulfinilo, estando dicho grupo opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo, que, a su vez, puede estar cada uno sustituido adicionalmente con uno o más grupos seleccionados de halógeno, alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo.
4. Un compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que
M es rutenio;
R es hidrógeno;
R^{1} se selecciona de alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20} y arilo;
L^{1} es una fosfina de fórmula PR^{3}R^{4}R^{5}, en la que R^{3}, R^{4} y R^{5} se seleccionan cada uno de arilo, alquilo primario de C_{1}-C_{10}, alquilo secundario, y cicloalquilo; y
X^{1} se selecciona de haluro, CF_{3}CO_{2}, CH_{3}CO_{2}, CFH_{2}CO_{2}, (CH_{3})_{3}CO, (CF_{3})_{2}(CH_{3})CO, (CF_{3})(CH_{3})_{2}CO, PhO, MeO, EtO, tosilato, mesilato, o trifluorometanosulfonato.
5. Un compuesto según la reivindicación 4, en el que:
X^{1} es cloruro;
L^{1} se selecciona de -P(ciclohexil)_{3}, -P(ciclopentil)_{3}, -P(isopropil)_{3} y -P(fenil)_{3};
R^{1} es fenilo o vinilo, opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo;
R^{6} y R^{7} juntos forman un grupo arilo o heteroarilo;
R^{8} es hidrógeno; y
R^{9} es arilo o heteroarilo.
6. Un compuesto según la reivindicación 5, en el que:
R^{6} y R^{7} juntos forman un grupo fenilo; y
R^{9} es fenilo.
7. Un compuesto según la reivindicación 2, en el que
X^{1} se selecciona de haluro, CF_{3}CO_{2}, CH_{3}CO_{2}, CFH_{2}CO_{2}, (CH_{3})_{3}CO, (CF_{3})_{2}(CH_{3})CO, (CF_{3})(CH_{3})_{2}CO, PhO, MeO, EtO, tosilato, mesilato, o trifluorometanosulfonato.
L^{1} es una fosfina de fórmula PR^{3}R^{4}R^{5}, en la que cada uno de R^{3}, R^{4} y R^{5} se selecciona de arilo, alquilo primario de C_{1}-C_{10}, alquilo secundario, y cicloalquilo;
R es hidrógeno; y
R^{1} se selecciona de alquilo de C_{1}-C_{20}, alquenilo de C_{2}-C_{20} y arilo.
8. Un compuesto según la reivindicación 7, en el que
X^{1} es cloruro;
L^{1} se selecciona de -P(ciclohexil)_{3}, -P(ciclopentil)_{3}, -P(isopropil)_{3} y -P(fenil)_{3};
R^{1} es fenilo o vinilo, opcionalmente sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{5}, alcoxi de C_{1}-C_{5} y fenilo; y
R^{9} y R^{11} son cada uno arilo o heteroarilo;
9. Un compuesto según la reivindicación 8, en el que
R^{9} y R^{11} son cada uno fenilo.
10. Un compuesto según la reivindicación 8, en el que R^{9} y R^{11} son ambos fenilo sustituido con uno o más restos seleccionados de alquilo de C_{1}-C_{10}, alcoxi de C_{1}-C_{10} y arilo, incluyendo opcionalmente cada grupo R^{9} y R^{11} uno o más grupos funcionales seleccionados de hidroxilo, tiol, tioéter, cetona, aldehído, éster, éter, amina, imina, amida, nitro, ácido carboxílico, disulfuro, carbonato, isocianato, carbodiimida, carboalcoxi, carbamato y halógeno.
11. Un compuesto según la reivindicación 10, que tiene la fórmula
23
o
24
12. Un método para preparar un compuesto como el definido en la reivindicación 1, que comprende poner en contacto una sal de una base de Schiff que tiene la fórmula
25
con un compuesto que tiene la fórmula
26
\vskip1.000000\baselineskip
en las que
X es un ligando aniónico;
L es un donador de electrones neutro; y
M, X^{1}, L^{1}, Z, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8} y R^{9} son como se definen en la reivindicación 1.
13. Un método para preparar un compuesto como el definido en la reivindicación 2, que comprende poner en contacto una sal de una base de Schiff que tiene la fórmula R^{11}(HC=NR^{9})(O^{-}) con un compuesto que tiene la fórmula
27
\vskip1.000000\baselineskip
en la que:
X es un ligando aniónico;
L es un donador de electrones neutro; y
M, X^{1}, R, R^{1}, R^{9} y R^{11} son como se definen en la reivindicación 2.
14. Un método según la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en el que la sal de la base de Schiff es una sal de talio.
15. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que M, X^{1}, L^{1}, Z, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8} y R^{9} son como se definen en una respectiva de las reivindicaciones 3 a 6 y X y L se seleccionan de las definiciones de X^{1} y L^{1} en la reivindicación respectiva.
16. Un método según la reivindicación 13, en el que M, X^{1}, L^{1}, Z, R, R^{1}, R^{6}, R^{7}, R^{8} y R^{9} son como se definen en una respectiva de las reivindicaciones 7 a 11 y X y L se seleccionan de las definiciones de X^{1} y L^{1} en la reivindicación respectiva.
17. Un método según la reivindicación 13, en el que el catalizador es como se define en la reivindicación 13.
18. Un método para llevar a cabo una reacción de metátesis que comprende poner en contacto una olefina con un compuesto como el definido en la reivindicación 1.
19. Un método según la reivindicación 18, en el que la reacción de metátesis se lleva a cabo en un disolvente prótico polar.
20. Un método según la reivindicación 18 o la reivindicación 19, en el que la reacción de metátesis es una reacción de metátesis de cierre de anillo ("MCA").
21. Un método según la reivindicación 18 o la reivindicación 19, en el que la reacción de metátesis es una polimerización de metátesis de apertura de anillo ("PMAA") de una olefina cíclica.
22. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, en el que la reacción de metátesis se lleva a cabo a al menos 40ºC.
23. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 22, en el que el compuesto es como el definido en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11.
24. Un método para moldear artículos que comprende:
(i) añadir a un molde, a temperatura ambiente, una olefina y un compuesto como el definido en la reivindicación 1, y
(ii) llevar el molde hasta una temperatura de al menos 40ºC.
25. Un método según la reivindicación 24, en el que el compuesto es como el definido en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11.
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