Ciencias Moleculares

Catálisis Metálica Sostenible

El grupo de investigación de Catálisis Metálica Sostenible está centrado en el desarrollo de nuevas metodologías de aplicación en la síntesis orgánica dentro del contexto de la catálisis sostenible. Se busca el desarrollo de nuevos procesos metodológicos dentro de un contexto químico más sostenible. Estas metodologías sintéticas son aplicadas en la síntesis de productos naturales, derivados o fragmentos de estos. Todos los productos generados, tanto en el desarrollo de nuevas metodologías como en síntesis de productos naturales, son sometidos a evaluación biológica en tiempo real.

Perfil del grupo de Catálisis Metálica Sostenible en Digital.CSIC. 

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Presentacion
Presentación

En nuestro grupo hemos iniciado una línea de investigación dentro del Instituto de Productos Naturales y Agrobiología basada en la catálisis metálica sostenible. Se busca el desarrollo de nuevos procesos metodológicos dentro de un contexto químico más sostenible. Asimismo estas metodologías sintéticas son aplicadas en la síntesis de productos naturales, derivados o fragmentos de estos.

Todos los productos generados, tanto en el desarrollo de nuevas metodologías como en síntesis de productos naturales, son sometidos a evaluación biológica en tiempo real. Este proyecto se lleva a cabo junto con el grupo de investigación del profesor Víctor S. Martín del Instituto Universitario de Bio-Orgánica de la Universidad de La Laguna.

El grupo de investigación está centrado en el desarrollo de nuevas metodologías de aplicación en la síntesis orgánica dentro del contexto de la catálisis sostenible. Una de las posibilidades en este campo es la búsqueda de complejos, capaces de ejercer una acción catalítica, en los que el átomo metálico tenga una mayor disponibilidad, y que además sea medioambientalmente neutro.

Este es el campo de la catálisis metálica sostenible, y en él juegan un papel protagonista un grupo concreto de metales como son: calcio, magnesio, manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre, cinc y molibdeno. Las metodologías desarrolladas se usan en la síntesis de oxa- y azaciclos de diverso tamaño (desde anillos pequeños a anillos de tamaño medio). Posteriormente se aplica las metodologías desarrolladas tanto en la síntesis de productos naturales como análogos de estos con posible actividad biológica. Estos heterociclos se han conseguido utilizando la ciclación de Prins como reacción central y sales de Fe(III) como catalizador metálico sostenible.

El interés y uso de las sales de Fe(III) como catalizadores en química orgánica ha crecido exponencialmente en los últimos años. Ha existido una gran demanda de métodos químicamente más sostenibles y benignos con el medio ambiente. El uso de estas sales de Fe(III) se caracterizan por su bajo costo y el carácter poco contaminante.​

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Fig.5

Programación química de receptores Toll tipo 4: Diseño, síntesis y estudios biológicos de vacunas contra el cáncer de próstata

El sistema inmunitario es un elemento primordial en la defensa del organismo contra infecciones microbianas, así como en el control y vigilancia de neoplasias malignas. Las células inmunitarias escanean diferentes tejidos con el objetivo de eliminar posibles células malignas antes de que estas se conviertan en tumorales. Las células inmunes están diseñadas para reconocer los elementos extraños y una vez reconocidos desatar la pertinente respuesta por parte del organismo.

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Fig.4

Síntesis de oxaciclos de siete miembros

La ciclación de prins entre alcoholes bis-homoalílicos y aldehídos catalizada por sales de Fe(III) ha mostrado una excelente selectividad en la formación de oxaciclos de siete miembros (oxepanos) cis-2,7-disustituidos.

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Fig.3

Síntesis de oxaciclos de cinco miembros

Se ha conseguido una excelente ciclación entre 2-hidroxi homoalil tosil amina y aldehidos en presencia de sales de hierro(III) para dar con muy buen rendimiento 3-alquil-1-tosil pirrolidinas.

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Fig1

Síntesis de oxaciclos de seis miembros

En primer lugar se lleva a cabo la síntesis de tetrahidropiranos y dihidropiranos diferentemente sustituidos utilizando cantidades estequiométricas de hierro. Observamos que las sales de Fe(III) catalizan la clásica reacción de Prins, usando tanto alcoholes homoalílicos como tosilaminas homoalílicas.

Desarrollo de nuevas metodologías en la formación de enlaces Carbono-Carbono empleando sales de Hierro (III) y su aplicación en la síntesis de aza-ciclos (DEA)

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Rubén Marrero Carballo

Tipo:Máster y TFG

Desarrollo de nuevas metodologías en la formación de enlaces carbono-carbono empleando sales de Hierro (III) y su aplicación en la síntesis de aza-ciclos

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Rubén Marrero Carballo

Tipo:Tesis doctoral

Catálisis sostenible. Síntesis de azaciclos de tamaño medio (TFM)

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Daniel Alejandro Cruz Perdomo

Tipo:Máster y TFG

Formación de enlaces C-C usando ácidos de Lewis. Aplicaciones de los haluros de Fe(III). (DEA)

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Pedro Oswaldo Miranda Chinea

Tipo:Máster y TFG

Aplicación de las Sales de Fe (III) en la formación de enlaces C-C. Síntesis de anillos piránicos via reacción de Prins. Estudios sintéticos de éteres bioactivos de origen marino

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín, M. A. Ramírez y Juan I. Padrón

Estudiante:

Pedro Oswaldo Miranda Chinea

Tipo:Tesis doctoral

Síntesis de oxaciclos de tamaño medio (TFM)

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Juan Miguel López Soria

Tipo:Máster y TFG

La ciclación de Prins y la hidrobromación regioselectiva de alquenos bajo el paradigma de la catálisis metálica sostenible

Año:2019
Director del trabajo:

Juan I. Padrón y Víctor S. Martín

Estudiante:

Daniel Alejandro Cruz Perdomo

Tipo:Tesis doctoral

Estudios Estereoquímicos de Sacáridos en disolución

Año:2019
Director del trabajo:

Juan I. Padrón y Jesús T. Vázquez

Estudiante:

Alfredo Röen Martín

Tipo:Tesis doctoral

Aplicación de la ciclación de Prins en la síntesis de Tetrahidropiranos fusionados (DEA)

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Sixto Pérez Moreno

Tipo:Máster y TFG

Desarrollo de nuevas metodologías catalizadas por sales de hierro(III) y su aplicación en la síntesis de oxa-y azaciclos

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Sixto J. Pérez Moreno

Tipo:Tesis doctoral

Síntesis de trans-pirrolidinas y trans-prolinas a través de hidroaminación intramolecular catalizada por sales de hierro (III). (TFM)

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

María Victoria Sinka

Tipo:Máster y TFG

Cloruro de Fe(III) en la formación de enlaces C-C aplicado a la sínteis de tetrahidrofuranos (DEA)

Año:2019
Director del trabajo:

Juan I. Padrón y Víctor S. Martín

Estudiante:

Martín Alejandro Purino

Tipo:Máster y TFG

Desarrollo y estudios mecanísticos de nuevos procesos catalizados por sales de Fe(III)

Año:2019
Director del trabajo:

Juan I. Padrón y Víctor S. Martín

Estudiante:

Martín Alejandro Purino

Tipo:Tesis doctoral

Aproximación a la síntesis de alcaloides pirrolidínicos mediante el uso de las sales de hierro (TFG)

Año:2019
Director del trabajo:

Víctor S. Martín y Juan I. Padrón

Estudiante:

Juan Daniel Cabrera García

Tipo:Máster y TFG
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Química sostenible: de moléculas pequeñas a sistemas funcionales complejos

Investigador principal:

Juan I. Padrón

Víctor S. Martín

Estado:

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Juan I. Padrón

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Estado:

En Ejecución

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Investigador principal:

Víctor S. Martín

Estado:

Finalizado

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Programación química de receptores Toll tipo 4: Diseño, síntesis y estudios biológicos de vacunas contra el cáncer de próstata

Los TLR constituyen un elemento clave del sistema inmunitario, ya que se expresan en células inmunitarias innatas y ayudan a reconocer los patógenos invasores. En...

Investigador principal:

Juan I. Padrón

Estado:

Finalizado

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Investigador principal:

Rubén Marrero Carballo

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MEC

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Estado:

Finalizado

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Diseño, síntesis y evaluación citotóxica de nuevos antitumorales basados en farmacóforos de piranos y aza-ciclos

Investigador principal:

Juan I. Padrón

Estado:

Finalizado

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MEC

Desarrollo de nuevos procesos catalíticos dirigidos a la síntesis de moléculas bioactivas

Investigador principal:

Víctor S. Martín García

Estado:

Finalizado

Proyecto de investigación

Diseño, síntesis y evaluación citotóxica de nuevos antitumorales basados en farmacóforos de piranos y aza-ciclos. Proyectos Intramurales (CSIC)

Investigador principal:

Juan I. Padrón

Estado:

Finalizado

Noticias/Blog

Publicaciones destacadas

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Iron-Catalyzed Prins-Peterson

Iron-Catalyzed Prins-Peterson Reaction for the Direct Synthesis of δ4-2,7-Disubstituted Oxepenes

A direct iron(III)-catalyzed Prins-Peterson reaction involving α-substituted γ-triphenylsilyl bis-homoallylic alcohols and aldehydes is described. Thus, cis--2,7-disubstituted oxepenes were synthesized in a diastereoselective reaction using sustainable catalytic conditions (3-5 mol %). This highly productive process is the result of a cascade of three chemical events with the concomitant formation of a C-O bond, a C-C bond, and a endocyclic double bond, through a Prins cyclization followed by a Peterson-type elimination. This tandem reaction is chemoselective vs the classical Prins cyclization.

Cruz, Daniel A.; Sinka, Victoria; Martín, Víctor S.; Padrón, Juan I.

Journal of Organic Chemistry 83: 12632-12647 (2018)
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Direct Access to 2,3,4,6-Tetrasubstituted

Direct Access to 2,3,4,6-Tetrasubstituted Tetrahydro-2H-pyrans via Tandem SN2′–Prins Cyclization

A new, direct, and diastereoselective synthesis of activated 2,3,4,6-tetrasubstituted tetrahydro-2H-pyrans is described. In this reaction, iron(III) catalyzed an SN2′–Prins cyclization tandem process leading to the creation of three new stereocenters in one single step. These activated tetrahydro-2H-pyran units are easily derivatizable through CuAAC conjugations in order to generate multifunctionalized complex molecules. DFT calculations support the in situ SN2′ reaction as a preliminary step in the Prins cyclization.

Scoccia, Jimena; Pérez, Sixto J.; Sinka, Victoria; Cruz, Daniel A.; López-Soria, Juan M.; Fernández, Israel; Martín, Víctor S.; Miranda, Pedro O. ; Padrón, Juan I.

Organic Letters 19(18): 4834-4837 (2017)
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Enantiodivergent Synthesis of (+)- and (-)-Pyrrolidine 197B

Enantiodivergent Synthesis of (+)- and (-)-Pyrrolidine 197B: Synthesis of trans-2,5-Disubstituted Pyrrolidines by Intramolecular Hydroamination

A highly efficient, diastereoselective, iron(III)‐catalyzed intramolecular hydroamination/cyclization reaction involving α‐substituted amino alkenes is described. Thus, enantiopure trans‐2,5‐disubstituted pyrrolidines and trans‐5‐substituted proline derivatives were synthesized by means of a combination of enantiopure starting materials, easily available from l‐α‐amino acids, with sustainable metal catalysts such as iron(III) salts. The scope of this methodology is highlighted in an enantiodivergent approach to the synthesis of both (+)‐ and (−)‐pyrrolidine 197B alkaloids from l‐glutamic acid. In addition, a computational study was carried out to gain insight into the complete diastereoselectivity of the transformation.

Pérez, Sixto J.; Purino, Martín; Cruz, Daniel A.; López-Soria, Juan M.; Carballo, Ruben M.; Ramírez, Miguel A.; Fernández, Israel; Martín, Víctor S.; Padrón, Juan I.

Chemistry-A European Journal 22(43): 15529-15535 (2016)
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Prins Cyclization Catalyzed by a Fe(III)/TMS System: the Oxocarbenium Ion Pathway versus the [2+2] Cycloaddition

The different factors that control the alkene Prins cyclization catalyzed by iron(III) salts have been explored by means of a joint experimental–computational study. The iron(III) salt/trimethylsilyl halide system has proved to be an excellent promoter in the synthesis of crossed all‐cis disubstituted tetrahydropyrans, minimizing the formation of products derived from side‐chain exchange. In this iron(III)‐catalyzed Prins cyclization reaction between homoallylic alcohols and non‐activated alkenes, two mechanistic pathways can be envisaged, namely the classical oxocarbenium route and the alternative [2+2] cycloaddition‐based pathway. It is found that the [2+2] pathway is disfavored for those alcohols having non‐activated and non‐substituted alkenes. In these cases, the classical pathway, via the key oxocarbenium ion, is preferred. In addition, the final product distribution strongly depends upon the nature of the substituent adjacent to the hydroxy group in the homoallylic alcohol, which can favor or hamper a side 2‐oxonia‐Cope rearrangement.

Pérez, Sixto J.; Purino, Martín; Miranda, Pedro O.; Martín, Víctor S.; Fernández, Israel; Padrón, Juan I.

Chemistry - A European Journal 21(43): 15211-15217 (2015)
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Iron(III) Catalyzed Direct Synthesis of cis-2,7-Disubstituted Oxepanes. The Shortest Total Synthesis of (+)-Isolaurepan

Prins cyclization of bis-homoallylic alcohols with aldehydes catalyzed by iron(III) salts shows excellent cis selectivity and yields to form 2,7-disubstituted oxepanes. The iron(III) is able to catalyze this process with unactivated olefins. This cyclization was used as the key step in the shortest total synthesis of (+)-isolaurepan.

Purino, Martín A.; Ramírez, Miguel A.; Daranas, Antonio: Martín, Víctor; Padrón, Juan I.

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A new catalytic prins

A New Catalytic Prins Cyclization Leading to Oxa- and Azacycles

A new Prins cyclization process that builds up one carbon−carbon bond, one heteroatom-carbon bond, and one halogen-carbon bond, (in an oxa- and azacycle) relies on an iron catalyst system formed from Fe(acac)3 and trimethylsilyl halide. The method displays a broad substrate scope and is economical, environmentally friendly, and experimentally simple. This catalytic method permits the construction of chloro, bromo and iodo heterocycles, by the suitable combination of iron(III) source, the corresponding trimethylsilyl halide and the solvent, in high yields.

Miranda, Pedro O.; Carballo, Ruben M.; Martín, Víctor S.; Padrón, Juan I.

Organic Letters 11(2): 357-360 (2009)

Colaboraciones

Dr. I. Fernández
Departamento de Química Orgánica I, Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid (Spain)
E-mail: israel [at] quim.ucm.es


Dr. R. M. Carballo
Laboratorio de Química Farmacéutica, Facultad de Química
Universidad Autónoma de Yucatán, C/41, nº421x26 y 28
97150 Mérida, Yucatan (México)